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L’interférométrie radar au service des volcans // InSAR and volcanoes

drapeau francaisAvec les progrès scientifiques, de nouvelles technologies sont utilisées pour essayer de comprendre le comportement des volcans. L’une des plus populaires est l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR). Elle est applicable à de multiples domaines comme l’évolution des glaciers, un domaine très sensible avec le réchauffement climatique. Le radar enregistre deux images ou plus de la même région à des moments différents. En comparant les images, il est alors possible de détecter tous les changements susceptibles de s’être produits dans l’intervalle. L’interférométrie peut être réalisée par un seul satellite ou par deux satellites évoluant en tandem sur la même orbite.

Une enseignante du Département des Sciences de La Terre et de l’Institut de Cyberscience de l’Université de Pennsylvanie (Penn State) étudie le Kilauea (Hawaii) depuis plusieurs années et elle est sur le point de commencer une nouvelle étude en utilisant l’InSAR.

Le Kilauea est en éruption depuis 32 ans et il y a donc une grande quantité de magma qui monte des profondeurs. Il sera intéressant d’étudier quelles sont les différentes sources magmatiques ainsi que les relations qui peuvent exister entre elles.

L’un des éléments clés pour répondre à cette question se trouve dans les déformations qui se produisent à la surface du volcan. En effet, les déformations en surface sont forcément provoquées par des mouvements en profondeur.

Pour commencer son étude, l’universitaire pennsylvanienne va rassembler les données satellitaires qui se trouvent dans les archives. Elle va examiner les déformations de surface qui ont précédé et suivi un événement naturel (séisme ou éruption) sur le Kilauea. Elle utilisera ensuite ces données pour créer deux images : une avant l’événement naturel et une après. Ainsi, elle pourra voir dans quelle mesure l’événement naturel a modifié la surface du sol. Il est possible de combiner les deux images pour créer un interférogramme, autrement dit une image InSAR beaucoup plus globale de la situation. Cette image utilise la couleur pour traduire les mouvements du sol, comme on peut le voir dans l’image au bas du texte.

Les images InSar peuvent être créées à partir de deux images, mais la chercheuse a également recours à une approche multi séries baptisée Multi-Temporal (MT) InSAR quand un nombre suffisant d’images radar est disponible. Cette approche qui bénéficie d’images multiples est plus précise, mais elle requiert beaucoup plus de données et aussi une puissance informatique plus importante.

Après avoir créé les images InSAR, la scientifique pourra commencer à les utiliser pour prévoir le comportement en profondeur du Kilauea. Elle utilisera également une technique appelée modélisation inverse pour étudier la ou les causes des déformations.

Les mouvements du magma ne sont pas le seul facteur susceptible d’affecter le comportement du Kilauea. Le flanc sud du volcan a tendance à avancer, peut-être à cause du système d’alimentation et de l’activité du volcan. Même si le flanc sud avance vers l’océan à raison de 6 à 10 centimètres par an, il faut savoir que des séismes ont entraîné dans le passé des déplacements encore plus importants et même déclenché des tsunamis.

Des technologies comme l’InSAR sont très intéressantes car elles permettent de faire des recherches sans avoir  l’obligation d’être sur le terrain.

Source: Penn State

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drapeau anglaisWith scientific progress, new technologies are being used to try and understand the behaviour of volcanoes. One of the most popular is called Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) which is applicable to multiple domains like the glaciers which are very sensitive to global warming. The radar records two images or more of the same region at the different moments. By comparing the images, it is then possible to detect all the changes susceptible to have occurred in the meantime. InSAR can performed by a single satellite or by two satellites evolving in tandem on the same orbit.

An assistant professor in the Department of Geosciences and the Institute for CyberScience at the Pennsylvania State University (Penn State) has been studying Kilauea volcano for several years and is getting ready to start a new project using InSAR.

The volcano has been erupting for 32 years, so obviously there’s a lot of magma coming from below and it would be interesting to know where all these magma sources are and how they relate to each other. One of the keys to answering this question is found in the deformations happening on the surface of Kilauea. Indeed, a change of deformation on the volcano’s exterior implies something that causes the change much deeper below the surface.

To begin the process, the Pennsylvanian researcher gathers satellite data from archived databases. She looks for information about changes in elevation from before and after a natural hazard event – an eruption or earthquake, for example. She then uses this data to create two images: one from before the natural event and one from after. This shows how the event changed the ground’s surface. The two pictures can then be combined to create a single, much more comprehensive InSAR image called an interferogram, which uses colour to represent movement. (see example with the image below)

While InSAR images can certainly be created from two images, she also uses a time-series approach called Multi-Temporal (MT)-InSAR when enough radar images are available. This technique uses multiple images instead of two. This approach is much more accurate, but it also requires much more data and computing power

After creating the InSAR images, the researcher can begin to use them to predict what might be happening underneath Kilauea. She uses an approach called inverse modeling to estimate what caused the deformation.

