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L’intelligence artificielle (IA) pour mieux comprendre le Popocatepetl (Mexique) // Artificial intelligence (AI) to better understand Popocatepetl (Mexico)

Des scientifiques de l’Université nationale autonome du Mexique (UNAM) ont créé le premier modèle tridimensionnel du Popocatépetl qui dresse ses 5426 m à 70 kilomètres au sud-est de Mexico, dans les États de Puebla et de Mexico.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux permettront de mieux comprendre la structure interne du volcan avec l’existence possible de chambres magmatiques, et d’optimiser la surveillance du volcan et la prévention des catastrophes.

L’étude intitulée « Estructura de velocidades sísmicas del volcán Popocatépetl, México, a partir de campos difusivos », publiée dans la revue ScienceDirect, indique que ces travaux permettront de mieux anticiper les futures éruptions. Grâce à l’intelligence artificielle (IA), les chercheurs seront en mesure, à l’avenir, de construire des tomographies en quatre dimensions.
Depuis 1994, année de la première éruption du Popocatépetl en plus de 70 ans, diverses études géophysiques ont été menées afin de comprendre l’histoire éruptive, l’activité et les risques volcaniques de ce volcan. Cependant, les modèles précédents, basés sur la sismicité volcano-tectonique, se sont avérés insuffisants pour décrire les phénomènes dans certaines zones ou sur une grande profondeur, en raison de la distribution spatiale de l’activité sismique et des stations utilisées. La nouvelle étude propose le premier modèle 3D du Popocatépetl, et prend en compte l’ensemble du volcan.

Les responsables du projet ont utilisé 18 stations sismiques réparties sur le volcan. Huit d’entre elles ont été installées par leurs soins, les autres appartenaient déjà au CENAPRED. Les appareils effectuent au moins 100 mesures par seconde et ces données, qui représentent une immense quantité d’informations, sont traitées automatiquement grâce à l’intelligence artificielle. Auparavant, tout était analysé manuellement. Aujourd’hui, grâce à l’IA, les scientifiques peuvent traiter une année de données, provenant de toutes les stations, en trois heures seulement. L’étude menée sur 18 stations permet de détecter des structures internes interconnectées, susceptibles d’être des zones d’accumulation de magma, des conduits d’alimentation et des anomalies. Toutes ces structures sont identifiées grâce à la propagation des ondes sismiques dans le sous-sol ; ces ondes se propagent plus rapidement dans les roches dures et plus lentement dans les zones contenant du magma ou des matériaux tendres.

Modèle de la structure interne du Popocateptl après traitement des données par l’intelligence artificielle (Source : UNMA)

L’étude montre la présence d’un système magmatique en forme de champignon dans deux régions présentant une vitesse des ondes S (Vs) élevée. Ces régions sont situées respectivement entre 0 et 5 kilomètres d’altitude, et entre 4 et 7 kilomètres de profondeur, et sont reliées par un conduit étroit en forme de tube.
Selon l’étude, la région à Vs élevée la plus superficielle est directement liée à des structures volcaniques anciennes et récentes. Ce phénomène résulte du mélange de matériaux magmatiques et d’un processus intense de dégazage, qui accroît la viscosité et la cristallisation du magma.
La région à Vs élevée la plus profonde est interprétée comme un piégeage de matériaux magmatiques par la pression lithostatique exercée par le poids des roches et sédiments sus-jacents sur une formation rocheuse profonde. De plus, le modèle met en évidence des paléostructures volcaniques enfouies et des vestiges d’anciens effondrements volcaniques.
Source : EL PAÍS USA.

Il ne fait aucun doute que l’IA, par la rapidité avec laquelle elle est capable de traiter des volumes importants de données, va énormément aider les volcanologues dans leur étude des structures volcaniques. Malgré tout, il restera encore un long chemin avant de pouvoir prévoir avec plus de précision qu’aujourd’hui le déclenchement des éruptions volcaniques.

