Catégorie : Science

Les geysers de Yellowstone

drapeau francaisLe 16 février 2013, dans une note intitulée « A l’intérieur des geysers », j’ai expliqué comment deux géologues russes ont essayé de comprendre leur fonctionnement en introduisant une caméra très robuste à l’intérieur des conduits de six d’entre eux dans la célèbre Vallée des Geysers au Kamchatka.

http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

Le site web Live Science (http://www.livescience.com/) consacre aujourd’hui un article à ce sujet en faisant référence aux geysers de Yellowstone. On nous explique que les geysers et les volcans ont un comportement un peu similaire, avec toutefois deux différences majeures : leur alimentation (lave pour les uns, eau pour les autres) et leur ponctualité, celle des geysers étant souvent remarquable alors que les éruptions restent encore extrêmement difficiles à prévoir.

En 2010, Shaul Hurwitz, chercheur en hydrologie à l’USGS de Menlo Park en Californie a invité 13 de ses collègues à travers le monde à venir étudier pendant une semaine le fonctionnement du Lone Star Geyser dans le parc de Yellowstone. Le Lone Star est un geyser très esthétique qui se manifeste régulièrement toutes les trois heures. Les chercheurs ont mesuré la quantité d’eau rejetée, les mouvements du sol, les ondes sismiques et sonores et ils ont enregistré une vidéo à haute vitesse avec des images visibles et infrarouges.

Ces données ont permis de mieux comprendre le processus éruptif de ce geyser. Les résultats de l’étude ont été publiés au mois de juin dans le Journal of Geophysical Research.

L’éruption du Lone Star Geyser se déroule en 4 phases distinctes, avec un signal géophysique propre à chacune d’elles. Pendant que la pression s’accumule dans le sous-sol, une phase « préliminaire » avec des émissions répétées d’eau et de vapeur annonce l’éruption proprement dite qui commence avec des projections d’eau et de vapeur à des vitesses comprises entre 58 et 101 km/h. Ces vitesses ont pu être calculées en filmant les particules projetées avec une caméra haute vitesse. L’éruption fait ensuite place à un épisode post-éruptif très calme qui se termine par une phase de re-remplissage du geyser.

Les scientifiques font remarquer que des geysers comme le Lone Star ou le Vieux Fidèle se trouvent à proximité des zones volcaniques actives qui ont récemment (à l’échelle géologique) secoué la caldeira de Yellowstone et où le magma est susceptible de chauffer l’eau sous la surface. Les geysers apparaissent quand des points d’obturation empêchent l’eau et la vapeur de s’élever vers la surface, phénomène qui emprisonne des bulles et se termine par l’éruption du geyser. Ce processus avait été parfaitement étudié au Kamchatka (voir ma note du 16 février).

Dans le cas présent, les chercheurs ont estimé que la quantité de chaleur émise par le Lone Star Geyser était équivalente à une puissance de 1,4 mégawatts, ce qui suffirait pour alimenter 1000 foyers pendant une heure. Toutefois, cette chaleur représente à peine 0,1 % de toute celle émise par la caldeira de Yellowstone. De plus, il ne faut pas oublier que cette chaleur se disperse à la surface et est libérée par les autres sources du Parc. Au final, si l’on prend en compte tous les geysers de Yellowstone, Shaul Hurwitz estime que « la quantité totale de chaleur produite est relativement négligeable ».

 

drapeau anglaisOn February 16th 2013, in a note entitled « Inside geysers, » I explained how two Russian geologists tried to understand how they work by introducing a sturdy camera inside the ducts of six of them in the famous Valley of Geysers in Kamchatka.

http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

The website Live Science (http://www.livescience.com/) has just published an article about this topic with a reference to the geysers of Yellowstone. We are told that geysers and volcanoes have a somewhat similar behaviour, but with two major differences: their plumbing (lava for the ones, water for the others) and punctuality; indeed, the geysers are often remarkably punctual whereas eruptions are still very difficult to predict.
In 2010, Shaul Hurwitz, a hydrology researcher at the USGS in Menlo Park, California, invited 13 of his colleagues around the world to study for a week-long experiment at the Lone Star Geyser in Yellowstone Park. The Lone Star is a very aesthetic geyser that regularly erupts every three hours. The researchers measured the amount of water discharged, the ground motion, seismic and sound waves and they recorded a high-speed video with visible and infrared images.
These data allowed to better understand the eruptive process of the geyser. The results of the study were published in June in the Journal of Geophysical Research.
The Lone Star Geyser erupts in four distinct phases, each with a unique geophysical signal. As pressure builds up underground, a « preplay » phase, with pulses of steam and water, signals the coming outburst. Then, the eruption starts, with water and steam fountaining at 58 to 101 km/h. The researchers tracked particles in the jetting water with the high-speed camera to calculate the speed. A quiet post-eruption phase follows, finishing with a recharge phase while the geyser cone refills.

