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L’apprentissage automatique au service des sismologues // Machine learning to help seismologists

Des algorithmes d’apprentissage automatique appliqués aux données de formes d’ondes de 2008 à 2022 ont révélé 86 276 séismes sous la caldeira de Yellowstone, soit environ dix fois plus que les données précédentes obtenues avec des techniques traditionnelles. Le catalogue révisé, basé sur 15 années de données de formes d’ondes, a été publié dans Science Advances le 18 juillet 2025. Il a été réactualisé par des chercheurs de la Western University, de Universidad Industrial de Santander et de l’U.S.G.S.
Ce nouveau catalogue a été rendu possible grâce à l’application de techniques avancées d’apprentissage automatique et d’un modèle de vitesse 3D spécifique à chaque région. Il montre dans quelle mesure l’intelligence artificielle peut améliorer radicalement la détection et la caractérisation de l’activité microsismique dans les régions volcaniques complexes.
Avant cette nouvelle approche, la détection des séismes reposait en grande partie sur des inspections manuelles et des algorithmes traditionnels, ce qui limitait l’échelle et la granularité des données sismiques. Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs ont entraîné un modèle d’IA distinct pour chaque station sismique du réseau de Yellowstone.
Cette approche a permis une définition précise de la magnitude de chaque événement, même lors de périodes de chevauchement d’essaims. Lors de tests de validation, le modèle a récupéré 83 % des séismes précédemment documentés et identifié 855 nouveaux événements sur une période de seulement 10 jours, dont plus de 99 % ont été confirmés comme étant de véritables séismes.
Plus de la moitié des séismes se sont produits en essaims, généralement sans secousse principale dominante. L’analyse a révélé que les essaims étaient probablement déclenchés par une combinaison de lente migration des fluides et de variations soudaines de pression dans les systèmes hydrothermaux.
Le nouveau modèle réactualisé a permis de localiser avec précision les séismes et d’estimer leur magnitude en tenant compte des hétérogénéités du sous-sol qui affectent la propagation des ondes sismiques. Les chercheurs pensent que ces résultats pourraient contribuer à améliorer l’évaluation des risques dans d’autres régions volcaniques. Une meilleure imagerie sismique permet d’éviter plus facilement les zones où les mouvements de fluides déclenchent souvent des séismes.
Source : The Watchers.

Photo: C.Grandpey

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Machine learning algorithms applied to waveform data from 2008 to 2022 have revealed 86 276 earthquakes beneath the Yellowstone caldera, which is about 10 times more than previously recorded. The revised catalogue, based on 15 years of waveform data, was published in Science Advances on July 18, 2025. It was created by researchers from Western University, Universidad Industrial de Santander, and the U.S.G.S.

The new catalogue was made possible through the application of advanced machine learning techniques and a region-specific 3D velocity model. It demonstrates how artificial intelligence can radically improve detection rates and characterization of microseismic activity in complex volcanic regions.

Prior to this new approach, earthquake detection relied heavily on manual inspections and traditional algorithms, limiting the scale and granularity of the seismic record. To overcome these limitations, researchers trained a separate AI model for each seismic station in the Yellowstone network.

This approach allowed accurate magnitude assignment, even during periods of overlapping swarm events. In validation tests, the model recovered 83% of previously documented earthquakes and identified 855 new events over just a 10-day window, with over 99% of those confirmed as real earthquakes.

More than half of the earthquakes were found to occur in swarms, typically lacking a dominant mainshock. The analysis revealed that swarms were likely triggered by a combination of slow fluid migration and sudden pressure changes in hydrothermal systems.

This model helped accurately locate earthquakes and estimate magnitudes by accounting for heterogeneities in the subsurface that affect seismic wave propagation. Researchers say the findings could help improve hazard assessments in other volcanic regions. Better seismic imaging makes it easier to avoid areas where fluid movement often triggers earthquakes.

Source : The Watchers.

