Catégorie : Science

Le déchiffrage des papyrus d’Herculanum // Deciphering the Herculaneum Papyri

En octobre 79 de notre ère, l’éruption du Vésuve a détruit plusieurs villes du monde romain comme Stabies, Opiontis, Herculanum et Pompéi. Pour beaucoup de gens, la visite de Herculanum est moins intéressante que celle de Pompéi car on y rencontre moins de maisons décorées de fresques, en sachant que beaucoup se trouvent à l’intérieur du très intéressant Musée archéologique national de Naples.

Mieux préservée que Pompéi , Herculanum offre un témoignage inestimable sur l’architecture d’une cité romaine, et le comportement de la population au moment de sa fuite devant l’éruption du Vésuve.

 

Photo: C. Grandpey

Une découverte majeure à Herculanum a été faite dans la Villa des Papyrus qui appartenait à Calpurnius Pison Caesoninus, le beau-père de Jules César.

 

Photo : C. Grandpey

La bibliothèque contient 1838 rouleaux de papyrus qui furent préservés car les boues brûlantes déferlant du volcan les ont instantanément enrobés. Cuits par la chaleur des coulées destructrices à plus de 320°C, ces rouleaux végétaux n’ont pas été calcinés car ils n’ont jamais été au contact des flammes.De nombreux papyrus appartiennent probablement à la philosophie grecque.

 

Source : Bibliothèque nationale de Naples

Les rouleaux sont conservés à la Bibliothèque nationale de Naples et sont inscrits au Patrimoine de l’humanité. Carbonisés, ils sont particulièrement fragiles, mais certains ont pu être déroulés, avec plus ou moins de succès.

 

Source : Bibliothèque nationale de Naples

De multiples tentatives de lecture ont eu lieu. Une machine à dérouler les papyrus avait même été inventée au 18ème siècle par un spécialiste des miniatures du Vatican. Malheureusement, et encore récemment, divers essais d’écorçage ont fait ressortir des centaines de fragments de ces inestimables trésors, les mutilant ou les détruisant à jamais.

 

Source : Bibliothèque nationale de Naples

Ces dernières années les chercheurs ont utilisé la dernière technologie d’imagerie. En particulier, un jeune étudiant en informatique à l’Université Lincoln du Nebraska (Etats-Unis) vient de déchiffrer un mot sur les papyrus carbonisés d’Herculanum. L’algorithme mis au point par le chercheur a permis de détecter des lettres grecques sur plusieurs lignes d’un des rouleaux et de lire pour la première fois un mot entier : πορϕυρας (porphyras), qui signifie « pourpre ». C’est un premier pas qui pourrait permettre d’accéder aux centaines de textes de la seule bibliothèque intacte de l’Antiquité gréco-romaine parvenue jusqu’à nous.

 

Source : Vesuvius Challenge

Le travail de déchiffrage du papyrus fait partie du Vesuvius Challenge – le défi du Vésuve- une série de prix dont le principal, d’un montant de 700.000 dollars, récompense la lecture d’au moins quatre passages d’un parchemin roulé.

Pour comprendre comment le jeune informaticien a procédé, il faut d’abord revenir sur l’énorme travail accompli par un autre chercheur au cours de ces deux dernières décennies. Le chercheur et son équipe ont passé des années à mettre au point des méthodes permettant de « dérouler virtuellement » les couches extrêmement fines des rouleaux. En 2016, ils sont parvenus à lire l’un des rouleaux carbonisés d’Ein Gedi – dont il est fait référence dans la Bible – grâce à la tomodensitométrie à rayons X. L’encre du rouleau d’Ein-Gedi présente un avantage sur celle des rouleaux d’Herculanum. Elle contient du métal et brille donc fortement sur les tomodensitogrammes, là où celle d’Herculanum est quasi invisible. À base de charbon de bois et d’eau, elle ne crée aucune différence de luminosité avec le papyrus sur lequel elle repose.

