Catégorie : Science

Plus d’informations sur l’éruption sous-marine à Mayotte // More information on the submarine eruption at Mayotte

Après une année d’attente, les scientifiques français ont fini par découvrir la cause de la sismicité qui angoissait les Mahorais : un nouveau volcan était en train de naître au fond de l’océan. Le CNRS vient de communiquer des informations sur les dernières recherches, notamment l’analyse des séismes qui a permis de retracer la formation du volcan.

Selon l’étude publiée le 6 janvier 2020 dans la revue Nature Geoscience, les scientifiques parviennent peu à peu à reconstruire les différentes étapes de la formation du volcan et la vidange d’un réservoir magmatique  très profond, localisé à une trentaine de kilomètres sous le niveau de la mer. C’est la plus grande éruption sous-marine enregistrée à ce jour avec un volume émis estimé à 3,4 km3.

Outre les séismes largement ressentis par la population de l’île, des centaines de signaux sismiques d’un type plus rare ont aussi été détectés bien avant la crise, dès janvier 2018, et la plupart à partir de juin 2018. Il s’agit d’ondes monochromatiques (autrement dit des ondes dont les oscillations sont toutes à une seule fréquence, ici 15.5 s), d’une durée de 20 à 30 minutes. Ce sont des signaux très longue période (VLP) généralement associés à la résonance de structures volcaniques. L’énergie générée par les principaux événements VLP est considérable car elle équivaut à l’énergie libérée par un séisme de magnitude M 5. Les ondes de surface ont été détectées partout sur Terre. C’est une observation inédite en sismologie. Ces éléments sont compatibles avec le déplacement de Mayotte vers l’est et son enfoncement dans le plancher océanique.

L’analyse des séismes a ainsi permis de retracer l’histoire de la naissance du volcan, parfaitement illustrée par la coupe ci-dessous, obtenue à l’issue des différentes missions MayObs.

La migration rapide et ascendante de la sismicité en mai-juin 2018 a révélé une propagation du magma depuis environ 30 km de profondeur jusqu’au plancher océanique où la campagne océanique MAYOBS 1 a permis de découvrir la création d’un nouvel édifice volcanique. Une fois le conduit formé, avec un passage permettant au magma d’atteindre la surface, l’éruption a commencé en juin 2018. On a alors observé une diminution de l’activité sismique et un affaissement du réservoir magmatique en profondeur, détecté à l’aide des stations GPS.

À partir de septembre 2018, une autre phase a commencé, avec un regain de sismicité en profondeur et plus proche de Mayotte. Celle-ci était due à la vidange et à l’effondrement du réservoir magmatique entre l’île et le volcan. Le nombre d’événements VLP a également augmenté. D’après l’équipe scientifique, ils constitueraient la manifestation du réservoir magmatique entrant en résonance lors de l’évacuation du magma. Tout au long de la crise, les propriétés de la résonance changent ; c’est probablement le signe d’une modification lente de la géométrie du réservoir qui s’amincit dans un premier temps, avant de se raccourcir sous l’effet de son effondrement, phénomène observé à partir de septembre 2018.

Selon lde CNRS, « l’étude démontre l’intérêt de l’analyse de signaux faibles enregistrés à partir de stations sismiques lointaines pour étudier des épisodes volcano-tectoniques de régions peu instrumentées. »

Source : CNRS, Journal de Mayotte.

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After a year of waiting, French scientists have finally discovered the cause of the seismicity which worried the population in Mayotte: a new volcano was born at the bottom of the ocean. CNRS has just released information on the latest research, in particular the analysis of earthquakes which made it possible to trace the formation of the volcano.
According to the study published on January 6th, 2020 in the journal Nature Geoscience, scientists are gradually  reconstructing the different stages of the formation of the volcano and the drainageof a very deep magmatic reservoir, located about thirty kilometers below the sea ​​level. It is the largest underwater eruption recorded to date with an estimated volume of 3.4 km3.

In addition to the earthquakes widely felt by the population of the island, hundreds of seismic signals of a rarer type were also detected well before the crisis, from January 2018, and mostly from June 2018. These are monochromatic waves (in other words waves whose oscillations are all at a single frequency, here 15.5 s), with a duration of 20 to 30 minutes. These are very long period signals (VLP) generally associated with the resonance of volcanic structures. The energy generated by the main VLP events is considerable because it is equivalent to the energy released by an earthquake with a magnitude M 5. Surface waves have been detected everywhere on Earth. This is an unprecedented observation in seismology.
These elements are compatible with Mayotte’s displacement to the east and its sinking into the ocean floor.
The analysis of the earthquakes thus made it possible to retrace the history of the birth of the volcano, perfectly illustrated by the cross-section below, obtained after the various MayObs missions.
The rapid and upward migration of seismicity in May-June 2018 revealed a spread of magma from about 30 km deep to the ocean floor where the MAYOBS 1 ocean campaign discovered the creation of a new volcanic structure. Once the conduit formed and a passage allowed magma to reach the surface, the eruption began in June 2018. Then, there was a decrease in seismic activity and a subsidence of the magmatic reservoir in depth, detected by GPS stations.

