Étiquette : détecteurs

Le CO2 de La Palma (Îles Canaries) // Carbon dioxide at La Palma (Canary Islands)

L’éruption de la Cumbre Vieja, sur l’île espagnole de La Palma, aux Canaries, a fait la Une des médias pendant plusieurs semaines, entre le 19 septembre et le 13 décembre 2021. Avec 85 jours d’activité, il s’agit de l’éruption volcanique la plus longue et la plus dévastatrice jamais observée à La Palma. Les dégâts causés par le volcan s’élèvent à 843 millions d’euros. La coulée de lave a recouvert plus de 1 000 hectares et entraîné l’évacuation d’environ 7 000 personnes.

Image webcam de l’éruption

Cependant, la lave n’est pas le seul danger lié à l’éruption. Les concentrations de dioxyde de carbone étaient considérables, menaçant la santé des habitants. Des mois après la fin de l’éruption, les scientifiques ont découvert que le volcan avait provoqué une réaction sismique inattendue qui libérait dans l’air de dangereuses quantités de CO2, jusque là piégé dans le sol. Pendant la période d’évacuation, certaines zones de la ville ont connu des concentrations de CO2 atteignant 480 000 parties par million, soit plus de 400 fois la limite acceptable. On a retrouvé des oiseaux et des chats morts près des garages et des caves. Pendant deux ans, la plage de sable noir de Puerto Naos est restée déserte, avec des panneaux où l’on pouvait lire « Peligro !» (« Danger ! »).
En 2022, des scientifiques et les autorités locales ont lancé Alerta CO2, un projet de 4 millions d’euros financé par le gouvernement espagnol pour surveiller les niveaux de ce gaz à grande échelle. Aujourd’hui, Puerto Naos et La Bombilla sont équipés de plus de 1 300 détecteurs de CO2, faisant de ces villages les plus surveillés au monde.
Le projet a non seulement permis à environ 80 % des propriétaires de revenir, mais pourrait également servir d’exemple à d’autres localités confrontées à des catastrophes environnementales. Après l’éruption et l’évacuation de Puerto Naos, on s’est demandé si le majestueux hôtel Meliá La Palma allait pouvoir reprendre ses activités. Trois ans plus tard, il tourne à plein rendement. L’hôtel compte 55 détecteurs de CO2, discrètement placés dans les couloirs, les restaurants et le salon. La plupart des clients ne les remarqueront même pas. Mais si les concentrations deviennent trop élevées, une alerte se déclenche dans les bureaux voisins d’Alerta CO2.
Sur leurs écrans, les experts qui travaillent à Alerta CO2 peuvent surveiller les données de chaque logement de Puerto Naos et de La Bombilla grâce à leurs détecteurs. Les niveaux normaux doivent être inférieurs à 770 ppm. Si les concentrations de CO2 dépassent 1 000 ppm de manière continue pendant 30 minutes, les pompiers du bureau voisin interviennent auprès du domicile ou du commerce concernés où les habitants sont invités à sortir et à aérer l’espace. Cela peut se traduire par une simple ouverture des fenêtres ou, dans certains bâtiments, par l’utilisation de purificateurs d’air conçus par l’équipe d’Alerta CO2.
Personne ne sait combien de temps il faudra pour que le sol cesse de rejeter du CO2, car il n’existe aucun outil scientifique permettant de prédire la fin du problème. Toutefois, les niveaux ont constamment baissé au cours du second semestre 2024, ce qui a permis aux habitants de retourner chez eux et de travailler. Les 139 premières personnes sont rentrées en décembre 2023, et le nombre a progressivement augmenté depuis. Plus de 900 foyers et entreprises de Puerto Naos et de La Bombilla ont désormais été autorisés à rouvrir.
Des zones sont toujours fermées autour de Puerto Naos et de La Bombilla, et plusieurs parkings souterrains et sous-sols sont toujours fermés, avec des panneaux « Danger !». Le long de la promenade, un voyant vert clignote sur les détecteurs de CO2, rappelant constamment que la zone n’est pas encore totalement sûre. Le gouvernement régional de La Palma a créé l’application Smart Island, qui permet de consulter les niveaux de CO2 en temps réel. De leur côté, les commerçants font de leur mieux pour rassurer leurs clients.
Source : The Christian Science Monitor.

