Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) : Ça se précise ! // An eruption in the next hours ?

7h15 (heure métropole) : Dans un bulletin diffusé à 9h30 (heure locale), l’OVPF indique que depuis 09h16 une nouvelle crise sismique est enregistrée sur le Piton de la Fournaise. L’événement s’accompagne de déformations rapides. Cela indique que le magma est de nouveau en train de quitter le réservoir magmatique superficiel et remonte vers la surface. Une éruption est probable à brève échéance dans les prochaines minutes ou heures.

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7:15 (Paris time):  In a new update released at 9:30 am (local time), OVPF indicates that since 09h16 a new seismic crisis has been recorded on Piton de la Fournaise. The event is accompanied by rapid deformations. This indicates that magma is again leaving the shallow magma reservoir and rising to the surface. An eruption is likely in the next minutes or hours.

Crédit photo: Wikipedia

L’éruption aurait-elle commencé? Bizarre ce nuage bleuté détecté par la webcam du Piton de Bert…

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) : Pétera ou pétera pas ? // Eruption…or no eruption ?

9 heures (heure métropole): Une fois de plus, le Piton de la Fournaise est en train de jouer avec des nerfs des scientifiques en poste à l’Observatoire.

Dans un premier bulletin émis à 16 heures le 16 février 2019, on pouvait lire que « depuis 15h21 (heure locale), une crise sismique est enregistrée sur les instruments de l’Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise. Cette crise sismique est accompagnée de déformation rapide. Ceci indique que le magma est en train de quitter le réservoir magmatique et se propage vers la surface. Une éruption est probable à brève échéance, dans les prochaines minutes ou heures. »

A 19 heures, la musique avait changé de tonalité. Un nouveau bulletin indiquait que « suite à la crise sismique débutée le 16/02/2019 à 15h21 (heure locale),  le nombre de séismes a fortement diminué depuis 16h18 (heure locale). Les déformations de surface se sont arrêtées vers 16h30 signifiant l’arrêt de cette intrusion de magma en profondeur. En revanche une sismicité de 7 à 10 événements par heure localisée sous le cratère Dolomieu se poursuit signifiant que le toit du réservoir continue de se fragiliser. Aucune hypothèse n’est écartée pour l’instant quant à la suite des événements : 1) reprise de cette propagation de magma vers la surface, 2) nouvelle propagation de magma depuis le réservoir vers la surface, 3) arrêt de la propagation. »

Autrement dit, on ne sait pas ce qui va se passer ! Le volcan a été placé en Alerte 1, ce qui signifie que l’accès à l’Enclos est interdit aux randonneurs.

http://www.ipgp.fr/sites/default/files/dso_volcan.jpg

Malgré tous les instruments installés sur le Piton de la Fournaise, la prévision éruptive n’est pas évidente. On a déjà observé des ratés à plusieurs reprises. Je me garderai bien de critiquer les scientifiques qui surveillent le volcan. Il est capricieux et il faut juste accepter ce comportement. Il ne faudrait pas oublier que les volcanologues du HVO qui observaient la dernière éruption du Kilauea à Hawaii – autre volcan de point chaud – avaient prévu une éruption très longue…qui s’est terminée quelques jours plus tard ! Dans les années 1990, je me trouvais sur le Krafla en Islande. La sismicité était très forte, le sol s’était soulevé de plusieurs décimètres et tout le monde s’attendait à une éruption imminente. Elle n’a pas eu lieu. Quelques semaines plus tard, le regretté Maurice Krafft m’expliquait que l’éruption avait avorté car le magma avait emprunté un autre chemin dans les profondeurs de la Terre…

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18 heures (heure métropole) : Dans son dernier bulletin, l’OVPF indique que suite à la crise sismique du 16 février dernier,  la sismicité a fortement diminué passant de 378 séismes volcano-tectoniques le16 février à 5 événements aujourd’hui, au moment de la diffusion du bulletin.

Dans le même temps, l’inflation de l’édifice volcanique se poursuit. Les concentrations en CO2 dans le sol en champ lointain et en champ proche restent élevées.