From September 2018, another phase began, with a new start of seismicity in depth and closer to Mayotte. This was due to the drainage and collapse of the magma reservoir between the island and the volcano. The number of VLP events also increased. According to the scientific team, they might be the indication of the magmatic reservoir entering into resonance during the evacuation of magma. Throughout the crisis, the properties of resonance change; it is probably a sign of a slow change in the geometry of the reservoir, which is thinner at first, before becoming shorter due to its collapse, a phenomenon observed from September 2018.

According to CNRS, “the study demonstrates the importance of analyzing weak signals recorded from distant seismic stations to study volcano-tectonic episodes from poorly instrumented regions.”

Source: CNRS, Journal de Mayotte.

 

Nouvelle approche de l’île de la Réunion et son volcan // New approach of Reunion Island and its volcano

Un article paru dans le très sérieux New York Times nous apprend que des scientifiques ont passé plusieurs jours à bord d’un hélicoptère équipé de capteurs spéciaux au-dessus du Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) pour créer une image montrant la relation entre l’intérieur du volcan et ses fréquentes éruptions. Leurs recherches ont été publiées en décembre dans les Scientific Reports.
Les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique pour cartographier 150 kilomètres carrés de la structure interne du Piton de la Fournaise. Leur travail a permis d’obtenir une vue en 3D montrant l’intérieur du volcan, le réseau de fluides hydrothermaux à haute température, ainsi que les nombreuses fractures qui permettent au magma de remonter vers la surface lors des éruptions.
L’intérêt de cette technique sur le Piton de la Fournaise est qu’elle pourrait être déployée ailleurs, que ce soit sur des volcans effusifs comme le Kilauea à Hawaï, ou sur des volcans explosifs comme ceux de la Chaîne des Cascades.

Pour étudier la structure intérieure d’un volcan, on peut utiliser des instruments permettant de mesurer la conductivité des roches. L’eau surchauffée qui circule à l’intérieur de l’édifice est très conductrice. De la même façon, les vieilles roches volcaniques qui ont été dégradée par cette eau ont une structure relativement conductrice. En revanche, les coulées de lave nouvellement refroidies et structurellement homogènes sont beaucoup plus résistantes d’un point de vue électrique.
Déployer des instruments destinés à détecter la résistivité des roches sur un volcan actif n’est pas une tâche facile. Souvent, les expéditions doivent choisir entre une carte souterraine haute résolution d’une petite zone ou une carte basse résolution d’un espace plus grand. Jusqu’à présent, les scientifiques s’étaient déplacés laborieusement à pied pour installer des équipements révélant des parties de la structure interne du volcan. Cette fois, pour aller plus vite, ils ont eu recours à un hélicoptère.

Le BRGM avait déjà effectué une telle mission en 2014. Volant à 50 mètres au-dessus du sol au dessus de l’île de la Réunion pendant quatre jours, l’hélicoptère a déplacé une boucle de 500 kilos qui envoyait des courants électriques de différente intensité pour exciter électriquement les rochers en dessous. Les signaux de retour électromagnétiques envoyés par le volcan ont été détectés par les instruments à bord de l’hélicoptère. Ces signaux de retour varient selon les propriétés des roches, ce qui permet aux scientifiques d’identifier des couches distinctes de l’édifice volcanique jusqu’à une profondeur de 990 mètres. La mission de 2014 a été très positive, notamment en ce qui concerne l’hydrogéologie, la détection des aquifères ou l’interaction entre l’eau de mer et l’eau douce. Voici une vidéo de la mission de 2014:
https://youtu.be/PujUpaekA3Y

Jusqu’à présent, les scientifiques étaient conscients de l’existence de certaines zones de fracture, de failles et de réseaux de fluides à l’intérieur du volcan. Grâce à la mission héliportée de 2019, ils disposent maintenant d’une image 3D encore jamais vue du sous-sol actif du volcan. On y voit très distinctement les secteurs où les conduits magmatiques, les fractures rocheuses et les réseaux hydrothermaux sont en relation les uns avec les autres.
Source: The New York Times.

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An article in the very serious New York Times informs us that scientists spent days aboard a helicopter with special sensors over Piton de la Fournaise (Reunion Island) to develop a picture of how its insides affect its frequent eruptions. Their research was published in December in Scientific Reports.

The researchers used a novel technique to map out 150 square kilometres of Piton de la Fournaise’s internal structure. Their survey revealed a 3D view of the volcano’s interior, from the network of superheated hydrothermal fluids to the numerous faults that allow magma to ascend to the surface during eruptions.