À noter que l’éruption de La Palma figure sur la couverture du livre « Histoire de Volcans – Chroniques d’éruptions ».

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  An eruption at the Cumbre Vieja volcano, on the Spanish island of La Palma in the Canary Islands, took place between 19 September and 13 December 2021. At 85 days, it is the longest known and the most damaging volcanic eruption on La Palma. The total damage caused by the volcano amounts up to 843 million euros. The lava flow covered over 1,000 hectares, prompting the evacuation of around 7,000 people.

However, lava was not the only hazard from the eruption. Concentrations of carbon dioxide spiked as well, threatening locals’ health. Months after the eruption stopped, scientists discovered that the volcano had caused an unexpected seismic reaction that released hazardous levels of CO2, once trapped in the ground, into the air. During the evacuation period, some areas in town had reached air concentrations of CO2 as high as 480,000 parts per million, over 400 times the acceptable limit. There were dead birds and cats on the ground close to garages and basements. For two years, the black sand beach of Puerto Naos on La Palma was deserted, with signs reading “Peligro!” (“Danger!”).

In 2022, scientists and local authorities launched Alerta CO2, a 4 million-euro project funded by Spain’s national government to monitor gas levels on a large scale. Now, there are more than 1,300 CO2 detectors in Puerto Naos and La Bombilla, making the villages the most monitored in the world for the gas.

The project has not only allowed around 80% of homeowners to return, but could also provide lessons for other communities facing environmental disaster going forward. After the volcano erupted and the town was evacuated, there were questions about whether the majestic Meliá La Palma hotel in Puerto Naos would get back on its feet. Three years later, it is at full capacity. There are 55 CO2 detectors spread throughout the hotel, discreetly placed in hallways, inside the restaurants, and in the lounge area. Most guests will never even notice them. But if concentration levels get too high, an alert goes off in the nearby offices of Alerta CO2.

On the computer screens, experts can monitor the data from each of the homes in Puerto Naos and La Bombilla using their detectors. Normal levels should be below 770 ppm. If the CO2 concentrations go above 1,000 ppm continuously for 30 minutes, firefighters in the office next door make a call to the home or business where people are encouraged to go outside and air out the space. That can mean simply opening the windows or, in some buildings, using the air purifiers that the Alerta CO2 team devised.

Nobody knows how long it will take for the ground to stop releasing CO2 because there are no scientific tools to forecast the end of the problem. But levels consistently went down in the last half of 2024, which has allowed people to return to their homes and businesses. The first 139 people returned in December 2023, and returnees have progressively increased since then. Over 900 homes and businesses in Puerto Naos and La Bombilla have now been authorized to reopen.

There are still zones closed off around Puerto Naos and La Bombilla, and several underground parking lots and basements remain sectioned off with “Danger!” signs. Along the boardwalk, a green light flashes on the outdoor CO2 detectors, a constant reminder that the area is not 100% safe yet. The La Palma regional government has created the Smart Island app, where people can see outdoor CO2 levels in real time. Local business owners are doing their best to reassure clients.

Source : The Christian Science Monitor.

https://www.csmonitor.com/

14 avril 2010, l’Eyjafjallajökull… !

C’est un anniversaire pour lequel l’Europe ne va pas sabrer le champagne. La presse islandaise nous rappelait ces derniers jours que le 14 avril 2025 marquait les 15 ans de l’éruption de l’Eyjafjallajokull dans le sud du pays. On se souvient que l’éruption a projeté un énorme nuage de cendres dans l’atmosphère, paralysant une grande partie du trafic aérien européen.

Crédit photo: Wikipedia

Les scientifiques nous expliquent aujourd’hui que le magma dans le conduit éruptif s’est solidifié et a formé une sorte de bouchon, qui a interrompu l’activité pendant un certain temps. Puis l’éruption a de nouveau repris. De nouveaux bouchons se formaient constamment, ce qui a donné lieu à une activité pulsée, parfaitement visible dans son déroulement.