Ces paramètres montrent que même si l’ascension du magma vers la surface s’est arrêtée, la réalimentation du réservoir superficiel se poursuit comme cela est observé depuis le début du mois de février.

Source : OVPF.

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9:00 (Paris time): Once again, Piton de la Fournaise is getting on the nerves of the scientists at the Observatory.
In a first bulletin issued at 16;00 on February 16th, 2019, one can read that « since 3:21 pm (local time), a seismic crisis has been recorded on the OVPF instruments. This seismic crisis is accompanied by rapid deformation. This indicates that the magma is leaving the deep reservoir and making its ascent toward the surface. An eruption is likely in the near future, in the next minutes or hours.  »
At 7 pm, a new, different, bulletin indicated that « following the seismic crisis that started on February 16th, 2019 at 15h21 (local time), the number of earthquakes has decreased sharply since 16h18 (local time). The surface deformations stopped at around 16:30, meaning that the magma intrusion had stopped in depth. However, a seismic episode including 7 to 10 events per hour located under the Dolomieu Crater continues, meaning that the roof of the reservoir continues to be weakened. No hypothesis is ruled out for the moment with regard to the current events: 1) new start of the magma ascent towards the surface, 2) new propagation of magma from the reservoir towards the surface, 3) end of the ascent.  »
In other words, we do not know what will happen! Alert 1 has been decided on the volcano, which means that access to the Enclos is prohibited for hikers.
http://www.ipgp.fr/sites/default/files/dso_volcan.jpg

Despite all the instruments installed on Piton de la Fournaise, eruptive prediction is not easy. We have already observed prediction errors several times. I will refrain from criticizing scientists who monitor the volcano. It is capricious and you just have to accept this behaviour. It should not be forgotten that HVO volcanologists who observed the last eruption of Kilauea in Hawaii – another hotspot volcano – had predicted a very long eruption … which ended a few days later! In the 1990s, I was on Krafla Volcano in Iceland. Seismicity was very high, the ground had risen several decimetres and everyone expected an imminent eruption. It did not happen. A few weeks later, the late Maurice Krafft explained to me that the eruption had aborted because magma had taken another path in the Earth’s depths…

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18:00 (Paris time): In its latest update, OVPF indicates that in the wake of the seismic crisis of February 16th, the seismicity dropped sharply from 378 volcano-tectonic earthquakes on February 16th to 5 events today, at the moment the release of this bulletin.
At the same time, inflation of the volcanic edifice continues. CO2 concentrations in the soil in far-field and in the near field remain high.
These parameters show that even if the magma ascent towards the surface has stopped, the recharge of the shallow reservoir continues, as has been observed since the beginning of February.
Source: OVPF.

Crédit photo: Wikipedia

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion / Reunion Island)

Dans son dernier bulletin du 13 février 2019, l’OVPF indique que depuis la fin du mois de janvier 2019, on observe une inflation de la base et du sommet de l’édifice du Piton de la Fournaise. Cela signifie que l’on assiste à une pressurisation du réservoir magmatique superficiel. Cette reprise de l’inflation s’accompagne d’une augmentation des concentrations en CO2 dans le sol en champ lointain (Plaine des Cafres et Plaine des Palmistes). Les concentrations en CO2 en champ proche dans le secteur du Gîte du Volcan sont également en augmentation depuis décembre 2018. Ces concentrations en CO2 correspondent également à une remontée profonde de magma vers le réservoir superficiel.

S’agissant de la sismicité, depuis le 1er février 2019, 19 séismes volcano-tectoniques superficiels sont enregistrés sous le sommet, ainsi que 3 séismes profonds sous le flanc est.

J’aime beaucoup la conclusion du bulletin de l’OVPF : « Ce processus de recharge du réservoir superficiel peut durer plusieurs jours à plusieurs semaines avant que le toit du réservoir se fragilise et se rompe, donnant ainsi lieu à une injection de magma vers la surface et à une éruption, et peut également s’arrêter sans donner lieu à brève échéance à une éruption. » Autrement dit, tout est possible !