Chasse aux fuites de méthane dans le monde // Chasing methane leaks around the world

C’est bien connu : le méthane (CH4) est l’un des gaz à effet de serre les plus agressifs. Il ne reste dans l’atmosphère que pendant environ une décennie, mais il a un effet destructeur intense pendant cette période. Il est donc évident que le colmatage des fuites de méthane, en grand nombre sur Terre, aurait un effet immédiat. J’ai consacré plusieurs articles sur ce blog (juillet – août 2020) aux fuites de méthane au Canada, en Antarctique et en mer du Nord.
Grâce à de nouveaux moyens de surveillance depuis l’espace, les 1 300 sites les plus polluants ont été identifiés sur notre planète. Grâce aux instruments de surveillance satellitaire fournis par la société Kayrros, l’emplacement des sources exactes de pollution par le méthane,qui contribuent au réchauffement de la planète, a pu être enfin identifié. Jusqu’à présent, on savait mesurer la quantité de méthane dans l’atmosphère, mais on peut désormais savoir exactement d’où vient ce gaz et par qui il est émis.
La surveillance de ces fuites polluantes a conduit Kayrros à contrôler des forages de gaz, des pipelines, des mines de charbon et des décharges dans des pays comme le Turkménistan, l’Inde, la Russie, l’Australie et les États-Unis.
Le colmatage de toutes ces fuites pourrait ralentir considérablement et rapidement la hausse des températures, tout en améliorant la qualité de l’air et la santé de la population. Les chercheurs issus d’universités comme le MIT font de gros efforts pour développer des moyens de capturer le méthane qui s’échappe de l’atmosphère.
Les États-Unis ont récemment mis en œuvre des politiques de surveillance et de réparation destinées à réduire les fuites de méthane. Elles devraient permettre d’éliminer 58 millions de tonnes de gaz toxiques sur 15 ans. En outre, plus de 150 gouvernements ont rejoint le Global Methane Pledge dont le but est de réduire la production de méthane de 30 % d’ici 2030. En cas de succès, cette initiative pourrait rapidement freiner la hausse des températures et éviter plus de 250 000 décès liés aux vagues de chaleur chaque année, comme le prévoit l’Organisation mondiale de la santé (OMS).
Avec une meilleure connaissance, grâce aux satellites, des emplacements exacts des fuites de méthane, les prochaines années pourraient permettre d’avoir une atmosphère moins polluée. Kayrros a l’intention de développer l’accès aux données climatiques et d’obtenir une meilleure connaissance des dégâts causés par le méthane. Cela permettra aussi de repérer les nombreux gouvernements et organisations qui sont dans l’incapacité de déclarer avec précision leurs émissions polluantes.
C’est une bonne nouvelle, mais d’autres efforts devront être déployés pour réduire les émissions – et donc les concentrations – de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère.

Exemple flagrant de fuite de méthane :

https://us.yahoo.com/news/methane-well-leaked-6-months-054744086.html

Source  : Yahoo Actualités.

 

Puits de gaz et de pétrole en Colombie Britannique, là où se concentrent les principales fuites de méthane au Canada (Source: The Conversation)

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It is well known that methane CH4) is one of the most aggressive greenhouse gases. It only lingers in the atmosphere for about a decade, but it has an intense effect during that time, so fixing methane leaks is immediately impactful. I have devoted several posts on this blog (July – August 2020) to methane leaks in Canada, Antarctica and the North sea

Thanks to new means of surveillance from space, the world’s 1,300 largest methane-polluting sites have been identified. The instruments were provided by the environmental intelligence company Kayrros.

Thanks to Kayrros’ satellite surveillance, the exact sources of potent planet-warming pollution are finally exposed. Previously, one could measure the amount of methane in the atmosphere, but now one can really know exactly where the gas is coming from.

The surveillance of these polluting leaks has led Kayrros to gas wells, pipelines, coal mines, and waste sites in countries like Turkmenistan, India, Russia, Australia, and the United States.