L’éruption de 2010 a projeté des cendres volcaniques à plus de 9 kilomètres dans le ciel et plus de 100,000 vols ont été annulés, affectant des millions de passagers à travers le monde. En réalité, l’éruption était relativement mineure d’un point de vue volcanique, mais son impact fut considérable en raison des fines cendres et de leur risque d’interaction avec les réacteurs des aéronefs. Elle fut l’un des premiers événements majeurs de l’ère moderne à mettre en évidence la vulnérabilité des infrastructures islandaises face aux catastrophes naturelles et à susciter une révision en profondeur des protocoles aéronautiques.

En Islande, l’éruption est restée également dans les mémoires pour son impact local. Par exemple, les fermes proches du volcan ont été recouvertes de cendres, mais heureusement, aucune victime n’a été à déplorer.

Source : Iceland Review.

Dans les semaines qui ont suivi l’éruption, il s’est dit que l’événement allait servir de leçon et que des systèmes de détection de cendre volcanique seraient installés à bord des avions. Mais ce ne fut qu’un feu de paille et aujourd’hui aucun tel dispositif n’équipe les aéronefs. Les dernières éruptions de volcans émetteurs de cendres en Indonésie, par exemple, ont cloué les avions au sol. Certes, les Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC) se sont dotés d’équipements plus performants pour analyser la trajectoire des panaches de cendres, mais ce n’est pas suffisant pour résoudre le problème.

Des volcans sous-glaciaires islandais comme le Grimsvötn et surtout le Katla sont susceptibles de se réveiller et d’entrer en éruption en émettant de volumineux panaches de cendres. Il est fort à craindre que les conséquences seront les mêmes qu’en 2010…

Le jour où le Katla se réveillera… (Google Maps)

La muographie permettra-t-elle un jour de prévoir les éruptions ? // Will muography some day help predict eruptions ?

J’ai expliqué dans des notes précédentes (21 novembre 2015, 11 juillet 2016) que les muons pourraient nous aider à comprendre la structure interne de certains volcans. Un nouvel article publié dans la presse américaine va plus loin et affirme que ces particules cosmiques pourraient être utilisés pour prévoir les éruptions.
Les muons sont partout et nous frappent à chaque seconde. Ces particules, qui se forment lorsque les rayons cosmiques pénètrent dans l’atmosphère terrestre, sont inoffensives et se désintègrent rapidement en formant des amas de particules encore plus fines.
Les muons pénètrent dans les objets comme le font les rayons X,. C’est ainsi qu’ils ont permis aux scientifiques de découvrir une chambre funéraire à l’intérieur de la Grande Pyramide d’Égypte il y a plusieurs années.
Les scientifiques utilisent également des muons pour cartographier la structure interne des volcans, ce qui pourrait un jour aider à prévoir des éruptions. C’est ce que l’on peut lire dans un article publié la semaine dernière dans les Proceedings of the Royal Society.
Pour créer ces cartes, les scientifiques mesurent la faculté des muons à traverser le magma qui circule dans les cavités, les chambres et entre les passages rocheux à l’intérieur des volcans. Ils utilisent ensuite ces informations pour créer des aperçus géologiques. Selon l’un des auteurs de l’article, la muographie, pourrait un jour permettre de suivre les mouvements du magma qui précèdent une éruption
Les muons ont une charge négative, mais sont 207 fois plus lourds que les électrons. Ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière. Cette lourdeur et cette vitesse permettent aux particules de pénétrer dans des matériaux denses comme la roche volcanique. Plus l’objet est dense, plus les muons perdent de la vitesse et se désintègrent. De nombreux muons peuvent heurter le flanc d’un volcan et le traverser. Toutefois, si la structure de la montagne est suffisamment dense, par exemple parce qu’un passage est rempli de magma, un muon ne pourra pas sortir de l’autre côté du volcan.
Pour repérer quels muons ont réussi à traverser l’édifice volcanique, les scientifiques installent des détecteurs sur les flancs d’un volcan. Ces détecteurs créent une image de l’intérieur du volcan en capturant les muons qui ne se sont pas désintégrés lors de leur passage à travers l’édifice, et en notant les zones où les muons ne sont pas ressortis. Certains chercheurs réalisent cette cartographie depuis les airs en positionnant les détecteurs de muons à l’intérieur d’hélicoptères et en volant à proximité des flancs du volcan.
Les muons qui traversent complètement l’édifice volcanique projettent des zones sombres sur le détecteur de muons. Mais lorsque les muons frappent des parties denses et se désintègrent, ils laissent des zones plus claires. Autrement dit, plus l’objet est dense, plus zone imprimée est claire. Plus on dispose de détecteurs de muons autour d’un volcan, meilleure est l’image. En utilisant plusieurs détecteurs positionnés autour d’un objet, il est possible de créer une image 3D.
Les chercheurs ont utilisé la muographie pour scruter l’intérieur des volcans japonais Sakurajima et Asama, ainsi que trois volcans en Italie, dont le Vésuve, et La Soufrière de la Guadeloupe.
[NDLR : Le problème est que les détecteurs ne sont pas toujours faciles à mettre en place sur les flancs d’un volcan, comme on a pu le voir avec La Soufrière de la Guadeloupe. De plus, pour être efficaces, les détecteurs doivent être installés sur des volcans coniques, de forme pyramidale comme le mont Unzen au Japon, ou encore le Mayon aux Philippines. Les résultats seraient beaucoup plus aléatoires sur des volcans boucliers comme le Kilauea à Hawaii.]
En plus de la cartographie des entrailles d’un volcan, l’article explique que la muographie pourrait être utilisée pour repérer les réservoirs de magma à l’intérieur des volcans qui sont sur le point d’entrer en éruption et pour suivre le mouvement du magma en temps réel. Les éruptions sont souvent précédées d’une ascension du magma vers le sommet du volcan. L’utilisation de muons pour détecter le déplacement du magma dans la zone sommitale pourrait aider les scientifiques à détecter les éruptions imminentes. Cela permettrait d’évacuer des populations en toute sécurité avant une éruption. Cependant, la muographie est encore loin de ce résultat et le rêve de tout volcanologue n’est pas près de se réaliser…
Source (entre autres) : Business Insider.