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Scientists from the National Autonomous University of Mexico (UNAM) have created the first tridimensional model of the Popocatépetl volcano in the pursuit of understanding its internal structure, resolving doubts as to the existence of magma chambers, and optimizing monitoring efforts as well as disaster prevention. The study Estructura de velocidades sísmicas del volcán Popocatépetl, México, a partir de campos difusivos (Structure of seismic velocities of the Popocatépetl volcano, Mexico, via diffusion fields), which was published in the journal ScienceDirect, states that the model will better allow for the anticipation of future eruptive episodes. Thamks to the use of use of artificial intelligence, the researchers will be able to construct tomographies in four dimensions in the future.

Since 1994, the year that Popocatépetl erupted for the first time in more than 70 years, various geophysics studies have been carried out in the hopes of understanding the eruptive history, activity and volcanic perils of the volcano. But previous models based on volcanic-tectonic seismicity have not been sufficient in describing patterns in certain areas or across a large range of depth, due to spatial distribution of seismic activity and stations that have been used. The new study proposes the first 3D velocity model of Popocatépetl volcano describing the whole edifice.

Project leaders utilized 18 seismic stations located across the volcano. They installed eight of them, and the rest belong to the National Center for Disaster Prevention. Teams register at least 100 measurements per second and that data, an immense quantity of information, is automatically processed using AI. Previously, everything was analyzed manually. Today, with AI, scientists can process a year’s worth of data, from all stations, in three hours.

The 18-station study allows for the detection of interconnected internal structures as possible regions of magma accumulation and ascending conduits and abnormalities. All are identified by seismic waves traveling through the subsoil, which are faster in hard rocks and slower in areas with magma or soft material.

The study suggests the presence of a mushroom-shaped magmatic system in two regions with high Vs (S-wave velocity) between zero and five kilometers above sea level, and four and seven kilometers below sea level, connected by a narrow tube-shaped conduit.

According to the study, the most shallow high Vs region is directly related to old and new volcanic structures, as a result of magmatic materials mixing with and being affected by an intense process of degasification, which increases magma’s viscosity and crystal content.

The deepest region of high Vs is interpreted as magmatic material trapped by lithostatic pressure exerted by the weight of overlying rocks and sediments on a deep rock formation. In addition, the model presents evidence of buried volcanic paleostructures and remnants of ancient volcanic collapses.

Source : EL PAÍS USA.

Le Groenland : un pôle économique et géostratégique majeur (2ème partie)

Les géants américains de la Tech entendent bien exploiter la Route du Grand Nord, la plus courte entre l’Asie et l’Europe, pour y faire passer leurs câbles de fibre optique. Les centres de stockage des données dans lesquels se trouvent les serveurs sont climatisés pour refroidir les infrastructures ; aller chercher du froid constitue un élément clé. Certains acteurs de la Silicon Valley ont déjà installé des serveurs en Laponie suédoise ou en Islande.

On nous l’a souvent expliqué : les Américains sont très intéressés par les richesses contenues dans le sous-sol groenlandais : or, cuivre, zinc, nickel, graphite, uranium, etc. On trouve aussi des terres rares comme le néodyme qui entre dans la fabrication des aimants industriels, des systèmes de guidage de fusée, et même des moteurs d’avions. Un certain nombre de métaux, comme l’aluminium, le gallium, le germanium ou certains minerais comme le graphite sont considérés comme stratégiques pour l’industrie de Défense. Or les Américains ne produisent pas ou peu de ces matières premières qu’ils doivent envoyer en Chine pour le raffinage. Le Groenland pourrait donc servir de réserve stratégique aux États Unis, ce qui leur permettrait de moins dépendre de la Chine.

Source : Observatoire de l’Arctique

De son côté, la Chine possède 40 % des réserves des métaux stratégiques et contrôle 70% de leur production. En élargissant son emprise géostratégique sur le Groenland, la Chine pourrait atteindre entre 70% et 75% de la production des métaux rares. Dès 2010-2011, le gouvernement chinois a proposé au gouvernement groenlandais la constitution d’un cartel des producteurs de terres rares sur le même modèle que ce qui existe sur le pétrole ou le gaz naturel.

