Des signaux acoustiques pour détecter le début d’une éruption // Acoustic signals to detect the start of an eruption

La dernière éruption du Mauna Loa sur la Grande Ȋle d’Hawaï a commencé le 27 novembre 2022. Elle a été précédée d’une activité sismique intense environ une demi-heure avant que la lave soit visible sur les caméras de surveillance.

Image des premières heures de l’éruption sur la caméra thermique du HVO

Ces caméras sont essentielles pour contrôler l’activité éruptive mais les vues de l’activité peuvent être entravées par les nuages, le brouillard ou les gaz volcaniques. Il se peut aussi que les caméras ne couvrent pas suffisamment le site de l’éruption. C’est pourquoi l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) et d’autres observatoires dans le monde utilisent d’autres méthodes pour tenter d’identifier l’activité éruptive même si le volcan n’est pas parfaitement visible.
Une de ces méthodes consiste à mesurer les bruits émis par une éruption. Ils s’éloignent progressivement de la source, comme le font les rides sur l’eau quand on y a jeté une pierre.
Les scientifiques installent régulièrement des réseaux de capteurs acoustiques sur les flancs des volcans. Ces capteurs sont capables de mesurer le bruit audible, mais aussi le bruit inaudible dont les fréquences (infrasons) ne sont pas perçues l’oreille humaine. Un traitement informatique de ces données est ensuite mis en oeuvre pour rechercher des signaux provenant d’une direction distincte.
Le HVO surveille les volcans hawaiiens à l’aide de données traitées en temps quasi réel en provenance de réseaux acoustiques qui mesurent les changements de pression autour du Kilauea et du Mauna Loa. Des réseaux de capteurs sont déployés sur le terrain pour permettre aux ordinateurs de rechercher des corrélations dans l’énergie acoustique provenant de centres d’éruption probables.
Le traitement des données permet de comparer toutes les formes d’ondes du réseau et examine la cohérence des ondes dans diverses conditions. Dans les tracés obtenus, les cohérences de forme d’onde sont marquées par des points rouges et orange et les incohérences par des points bleu clair et foncé. Les sons incohérents ressemblent à ceux que l’on peut entendre dans une forêt par une journée de grand vent, tandis qu’un son plus cohérent serait celui émis par une voiture qui klaxonne.
Les signaux acoustiques cohérents ont souvent des caractéristiques qui leur permettent d’être distingués lors du traitement des données. Deux bons indicateurs de cohérence sont la vitesse et la direction des ondes. Par exemple, près de la surface de la Terre, les sons se propagent généralement à des vitesses d’environ 300 à 400 mètres par seconde. Le réseau d’infrasons du HVO se trouve à l’intérieur du Parc national des volcans d’Hawaii et couvre un angle d’environ 300 degrés, tout en étant pointé vers le sommet du Mauna Loa. La détection automatique peut utiliser ces signaux (cohérence, vitesse et direction des ondes) pour permettre aux scientifiques de comprendre rapidement quand une éruption se produit au sommet du Mauna Loa.

La figure D ci-dessus montre qu’une légère activité éruptive a commencé vers 23 h 25. En réalité, l’activité a probablement commencé environ 2 minutes plus tôt, vers 23 h 23, étant donné qu’il faut environ 2 minutes au son pour voyager du sommet du Mauna Loa jusqu’au réseau de capteurs acoustiques.
La figure A montre qu’à 23 h 36, les coulées de lave émises par l’éruption avançaient rapidement à travers la caldeira sommitale du Mauna Loa. L’activité s’est intensifiée fortement vers 23h40.
Cela montre l’intérêt d’utiliser plusieurs lignes d’informations pour évaluer l’activité éruptive.
En plus des méthodes acoustiques, le HVO utilise une panoplie d’instruments, notamment en matière d »imagerie sismique, de déformation, d’analyse des gaz, ainsi qu’un réseau de caméras.
Source : USGS, HVO.

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Mauna Loa’s latest eruption on Hawaii Big Island started on Novembre27th, 2022. It was preceded by intense earthquake activity about half an hour before lava could be seen lava seen on the webcams.