Le chercheur et son équipe se sont rendu compte que même sans ce contraste, les tomodensitogrammes peuvent capturer de minuscules différences de texture permettant de distinguer les zones de papyrus enduites d’encre. Mais le travail à accomplir restant colossal, ils décidèrent de lancer le Vesuvius Challenge dans l’espoir d’accélérer les choses.

En juin 2023, un scan est publié par l’équipe scientifique, sur lequel les différences de textures sont plus prononcées qu’ailleurs, au point d’être visibles à l’œil nu. Lorsqu’il découvre l’image, le jeune étudiant de l’Université Lincoln, déjà lancé dans le Vesuvius Challenge, la soumet depuis son smartphone à l’algorithme qu’il a développé. À peine une heure plus tard, il voit s’afficher cinq lettres à l’écran. Il ne lui faudra ensuite que quelques jours pour identifier les dix lettres requises dans le cadre du challenge.

Source : presse internationale et scientifique, dont Science et Avenir.

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In October 79 CE, the eruption of Mount Vesuvius destroyed several cities in the Roman world such as Stabiae, Opiontis, Herculaneum and Pompeii. For many people, the visit to Herculaneum is less interesting than that of Pompeii because there are fewer houses decorated with frescoes. However, many are inside the very interesting National Archaeological Museum of Naples.
Better preserved than Pompeii, Herculaneum offers an invaluable testimony to the architecture of a Roman city, and the behaviour of the population at the time of their flight from the Vesuvius eruption.
A major discovery in Herculaneum was made in the Villa of the Papyri which belonged to Calpurnius Pison Caesoninus, Julius Caesar’s father-in-law.
The library contains 1838 papyrus scrolls which were preserved because the burning mud surging from the volcano instantly coated them. Cooked by the heat of destructive flows at more than 320°C, these scrolls have not been calcined because they have never been in contact with flames. Many papyri probably belong to Greek philosophy.
The scrolls are kept at the National Library of Naples and are listed as World Heritage. Because they are carbonized, they are very fragile, but some could be unrolled, with more or less success.
Multiple reading attempts took place. A machine for rolling out papyrus was even invented in the 18th century by a specialist in Vatican miniatures. Unfortunately, various deciphering attempts have brought out hundreds of fragments of these priceless treasures, mutilating or destroying them forever.
In recent years researchers have used the latest imaging technology. In particular, a young computer science student at Lincoln University in Nebraska has just deciphered a word on the carbonized papyri of Herculaneum. The algorithm developed by the researcher made it possible to detect Greek letters on several lines of one of the scrolls and to read for the first time an entire word: πορϕυρας (porphyras), which means “purple”. This first step could provide access to the hundreds of texts in the only intact library from Greco-Roman Antiquity that has reached us.
The work of deciphering the papyrus is part of the Vesuvius Challenge, a series of prizes, the highest of which, in the amount of 700,000 dollars, rewards the reading of at least four passages from a rolled parchment.

To understand how the young computer scientist proceeded, one must first look back at the enormous work accomplished by another researcher over the last two decades. The researcher and his team spent years developing methods to “virtually unroll” the extremely thin layers from the rolls. In 2016, they were able to read one of the charred scrolls of Ein Gedi – which is referenced in the Bible – using X-ray CT scanning. The ink from the Ein-Gedi scroll has an advantage over that of the scrolls of Herculaneum. It contains metal and therefore shines brightly on CT scans, whereas that of Herculaneum is almost invisible. Based on charcoal and water, it creates no difference in luminosity with the papyrus on which it rests.
The researcher and his team realized that even without this contrast, CT scans can capture tiny differences in texture to distinguish areas of papyrus coated with ink. Because the work to be done remained colossal, they decided to launch the Vesuvius Challenge in the hope of speeding things up.
In June 2023, a scan was published by the scientific team, on which the differences in textures were more pronounced than elsewhere, to the point of being visible to the naked eye. When he discovered the image, the young student from Lincoln University, already involved in the Vesuvius Challenge, submitted it from his smartphone to the algorithm he had developed. Barely an hour later, he saw five letters appear on the screen. It then only took him a few days to identify the ten letters required as part of the challenge.
Source: international and scientific press, including Science et Avenir.