Cela confirme que la prévision éruptive est encore à un niveau très faible, même sur un volcan truffé d’instruments comme le Piton de la Fournaise. A la Réunion, ce n’est pas très grave car il y a de fortes chances pour que la prochaine éruption ait lieu dans l’Enclos, sans menace pour la population. Sur un volcan explosif de la Ceinture de Feu, la prévision prend une autre dimension….

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In its latest update of February 13th, 2019, OVPF indicates that since the end of January 2019, there has been an inflation of the base and the summit of Piton de la Fournaise. This means that there is a pressurization of the shallow magma reservoir. This new inflation is accompanied by an increase in CO2 concentrations in the far-field soil (Plaine des Cafres and Plaine des Palmistes). Near-field CO2 concentrations in the Gîte du Volcan area have also been increasing since December 2018. These CO2 concentrations also correspond to a deep rise of magma towards the shallow reservoir.
As regards seismicity, since February 1st 2019, 19 shallow volcano-tectonic earthquakes have been recorded under the summit, as well as 3 deep earthquakes under the eastern flank.
I really like the conclusion of the OVPF bulletin: « This process of recharge of the shallow reservoir can last several days to several weeks before the roof of the reservoir breaks open, with an injection of magma towards the surface and the start of an eruption, and can also stop without an eruption in the short term. In other words, everything is possible!
This confirms that eruptive prediction is still at a very low level, even on a volcano equipped with plenty of instruments like Piton de la Fournaise. On Reunion Island, it is not a real problem because the next eruption is likely to take place in the Enclos, without any threat to the population. On an explosive volcano of the Ring of Fire, prediction takes another dimension ….

Crédit photo: Wikipedia.

Etna (Sicile): Approche scientifique de la dernière éruption // Scientific approach of the last eruption

Suite à l’éruption de l’ Etna qui a débuté le 24 décembre 2018 et de l’essaim sismique qui l’a accompagnée, les chercheurs de différents organismes scientifiques italiens ont mesuré les mouvements permanents du sol provoqués par ces derniers événements. Ils ont observé des valeurs maximales de déplacement dépassant 30 cm à l’ouest et 50 cm à l’est sur le sommet de l’Etna, ainsi qu’un déplacement maximal d’environ 13 cm vers l’est et de 16 cm vers l’ouest dans la zone affectée par le séisme de M 4,9.
L’éruption de l’Etna et la sismicité qui l’a accompagnée et l’accompagne encore aujourd’hui sont contrôlées en permanence par l’INGV de Catane et de Rome à l’aide des réseaux sismiques et géodésiques. Dans le cadre des activités de surveillance de l’Etna, effectuées à travers des réseaux gravimétriques et magnétiques, des analyses géochimiques, des caméras thermiques ainsi que des levés sur site, les scientifiques ont également procédé à une analyse préliminaire des données radar satellitaires liées à l’éruption et à l’essaim sismique, informations venant compléter celles fournies par d’autres systèmes de surveillance.
En utilisant des données radar fournies par les satellites Sentinel-1 (S1), du programme européen Copernicus, et de la constellation italienne COSMO-SkyMed (CSK) de l’Agence Spatiale Italienne (ASI) et du ministère de la Défense, une équipe de chercheurs du CNR-Irea et de l’INGV a pu analyser la fracture qui alimentait la coulée de lave provoquée par l’éruption et mesurer avec grande précision les mouvements permanents du sol en utilisant la technique d’Interférométrie SAR Différentielle. Cette technique permet, en comparant les images radar acquises avant et après des événements sismiques, de mesurer, le long de la ligne de visée du capteur, le déplacement du sol survenu dans l’intervalle de temps entre les deux acquisitions, avec une précision de l’ordre du centimètre. De plus, grâce aux passages des satellites sur des orbites différentes (ascendante et descendante), il est possible de reconstruire également la composante horizontale (dans la direction est-ouest) et  verticale du champ de déformation détecté.