Simultaneously, plugged leaks can significantly slow near-term temperature rises while improving air quality and public health. Researchers at universities like MIT are also hard at work developing ways to capture escaped methane from the atmosphere.

The U.S. recently implemented national methane monitoring and repair policies, which are expected to eliminate 58 million tons of toxic gas over 15 years. Additionally, over 150 world governments have joined the Global Methane Pledge to cut methane output by 30% by 2030. If successful, the Pledge could quickly curb rising temperatures and prevent over 250,000 heat-related deaths annually, as projected by the World Health Organization.

With exact methane leak sources now in plain view from space, the path to a cooler future is getting brighter.

Kayrros intends to increase access to climate data and increase the basic knowledge and understanding of the harm methane does and of the failure of many governments and organizations to report their emissions of it accurately.

This is good news, but other efforts should be made to reduce emissions – and as such, concentrations – of carbon dioxyde (CO2) in the atmosphere.

A perfect example of methane leak :

https://us.yahoo.com/news/methane-well-leaked-6-months-054744086.html

Source : Yahoo News.

De nouveaux détecteurs de cendre volcanique pour le VAAC de Toulouse // New ash detectors for the Toulouse VAAC

drapeau francaisMétéo France vient d’acquérir six nouveaux « radars » chargés de détecter avec précision les nuages de cendre en cas de nouvelles éruptions volcaniques. Tout le monde a encore en mémoire l’éruption de l’Eyjafjallajökull d’avril 2010, avec la paralysie des trois quarts de l’espace aérien européen et 1,2 milliard d’euros de pertes économiques. Le principe de précaution avait alors prévalu mais les conséquences auraient certainement pu être moins lourdes si les autorités aériennes avaient eu une connaissance plus fine du déplacement des nuages de cendre islandais.

L’un des principaux centres mondiaux de contrôle des cendres volcaniques se trouve à Toulouse. Ce VAAC (Volcanic Ash Advisory Center) est régi par Météo France. Il fonctionne 24 heures sur 24 et surveille l’Europe, l’Afrique et le Proche-Orient. Pour traquer les nuages de cendre volcanique, il utilise son propre modèle de dispersion mais aussi des données satellitaires qui manquent de précision en termes d’épaisseur des nuages.

Pour pallier cette incertitude, le VAAC vient de dévoiler sa dernière acquisition, unique en Europe : Il s’agit de six « renifleurs » de cendre, et d’aérosols en général, de très haute technologie. Ces six LIDAR (acronyme de l’expression en langue anglaise « light detection and ranging » sont des boîtiers bardés d’informatique ; ils sont dotés de lasers qui émettent un faisceau de lumière verte (uniquement visible en cas de brume) jusqu’à 15 kilomètres d’altitude.

En fonction de la façon dont les particules réfractent la lumière, le VAAC peut déterminer s’il s’agit d’un nuage de pluie, de pollution ou donc de cendre volcanique, ainsi que son altitude exacte. Cinq de ces LIDAR vont être déployés sur le territoire français, dont le premier à Lille. Le sixième, mobile, restera à Toulouse pour les cas d’urgence.

Selon un responsable de la direction de la sécurité de l’Aviation civile sud,  « Météo France va désormais nous fournir des informations précises et précieuses qui nous permettront de maintenir une partie de l’espace aérien ou des aéroports ouverts. »

Source : 20 Minutes.

Il est fort probable que ce nouvel équipement sera testé en grandeur nature un jour ou l’autre. En effet, si les volcans d’Auvergne sont inoffensifs pour le moment, il n’en va pas de même de leurs homologues islandais, voire de l’Etna. Les « renifleurs » de Météo France permettront de gérer la situation plus efficacement qu’en 2010, mais la décision finale de faire voler ou de maintenir au sol les avions dépendra toujours des compagnies aériennes. Même si l’arrêt des vols a un coût non négligeable, ce sera toujours le principe de précaution qui prévaudra. Il s’agit avant tout de ne pas mettre en danger les centaines de passagers qui ont pris place à bord d’un aéronef.