Signes d’un océan sur la planète Mars ? // Signs of an ocean on Mars ?

Depuis la nuit des temps, les hommes espèrent découvrir de l’eau sur la planète Mars, ce qui leur permettrait d’y poser le pied et même d’y vivre. Aujourd’hui, une nouvelle étude laisse supposer qu’Olympus Mons, le plus haut volcans de l’univers, était autrefois bordé par un océan, ce qui expliquerait les stries que l’on peut observer à la surface de la planète. Les chercheurs pensent qu’une portion de sol ridée située à proximité de la région nord d’Olympus Mons s’est formée lorsque de la lave à très haute température s’est échappée du sommet du volcan il y a des millions d’années. Ils pensent que cette lave s’est répandue sur la glace et l’eau au pied de la montagne, provoquant des glissements de terrain. Certains de ces glissements de terrain se sont probablement étendus jusqu’à environ 1 000 km du volcan et se sont plissés en durcissant avec le temps.
Même si les stries à la surface de la planète sont connues depuis longtemps, le rôle de l’eau dans leur formation n’a jamais été vraiment prouvé. La nouvelle étude conforte la théorie la plus répandue selon laquelle l’eau liquide coulait autrefois sur la planète rouge. Cette dernière est devenue un monde désertique,sans rien à sa surface, à l’exception des calottes de glace à ses pôles.
La parcelle de sol froissé visible dans les nouvelles images est connue sous le nom de Lycus Sulci (sulci est un mot latin signifiant rainures parallèles). Elle a été photographiée en janvier 2023 par l’orbiteur Mars Express de l’Agence spatiale européenne qui recherchait des traces d’eau dans le sous-sol de la planète.
Ces nouvelles informations arrivent quelques semaines après la découverte au mois de juillet (voir ma note du 3 août 2023) de gigantesques falaises ou escarpements autour d’Olympus Mons. Les chercheurs pensent que ces falaises marquent un ancien rivage à l’intérieur duquel se trouvait autrefois une grande dépression où s’agitait l’eau liquide. Les dernières études soutiennent cette idée en expliquant que la partie inférieure de la montagne s’est effondrée lorsque la glace et l’eau à sa base sont devenues instables suite à la rencontre de la lave en provenance de l’intérieur du volcan.
Lycus Sulci, la parcelle de sol froissé observée dans les nouvelles images, s’étend sur plus de 1 000 km depuis Olympus Mons et s’arrête juste avant le cratère Yelwa, une dépression de 8 km nommée d’après une ville du Nigeria.
Les chercheurs affirment que les rainures dans le sol montrent « jusqu’où les glissements de terrain se sont éloignés des flancs du volcan avant de se stabiliser ».
Bien que ce soit une possibilité, les nouvelles observations ne permettent pas de déterminer si la région de Lycus Sulci a rendu la vie possible sur Mars.
Bien que la présence d’eau liquide dans le passé de Mars soit une bonne nouvelle pour espérer trouver des signes vie, les scientifiques pensent que tous les organismes vivants qui auraient pu se développer sur une planète Mars où l’eau était présente ont péri avec la disparition des océans. D’autres chercheurs pensent que des organismes unicellulaires pourraient avoir réussi à hiberner au plus profond des calottes glaciaires de la planète, bien qu’il n’existe aujourd’hui aucune preuve de cette hypothèse.
Source : space.com.

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Since the dawn of time, men have hoped there might be some water on Mars, which would allow them to set foot and live on the planet. Today, new evidence suggests Olympus Mons was once bordered by a Martian oceanwhich would account for the streaks on the planet’s surface. Researchers say a wrinkled patch of land near Olympus Mons’ northern region likely formed when hot lava oozed out of the volcano’s summit millions of years ago. That lava is thought to have run into ice and water at the mountain’s base, resulting in landslides. Some of these landslides probably stretched about 1000 km from the volcano and wrinkled as they hardened across eons.

While the streaks on the planet’s surface have been long-studied, the role of water in their formation has remained an open question. A new study adds evidence to the prevailing theory that liquid water once flowed freely on the Red Planet, which is now a frigid desert world except for remnant ice locked within its poles.