Remote cameras are critical to confirm eruptive activity but, in many cases worldwide, views of the activity can be obscured. Clouds, fog or volcanic gas can block views, or cameras might not cover the eruption site. Hence, the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) and other observatories around the globe use other methods to attempt to identify eruption activity even if the volcano cannot be clearly seen.

One way to monitor volcanic activity is to measure the sounds of an eruption. They can rapidly travel away from the eruption vent in the same way a rock thrown into calm water can make ripples that move away from the source.

Scientists routinely install arrays of acoustic sensors on the flanks of volcanoes that can measure the audible and the inaudible noise which have frequencies (infrasounds) that human ears can’t sense. Computer processing is then used to look for signals that come from a distinct direction.

HVO monitors local volcanoes using rapidly processed near real-time data from acoustic arrays that measure pressure changes around Kīlauea and Mauna Loa. The grouped sensor arrays are deployed in the field to allow computers to look for correlations in acoustic energy from likely eruption centers.

The processing compares all waveforms of the array and looks at the coherency of the waves under a range of conditions. In the plots, strong waveform coherency are marked by red and orange dots and incoherent waves are marked by light and dark blue. Incoherent sounds are like those one can hear in the middle of a forest on a windy day and more coherent sound would be from a car honking on the road.

Coherent acoustic signals often have characteristics that allow them to be distinguished by the processing of array data, and two good indicators of coherency come from the wave speed and wave direction across the array. For example, near the surface of the Earth sounds usually travel at speeds of about 300 to 400 meters per second. The Hawaiian Volcano Observatory’s infrasound array is located in Hawai‘i Volcanoes National Park and has a compass direction of about 300 degrees, pointing back to Mauna Loa summit. Automated detection can use these characteristics (coherency, wave speed and direction) to improve the scientists’ ability to rapidly understand when an eruption is occurring at the Mauna Loa summit.

Panel D of the figure above shows that the compass back direction becomes very stable at about 11:25 p.m., which indicates that mild eruptive activity had started. Its timing was probably about 2 minutes earlier, at about 11:23 p.m., given that it takes about 2 minutes for sound to travel from the summit of Mauna Loa to the array of acoustic sensors.

Indeed, panel A of the figure above shows that by 11:36 p.m., lava flows being generated by the new eruption were rapidly expanding across the Mauna Loa summit caldera. The progression and expansion of the lava is followed by a strong intensification of that activity around 11:40 p.m.

This shows the value of using multiple lines of information to evaluate eruptive activity.

In addition to acoustic methods, the Hawaiian Volcano Observatory uses a full range of monitoring methods including seismic, deformation, gas and webcam imagery.

Source : USGS, HVO.

Recherche de sources géothermiques en région parisienne

La géothermie est une source d’énergie propre particulièrement intéressante. Elle est utilisée à grande échelle dans des pays comme l’Islande ou la Nouvelle Zélande.

Géothermie en Islande

 Géothermie en Nouvelle Zélande (Photos: C. Grandpey)

 Cette émergie existe dans notre pays mais elle est beaucoup plus localisée. Dans le Cantal, Chaudes-Aigues est un des berceaux de la géothermie. Les eaux chaudes chauffent les habitations et alimentent les thermes depuis le 16ème siècle.

 

La source du Par à Chaudes-Aigues a un débit de 18 m3/heure. L’eau sort à une température de 81 à 82,5°C. C’est la plus chaude de France métropolitaine. (Photo : C. Grandpey)

La géothermie représente un moyen efficace pour se chauffer l’hiver tout en réduisant notre dépendance au gaz ou à l’électricité. Mais cette ressource reste encore peu exploitée en France.

Pour favoriser le développement de nouveaux projets, trois camions vibreurs sillonnent les routes d’Île-de-France pendant la nuit, depuis plusieurs semaines. Leur mission est de cartographier le sous-sol pour identifier les réserves d’eau chaude dans le cadre de l’opération « Geoscan ».

Camio-vibreur en Ile-de-France (Crédit photo: Boris Hallier / Radio France)

Concrètement, le camion s’installe sur sa plaque vibrante et la met en action pendant huit heures. Des vibrations se produisent tous les dix mètres pendant 40 secondes, jusqu’au bout de la nuit.