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drapeau anglaisMeteo France has just acquired six new « radars » destined to accurately detect ash clouds in case of new volcanic eruptions. Everyone still remembers the eruption of Eyjafjallajökull in April 2010, with the paralysis of three quarters of the European airspace and 1.2 billion euros in economic losses. The precautionary principle had prevailed but the consequences certainly could have been less severe if the aviation authorities had had a more detailed knowledge of the movement of the Icelandic ash clouds.
One of the main world centers of volcanic ash control is located in Toulouse. This VAAC (Volcanic Ash Advisory Center) is managed by Météo France. It works round the clock and monitors Europe, Africa and the Middle East. To track the clouds of volcanic ash, it uses its own model of dispersion but also satellite data that lack precision in thickness of the clouds.
To overcome this uncertainty, the VAAC has unveiled its latest acquisition, unique in Europe: Six high tech « sniffers » of ash and aerosols in general. These LIDAR (acronym of « light detection and ranging » are cases teeming with computer technology; they are equipped with lasers that emit a beam of green light (only visible in fog) up to 15 km a.s.l.
Depending on how the particles refract light, the VAAC may determine whether there is a rain cloud, pollution or a cloud of volcanic ash, as well as its exact altitude. Five of the LIDAR will be deployed on the French territory: the first device will be set up in Lille. The sixth, a mobile one, will remain in Toulouse for emergencies.
According to an official of the Directorate of Security of the Southern Civil Aviation, « Meteo France will now provide accurate and valuable information that will allow us to maintain part of the airspace or airports open.  »
Source: 20 Minutes.

It is likely that this new equipment will be tested in full-scale one day or another. While the volcanoes of Auvergne are safe for the moment, it is very different for their Icelandic counterparts, or even Mount Etna. The Météo France « sniffers » will manage the situation more effectively than in 2010, but the final decision to fly or ground planes will always depend on the airlines. Although stopping the flights has a significant cost, the precautionary principle will always prevail. Companies will never want to jeopardize the lives of hundreds of passengers who boarded the aircraft.

Eyjafjallajokull-blog

Eruption de l’Eyjafjallajökull en 2010

Crédit photo: Wikipedia

Détection de la cendre volcanique // Volcanic ash detection

drapeau francaisBien que les compagnies aériennes soient très conscientes des perturbations et des pertes d’argent que peut entraîner la cendre volcanique, on n’a guère enregistré de progrès dans ce domaine depuis l’éruption islandaise du Vatnajökull en 2010. La dernière éruption du Raung en Indonésie a entraîné de fréquentes fermetures des aéroport de Bali et Surabaya. Comme je l’ai écrit auparavant, il semble que le système AVOID n’ait pas rencontré le succès escompté et les constructeurs comme Boeing n’ont pas installé de systèmes de détection de cendre volcanique dans les avions.
Cependant, les recherches continuent dans ce domaine. Par exemple, le projet VIPR (Vehicle Integrated Propulsion Research), fruit d’un partenariat entre la NASA, l’US Air Force et un certain nombre d’autres organismes et entreprises, inclut une série de tests destinés à contrôler la fiabilité des moteurs à bord des avions commerciaux. Leur but est de prendre en compte les technologies capables d’identifier les défauts des moteurs d’avions le plus tôt possible.
Les tests ont commencé en 2011. Deux turboréacteurs F-117 fournis par l’armée ont été montés sur un avion C-17 sur lequel les tests sont effectués avec l’avion au sol. Ces tests comprennent l’étude du moteur au cours de son fonctionnement normal, l’étude de défauts mécaniques provoqués, l’étude de défauts provoqués sur les circuits des gaz, et enfin, l’étude de la dégradation du moteur par ingestion de cendre volcanique.
La soumission du moteur à de la cendre volcanique représente la prochaine étape des tests VIPR de la NASA. La cendre volcanique a été choisie car c’est une façon intéressante de mettre un moteur en défaut et c’est un domaine qui n’a pas été soigneusement étudié.
Le test fonctionne par pulvérisation « faible à modérée » de cendre volcanique dans le moteur du C-17 tandis qu’il est en train de tourner. Parmi les capteurs utilisés pendant les tests figure un capteur de vibrations ainsi que d’un capteur dynamique de température qui enregistre les fluctuations rapides de température dans le moteur (voir image ci-dessous). Dans la partie turbine du moteur, un capteur (mis au point par la NASA) mesure l’intervalle entre la paroi externe de la turbine et les pointes des pales de turbine. C’est une mesure clé dans les moteurs d’avions parce que si l’on peut mesurer cet intervalle avec grande précision, on peut non seulement dire si oui ou non il y a des problèmes avec les pales de la turbine, mais cela permet aussi d’avoir un moteur plus économe en carburant .
L’accumulation de cendre sur les pales de compression du moteur contribue à son usure, ce qui compromet en fin de compte la santé du moteur, et par conséquent, la sécurité du vol.
Des capteurs d’émission sont installés derrière le moteur afin d’observer la combustion, ce qui donne une meilleure idée de la santé du moteur.
Grâce à ces tests, les chercheurs pourront étudier l’effet de plusieurs heures d’exposition du moteur à la cendre. Ils ont trois objectifs principaux:
1) L’incorporation de capteurs intelligents destinés à améliorer la sécurité des vols et à réduire les coûts pour les compagnies aériennes.
2) La détection des défauts potentiels du moteur.
3) L’évaluation des progrès en matière de diagnostic des moteurs.
Source: CBS Los Angeles.