Magma processes aren’t the only things that could be affecting Kilauea’s behaviour. The southern flank of the volcano is moving away from the island, and this could also be influencing the volcano’s magma plumbing system and activity. Although the flank is slipping seaward at an average speed of 6 to 10 centimetres a year, earthquakes in the past have caused more drastic movement and have even generated tsunamis.

Remote-sensing technologies like InSAR are important because they allow researchers to do important research without physically being on location.

Source: Penn State.

INSAR-blog

Interférogramme InSAR couvrant la période du 5 mai au 20 juin 2007. Elle montre les déformations du sol provoquées par le séisme du 24 mai 2007 sur le Kilauea.  (Source:  Penn State)

Mauna Loa (Hawaii): Rien de vraiment nouveau // Nothing really new

drapeau francaisOn peut lire en ce moment sur Internet plusieurs articles à propos du Mauna Loa. Certains d’entre eux se contentent d’indiquer que le volcan « montre des signes d’activité » tandis que d’autres posent carrément la question: « Possibilité d’une éruption du Mauna Loa? »
Si nous nous référons aux rapports mensuels du HVO sur le Mauna Loa, nous nous rendons compte de la situation n’a pas beaucoup changé au cours des derniers mois et il ne semble pas y avoir un risque d’éruption dans le court terme.
Bien sûr, la sismicité continue d’être légèrement élevée dans plusieurs secteurs du volcan, en particulier sur l’Upper Southwest Rift Zone et dans la caldeira Moku’aweoweo, mais cette sismicité n’a pas évolué au cours des derniers mois. Elle se situe légèrement au-dessus de la normale avec une vingtaine de secousses au cours du mois de janvier. Le HVO insiste bien sur le fait que ces événements sont très faibles comparés aux séquences sismiques qui ont précédé les éruptions en 1975 et 1984.
En ce qui concerne la déformation, les données GPS suggèrent que le gonflement du Mauna Loa continue, après une certaine accalmie en décembre, mais il reste très faible. Il faut garder à l’esprit qu’une réalimentation du réservoir magmatique à faible profondeur, logiquement accompagnée d’un gonflement du Mauna Loa, a commencé juste après l’éruption de 1984. Ce gonflement s’est ensuite  transformé en dégonflement pendant presque une décennie. Le volcan a recommencé à gonfler en 2002, après un brève essaim sismique longue période (LP). Un essaim LP plus intense a été enregistré fin 2004. Il a été suivi d’une augmentation spectaculaire du gonflement qui a ralenti en 2006, cessé tout à fait fin 2009, et repris lentement fin 2010.
Aucune anomalie n’a été observée dans les gaz (SO2, CO2) et les températures de la caldeira Moku’aweoweo où la température fumerollienne reste stable entre 77 et 78 ° C.

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drapeau anglaisSeveral articles can be currently read on the Internet about Mauna Loa. Some of them are only indicating that the volcano is “showing signs of activity” while others are asking the question “Possibility of Mauna Loa erupting?”

If we refer to HVO’s monthly reports about Mauna Loa, we realise the situation has not much changed during the past months and there does not seem to be the immediate risk of an eruption.

Sure, seismicity continues to be slightly elevated in several parts of the volcano, especially on the Upper Southwest Rift Zone and in the Moku’aweoweo Caldera, but the rates are similar to those seen in previous months. They are above background with approximately 20 earthquakes occurring in January. HVO insists that all these earthquakes have been very small relative to earthquake sequences observed before eruptions in 1975 and 1984.
As far as deformation is concerned, GPS data suggest that inflation continues after a lull in December, but the rates are very low. It should be kept in mind that the re-inflation of Mauna Loa’s shallow magma storage reservoirs started immediately after the1984 eruption. It then turned to deflation for almost a decade. Inflation started again in 2002, after a brief swarm of deep long-period (LP) earthquakes. A more intense swarm of LP events occurred in late 2004. It was followed by a dramatic increase in inflation. Inflation then slowed again in 2006, ceased altogether in late 2009, and resumed slowly in late 2010.

No anomaly has been observed in the gas (SO2, CO2) emissions and temperatures of Moku’aweoweo Caldera. Fumarole temperature continues to stabilize between 77 and 78°C.