On se rend compte que la volonté de dominer le Grand Nord, que ce soit pour les Américains, les Russes ou les Chinois est avant tout une affaire de stratégie. La Chine souhaite réduire l’espace stratégique américain ou en tous cas le contester, et en même temps augmenter son propre espace stratégique pour le contrôle des ressources ainsi que son emprise spatiale. Il est amusant de voir qu’au sein du Conseil de l’Arctique où elle a, comme la France, un statut d’observateur, la Chine – qui n’a aucun littoral arctique – se présente comme “a quasi Arctic country [un pays presque arctique]” .

La Chine souhaite ouvrir sa Route de la Soie du Nord (Source : Marine nationale française)

S’agissant de l’uranium, son extraction au Groenland est interdite depuis 2021 (tout comme le pétrole), à la suite de manifestations et du mouvement “Non à l’uranium”, même si la porte n’est pas complètement fermée à son exploitation en deçà d’un certain seuil. L’industriel français Orano (ex-Areva) a suspendu son programme d’exploration sans jamais avoir engagé de travaux sur le terrain. La société, qui est détenue majoritairement par l’État français, reste à disposition des autorités groenlandaises pour apporter son expertise pour une exploration et une exploitation responsable de l’uranium.

Source : Radio France et autres médias d’information internationaux.

Planète Mars : nouvelle image d’Olympus Mons // Mars : a new image of Olympus Mons

La mission Mars Odyssey de la NASA est un exploit en soi. Le vaisseau spatial a été lancé en 2001, il y a donc 23 ans, et est toujours opérationnel. Le robot a franchi une nouvelle étape le 30 juin 2024, jour où il a effectué sa 100 000ème rotation autour de la Planète rouge. Au cours de ces voyages, il a cartographié les minéraux et la glace sur la surface martienne, identifié des sites d’atterrissage pour les missions futures et a relayé ces données vers la Terre avec l’aide des rovers envoyés par la NASA.
Les scientifiques ont récemment utilisé l’appareil photo à bord du vaisseau spatial pour obtenir une image assez exceptionnelle d’Olympus Mons, le plus haut volcan du système solaire. L’image fait partie du programme de la mission Mars Odyssey pour fournir des vues à haute altitude de l’horizon de la planète. La première de ces vues a été publiée fin 2023. Semblable à la perspective de la Terre telle que peuvent la voir des astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS), cette image permettra aux scientifiques d’en apprendre davantage sur les nuages ​​et la poussière en suspension dans l’atmosphère martienne.

Prise le 11 mars 2024, la photo la plus récente de l’horizon martien montre Olympus Mons, volcan bouclier dont la base présente un diamètre de 600 kilomètres, avec une hauteur de 27 kilomètres.
Normalement, les images du volcan vu du dessus pendant les survols présentent des bandes étroites, mais en orientant le vaisseau spatial vers l’horizon, les scientifiques ont réussi à montrer toute l’ampleur du volcan au-dessus du paysage martien. De plus, l’image fournit des données scientifiques exceptionnelles. En plus de donner un aperçu des nuages ​​et la poussière, une telle image, qui couvre plusieurs saisons, fournit des détails supplémentaires sur l’atmosphère martienne. Une bande d’un blanc bleuté dans la partie inférieure de l’atmosphère indique la quantité de poussière présente à cet endroit au début de l’automne, période où on observe généralement les tempêtes de poussière sur Mars. La couche violacée au-dessus de cette bande est probablement due à un mélange de poussière rouge et de nuages ​​​​de glace bleuâtres. Enfin, vers le haut de l’image, une couche bleu-vert est visible là où les nuages ​​​​de glace s’élèvent à une cinquantaine de kilomètres d’altitude.
Le robot de la mission Mars Odyssey a obtenu cette image avec un appareil photo sensible à la chaleur, le Thermal Emission Imaging System, ou THEMIS, mis au point par par l’Arizona State University à Tempe. En utilisant les propulseurs situés autour du vaisseau spatial, ce dernier est capable d’orienter THEMIS vers différentes parties de la surface martienne ou même opérer une lente rotation pour observer les minuscules lunes de Mars, Phobos et Deimos. C’est de cette façon que la NASA a pu obtenir cette belle image d’Olympus Mons.
Source : NASA.