Source : La Sicilia, INGV, CNR.

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Following the eruption of Mt Etna, which began on December 24th, 2018, and the seismic swarm that accompanied it, researchers from different Italian scientific organizations measured the permanent ground movements caused by these recent events. They observed maximum movement values ​​exceeding 30 cm in the western part and 50 cm in the eastern part of the summit area of Mt Etna, as well as a maximum displacement of about 13 cm to the east and 16 cm to the west in the area affected by the M 4.9 earthquake.
The eruption of Mt Etna and the seismicity that accompanied and still accompany it today are constantly monitored by the INGV of Catania and Rome using seismic and geodesic networks. As part of Mt Etna’s monitoring activities, carried out through gravimetric and magnetic networks, geochemical analyses, thermal imaging cameras as well as on-site surveys, the scientists also carried out a preliminary analysis of satellite radar data related to the eruption and the seismic swarm, information supplementing that provided by other surveillance systems.
Using radar data provided by the Sentinel-1 (S1) satellites, the European Copernicus program, and the Italian constellation COSMO-SkyMed (CSK) of the Italian Space Agency (ASI) and the Ministry of Defense, a team researchers from CNR-Irea and INGV were able to analyze the fracture that fed the lava flow caused by the eruption and to measure with great accuracy the permanent movements of the soil using the technique of Differential SAR Interferometry. This technique makes it possible, by comparing the radar images acquired before and after seismic events, to measure, along the line of sight of the sensor, the ground displacement occurring in the time interval between the two acquisitions, with a precision of the order of the centimetre. In addition, thanks to the passage of the satellites in different orbits (ascending and descending), it is possible to reconstruct as well the horizontal component (in the east-west direction) and vertical component of the detected deformation field.
Source: La Sicilia, INGV, CNR.

La coulée de lave née de l’éruption du 24 décembre 2018 vue depuis l’espace (Source: ESA)

Nouvelles de La Soufrière (Guadeloupe) // News of La Soufrière (Guadeloupe)

Dans un bulletin émis le dimanche 18 novembre 2018, l’Observatoire Volcanologique et Sismologique de la Guadeloupe indique qu’un essaim sismique avec 242 événements volcaniques a été enregistré dans la zone du volcan de La Soufrière entre le lundi 12 novembre (16h18, TU) et le dimanche 18 novembre 2018 (13h02, TU). De très faible magnitude (M<1), ils ont été localisés à 2,5 km sous le sommet du dôme de La Soufrière. Aucun séisme n’a été signalé par la population. Le niveau d’alerte reste Jaune – Vigilance.

L’Observatoire diffuse chaque mois un bulletin précisant la situation sur le volcan. Le dernier en date décrit l’activité au mois de septembre 2018. On peut lire que l’activité sismique a été caractérisée par des événements de magnitude inférieure à M 1. Ils se présentent parfois sous forme de petits essaims, comme celui enregistré la semaine dernière, et correspondent à la migration de fluides à l’intérieur de l’édifice volcanique.

S’agissant des déformations, elles concernent les fractures fumeroliennes, en particulier au sommet du dôme. Certaines ont tendance à s’ouvrir mais ce phénomène est parfois compensé par la fermeture d’autres fractures.

L’activité fumerolienne reste très élevée au Cratère Sud et se caractérise par d’importants dépôts de soufre solide, surtout depuis la fin du mois d’avril. La température de la fumerolle du Cratère Napoléon Nord est stable à 95°C ; son pH reste acide et son débit apparaît stable par rapport aux mois précédents.

Les émanations acides et le vent maintiennent le dépérissement de la végétation sur la partie Sud du sommet et sur les flancs Sud-Ouest et Ouest du volcan. La zone fumerolienne sommitale a continué d’évoluer ces dernières années avec l’apparition en juillet 2014 d’une nouvelle zone active diffuse au nord du Cratère Napoléon associée à la progression d’une anomalie thermique (supérieure à 50°C au sol). Une nouvelle fumerolle a été identifiée au début du mois de février 2016, à l’est du Cratère Napoléon (dans la zone d’interdiction d’accès au public). Sa température est d’environ 95°C. Autour de la bouche, qui s’est agrandie depuis mars 2018, on a retrouvé des signes de projections de boue à quelques mètres de distance.