The crumpled patch of land featured in the new images is known as Lycus Sulci (sulci is a Latin word for parallel grooves). It was snapped in January 2023 by the European Space Agency’s Mars Express orbiter while searching for signs of underground water.

These new insights arrive a few weeks after similar geological evidence was found in July regarding gigantic cliffs surrounding Olympus Mons (see my post of August 3rd, 2023). Researchers believe those cliffs, or escarpments as they’re called, mark an ancient shoreline inside of which lies a large depression where liquid water once swirled. The latest results support that idea, suggesting the lower part of the mountain crumbled when ice and water at its base became unstable upon encountering lava extruded from its insides.

Lycus Sulci, featured in the new images, stretches over 1,000 km from Olympus Mons and stops just short of reaching the Yelwa Crater, an 8-km Martian bowl named after a town in Nigeria.

The researchers say that the grooves that mark lava flows near the Yelwa Crater show « just how far the destructive landslides traveled from the volcano’s flanks before settling. »

Although it is a possibility, the new results do not conclude whether the Lycus Sulci region made life possible on Mars.

While the presence of liquid water in Mars’ past is good news for life in general, scientists think any living organisms that may have thrived on a once watery Mars perished along with the oceans. Other researchers suggest single-celled organisms may have managed to hibernate deep inside the planet’s ice caps, although no proof of this exists today.

Source : space.com.

Source: NASA

L’inclinométrie sur les volcans // Inclinometry on volcanoes

Le dernier Volcano Watch de l’Observatoire des Volcans Hawaiiens (HVO) est dédiée à la mesure des déformations et en particulier de l’inclinaison du sol – tilt en anglais – sur les volcans, avec le Kilauea comme référence.
La mesure des déformations subies par un volcan sous la pression du magma est un paramètre essentiel en matière de surveillance volcanique. Les instruments à la disposition du HVO incluent un certain nombre de méthodes satellitaires récentes, mais un instrument revêt une importance depuis très longtemps : l’inclinomètre, aussi appelé tiltmètre.
L’inclinaison du sol sur un volcan constitue la première donnée géodésique utilisée par le HVO et continue d’être très importante à la fois pour la surveillance et la recherche fondamentale sur le comportement des volcans.

 

Images de déformation de la zone sommitale du Kilauea (Source : HVO)

Ce n’est qu’au début du 20ème siècle que les scientifiques ont commencé à se rendre compte que les éruptions volcaniques s’accompagnaient de changements topographiques.
En 1917, le Dr Thomas Jaggar a commencé à étudier les variations d’inclinaison des volcans hawaiiens. Dans un premier temps, il a observé les déviations des sismomètres Omori et Bosch-Omori du HVO. Plus tard, il a construit des « clinoscopes » spécialement conçus pour les volcans hawaiiens. Ces instruments donnaient une idée approximative de l’inclinaison sur une période d’une journée à une semaine.
Dans les années 1950, un scientifique du HVO a conçu un inclinomètre plus performant utilisant de l’eau. Cet appareil fournissait une mesure précise de l’inclinaison quotidienne ou même horaire. Les « inclinomètres à tube d’eau » ont permis aux scientifiques du HVO de suivre les mouvements du sommet du Kilauea au cours de plusieurs éruptions. Ils ont pu ainsi obtenir une mesure en continu de l’inflation et de la déflation du sol.
L’inclinomètre à tube d’eau se compose de trois « pots » d’eau reliés par des tubes de telle sorte que l’eau puisse circuler librement entre eux. Un pot est placé au centre et les deux autres sont placés à l’est et au nord du pot central. L’eau dans les tubes cherche toujours à être de niveau, mais lorsque le sol s’incline et déplace les pots vers le haut ou vers le bas, on a l’impression que le niveau d’eau descend ou monte. En lisant la profondeur de l’eau dans chaque pot, on peut déterminer l’inclinaison du sol depuis la dernière mesure.
Les données fournies par les inclinomètres à tube d’eau étaient particulièrement précieuses car elles pouvaient être récupérées régulièrement et constituer une série chronologique continue. Ce type de mesures en continu facilite l’analyse de l’activité volcanique, ce qui ne serait pas possibles si les données n’étaient collectées que lors des éruptions. En particulier, les inclinomètres à tube d’eau ont montré des cycles d’inflation rapide entre les éruptions, puis une déflation soudaine lorsque les éruptions vidaient les chambres magmatiques.