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I explained in previous posts (21 November 2015, 11 July 2016) that muons could help us understand the inner structure of some volcanoes. A new article published in the American press goes farther and explains that these cosmic particles could be used to predict eruptions.

Muons are everywhere and strike us every second. These particles, which are created when cosmic rays enter the Earth’s atmosphere, are harmless and quickly decay into clusters of lighter particles.

The particles penetrate objects like X-rays do, which make them useful to scientists, who used muons to uncover a hidden chamber in Egypt’s Great Pyramid several years ago.

Scientists also use muons to map the internal structure of volcanoes, which could one day help predict dangerous eruptions, according to an article published last week in the Proceedings of the Royal Society.

To create those maps, scientists measure how efficiently particles pass through magma flowing through caverns, chambers, and rocky passages in volcanoes, then use that information to create geological blueprints. According to one of the authors of the article, muography, may one day make it possible to track magma movements that may precede an eruption

Muons have a negative charge, but are 207 times heavier than electrons, traveling at nearly the speed of light. That heaviness and speed allows particles to penetrate dense materials like volcanic rock. The denser the object, the more quickly muons lose speed and decay. Many muons can hit the side of a volcano and travel right through. But if the volcano is dense enough, for instance because a passage is filled with magma, a muon won’t make it out the volcano’s other side.

To spot which muons survived the journey, scientists set up muon detectors on the flanks of a volcano. Those detectors create an image of the volcano’s interior by capturing the muons that didn’t decay while passing through the volcano, and noting gaps where muons didn’t survive intact. Some researchers do this mapping from the air by positioning muon detectors inside helicopters and flying near the volcano’s flanks.

Muons that pass through completely cast dark shadows on the muon detector. But when muons hit dense parts of the volcano and decay more quickly, they leave lighter silhouettes. In short, the denser the object, the lighter the silhouette. The more muon detectors surrounding a volcano, the better the image. By using multiple detectors positioned around the object, it’s possible to build up a crude 3D image.