The scientists note that geysers like Lone Star and Old Faithful are located close to active volcanic areas that recently (geologically speaking) shook the Yellowstone caldera and where magma is likely to heat subsurface water. Geysers form when choke points prevent water and steam from rising underground, trapping bubbles that eventually explode into an eruption. This process had been fully studied in Kamchatka (see my note of 16 February).
In the case of Yellowstone, the researchers estimate that the amount of heat emitted by the Lone Star Geyser is about 1.4 megawatts, which is enough energy to power 1,000 homes for one hour. But the heat amounts to less than 0.1 percent of the total heat output from the whole Yellowstone caldeira. In addition, we should not forget that this heat that escapes to the surface is radiated by other sources in the Park. Finally, if one takes into account all the geysers of Yellowstone, Shaul Hurwitz believes that « the total heat ouput is relatively negligible. »

Lone-Star-Geyser

Le Lone Star Geyser, l’un de mes préférés à Yellowstone  (Photo: C.  Grandpey)

L’Islande va-t-elle bientôt exporter son énergie géothermique ? // Will Iceland soo export its geothermal energy ?

drapeau francaisIl y a quelques années, une étude a été faite sur la faisabilité d’un projet d’exportation de l’électricité islandaise vers l’Ecosse via un immense câble électrique sous-marin, mais le projet a été abandonné en raison de son coût.
Aujourd’hui, le projet est remis à l’ordre du jour. En effet, après avoir reçu des estimations très différentes sur la rentabilité de la construction du câble sous-marin, l’Islande a demandé une deuxième étude sur le sujet.
La première étude de faisabilité avait émis des doutes considérables sur les bénéfices que l’Islande pourrait tirer de l’exportation de son énergie vers les marchés européens. L’étude a indiqué que la construction du câble pourrait générer un revenu d’exportation annuel allant de 32 millions de dollars à 62,5 millions de dollars.
Une décision sur l’opportunité de construire ou non le câble électrique devrait être prise dans les prochaines semaines. Ce serait le plus long câble (1170 km) jamais construit au fond de l’océan. Mais cela pourrait valoir  la peine: L’Islande a du mal à sortir de la crise économique de 2008. Si le projet aboutissait, ce pourrait être un bon moyen de gagner de l’argent. L’île a produit 17,2 térawatts-heure d’électricité en 2012 pour ses besoins domestiques. Le Royaume-Uni évalue 17 térawatt-heure à 1,2 milliards de dollars. Considérant que le gouvernement islandais a estimé que près de trois quarts de l’énergie géothermique du pays restent inexploités, le projet pourrait devenir une grande opportunité. En outre, le pays dispose de ressources hydroélectriques qui contribuent pour 73 pour cent à la production d’électricité de l’Islande.
Un problème majeur est que pour doubler ou tripler la puissance fournie, il faudrait exploiter certaines régions écologiquement sensibles. Si l’Islande veut construire un câble de 700 mégawatts ou 1.100 mégawatts à destination du Royaume-Uni ou d’autres pays européens, il faudra prendre en compte l’impact sur l’environnement qu’un tel projet pourrait avoir. Comme l’a dit le Ministre de l’Industrie islandais: « Il ne s’agit pas simplement de brancher le câble sur la première prise électrique disponible. »

Source: Site Internet Green Technology.

 

drapeau anglaisA few years ago, a study was made about the feasibility of a project to export Icelandic electricity to Scotland via a gigantic undersea power cable but the project was shelved because of its cost.

Today, the project has come to life again. Indeed, after receiving wildly disparate estimations on the profitability of building the undersea power cable, Iceland has asked for a second study on the subject.

The country’s first feasibility study had found a “considerable degree of uncertainty” as to how profitable it would be for Iceland to export its power to European markets. The study said that the building of the power cable could result in an annual export revenue ranging from $32 million to $62.5 million.

A decision about whether to build the power cable or not should be taken in the coming weeks. It would be the longest one ever built, stretching 1170 kilometres undersea. But could very well be worth the trouble: With Iceland struggling to get out of its 2008 economic crisis, it could be a good means to make money. The island produced 17.2 terawatt-hours of electricity in 2012 for its domestic needs. The U.K. month-ahead spot price values 17 terawatt-hours at $1.2 billion. Considering that the government has estimated that as much as three-quarters of Iceland’s geothermal energy is untapped, the project could become a big opportunity.  Besides, the country has hydropower resources which contribute 73 percent of Iceland’s electricity production.