Tiltmètre à tube d’eau (Crédit photo : HVO)

Au début des années 1970, des inclinomètres électroniques ont commencé à être installés sur le Kilauea. Ces instruments sont insérés dans des forages d’environ 5 mètres de profondeur, afin d’être à l’abri des intempéries, et ils peuvent fournir des mesures d’inclinaison précises, jusqu’à une fraction de microradian chaque minute.

Après la fin de l’éruption du Pu’uO’o en 2018, la nature de l’inclinaison du sommet du Kilauea a encore changé. Les inclinomètres électroniques ont commencé à enregistrer une forte tendance inflationniste, pas très différente des niveaux observés par les inclinomètres à tube d’eau dans les années 1950-1970. Des éruptions majeures, semblables à celles du Kilauea Iki ou du Mauna Ulu – qui ont entraîné d’importantes déflations au sommet – ne se sont pas produites récemment, mais la similitude des mesures actuelles avec celles des années 1950 et 1970 montre que le comportement du Kilauea aujourd’hui n’est pas très différent de celui d’avant l’éruption de 2018.
Cela signifie que les données collectées et les enseignements tirés du système d’alimentation du Kilauea sont toujours valables aujourd’hui. Les scientifiques peuvent toujours s’appuyer sur le comportement passé du Kilauea pour faire des prévisions sur le comportement futur de ce volcan, et émettre de nouvelles hypothèses sur ce qui a pu se produire dans le passé.
Par exemple, en examinant les données du passé, les scientifiques ont conclu que la situation actuelle au sud de la caldeira du Kilauea est probablement due à l’accumulation de magma dans un réservoir de la caldeira sud en 2015 et 2021.
Le dernier Volcano Watch ne s’y attarde pas, mais aujourd’hui l’interférométrie radar satellitaire (InSAR) fournit une image instantanée de la déformation d’un volcan depuis l’air et l’espace.. L’InSAR utilise des images radar du sol fournies par des avions ou des satellites pour établir des cartes de déformation du sol.
Source : USGS/HVO.

 

Image InSAR du Kilauea en mars 2011 (Source : HVO)

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The latest Volcano Watch by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is dedicated to the measurement of tilt on volcanoes, especialli Kilauea.

Measuring how a volcano deforms in response to moving magma is an essential parameters of volcano monitoring. The Observatory’s instrumentation includes a number of newer, satellite-based methods but another important instrument has been around a lot longer: the tiltmeter.

Tilt data was the first geodetic data collected by HVO and continues to be very important both for monitoring and basic research in volcano behaviour.

In the early 20th century, scientists were only beginning to recognize that volcanic eruptions were accompanied by topographic changes.

In 1917, Dr. Thomas Jaggar began tracking tilt changes at Hawaiian volcanoes. At first, he looked at the deflections of the HVO’s Omori and Bosch-Omori seismometers. Later, he constructed specially designed “clinoscopes.” These provided a rough idea of the amount of tilt over the span of a day to a week.

In the 1950s, an HVO scientist designed an improved tiltmeter using water. This apparatus provided a precise tilt measurement to track daily or even hourly tilt. The “water tube tiltmeters” allowed HVO scientists to track the movement of Kilauea’s summit through several eruptions, providing a continuous record of inflation and deflation.

The water tube tiltmeter consists of three “pots” of water connected by tubes such that the water can freely flow between them. One pot is placed in the center, and the other two are placed east and north of the center pot. The water in the tubes will always seek to be level, but when the ground tilts and moves the pots up or down, it will look like the water level is moving down or up. By reading the depth of the water in each pot, one can work out how much the ground has tilted since the last reading.