Le débit du Gouffre 1956 est en nette augmentation depuis septembre 2015. Ces évolutions confirment que l’augmentation de l’activité du système hydrothermal depuis 1992 est devenue plus importante au cours de la dernière période.

Source : OVSG.

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In a report issued Sunday, November 18th, 2018, the Volcanological and Seismological Observatory of Guadeloupe indicates that a seismic swarm with 242 volcanic events was recorded in the La Soufrière volcano area between Monday, November 12th (16h18, GMT) and Sunday, November 18th, 2018 (1:02 pm, GMT). With a very low magnitude (M <1), they were located 2.5 km below the summit of the dome of La Soufrière. No earthquakes have been reported by the population. The alert level remains Yellow – Watch.
The Observatory publishes every month a bulletin describing the situation on the volcano. The most recent report describes activity in September 2018. One can read that the seismic activity was characterized by events of M<1. They are sometimes small swarms, like the one recorded last week, and correspond to the migration of fluids inside the volcanic edifice.
As for the deformations, they concern the fumarolic fractures, especially at the top of the dome. Some tend to open but this phenomenon is sometimes offset by the closing of other fractures.
Fumarolic activity remains very high in the South Crater and is characterized by large deposits of solid sulphur, especially since the end of April. The temperature of the fumarole at Crater Napoleon North is stable at 95°C; its pH remains acidic and its flow appears stable compared to previous months.
Acid fumes and wind cause the decline of vegetation on the southern part of the summit and on the southwestern and western flanks of the volcano. The upper fumarolic zone has continued to evolve in recent years with the appearance in July 2014 of a new diffuse active zone north of Crater Napoléon associated with the progression of a thermal anomaly (above 50°C on the ground). A new fumarole was identified in early February 2016, east of Crater Napoléon (in the no-go zone). Its temperature is about 95°C. Around the vent, which has grown since March 2018, there have been signs of mud ejections a few metres away.
The flow of the 1956 Gouffre has increased sharply since September 2015. These evolutions confirm that the increase in the activity of the hydrothermal system since 1992 has become more significant in the last period.
Source: OVSG.

Crédit photo: Wikipedia

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion): L’éruption au mois d’octobre // The eruption in October

L’Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise (OVPF) vient de publier son bulletin mensuel pour le mois d’octobre. L’essentiel est, bien sûr, consacré à la dernière éruption. Vous trouverez le bulletin mensuel complet à cette adresse:
http://www.ipgp.fr/sites/default/files/ovpf_20181102_bullmensu_en.pdf

Comme je l’ai écrit précédemment, l’éruption du Piton de la Fournaise s’est terminée le 1er novembre 2018 à 04h00 (heure locale), après un total de 47 jours d’activité. L’activité de surface est restée faible en octobre, et la lave a principalement circulé en tunnel. Seuls de rares coulées éphémères ont été observés, alors que le sommet de l’évent éruptif se fermait progressivement
Les débits estimés à partir des données satellitaires ont varié entre 1 et 6 mètres cubes par seconde pour tout le mois d’octobre. Cependant, étant donné que l’activité de surface était dominée par une circulation de la lave en tunnel, ces valeurs sont probablement sous-estimées. En raison de cette incertitude, le volume total de la lave émis a été estimé à 9-18 millions de mètres cubes entre le 15 septembre et le 17 octobre 2018. Après une progression rapide des coulées entre le 30 septembre et le 6 octobre, l’étendue du champ de lave n’a pas beaucoup évolué pendant le reste du mois d’octobre
Au cours de la seconde quinzaine d’octobre, les émissions de SO2 provenant au niveau de la bouche éruptive sont restées faibles (proches ou inférieures au seuil de détection.)
L’inflation de l’édifice volcanique s’est poursuivie pendant tout le mois d’octobre. La source responsable de cette inflation était située à une profondeur de 1 à 1,5 km en dessous des cratères sommitaux (Bory et Dolomieu) et reflétait une mise sous pression du réservoir magmatique peu profond, en réaction à une recharge de magma en profondeur. Cette alimentation plus profonde est responsable de la poursuite de l’éruption, avec 47 jours d’activité.
Source: OVPF.