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NASA’s Mars Odyssey mission is a feat in itself. The spacecraft was launched in 2001,23 years ago, and is still operational. The robot marked a new milestone on June 30th, 2024, the day when performed its 100,000th trip around the Red Planet. During that time, the Mars Odyssey orbiter has been mapping minerals and ice across the Martian surface, identifying landing sites for future missions, and relaying data to Earth from NASA’s rovers.

Scientists recently used the orbiter’s camera to take a stunning new image of Olympus Mons, the tallest volcano in the solar system. The image is part of a continuing effort by the Odyssey team to provide high-altitude views of the planet’s horizon. The first of these views was published in late 2023. Similar to the perspective of Earth astronauts get aboard the International Space Station, the view enables scientists to learn more about clouds and airborne dust at Mars.

Taken on March 11th, 2024, the most recent horizon image captures Olympus Mons in all its glory. With a base that sprawls across 600 kilometers, the shield volcano rises to a height of 27 kilometers.

Normally the pictures of Olympus Mons sent by the orbiter Olympus include narrow strips from above, but by turning the spacecraft toward the horizon, the robot was able to show in a single image how large the volcano looms over the landscape. Moreover, the image provides scientists with exceptionzl scientific data. In addition to offering a freeze frame of clouds and dust, such images, when taken across many seasons, can give a more detailed understanding of the Martian atmosphere. A bluish-white band at the bottom of the atmosphere hints at how much dust was present at this location during early autumn, a period when dust storms are typically observed on Mars. The purplish layer above that band was likely due to a mixture of the planet’s red dust with some bluish water-ice clouds. Finally, toward the top of the image, a blue-green layer can be seen where water-ice clouds reach up about 50 kilometers into the sky.

The Odyssey orbiter captured the scene with a heat-sensitive camera called the Thermal Emission Imaging System, or THEMIS, developed by Arizona State University in Tempe. By firing thrusters located around the spacecraft, Odyssey can point THEMIS at different parts of the surface or even slowly roll over to view Mars’ tiny moons, Phobos and Deimos. In this way, it was able to get good views of Olympus Mons.

Source : NASA.

Mission à haute altitude au-dessus d’Hawaii // High altitude mission above Hawaii