Researchers have used muography to glimpse inside Japan’s Sakurajima and Mount Asama volcanoes, as well as three volcanoes in Italy,including Vesuvius, and La Soufrière volcano in Guadeloupe.

[NDLR: The problem is that the detectors are not always easy to set up on the flanks of a volcano, as could be seen with La Soufrière. Moreover, to be effective, the detectors need to be installed on pyramid-like conical volcanoes like Mount Unzen in Japan. The operations would be much more diffiocult on shield volcanoes like Kilauea in Hawaii.

Beyond helping scientists map volcanic innards, the new article suggests muography could be used to spot magma reservoirs inside volcanoes that are primed to erupt and to track magma movement in real time. Eruptions are often preceded by magma rising toward the volcano’s summit, and using muons to detect magma flow in that summit area may help scientists detect impending eruptions. This would allow people to safely evacuate ahead of an eruption. However, muon technoly is still far from what is a volcanologist’s dream.

Source (among others) : Business Insider.

Image muonique de la Soufrière de la Guadeloupe (Source: CNRS)

Une nouvelle génération de détecteurs de muons // A new generation of muon detectors

drapeau francaisIl y a quelques semaines, j’ai expliqué dans plusieurs notes que la muographie pourrait jouer un rôle crucial pour mieux comprendre les chambres magmatiques qui se cachent à l’intérieur des volcans. Jusqu’à présent, le problème était que cette nouvelle technologie était lourde et coûteuse à mettre en œuvre. Cependant, une nouvelle technique de pointe en matière d’imagerie est en passe de devenir plus facile d’utilisation et moins coûteuse, grâce à une innovation majeure mise au point par des chercheurs japonais et hongrois.
Rappelons que les muons, un type de particules élémentaires, sont semblables aux électrons, mais au moins 200 fois plus lourds. Les muons que l’on rencontre à la surface de la Terre proviennent des collisions de rayons cosmiques avec des particules dans l’atmosphère terrestre et ils peuvent pénétrer profondément dans le sol. De la même façon qu’une plaque de rayons X capte le rayonnement traversant le corps, un équipement spécial est utilisé pour capturer les muons qui traversent les volcans et d’autres objets.
Une conférence internationale qui s’est tenue au Japon en 2015 a conduit à l’élaboration conjointe – par une institution japonaise et son homologue hongrois – de détecteurs prototypes incorporant des détecteurs de gaz. En mai 2016, les deux institutions ont signé un accord qui met l’accent sur les applications commerciales de la nouvelle technologie.
Les chercheurs vont continuer à collaborer afin de créer des détecteurs de muons commercialement viables et assez petits pour être transportés dans un sac. L’équipement actuellement utilisé pèse en général plusieurs tonnes et coûte environ 973 000 dollars (environ 872 500 euros).
La première génération de détecteurs se composait de plaques d’émulsion nucléaires qui enregistraient les traces de particules chargées qui les traversaient, comme un film photographique enregistre les traces de lumière.
Les équipements de deuxième génération, maintenant largement utilisés, associent des détecteurs en plastique et des tubes à dérive (PDT) pour capturer la lumière émise par muons qui les traversent, une amélioration qui permet aux instruments de recueillir des données en continu. Cependant, cette technologie de deuxième génération nécessite de nombreux tubes photo, ce qui augmente le prix des instruments et ne permet guère de réduire leur taille.

