Des caméras thermiques sont utilisées par des volcanologues du monde entier depuis de nombreuses années pour étudier les processus volcaniques et détecter des signes d’éruptions imminentes.
Sur le Kilauea, les données fournies par les caméras thermiques sont utilisées pour contrôler le niveau et les mouvements du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u. Ces données permettent au personnel du HVO de mieux comprendre le comportement du lac et le fonctionnement interne du volcan. Les images thermiques montrent comment la lave est émise, comment elle dégaze et, au cours du temps géologique, comment elle modifie le paysage.
Les caméras thermiques fonctionnent en mesurant l’énergie dans la partie infrarouge à ondes longues du spectre lumineux émis. Cette énergie est ensuite traduite en une valeur de température en utilisant les principes de la physique.
Ci-dessous, on peut voir deux images thermiques (28 juillet 2017) du lac de la lave au sommet du Kilauea. Les couleurs correspondent aux températures de surface: les couleurs sombres indiquent des surfaces plus froides tandis que les couleurs claires représentent la matière en fusion ou récemment solidifiée.
L’échelle à droite de l’image ne reflète pas les températures réelles en raison de divers facteurs comme l’effet obscurcissant des gaz volcaniques. La température de la lave pour les zones les plus chaudes serait d’environ 1150 degrés Celsius. Cependant, les températures relatives restent correctes.
Le champ de vision proposé par la caméra a environ 200 mètres de large. La surface du lac se trouve à environ 120 mètres sous la caméra.
Dans ces images, obtenues le 28 juillet 2017, on peut voir une différence de morphologie de la surface du lac de lave. Elle est due à un effondrement soudain du revêtement qui recouvrait la paroi interne du cratère et qui provenait des projections de lave et de la lave accumulée quand le lac était à un niveau plus élevé.
L’image de gauche montre les conditions habituelles du lac, avec des projections sur sa bordure nord-est. On observe la circulation lente d’une douzaine de plaques de croûte à la surface du lac. Des fissures en zigzag ou droites se forment lorsque les plaques s’écartent, révélant la matière en fusion sous la croûte.
À 16h28 le 28 juillet, un gros morceau de la paroi interne du cratère s’est effondré dans le lac, laissant derrière lui une belle balafre (encerclée dans l’image de droite). L’impact de ces matériaux dans le lac de la lave a provoqué des remous qui ont persisté pendant des dizaines de minutes.
La caméra thermique de l’Halema’uma’u est opérationnelle depuis plus de six ans ; elle envoie des données 24 heures sur 24. Elle est équipée d’une lentille de 53 degrés. Elle est logée dans un boîtier qui la protège contre les intempéries, les gaz volcaniques corrosifs et les bombardements de matériaux qui se produisent de temps en temps. Le boîtier est monté sur un solide trépied. Les images sont transmises au HVO par connexion WiFi ; elles sont collectées sur des serveurs informatiques pour être diffusées sur le site web de l’observatoire et pour être transmises au personnel du HVO pour être analysées.
Le HVO gère également des caméras thermiques qui dont orientées vers le cratère du Pu’uO’o sur l’East Rift Zone du Kilauea et la caldeira Moku’aweoweo du Mauna Loa. Ces caméras capturent une image tous les 2-3 minutes. S’agissant du Pu’uO’o, si un point chaud couvre plus de cinq pour cent des images de la caméra, un programme informatique envoie un texto avec une image jointe au personnel du HVO. La caméra du Mauna Loa dispose elle aussi d’une alarme. Si une température élevée est détectée, un texto est automatiquement envoyé au HVO. Après sa réception, les scientifiques vérifient les autres données de surveillance (y compris les images de webcam plus récentes) pour voir si la lave est soudainement apparue ou s’il y a un autre sujet de préoccupation.
Au cours de l’année à venir, le HVO prévoit l’acquisition d’une nouvelle caméra thermique sur l’Halema’uma’u. Elle permettra d’acquérir des images de résolution plus élevée. Ces images de meilleure qualité permettront des analyses encore plus détaillées et amélioreront le suivi du niveau de la lave dans le lac.
Source: USGS / HVO.
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Thermal cameras have been used by volcanologists around the world for many years to study volcanic processes and search for signs of impending eruptions.
On Kilauea, data from thermal cameras are used to track the level and movements of the summit lava lake within Halema’uma’u Overlook Crater. This helps HVO better understand lake behaviour and the inner workings of the volcano. Thermal images continue to teach volcanologists how molten lava erupts, degasses and, over geologic time, changes the landscape.
Thermal cameras work by measuring energy in the long-wave infrared part of the emitted light spectrum. That energy is translated into a temperature value using principles of physics.
Here below, you can see two recent thermal images of Kilauea’s summit lava lake. Colours correspond to surface temperatures: darker colours indicate cooler surfaces and lighter colours represent molten and recently solidified lava.
The scale at right does not reflect true temperatures due to a variety of factors, including the obscuring effects of volcanic fume. Actual lava temperatures for the hottest areas in these images would be about 1150 degrees Celsius. However, relative temperatures are still correct.
The field of view in each frame is roughly 200 metres across. In this view, the lake surface is about 120 metres below the camera.
In these images, captured on July 28th, 2017, one can see a dramatic difference in lava lake surface characteristics. The difference resulted from a sudden collapse of the rocky coating left on the vent wall by spattering and previous higher stands of the lake.
The image on the left shows typical lake conditions, with spattering on the northeast lake margin. About a dozen plates of semi-solid crust on the lake surface slowly circulate. Jagged and straight cracks form as the plates pull apart, revealing molten lava beneath the crust.
At 4:28 p.m. on July 28th, a large patch of the crater wall cascaded into the lava lake, leaving behind a hot scar (circled in the right-hand image). The impact of this rocky debris falling into the lava lake caused agitation that persisted for tens of minutes.
HVO’s thermal camera at Halema’uma’u has functioned well for over six years, sending data around the clock. The camera has a 53-degree-wide lens housed in a case for protection from weather, corrosive volcanic gas, and occasional bombardment by molten spatter. The box is mounted on a well-anchored tripod. Images are transmitted by WiFi connection to HVO, where they are collected on computer servers for delivery to the observatory’s public website and to HVO staff for analysis.
HVO also maintains thermal cameras that look into the Pu’uO’o crater on Kilauea’s East Rift Zone and Moku‘aweoweo caldera atop Mauna Loa. These cameras capture an image every 2–3 minutes. At Pu‘uO’o, if a hot spot fills more than five percent of the camera images, a computer program sends a text message with an embedded image to HVO staff. The Mauna Loa camera is similarly alarmed. If high temperature is detected, a text message is automatically sent to HVO staff. Upon receiving a text, the scientists check other monitoring data (including more recent webcam images) to see if lava has suddenly appeared or if there is another cause for concern.
In the coming year, HVO expects to upgrade the Halema’uma’u thermal camera to a new model that will acquire higher resolution images. Better images will allow even more detailed analyses and enhance tracking of lava levels.
Source: USGS / HVO.
Source: USGS / HVO