The interest of this technique on Piton de la Fournaise is that it could be deployed elsewhere, whether on volcanoes with effusive eruptions like Hawaii’s Kilauea, or on more explosive ones like in the Cascade Range.

One way to study the inside structure of a volcano is to use instruments to see how well the rocks below conduct electricity. The very high temperature water that circulates is highly conductive. As a consequence, the old volcanic rock that has been degraded by it has a structure which is relatively conductive. On the other hand, newly cooled, structurally homogeneous lava flows are much more electrically resistant.

Deploying electrical resistivity-detecting instruments on an active volcano is not an easy task. Often, expeditions must choose between a high-resolution underground map of a small area or a low-resolution map of a larger space. Scientists had previously worked slowly on foot to deploy equipment revealing parts of its internal structure. This time, to speed things, they resorted to a helicopter.

French BRGM had already performed such a mission in 2014. Flying 50 metres above the ground on Reunion Island over four days, the helicopter’s winch held a 500-kilogram hoop that sent electric currents of different intensity to electrically excite the rocks below. The electromagnetic response coming up from the volcano was detected by the instruments onboard the helicopter. These response signals differed, depending on the properties of the rocks, which allowed scientists to identify individual layers of the volcanic edifice down to a depth of 990 metres. The 2014 mission was very positive, especially in hydrogeology, the detection of the aquifers, or the interaction between seawater and fresh water. Here is a video of the 2014 experiment:

https://youtu.be/PujUpaekA3Y

Scientists were previously aware of the existence of some of the volcano’s rift zones, faults and fluid networks. Thanks to the latest 2019 helicopter mission, they now have a 3D schematic providing an unparalleled image of the volcano’s active subsurface, showing with precision where its magmatic pathways, rocky scars and hydrothermal networks are in relation to each other.

Source: The New York Times

Exemple des images 3D obtenues lors de la mission 2019

 (Source : Marc Dumont, Université de la Sorbonne)

Piton de la Fournaise vu du ciel (Photo: C. Grandpey)

Inauguration du nouvel observatoire à la Martinique!

Les volcanophiles qui se sont rendus à la Martinique connaissent certainement l’observatoire volcanologique et sismologique du Morne des Cadets qui pendant 85 ans a fourni de bons et loyaux services à la communauté scientifique.

Après cette longue période de travail, il est maintenant à la retraite après avoir appartenu, il est vrai, à un régime un peu spécial ! Il sera désormais remplacé par un nouvel observatoire à la forme futuriste situé à 2 kilomètres en contrebas et qui a été inauguré sous la pluie le 13 décembre 2019.
Le nouveau site bénéficie lui aussi d’une vue directe sur la Montagne Pelée. Il sera doté d’outils de surveillance à la pointe du progrès. En concertation avec l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) pour la définition des contraintes techniques et scientifiques, la Collectivité Territoriale de la Martinique (CTM) a inscrit sa construction au Contrat de Plan Etat Région.

Le nouvel observatoire est doté d’une meilleure capacité d’accueil des chercheurs régionaux et internationaux. Il disposera, entre autres, de nouveaux laboratoires d’analyses ainsi que de caves d’expérimentation pour l’instrumentation géophysique.

Cet équipement entend démontrer la volonté de la CTM d’intégrer la prévention du risque dans sa politique, en se dotant d’outils ultra performants pour mieux appréhender les phénomènes naturels.

Source : Martinique La Première.

Comme son prédécesseur, le nouvel observatoire bénéficie d’une superbe vue sur la Vieille Dame (Photos: C. Grandpey)

Une balise pour prévoir séismes, tsunamis et éruptions // A buoy to predict earthquakes, tsunamis and eruptions

Des géophysiciens de l’Université de Floride du Sud (USF) ont mis au point et testé avec succès une balise de haute technologie, utilisable en eau peu profonde, capable de détecter les moindres variations du plancher océanique, souvent annonciateurs de catastrophes naturelles dévastatrices, telles que les séismes, les tsunamis et les éruptions volcaniques.