Water tube tilt data was especially valuable because it could be collected regularly to form a continuous time series. This kind of continuous record facilitates discoveries that wouldn’t be possible if data was only collected during eruptions. In particular, the water tube tiltmeters showed cycles of steep inflationary tilt between eruptions and then sudden deflation as eruptions drained magma chambers.

In the early 1970s, electronic tiltmeters began to be installed around Kilauea. These instruments are installed in boreholes about 5 meters) deep, so that they might be protected from the weather, and can provide tilt measurements down to a fraction of a microradian every minute.

After the end of the Pu’uO’o eruption in 2018, the character of tilt at Kilauea’s summit changed again. Electronic tiltmeters began to record steep inflationary tilt, not too different from the rates observed by the water tube tiltmeter in the 1950s–1970s. Major eruptions, similar to Kilauea Iki or Mauna Ulu – which resulted in large summit deflations – have not occurred recently, but the similarity of the current records to those from the 1950s-1970s is another sign that Kilauea is not too different now from how it was before the 2018 eruption.

This means that the data collected, and the lessons learned about Kilauea’s plumbing system, are still applicable today. Scientists can still use Kilauea’s past behaviour to make forecasts about future behaviour and test out new ideas for what may have happened in the past.

For example, by looking back at past records, scientists have concluded that the current situation south of Kilauea’s caldera is likely due to magma accumulation in a South Caldera reservoir, which occurred in 2015 and 2021.

The latest Volcano Watch does not mention it, but today Interferometric Aperture Radar (InSAR) provides a snapshot of volcano deformation from air and space. InSAR uses radar images of the ground that are collected by airplanes or orbiting satellites to make maps of ground deformation.

Source : USGS / HVO.

Surveillance acoustique des volcans // Acoustic monitoring of volcanoes

Aux États-Unis et ailleurs dans le monde, l’activité volcanique peut prendre différentes formes, depuis les éruptions fissurales basaltiques relativement tranquilles à Hawaï jusqu’aux éruptions explosives très violentes du Mont St. Helens. Les scientifiques en poste dans les observatoires volcanologiques essayent en permanence de comprendre de tels événements et leurs implications en matière de dangers et donc de sécurité.
Les observatoires volcanologiques utilisent souvent des instruments de surveillance continue à distance comme les sismomètres et les microphones acoustiques pour détecter les événements sismiques et les explosions. Ces capteurs sont très utiles car ils peuvent assurer une surveillance permanente et les scientifiques peuvent appliquer des capacités de détection à distance pour surveiller l’activité.
Des chercheurs de plusieurs observatoires volcanologiques gérés par l’USGS se sont joints à d’autres scientifiques de différents pays pour observer et analyser deux types d’activité éruptive sur le Stromboli (Sicile/Italie).
Les scientifiques souhaitaient découvrir les différences entre les éruptions explosives discrètes et les événements plus violents, ou épisodes éruptifs ‘soutenus’. Les deux types d’éruptions ont des conséquences différentes en matière de danger et de sécurité des populations à Stromboli. L’étude du comportement du volcan permet une meilleure compréhension de ces événements, et l’application à des types similaires d’activité volcanique ailleurs dans le monde.
Les éruptions explosives se caractérisent par leur soudaineté et ont tendance à répandre de l’énergie de manière uniforme dans toutes les directions. Ces éruptions peuvent également projeter des matériaux dans toutes les directions. Sur le Stromboli, les épisodes éruptifs ‘soutenus’ ont des durées plus longues et produisent un panache de cendres et de matériaux qui jaillit loin de la bouche éruptive. Le processus est semblable à la dynamique des moteurs à réaction et de tels phénomènes volcaniques peuvent propulser les cendres à des hauteurs dépassant l’altitude du trafic aérien.
S’agissant de la surveillance volcanique, il est utile de comprendre les types de signatures produits par ces événements et comment ils sont enregistrés par les réseaux de surveillance conventionnels. En fait, ces réseaux ne sont pas vraiment performants car les capteurs sismiques et acoustiques sont presque toujours placés à la surface du sol et ne sont pas parfaits pour capter l’énergie des éruptions dans l’atmosphère.
L’équipe italienne de chercheurs a tenté d’améliorer la compréhension de la dynamique des éruptions en plaçant un capteur acoustique en hauteur, sur un drone au-dessus du Stromboli, pour capturer à la fois les explosions et les épisodes éruptifs ‘soutenus’. Les travaux ont révélé les principales caractéristiques qui permettent de distinguer facilement les deux types d’événements grâce à un capteur stationné brièvement au-dessus du volcan.
Cette expérience particulière réalisée en Italie présente un intérêt pour des éruptions ponctuelles mais ne peut être utilisée pour la surveillance des éruptions sur le long terme. Cependant, elle montre la capacité de capturer ces données, et elle identifie les contraintes qui entourent la conception de meilleurs réseaux au sol pour surveiller une grande variété de types d’éruption. Ce travail propose des méthodes pour améliorer la surveillance et la détection des éruptions volcaniques sur les volcans aux Etats Unis et ailleurs dans le monde.
L’Observatoire des volcans d’Hawaii (HVO) utilise actuellement les drones pour mesurer les gaz volcaniques et mener des relevés d’imagerie aérienne afin de générer des modèles tridimensionnels.
Source : USGS/HVO.