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OVPF has just released its monthly bulletin for October 2018. Most of it is, of couse, dedicated to the latest eruption of Piton de la Fournaise. You will find the complete monthly bulletin at this address:

http://www.ipgp.fr/sites/default/files/ovpf_20181102_bullmensu_en.pdf

As I put it before, the eruption of Piton de la Fournaise came to an end on November 1st, 2018 at 04h00 (local time), after a total of 47 days of activity. The surface activity was very weak in October, with most of the emitted lava travelling through lava tubes. Only rare lava flow outbreaks were observed, while the top of the eruptive vent was gradually closing.

Discharge rates estimated from satellite data ranged from 1 to 6 cubic metres per second over the entire month of October. However, because the eruptive activity at the surface was predominated by lava tube activity, these values may well be underestimated. Due to this uncertainty, the total volume of erupted lava was estimated to 9-18 million cubic metres between September 15th and October 17th, 2018. After a rapid advancement of thelava flow front between September 30th and October 6th, the extension of the lava flow did not change much during the rest of the month of October

During the second half of October, SO2 fluxes from the eruptive vent remained low (near or below the detection threshold.)

Edifice inflation continued throughout the month of October. The pressure source responsible for this inflation was located at a depth of 1-1.5 km below the summit craters (Bory and Dolomieu), reflecting a pressurization of the shallow magma reservoir in response to magma recharge from depth. This deeper feeding is responsible for the continuation of the eruption after a total of 47 days of  activity.

Source: OVPF.

Vue du site éruptif (Crédit photo: T. Sluys)

Le GPS, de la navigation à la volcanologie // GPS, from navigation to volcanoes

Dans un article récent, des scientifiques du Yellowstone Volcano Observatory ont écrit une chronique expliquant comment un système peut être utilisé à des fins différentes de celles pour lesquelles il a été conçu à l’origine.
C’est le cas du Global Positioning System (GPS), qui est aujourd’hui l’une des techniques les plus efficaces pour suivre les déformations du sol à Yellowstone et sur les volcans en général.
Le système a été lancé en 1978 lorsque le Département américain de la Défense a mis sur orbite une constellation de satellites NAVSTAR pour fournir des informations de navigation à son personnel qui circulait dans des véhicules terrestres, des avions et des navires. Avec le GPS, ces personnes pouvaient savoir où elles se trouvaient et atteindre leur destination. Le service est rapidement devenu accessible aux civils, et la plupart des gens l’utilisent maintenant pour circuler avec leurs véhicules ou se repérer pendant une randonnée.
Aujourd’hui, à côté du NAVSTAR américain, le GLONASS russe et le Galilée de l’Union européenne sont d’autres systèmes de navigation par satellite (GNSS). La précision de ces systèmes varie en fonction des conditions de visibilité du ciel et d’autres facteurs, mais la marge d’erreur est généralement de 5 à 10 mètres pour la position horizontale et de 10 à 30 mètres pour l’altitude.
Cette marge d’erreur ne suffirait pas en volcanologie pour étudier la déformation d’un volcan sous la pression du magma. Les scientifiques effectuant de telles mesures doivent disposer d’une précision très fine, car la déformation d’un édifice volcanique est généralement une affaire de millimètres.
Le récepteur GPS d’une voiture ou d’un téléphone portable utilise les signaux radio des satellites de navigation comme horloge et règle virtuelles. Il mesure le temps nécessaire aux signaux pour parcourir la distance entre plusieurs satellites et le récepteur. Les signaux circulent à la vitesse de la lumière et les orbites des satellites sont connues. Ces informations, associées au temps de parcours des signaux, permettent au récepteur de calculer sa distance par rapport à chaque satellite à un instant donné. En utilisant les principes de la trigonométrie sphérique, le récepteur est capable de « fixer » sa position avec suffisamment de précision pour que les personnes puissent trouver leur chemin.
Pour atteindre une meilleure précision, les géodésistes ont conçu un récepteur qui traite les signaux des satellites de navigation de manière beaucoup plus précise. Au lieu d’utiliser le temps de parcours du signal pour calculer la distance entre les satellites et le récepteur, un récepteur géodésique compte le nombre de longueurs d’onde complètes et fractionnelles entre lui-même et plusieurs satellites à la fois. Les longueurs d’onde sont connues avec précision et les récepteurs géodésiques peuvent compter exactement le nombre de longueurs d’onde complètes. Au final, le récepteur est capable de déterminer instantanément la distance entre plusieurs satellites au millimètre près. Donc, avec un peu de trigonométrie sphérique, les scientifiques ont à leur disposition un moyen de surveiller la déformation du sol en utilisant un système conçu à l’origine pour la navigation avec des véhicules terrestres!
A Yellowstone, un réseau de stations GPS étudie en permanence l’évolution de la déformation du sol. Avec les informations fournies par un réseau de sismomètres et d’autres instruments de surveillance, les données GPS permettent aux scientifiques de mieux comprendre la structure complexe et les processus actifs des phénomènes qui se déroulent sous leurs pieds.
Source: Yellowstone Volcano Observatory.