Le système flottant, mis au point avec l’aide d’une subvention de 822 000 dollars allouée par la National Science Foundation, a été installé à Egmont Key dans le Golfe du Mexique en 2018 et a déjà livré des données sur le mouvement tridimensionnel du plancher océanique. Ainsi, il sera capable de détecter de petites variations de contrainte dans la croûte terrestre.
En attente de brevet, ce système de géodésie présente l’aspect d’une balise ancrée au fond de la mer et surmontée d’un GPS de haute précision. L’orientation de la balise est mesurée à l’aide d’une boussole numérique fournissant des informations sur le cap, le tangage et le roulis, ce qui permet de mesurer latéralement  les mouvements de la Terre et diagnostiquer les principaux séismes déclencheurs de tsunamis.
Bien que plusieurs autres techniques de surveillance des fonds marins soient actuellement disponibles, la technologie mise au point en Floride fonctionne généralement mieux dans les milieux océaniques profonds où les interférences sonores sont moindres. Les eaux côtières peu profondes (moins de quelques centaines de mètres de profondeur) constituent un environnement plus difficile à analyser, mais également important pour de nombreuses applications, notamment certains types de séismes dévastateurs. Les processus d’accumulation et de libération de contraintes au niveau de la croûte terrestre au large sont essentiels à la compréhension des puissants séismes et des tsunamis.
Le système flottant est relié au fond de la mer à l’aide d’un lest en béton et il a pu résister à plusieurs tempêtes, dont l’ouragan Michael dans le Golfe du Mexique. Le système est capable de détecter des mouvements du plancher océanique de seulement deux centimètres.
La technologie a plusieurs applications potentielles dans l’industrie pétrolière et gazière en mer et pourra être utilisée pour la surveillance de certains volcans. Toutefois, la principale application concerne l’amélioration de la prévision des séismes et des tsunamis dans les zones de subduction. Les puissants séismes et tsunamis qui ont frappé Sumatra en 2004 et le Japon en 2011 sont des événements que les scientifiques souhaiteraient mieux comprendre et prévoir.
Le système mis au point par l’Université de Floride est conçu pour les applications de zones de subduction de la Ceinture de Feu du Pacifique, où les processus d’accumulation et de libération de contraintes de l’écorce terrestre en mer sont actuellement mal connus. Les scientifiques espèrent pouvoir installer le nouveau système dans les eaux côtières peu profondes de l’Amérique Centrale, où se produisent souvent des tremblements de terre.
Le site d’Egmont Key où le système a été testé présente une profondeur de 23 mètres. Bien que la Floride ne soit pas sujette aux séismes, les eaux au large d’Egmont Key se sont avérées un excellent site de test. Ce lieu est exposé à de forts courants de marée qui ont permis de tester le système de correction de la stabilité et de l’orientation de la balise. La prochaine étape consistera à installer un système semblable dans les eaux plus profondes du Golfe du Mexique, au large de la côte ouest de la Floride.
Source: Université de Floride du Sud.

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University of South Florida (USF) geoscientists have successfully developed and tested a new high-tech shallow water buoy that can detect the small movements and changes in the Earth’s seafloor that are often a precursor to deadly natural hazards, like earthquakes, volcanoes and tsunamis.

The buoy, created with the assistance of an $822,000 grant from the National Science Foundation, was installed off Egmont Key in the Gulf of Mexico in 2018 and has been producing data on the three-dimensional motion of the sea floor.  Ultimately the system will be able to detect small changes in the stress and strain the Earth’s crust.

The patent-pending seafloor geodesy system is an anchored spar buoy topped by high precision Global Positioning System (GPS). The buoy’ orientation is measured using a digital compass that provides heading, pitch, and roll information – helping to capture the crucial side-to-side motion of the Earth that can be diagnostic of major tsunami-producing earthquakes.

While there are several techniques for seafloor monitoring currently available, that technology typically works best in the deeper ocean where there is less noise interference. Shallow coastal waters (less than a few hundred metres deep) are a more challenging environment but also an important one for many applications, including certain types of devastating earthquakes. Offshore strain accumulation and release processes are critical for understanding powerful earthquakes and tsunamis.

The experimental buoy rests on the sea bottom using a heavy concrete ballast and has been able to withstand several storms, including Hurricane Michael up the Gulf of Mexico. The system is capable of detecting movements as small as one to two centimetres.

The technology has several potential applications in the offshore oil and gas industry and volcano monitoring in some places, but the big one is for improved forecasting of earthquakes and tsunamis in subduction zones. The giant earthquakes and tsunamis in Sumatra in 2004 and in Japan in 2011 are examples of the kind of events scientists would like to better understand and forecast in the future.

The system is designed for subduction zone applications in the Pacific Ocean’s “Ring of Fire” where offshore strain accumulation and release processes are currently poorly monitored. One example where the group hopes to deploy the new system is the shallow coastal waters of earthquake prone Central America.

The Egmont Key test location sits in just 23 metres depth.  While Florida is not prone to earthquakes, the waters off Egmont Key proved an excellent test location for the system. It experiences strong tidal currents that tested the buoy’s stability and orientation correction system. The next step in the testing is to deploy a similar system in deeper water of the Gulf of Mexico off Florida’s west coast.

Source: University of South Florida.

Vue de la balise haute technologie mise au point par l’Université de Floride (Source : USF)

Vue du site d’Egmont Key, sur la côte ouest de la Floride, où la balise a été testée (Source : Google maps)