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In the U.S. And elsewhere in the world, volcanic eruptive activity may take many forms, from basaltic fissures eruptions in Hawai‘i to explosive eruptions like those of Mount St. Helens. Volcano observatory scientists permanently try to understand such events and their implications for hazards.

Volcano observatories often use continuous remote monitoring instruments like seismometers and acoustic microphones to detect earthquakes and explosions. These types of sensors are ideal because they can monitor constantly, and scientists can apply remote detection capabilities to monitor activity.

USGS volcano observatory researchers joined international volcano scientists to examine two types of eruptive activity at Stromboli (Sicily / Italy).

The scientists were interested in discovering differences between discrete explosive eruptions compared to sustained eruptions (also called jet eruptions). The two eruption types have different implications for hazardous conditions at Stromboli. The motivation of the study is a better understanding of these events, at Stromboli, that can be applied to similar types of volcanic activity occurring around the globe.

Explosive eruptions are characterized by their impulsive onset and tend to radiate energy equally in all directions. These types of eruptions may throw rocks in all directions. At Stromboli, sustained jets have longer durations and produce a directed plume of ash and rocks away from the vent. The events are analogous to jet engine dynamics and such volcanic jetting can push ash to heights beyond international airline traffic altitudes.

From a volcano monitoring perspective, it is useful to understand the types of signatures that these events produce and how they are recorded on standard monitoring networks. However, networks are hindered because seismic and acoustic sensors are almost always placed on the ground surface and are not ideal for the capture of eruption energetics into the atmosphere.

The research team working in Italy attempted to improve the understanding of eruption dynamics by placing an acoustic sensor on a drone above Stromboli to capture both explosions and jet eruptions. The work revealed key features of the two event types that allow them to be easily distinguished by a sensor briefly suspended above the volcano.

This particular experiment in Italy is impractical from the perspective of long-term eruption monitoring. However, it demonstrates the ability to capture these data and identifies constraints on how to design better ground networks to monitor the wide variety of eruption types. This work introduces methods for improved monitoring and detection of volcanic eruptions at United States and international volcanoes.

The Hawaiian Volcano Observatory currently uses UAS techniques to measure volcanic gas and conduct aerial imagery surveys to generate three-dimensional models.

Source : USGS / HVO.

Eruption ‘soutenue’ du Stromboli, avec puissant  jet de matériaux (Photo: C. Grandpey)

Etude d’une éruption ‘soutenue’ sur le Stromboli. L’image de gauche montre l’événement. L’image du centre montre l’orientation du capteur par rapport à la direction de l’éruption et une image rapprochée du drone en vol stationnaire. L’image de droite montre l’expérience sur le terrain, avec le capteur attaché sous le drone. (Crédit photo : David Fee)