Les détecteurs de gaz de troisième génération en cours de fabrication aujourd’hui se composent de tubes remplis d’un mélange d’argon et de dioxyde de carbone. Une grille de fils électriques très fins capture les petits éclairs produits lorsque les muons traversent le gaz ionisé. Tout en étant plus petits et moins coûteux, les nouveaux instruments permettent également d’obtenir des images de résolution plus élevée en réduisant la distance entre les fils électriques. Certains défis technologiques ont dû être surmontés. Les détecteurs de gaz sont vulnérables aux vibrations, ce qui peut provoquer un court-circuit au niveau des fils électriques ; ils sont aussi sensibles aux changements de température. L’Académie des Sciences de Hongrie réussi à surmonter ces problèmes. En combinant les tubes, les chercheurs hongrois ont mis au point un prototype sous la forme d’une plaque de 80 cm de long sur 80 cm de large.
Le nouveau détecteur coûte environ 200 000 yens (environ 1.750 euros) le mètre carré, soit moins de 10% du coût des équipements de deuxième génération. Il pèse une dizaine de kilogrammes, soit un septième du poids de son prédécesseur. Il offre une résolution de 1cm, soit deux fois la performance des instruments actuellement utilisés.
Les nouveaux détecteurs de muons peuvent trouver une vaste gamme d’applications. Ils peuvent être mis à profit, par exemple, pour détecter des signes de vieillissement à l’intérieur des bâtiments et des routes. Ils peuvent également être utilisés pour inspecter les conditions à l’intérieur des fours dans le cadre du contrôle de la qualité des produits sidérurgiques.
Les chercheurs ont l’objectif ambitieux de développer un détecteur de muons qui ne coûterait que 100 000 yens (environ 875 euros). Si le projet réussit, le marché de tels équipements pourrait se développer rapidement.
Source: Nikkei Asian Review: http://asia.nikkei.com/

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drapeau anglaisA few weeks ago, I explained in several notes that muography could play a crucial to understand the magma chambers that are hidden inside volcanoes. Up to now, the problem was that this new technology was rather cumbersome and costly to implement. However, a cutting-edge imaging technique may become more accessible and affordable, thanks to a major innovation by Japanese and Hungarian researchers.

Let’s recall that muons, a type of elementary particle, are similar to electrons but more than 200 times heavier. The muons found at the Earth’s surface are created by collisions of cosmic rays with particles in the Earth’s atmosphere and can penetrate deep into the ground. Just like an X-ray plate captures radiation passing through the body, special equipment is used to capture muons passing through volcanoes and other objects.

An international conference held in Japan in 2015 led to the joint development of prototype equipment for muography that uses gas detectors, by a Hungarian and a Japanese scientific institution. In May 2016, the two institutions signed an agreement that focuses on joint efforts to explore commercial applications of the new technology.

The researchers will continue working together to create a commercially viable muography instrument that is small enough to be carried in a bag. The equipment currently used typically weighs several tons and costs about 973,000 dollars (about 872,500 euros).

The first generation of muography equipment featured nuclear emulsion plates that recorded the traces of charged particles passing through, just as photographic film records the traces of light.

Second-generation equipment, now used widely, utilizes a combination of plastic detectors and photo drift tubes (PDT) to capture light emitted by muons as they pass through, an improvement that enables the instruments to gather data continuously. However, the second-generation technology requires many photo tubes, making instruments expensive and difficult to downsize.

The gas detectors now being developed in the third generation feature tubes filled with a mixture of argon and carbon dioxide. A grid of fine electric wires captures small bolts of lightning produced when muons pass through ionized gas. In addition to being smaller and cheaper, the new instruments also allow higher-resolution images by narrowing distances between electric wires. Some technological challenges had to be overcome. Gas detectors are vulnerable to vibrations, which can cause a short circuit in the electrical wiring, and also to changes in temperature. The Hungarian Academy of Sciences has contributed to overcoming these issues. By combining tubes, it has developed a prototype muon detector in the form of a plate that is 80cm in length and width.

The detector costs around 200,000 yen (about 1,750 euros) per square metre, less than 10% of the cost of second-generation equipment, and weighs about 10kg, or one-seventh the weight. It offers a resolution of 1cm, twice the performance of current instruments.

The new instruments may find a wide range of applications. They can be put to use, for instance, to detect signs of aging inside buildings and highways. They can also be used to inspect conditions inside furnaces as part of quality control for steel products.

The researchers have an ambitious goal of developing a muography instrument that costs only about 100,000 yen (about 875 euros). If the project succeeds, the market for muography equipment could grow sharply.

Source : Nikkei Asian Review : http://asia.nikkei.com/

 Muons Soufrière

Image muonique de la Soufrière de la Guadeloupe (Source: CNRS)