A major problem is that doubling or tripling the power output would require exploiting some environmentally sensitive regions. If Iceland wants to build a 700-megawatt or 1,100-megawatt cable to the U.K. or other European countries, it will have to realize the potential environmental impact such a project may have. Said Iceland’s Industry Minister: “It’s not just a question of plugging the cable into the next available socket.”

Source: Green Technology website.

Islande blog 11

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L’Islande : un pays qui a de l’énergie à revendre !  (Photo:  C.  Grandpey)

Le cri du volcan // Volcano screaming

drapeau francaisLe tremor harmonique est un phénomène sismique fréquemment observé pendant les éruptions volcaniques, mais celui observé en 2009 pendant l’éruption du Mont Redoubt en Alaska a été tout à fait exceptionnel.

Avec un départ à une fréquence d’environ 1 hertz, il a culminé à 30 hertz ! Même sur l’île de Montserrat en 1997, le volcan de Soufriere Hills n’avait atteint qu’une fréquence de 3 hertz au maximum de la crise éruptive. La plupart du temps, le tremor harmonique se situe à une fréquence d’environ 1 hertz, bien trop faible pour être captée par l’oreille de l’homme pour qui la gamme des fréquences audibles commence à environ 20 hertz.

Pour mesurer la fréquence du Redoubt, les scientifiques américains de l’Université de l’Etat de Washington ont converti en son les données sismiques enregistrées pendant la phase pré-éruptive du volcan et ils ont ensuite accéléré l’enregistrement. La première bande d’enregistrement, un clip d’une dizaine de secondes correspondant à 10 minutes de données sismiques accélérées 16 fois, a révélé un tremor harmonique atteignant des fréquences de plus en plus élevées avant de cesser brusquement juste avant les six éruptions produites par le Redoubt.

Un autre enregistrement, avec une heure de quelque 1600 petits séismes compressés dans un clip d’une minute, donne le résultat suivant (mettre le son) :

http://soundcloud.com/uw-today/redoubtdrumbeats

C’est la première fois que ces vibrations – qui ressemblent au départ à des battements de tambours – sont explicitement liées au tremor harmonique.

Après avoir établi le lien entre le son à haute fréquence et les petits séismes à répétition, l’équipe scientifique de l’Etat de Washington a travaillé avec une équipe de l’Université de Stanford pour comprendre la cause de ce crescendo de fréquence qui cesse très brusquement. Selon les chercheurs de Stanford, cette hausse rapide serait due à une montée en pression dans les fractures à l’intérieur de l’édifice volcanique. Cette pression atteindrait 100 fois la pression atmosphérique et provoquerait 30 séismes par seconde. Plus la pression augmente, plus les séismes deviennent fréquents et rapprochés.

Toutefois, ce qui provoque cette pression énorme reste un mystère. Selon un scientifique, il se pourrait que la pression croissante oblige une partie du magma à cristalliser. Le bruit aigu correspondrait alors au frottement du reste du magma qui monte difficilement dans les conduits qui se rétrécissent. Cette hypothèse reste à vérifier.

Il est peu probable que l’étude des cris émis par le Redoubt permette de prédire les éruptions volcaniques mais elle pourrait permettre de mieux comprendre ce qui se passe dans le ventre du volcan pendant la phase pré-éruptive.

Source:  Synthèse de plusieurs articles parus dans la presse américaine.

 

drapeau anglaisThe harmonic tremor is a seismic phenomenon frequently observed during volcanic eruptions, but the tremor observed in 2009 during the eruption of Mount Redoubt in Alaska has been quite exceptional.
With a start at a frequency of about 1 Hz, it peaked at 30 hertz! Even on the island of Montserrat in 1997, the Soufriere Hills volcano had only reached a frequency of 3 Hz at the climax of the eruptive crisis. Most of the time, the harmonic tremor is recorded at a frequency of about 1 Hz, although too small to be detected by a man’s ear for whom the audible frequency range starts at about 20 Hz ..

To measure the frequency, Ms. Hotovec-Ellis converted into sound seismic data recorded from the volcano’s pre-eruption, and then sped up the recording. The first tape, a ten-second clip of ten minutes of data sped up 16 times, is a harmonic tremor ascending to higher and higher frequencies before coming to an abrupt halt just before the six eruptions.