En un mois, les opérateurs sont en mesure de collecter des données sur plus de 280 km, dans une centaine de communes. Un géophysicien explique que « les vibrations qui sont émises par ce camion vont se propager dans le sous-sol et chaque fois qu’on a un changement de roche, il y a une partie de cette vibration qui va remonter à la surface comme un écho. C’est un peu comme une échographie.» Cet écho est enregistré par les capteurs placés en surface et les données permettent ensuite d’obtenir des images du sous-sol.

Avec cette opération, les géologues espèrent identifier de nouvelles sources géothermiques dans l’ouest et le sud de l’Île-de-France. Elles se trouvent à différentes profondeurs, entre 500 mètres et 3 000 mètres de profondeur pendant la dernière campagne de recherche.

L’enjeu est important à l’heure de la décarbonation et de la souveraineté énergétique. En effet, il est intéressant de tirer le maximum d’énergie d’une nappe d’eau à 1 500 mètres de profondeur, avec une température entre 50 et 65 degrés.

En France, 59 réseaux de chaleur urbains sont alimentés par la géothermie profonde. L’Île-de-France reste la principale région où la géothermie profonde est utilisée avec 54 installations et près d’un million de Franciliens qui en bénéficient. Cela permet d’éviter l’émission de 400 000 tonnes de CO2 par an par rapport à une chaufferie au gaz. L’objectif est maintenant de doubler voire tripler le nombre de projets.

Source : France Info.

Ce n’est pas la première fois que des camions vibreurs sont utilisés à des fins géologiques. Dans une note publiée le 23 avril 2023, j’expliquais qu’à Hawaii, dans le cadre d’un projet d’imagerie du sommet du Kilauea, des ondes sismiques envoyées à travers le sol sont utilisées pour générer des images du sous-sol. Ces minuscules signaux sismiques sont générés par un véhicule, appelé Vibroseis. Des nodes captent les signaux ainsi créés. Le temps mis par les signaux pour les atteindre , ainsi que leur comportement, sont des paramètres importants car les ondes sismiques se déplacent différemment selon que les matériaux qu’elles traversent sont solides ou semi-solides, ou du magma en fusion.

Vous trouverez l’article dans son intégralité en cliquant sur ce lien :

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2023/04/23/campagne-dimagerie-au-sommet-du-kilauea-hawaii-imagery-campaign-at-the-summit-of-kilauea-hawaii/

 

Camion-vibreur à Hawaii (Crédit photo: USGS)

KMT, un projet ambitieux en Islande // KMT, an ambitious project in Iceland

Dans deux notes publiés le 28 septembre 2021 et le 22 janvier 2024, j’expliquais qu’un nouveau projet – Krafla Magma Testbed (KMT) – est en cours de développement en Islande.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2021/09/28/voyage-au-centre-de-la-terre-journey-to-the-centre-of-the-earth-3/

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2024/01/22/islande-la-geothermie-au-coeur-dun-volcan-iceland-geothermy-at-the-heart-of-a-volcano/

Un article publié le 23 mars 2024 sur le site Iceland Monitor nous informe que deux des principaux objectifs du projet sont « d’améliorer considérablement les prévisions des éruptions volcaniques dans le monde et de concevoir de nouvelles méthodes plus économiques pour la production d’énergie géothermique. »
La société KMT vise à construire dans les années à venir un centre de recherche international de recherche en matière de volcanisme et d’énergie dans la région du Krafla à Þingeyjarsveit. L’idée du projet est née du forage IDDP-1 qui, en 2009, a atteint de manière tout à fait inattendue une poche de magma dans la région du Krafla, à une profondeur de 2,1 km.
L’équipement utilisé en 2009 n’était pas capable de résister à la chaleur, à la pression et à la corrosion à proximité du magma, mais des informations importantes ont été recueillies au niveau du forage avant sa fermeture. Les scientifiques ont pu déterminer l’emplacement exact d’une chambre magmatique, une première mondiale, et le forage s’est avéré dix fois plus puissant que les forages traditionnels déjà réalisés dans la région du Krafla.
Quinze ans après le forage de 2009, l’objectif est de récidiver avec une nouvelle technologie mise au point par la société KMT.
Voici une vidéo de KMT (en anglais) expliquant le projet et ses ambitions :
https://youtu.be/Bf-yA_L8mZA