Mauna-Loa-blog-2

Vue de la caldeira Moku’aweoweo  (Photo:  C.  Grandpey

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion): Remplissage de la chambre magmatique? // Is the magma chamber filling up?

drapeau francaisDans un article intitulé « Le Piton de la Fournaise monte en pression », le Journal de l’Ile de la Réunion expliquait le 4 décembre que le volcan « affiche un comportement qui n’avait pas été observé depuis plusieurs années ». Au vu de deux pics de sismicité enregistrés en mars et avril 2014, l’équipe scientifique de l’Observatoire pense avoir la preuve d’une réalimentation en profondeur de la chambre magmatique qui s’était vidangée lors de la méga éruption de 2007.

Les dernières éruptions mineures (dont celle de juin dernier) ont mis en jeu des poches de magma superficielles, mais il se pourrait bien que cela change. C’est surtout au niveau des déformations de l’édifice volcanique que l’évolution est la plus remarquable. Alors que le sommet continue à se contracter lentement, on observe « les indices d’une mise en pression profonde (1000 mètres sous le niveau de la mer) affectant tout l’Enclos qui se déforme » et gonfle de manière faible mais continue.

Un autre facteur révélateur de cette évolution est la présence constante de SO2 dans les émissions gazeuses au sommet du Piton.

Selon les scientifiques, ces différents paramètres – sismiques, chimiques et de déformation – sont la preuve quasi certaine de la réalimentation magmatique en profondeur du système volcanique du Piton de la Fournaise.

Reste à savoir maintenant combien de temps prendra le remplissage. Selon la formule consacrée, « une éruption est possible dans les jours ou les semaines à venir ».

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drapeau anglaisIn an article entitled « Pressure is building up at the Piton de la Fournaise », the Journal de l’Ile de la Réunion explained on December 4th that the volcano « evinces a behaviour that had not been seen for several years. » Given two peaks of seismicity recorded in March and April 2014, the scientific team of the Observatory thinks it has the evidence of a deep recharge of the magma chamber that drained during the mega eruption of 2007.
The latest minor eruptions (including that of June 2014) involved shallow magma pockets, but this may soon change. The most striking phenomenon is the deformation of the volcanic edifice. While the summit continues to contract slowly, there is « evidence of an in-depth pressurization (1,000 metres below sea level) affecting the whole Enclos which is deforming » and inflating slowly and steadily.
Another factor that confirms this evolution is the constant presence of SO2 in the gas emissions in the summit area.
According to scientists, these parameters – seismic, chemical and deformation – are a clear proof of the magma recharge of the deep volcanic system of the Piton de la Fournaise.
Now the question is: How long will the recharge take? As the usual formula goes, « An eruption is possible within days or weeks. »

Dolomieu-blog

Aucune activité dans le Dolomieu ! (Webcam OVPF)

Mayon (Philippines): Situation globalement stable

drapeau francaisIl n’y a pas eu d’évolution significative sur le Mayon au cours des derniers jours. Le Philvocs indique que le volcan reste instable en raison de la déformation lente mais constante de l’édifice induite par des mouvements de magma. Les dernières mesures de déformation du sol (entre le 9 et le 13 novembre) ont révélé un dégonflement de l’édifice qui reste malgré tout gonflé par rapport aux mesures de référence effectuées à partir de 2010. Selon l’Observatoire, « le dégonflement peut avoir été provoqué par une dépressurisation à court terme du magma intrusif en profondeur ou par du magma qui a remonté vers la surface ».
Dans le même temps, l’activité sismique reste faible avec seulement quelques chutes de blocs chaque jour, ce qui correspond à la lente intrusion du magma en profondeur.
Aucune incandescence n’est actuellement observée au niveau du cratère.
Les émissions de SO2 dans le cratère atteignent en moyenne 106 tonnes / jour, ce qui est en dessous du niveau de référence.
Le niveau d’alerte reste à 3.
Source: Philvocs.

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drapeau anglaisThere has been no significant evolution at Mayon during the past days. PHILVOCS indicates that the volcano’s current condition remains unstable due to slow but sustained ground deformation of the edifice by subsurface magma. Data from the latest ground deformation survey (November 9th – 13th) indicated a deflation of the edifice which globally remains inflated relative to the baseline measurements beginning in 2010. According to the Observatory, “the deflation may have been caused by short-term depressurization of intruded magma at depth or by magma having risen to shallower depths.”

Meanwhile, seismic activity is low with just a few rock fall events every day, consistent with overall slow magma intrusion at depth.

No glow is currently observed at the crater.

SO2 emissions at the crater average 106 tonnes /day, which is below background level.

The alert level remains at 3.

Source: PHILVOCS.

Mayon-Space

Le cône parfait du Mayon vu depuis l’espace  (Crédit photo:  NASA)