drapeau-francaisDepuis la fin janvier et jusqu’à la fin du mois de février 2017, la NASA effectue une campagne de collecte de données à haute altitude au-dessus de l’archipel hawaiien avec un avion ER-2. Cet aéronef est un avion de reconnaissance U-2 qui a été modifié pour recueillir des données scientifiques à haute altitude. Plusieurs projets pluriannuels financés par la NASA utiliseront ces données pour étudier les récifs coralliens et les processus volcaniques.
Les données seront également utilisées pour permettre la mise au point d’un futur instrument satellitaire d’observation de la Terre baptisé Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). Si la NASA obtient le financement nécessaire, l’instrument fournira des informations cruciales pour l’étude des écosystèmes de la planète, ainsi que des événements liés aux catastrophes naturelles, comme les éruptions volcaniques, les feux de forêt et la sécheresse.
Pour reproduire les données recueillies par les capteurs d’observation de la Terre à bord des satellites, l’ER-2 naviguera à une altitude d’environ 20 000 mètres (au-dessus de 95% de l’atmosphère terrestre) avec une série d’instruments conçus pour mesurer la lumière réfléchie et émise en centaines de longueurs d’onde distinctes. Ces données donneront des informations quantitatives sur la composition de surface, la texture et la température du sol. Ces informations, couplées à des mesures sur le terrain, permettront également aux scientifiques d’étudier toute une gamme de processus atmosphériques, géologiques et écologiques dans le but de mieux comprendre notre environnement naturel et comment notre environnement réagit face aux activités humaines.
Sur la Grande Ile d’Hawaï, en collaboration avec les scientifiques du HVO et du National Park Service, les chercheurs effectuent des travaux sur le terrain et recueillent des données. Ils utilisent ces données pour étudier (1) les liens entre la santé de la végétation et les émissions de gaz volcanique; (2) les anomalies thermiques volcaniques; (3) la composition et l’évolution chimique des panaches de gaz du Kilauea; (4) les processus et les risques volcaniques tels que l’activité des coulées de lave.
Les objectifs de cette mission et les projets de recherche scientifique connexes sont de caractériser les principaux processus volcaniques, tels que la vitesse d’ascension du magma vers la surface, la quantité de lave émise quotidiennement par le Kilauea et l’interprétation des précurseurs possibles d’une éruption. Les conclusions devraient permettre aux scientifiques d’informer la Protection Civile et le public avant, pendant et après les éruptions futures.
Les chercheurs qui travaillent sur le projet Volcan utilisent également les images pour mieux étudier la composition du panache de gaz qui s’échappe du Kilauea et son évolution au fur et à mesure qu’il se déplace. Une partie clé du projet est de voir comment ce panache affecte la qualité de l’air à Hawaï. Par exemple, les chercheurs utiliseront les nouvelles données pour déterminer avec précision la vitesse à laquelle le dioxyde de soufre émis par le volcan se transforme en aérosol, autrement dit comment il se combine avec d’autres composés pour former des particules susceptibles d’être nocives pour la santé humaine.
Sources: NASA, USGS.

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drapeau-anglaisFrom late January through February 2017, NASA is conducting a high-altitude airborne remote sensing data collection campaign over the State of Hawai‘I with an ER-2 aircraft.

This aircraft is a modified U-2 reconnaissance plane designed to collect scientific data at high altitudes. Several NASA-funded, multi-year projects will use these data to study coral reefs and volcanic processes.

The data will also be used to help develop a future Earth observing satellite instrument called the Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). If funded, the instrument will provide crucial information for studying the world’s ecosystems, as well as natural hazard events, such as volcanic eruptions, wildfires and drought.

To replicate the characteristics of data collected by Earth observing sensors aboard orbiting satellites, the ER-2 will cruise at an altitude of about 65,000 feet (above 95% of Earth’s atmosphere) with a diverse suite of instruments designed to measure reflected and emitted light in hundreds of distinct wavelengths. Such data give quantitative information about surface composition, texture and temperature of the ground. This information, combined with field-based measurements, enables scientists to study a variety of atmospheric, geologic and ecological processes to better understand our natural environment and how our environment responds to human activities.

On the Island of Hawaii, with the support of Hawaiian Volcano Observatory scientists and the National Park Service, research scientists are conducting field work and collecting data. They are using these data to investigate (1) links between vegetation health and volcanic gas emissions; (2) volcanic thermal anomalies; (3) the composition and chemical evolution of volcanic gas plumes from Kilauea Volcano; and (4) active volcanic processes and hazards, such as surface lava flow activity.

The overarching goals of this mission and the related scientific research projects are to characterize key volcanic processes, such as the rate of magma ascent to the surface, the amount of lava being erupted per day at Kilauea, and interpretation of possible eruption precursors. Lessons learned should help scientists inform emergency response agencies and the public before, during, and after future eruptions.

The researchers who are working on the volcano project are also using the images to better study the composition of the gas plume that arises from Kilauea, and how it changes as the plume spreads out. A key part of the project is looking at how the plumes affect Hawaii’s air quality. For example, one question the volcano researchers are trying to answer with the new data is exactly how quickly the sulfur dioxide gas that the volcano emits becomes aerosolized, meaning it combines with other compounds to form particulate matter, which can be harmful to human health.

Sources : NASA, USGS.

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Avion ER-2 de la NASA. (Crédit photo : NASA)

Panache-Kilauea

Vue du panache de gaz émis par le Kilauea (Photo: C. Grandpey)