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drapeau anglaisAlthough air companies are quite conscious of the disruptions and the losses of money volcanic ash can cause, little has been done since the 2010 eruption of Vatnajökull in Iceland to solve the problem. Mount Raung’s last eruptions led to the closure of Bali airport in Indonesia. As I put it before, it seems the AVOID system did not meet with the expected success and plane builders like BOEING are not installing any volcanic ash detecting equipment in the aircraft.

However, research is going on in that domain. For instance, the VIPR (Vehicle Integrated Propulsion Research) project, the product of a partnership between NASA, the U.S. Air Force and a number of other agencies and companies, includes a series of tests to evaluate health management technologies on commercial engines. Its aim is to look at technologies that will be able to identify aircraft engine faults at the beginning stages.

The tests began in 2011. Two F-117 turbofan engines, provided by the Air Force, were mounted on a C-17 aircraft, on which the tests are performed as the aircraft is grounded. These tests include studying the engine through normal engine operations, seeded mechanical faults, seeded gas path faults, and finally, accelerated engine life degradation through the ingestion of volcanic ash.

The subjection to volcanic ash represents the next stage of NASA’s VIPR testing. Volcanic ash has been chosen because it’s an interesting way to fault an engine, but it’s also something that hasn’t been carefully studied.

The test works by spraying “low to moderate” concentrations of volcanic ash into the C-17’s running engine. Among the sensors under study is a vibration sensor, as well as a dynamic temperature sensor which picks up quick temperatures fluctuations in the engine (see image below). In the turbine section of the engine, a sensor can measure the gap between the outer wall of the turbine and the tips of the turbine blades. This is a key measurement in aircraft engines, because if one can measure this, and measure it precisely, not only one can tell whether or not there are problems with the turbine blades,  but one can also help to having a more fuel-efficient engine.

Ash accumulation on the engine’s compression blades contributes to erosion, ultimately compromising the health of the engine, and therefore, the safety of the flight.

Behind the engine, emissions sensors are installed to read the combustion of the engine, giving more insight to the health of the engine.

Through the volcanic ash test, researchers aim to study the effect of several hours of exposure to the ash.

The tests have three primary objectives:

The incorporation of smarter sensors designed to improve flight safety and reduce aviation costs.

The detection of potential engine faults.

The evaluation of advances in engine diagnostics.

Source: CBS Los Angeles.

Test avion

Source:  NASA.