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In a recent article, Yellowstone Volcano Observatory scientists have written a chronicle explaining how a system can be used for purposes different from those for which it was originally designed.

This was the case for the Global Positioning System (GPS) which is today one of the most effective techniques used to track ground deformation at Yellowstone and on world volcanoes.

The Global Positioning System had its start in 1978 when the U.S. Department of Defense began launching a constellation of NAVSTAR satellites to provide navigation information to its personnel in land vehicles, planes, and ships. With GPS, they could know where they were and how to get where they were going. The service soon became accessible to civilian users, and now most people use it to navigate in their car or to find their way around their favourite trail system.

Today, in addition to the United States’ NAVSTAR GPS, Russia’s GLONASS and the European Union’s Galileo are operational Global Navigation Satellite Systems (GNSS). The accuracy of such systems varies with sky view and other factors, but generally the margin of error is 5–10 metres for horizontal position and 10–30 metres for elevation.

This margin of error would not have been sufficient in volcanology to study the deformation of a volcano under the pressure of magma beneath the edifice. Scientists doing such measurements need to have a very sharp accuracy as the deformation is usually a matter of millimetres.

The GPS receiver in a car or on a cellphone uses radio signals from navigation satellites as a virtual clock and ruler. It measures the time required for signals to travel from several satellites at a time to the receiver. The signals travel at the speed of light and the satellites’ orbits are known. That information, plus the signals’ travel time, allows the receiver to calculate its distance from each satellite at a given instant. Using principles of spherical trigonometry, the receiver is able to « fix » its position well enough for people to find their way around.

To reach a better accuracy, geodesists designed a geodetic-grade receiver that processes signals from navigation satellites in a much more precise way. Instead of using signal travel times to calculate satellite-to-receiver distances, a geodetic receiver counts the number of full and fractional wavelengths between itself and several satellites at a time. The wavelengths are known precisely, and geodetic receivers can count the number of full wavelengths exactly. In the end, the receiver is able to determine its distance from several satellites instantaneously to within a millimetre or so. So, with a little spherical trigonometry you have a means to monitor ground deformation using a system that was originally designed to track jeeps !

At Yellowstone, a network of GPS stations tracks the changing pattern and pace of ground deformation continuously. Combined with information from a network of seismometers and other monitoring instruments, the GPS results help scientists unravel the complex structure and active processes that otherwise remain hidden underfoot.

Source: Yellowstone Volcano Observatory.

Station GPS au bord du Lac de Yellowstone (Crédit photo: USGS)