Another recording, an hour of some 1,600 small earthquakes compressed into a one-minute clip, gives this result (turn on the sound):

http://soundcloud.com/uw-today/redoubtdrumbeats

This is the first time that the drumbeat of repeating earthquakes has been so explicitly linked to the harmonic tremor.

Having established the link between the high frequency and small repeated earthquakes, the scientific team of the State of Washington worked with another team of Stanford University to understand the cause of this crescendo of frequency that stops very abruptly. According to researchers at Stanford, this rapid rise is due to an increase in pressure in the fractures within the volcanic edifice. This pressure would reach 100 times atmospheric pressure and cause 30 earthquakes per second. The higher the pressure, the more frequent and the closer the earthquakes.
However, what causes this enormous pressure remains a mystery. According to a scientist, it is possible that the increasing pressure forces a portion of the magma to crystallize. The high-pitched noise might correspond to the friction of the rest of the magma that forces its way through narrowing conduits. This hypothesis remains to be checked.
It is unlikely that the study of the screams of Mount Redoubt will help predict volcanic eruptions but it might allow to better understand what is going on inside the volcano during the pre-eruptive phase.

Source: American press.

Redoubt-blog

Le Mont Redoubt  (Photo:  C. Grandpey)

Olympus Mons (Planète Mars)

drapeau francaisL’Agence Spatiale Européenne (ESA) a mis en ligne des images d’Olympus Mons prises le 21 Janvier 2013 par la sonde spatiale Mars Express:

http://spaceinimages.esa.int/Missions/Mars_Express/%28class%29/image

Ces images montrent en particulier le versant SE de ce volcan gigantesque qui domine  les plaines environnantes d’une hauteur d’environ 22 kilomètres. Ceci est à comparer avec le Mauna Kea à Hawaii, le plus haut volcan sur Terre, d’une hauteur de 10 km lorsqu’elle est mesurée à partir de sa base océanique.
Comme le Mauna Kea, Olympus Mons est un volcan bouclier, avec des versants en pente douce. Toutefois, contrairement à d’autres volcans boucliers, le versant SE se brise brusquement pour former des falaises abruptes qui le séparent des plaines environnantes. Ces falaises ont probablement été formées par d’importants glissements de terrain sur les flancs du volcan.
Les coulées de lave couvrent la base du volcan, avec en leur sein une série de blocs pointus et à sommet plat qui ont roulé ou ont été emportés lors des effondrements. Les vastes réseaux de coulées de lave étroites, qui se chevauchent parfois, sont la preuve d’un passé volcanique très actif. La lave a parcouru les pentes du volcan avant de s’étaler largement au moment où elle atteignait l’escarpement et les plaines en dessous.
Les petits cratères d’impact visibles sur l’image montrent que cette région est relativement jeune par rapport à d’autres régions présentant des cratères plus nombreux ailleurs sur Mars – plus la surface est vieille, plus elle a été susceptible d’être exposée à des impacts d’astéroïdes ou de comètes.
On pense que la région volcanique où se dresse Olympus Mons et plusieurs autres grands volcans a été active jusqu’à il y a des dizaines de millions d’années, ce qui est relativement récent sur échelle géologique de la planète qui s’étend sur 4,6 milliards d’années.

drapeau anglaisThe European Space Agency (ESA) has released images of Olympus Mons taken on January 21st 2013 by the space probe Mars Express. http://spaceinimages.esa.int/Missions/Mars_Express/%28class%29/image

These images show the SE flank of the giant volcano, which towers some 22 km above the surrounding plains. This is to be compared with Hawaii’s Mauna Kea, the tallest volcano on Earth at 10 km, when measured from its oceanic base to summit.

Like Mauna Kea, Olympus Mons is a shield volcano, with gently sloping sides. But unlike other shield volcanoes, the SE flank has an abrupt cliff edge separating it from the surrounding plains. These cliffs were likely formed during major landslides on the flanks of the volcano.

Lava flows cover the base of the volcano, punctuated by a series of pointy and flat-topped blocks that were either rotated or uplifted during the collapse. The extensive networks of narrow, overlapping lava flows are proof of an extremely active volcanic past. The lava spilled down the slopes of the volcano, spreading out into broad fans as it reached the scarp and plains below.

The small impact craters in this scene shows that it is relatively young compared with more heavily cratered regions elsewhere on Mars – the older the surface, the greater the exposure time to impact events by asteroids or comets.

The volcanic region hosting Olympus Mons and several other large volcanoes is thought to have been active until tens of millions of years ago, relatively recent on the planet’s geological timescale that spans 4.6 billion years.

Olympus-Mons-2

Avec l’aimable autorisation de l’Agence Spatiale Européenne