Photos: C. Grandpey

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In two posts released on September 28th, 2021 and January 22nd, 2024, I explained that a new project – Krafla Magma Testbed (KMT) – is being developed in Iceland.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2021/09/28/voyage-au-centre-de-la-terre-journey-to-the-centre-of-the-earth-3/

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2024/01/22/islande-la-geothermie-au-coeur-dun-volcan-iceland-geothermy-at-the-heart-of-a-volcano/

An article published on March 23rd, 2024 on the website Iceland Monitor informs us that two of the main goals of the project are « to greatly improve global volcanic eruption predictions and design new and more cost-effective methods for the energy production of geothermal energy. »

KMT aims to build an international research center for volcanic and energy research in the Krafla area in Þingeyjarsveit in the coming years. The idea for the project stems from the Icelandic deep-water drilling project IDDP-1, where they unexpectedly drilled into magma at Krafla at a depth of 2.1 km in 2009.

The equipment used in IDDP-1 in 2009 was not able to withstand the heat, pressure, and corrosion closer to the magma but important information was gathered from the borehole before it was closed. Scientists were now able to determine the exact location of a base magma chamber, which is considered unique worldwide, and the borehole was found to be ten times more powerful than traditional production boreholes in Krafla.

Now fifteen years after the unexpected drilling of magma in Krafla, the aim is to do so again with a new instrumentation that KMT is developing.

Here is a video from KMT explaining the project and its ambitions:

https://youtu.be/Bf-yA_L8mZA

Réchauffement climatique : les sclérosponges montrent que l’objectif de + 1,5 °C serait déjà dépassé // Global warming : sclerosponges show that the +1.5°C objective has already been exceeded

Pour reconstruire le climat passé, les scientifiques ont fréquemment recours à des archives naturelles telles que les carottes de glace prélévées sur les glaciers, la banquise ou la calotte glaciaire. En mer, ils analysent les sclérosponges. Au cours de leur longue vie, ces organismes – qui ne vivent que dans les eaux caribéennes et brésiliennes – accumulent du strontium et du calcium dans leur squelette. Le ratio entre ces deux éléments chimiques varie proportionnellement à la température globale moyenne. En conséquence, l’étude de ces organismes permet de capter des variations de température ténues (de l’ordre de 0,1 °C) sur une longue période de temps. Les scientifiques expliquent qu’une éponge de 10 cm de large peut enregistrer 400 ans d’évolution du climat. Les scientifiques ont vérifié la réponse des sclérosponges à des méga éruptions volcaniques tropicales qui ont entraîné un refroidissement temporaire des températures de surface de l’océan. Ainsi, l’éruption du Tambora en Indonésie en 1815 a entraîné « une année sans été »  parfaitement enregistrée par les sclérosponges.

Encore plus intéressant, une nouvelle étude s’appuyant sur le comportement des sclérosponges a révélé que la Terre a commencé à se réchauffer dès 1860. Depuis cette époque, la température globale aurait augmenté de 1,7 °C, et non de 1,2 °C, comme relevé par le GIEC. Rappelons que la COP 21 promettait en décembre 2025 de contenir le réchauffement climatique « nettement en dessous de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels », et à « poursuivre l’action menée pour limiter l’élévation des températures à 1,5 °C ». Ce dernier objectif serait déjà dépassé, selon les résultats d’une équipe de quatre chercheurs, publiés le 5 février 2024 dans la revue Nature Climate Change.

En étudiant une demi-douzaine de sclérosponges prélevés à Porto Rico, les scientifiques sont parvenus à reconstruire finement l’évolution de la température de l’océan depuis le début des années 1700. L’étude montre que le réchauffement climatique a des racines plus anciennes qu’on le pensait jusque-là. Il a commencé au milieu des années 1860, soit une quarantaine d’années avant les estimations proposées par le GIEC.

Cette différence s’explique par le caractère lacunaire des relevés instrumentaux de la température de l’océan au 19ème siècle. Selon les auteurs de la dernière étude, la « vraie » période préindustrielle est antérieure à celle prise comme référence par le GIEC (1850-1900).

Les chercheurs ont réévalué la température moyenne globale préindustrielle, en combinant leurs données avec des relevés de la température mesurée sur les continents. Au final, depuis les années 1860, le réchauffement global a été supérieur d’un demi-degré aux valeurs estimées par le GIEC. Selon l’étude, en 2020 notre planète était plus chaude d’environ 1,7 °C par rapport à l’époque où nos activités n’avaient pas encore apposé leur empreinte sur le climat. Les 2 °C de réchauffement (par rapport à la même période) devraient être atteints avant 2030.

Très concrètement, si le GIEC adoptait ce nouveau cadre, les conséquences associées dans ses rapports à un réchauffement de 1,5 °C deviendraient associées à un réchauffement de 2 °C. Celles associées à un réchauffement de 2 °C, à 2,5 °C, etc.

Les auteurs de l’étude font remarquer que leurs résultats pourraient donner lieu « à un débat de juristes assez important. » Les seuils de 1,5 et 2 °C de réchauffement évoqués dans l’Accord de Paris ont été fixés en 2015, avant que cette étude ne propose de revisiter notre compréhension de la référence préindustrielle. Si ce nouveau point de départ du réchauffement climatique était adopté, la marge de manœuvre des États signataires pour respecter leurs engagements se trouverait fortement réduite.

Source : Reporterre.

Des chercheurs de l’Université de Porto Rico ont tenté de calculer le réchauffement climatique en étudiant des sclérosponges entre 2007 et 2017. (Crédit photo : Istock/Reinhard Dirscherl)

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To reconstruct the past climate, scientists frequently use natural archives such as ice cores taken from glaciers, sea ice or ice caps. At sea, they analyze sclerosponges. During their long lives, these organisms – which only live in Caribbean and Brazilian waters – accumulate strontium and calcium in their skeleton. The ratio between these two chemical elements varies in proportion to the average global temperature. Consequently, the study of these organisms makes it possible to capture slight temperature variations (of the order of 0.1°C) over a long period of time. Scientists say a 10cm-wide sponge can record 400 years of climate change. Scientists tested the response of sclerosponges to tropical volcanic megaeruptions that led to a temporary cooling of ocean surface temperatures. Thus, the eruption of Tambora in Indonesia in 1815 resulted in “a year without summer”  perfectly recorded by sclerosponges.

Even more interesting, a new study based on the behaviour of sclerosponges has revealed that the Earth began to warm as early as 1860. Since that time, the global temperature probably increased by 1.7°C, not 1.2 °C, as noted by the IPCC. Let us recall that COP 21 promised in December 2025 to contain global warming “well below 2°C compared to pre-industrial levels”, and to “continue the action taken to limit the rise in temperatures to 1.5°C « . This last objective has probably been exceeded, according to the results of a team of four researchers, published on February 5th, 2024 in the journal Nature Climate Change.
By studying half a dozen sclerosponges collected in Puerto Rico, scientists managed to finely reconstruct the evolution of ocean temperature since the early 1700s. The study shows that global warming has older roots that we thought until then. It began in the mid-1860s, about forty years before the estimates proposed by the IPCC.
This difference is explained by the incomplete nature of instrumental records of ocean temperature in the 19th century. According to the authors of the latest study, the “real” pre-industrial period is prior to that taken as a reference by the IPCC (1850-1900).
The researchers reassessed the pre-industrial global average temperature, combining their data with temperature records measured on the continents. In the end, since the 1860s, global warming has been half a degree higher than the values estimated by the IPCC. According to the study, in 2020 our planet was around 1.7°C warmer compared to when our activities had not yet left their mark on the climate. The 2°C of warming (compared to the same period) should be reached before 2030.
Very concretely, if the IPCC adopted this new framework, the consequences associated in its reports with a warming of 1.5°C would become associated with a warming of 2°C. Those associated with warming of 2°C, 2.5°C, etc.
The authors of the study note that their results could give rise to “a fairly significant legal debate. » The thresholds of 1.5 and 2°C of warming mentioned in the Paris Agreement were set in 2015, before this study proposed to revisit our understanding of the pre-industrial reference. If this new starting point for global warming were adopted, the room for maneuver of the signatory States to respect their commitments would be greatly reduced.
Source: Reporterre.