Mauna Loa: une éruption à court terme ? // A short-term eruption ?

34 séismes ont de nouveau été enregistrés sur le Mauna Loa le 11 avril 2021. Bien qu’ils n’aient que de faibles magnitudes, les scientifiques ont prévenu la population que la hausse de l’activité sismique observée depuis quelque temps peut annoncer une éruption dans un proche avenir. On a enregistré 155 séismes d’une magnitude supérieure à M 1,5 au cours des sept derniers jours et 740 événements au cours du mois dernier, dont une secousse de M 4,3 le 3 avril.

Le séisme le plus important du 11 avril avait une magnitude de M 3,2, avec son épicentre à Pahala, au sud du sommet du Mauna Loa. Un séisme de M 3.0 a également été enregistré dans l’après-midi de ce même jour.

En mars, au vu de la sismicité, l’USGS a déclaré que ce serait le bon moment pour la population de mettre à jour les plans d’urgence personnels en cas d’éruption. Les données historiques montrent que, lors des éruptions précédentes, les coulées de lave n’ont mis que quelques heures pour atteindre les zones habitées. On se trouve dans la même situation que celle qui précède la saison des ouragans. Il est conseillé d’avoir un plan d’urgence en cas d’éruption. Un «go-bag» (sac d’urgence) avec des articles essentiels et les documents importants est recommandé si des évacuations sont ordonnées dans l’urgence en cas d’éruption.

Les éruptions du Mauna Loa ont tendance à produire de grandes coulées de lave rapides qui peuvent avoir un impact sur les localités dans les parties est et ouest de la Grande Ile, de Kona à Hilo. Hilo, à l’est d’Hawaï, s’est trouvée sous la menace de sept coulées de lave depuis les années 1850. En 1984, la lave s’est arrêtée à environ 6 kilomètres de la ville. Sur les côtés sud et ouest de l’île, des coulées de lave ont atteint la côte à huit reprises, dont trois fois en 1950.

Source: Presse hawaiienne.

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34 earthquakes were again recorded on Mauna Loa on April 11th, 2021. Though only registering small magnitudes, scientists have warned citizens that the mounting seismic activity could signal that an eruption may be possible in the near future. There have been 155 earthquakes greater than M 1.5 in the past seven days, and 740 in the past month, including an M 4.3 event on April 3rd.

The most significant quake on April 11th had a magnitude of M 3.2, with its epicentre in Pahala, south of the summit of Mauna Loa. An M 3.0 tremor also struck in the afternoon of that same day.

In March, USGS said that as the volcano continues to awaken from its slumber, it would be a good time for people to revisit their personal emergency plans in the event of an eruption. Historical data shows that in previous eruptions it could take just hours for lava flows to reach populated areas. Similar to preparing for hurricane season, having an eruption plan in advance helps during an emergency. A “go-bag” with essential items and important documents is recommended, should evacuations be ordered in the event of an eruption.

Mauna Loa eruptions tend to produce large, fast-moving lava flows that can impact communities on both the east and west sides of the Big Island from Kona to Hilo.

Hilo in the east of Hawaii has been threatened by seven lava flows since the 1850s. In 1984, the lava stopped approximately 6 kilometres from the city. On the south and west sides of the island, lava flows have reached the coast eight times, including three times in 1950.

Source : Hawaiian news media.

Impact prévisible des coulées de lave du Mauna Loa (Source : USGS)

Spectrogrammes et bruit sismique // Spectrograms and seismic noise

L’un des derniers articles hebdomadaires rédigés par des scientifiques de l’Hawaiian Volcano Observatory (HVO) – géré par l’USGS – traitait du bruit sismique qui apparaît souvent sur les spectrogrammes. Le HVO utilise un grand nombre de sismomètres pour localiser les séismes et identifier les signaux liés aux mouvements de failles et à ceux du magma à l’intérieur des volcans. Cependant, les sismomètres enregistrent également les vibrations générées par de nombreuses autres sources. Certains signaux sont facilement identifiables tandis que d’autres restent un mystère. Les spectrogrammes viennent en complément des formes d’onde généralement associées aux séismes car ils permettent d’identifier facilement des signaux complexes voire multiples. L’heure est affichée sur l’axe horizontal, la fréquence du signal est affichée sur l’axe vertical et l’intensité du signal apparaît en couleur. Plus la couleur est chaude, plus le signal est fort à une heure et à une fréquence spécifiques. Voici un exemple de spectrogramme enregistré dans une station située près de Pu’uO’o:

Une source fréquente de bruit sur les spectrogrammes est causée par le mauvais temps. Le bruit généré par le vent et la pluie se caractérise par un contenu diffus en moyenne ou haute fréquence. Dans le spectrogramme ci-dessus, la station commence à enregistrer une forte averse qui approche. Si un analyste a le moindre doute sur l’origine des signaux, il lui suffit de jeter un œil à l’une des webcams pour s’en assurer.

Ce spectrogramme montre deux signaux couramment observés. Le plus visible est un ensemble de lignes en forme de ruban dans la partie supérieure du spectrogramme. Ce btuit est provoqué par un hélicoptère qui vole à proximité de la station sismique. S’agissant de la récente éruption du Kilauea, le signal à basse fréquence constant que l’on voit au bas du spectrogramme sous forme d’une bande jaune-orange est le tremor éruptif qui a commencé juste après que la lave ait percé la surfacedans l’Halema’uma’u dans la nuit du 20 décembre 2020. Depuis cette époque, presque toutes les stations à proximité du nouveau lac de lave au sommet de Kilauea enregistrent ce signal continu.

L’image ci-dessus montre des téléséismes. Ce sont des séismes observés à au moins 1000 km de distance. Au moment où les télésismes atteignent des stations très éloignées, toutes les fréquences ont été perdues, sauf les plus basses. Le signal basse fréquence qui commence vers 23h19 sur ce spectrogramme du 19 mars est le téléséisme d’un événement de M 7.0 qui s’est produit près d’Ishinomaki (Japon). À titre de comparaison, les pics large fréquence qui apparaissent sous forme de lignes verticales de couleur plus claire tout au long du spectrogramme sont de petits séismes locaux.

Le spectrogramme ci-dessus montre des chutes de pierres ou des éboulements. Ces signaux ont un contenu fréquentiel large et une apparition progressive. De tels événements peuvent durer plusieurs minutes. Afin de les identifier parfaitement, les sismologues recherchent la légère diminution du contenu basse fréquence au fur et à mesure de la progression de l’événement. Cette caractéristique apparaît sous forme d’une hausse superficielle sur le spectrogramme du 25 mars à partir de 2 h 59. La majorité des récents effondrements observés par les sismologues du HVO ont eu lieu sur le Pu’uO’o. Certains ont été précédés par des hélicoptères en train de voler près du cône.

Des sismographes sont utilisés partout dans le monde s pour analyser des événements tels que des ouragans à l’approche, des chants de baleines, des fans qui font la fête lors de grands matchs de football et même des essais nucléaires.

À Hawaï, la météo, le trafic aérien local, les séismes liés aux éruptions et les éboulements font partie des signaux sismiques intéressants que les sismologues du HVO peuvent observer lorsqu’ils surveillent l’activité sismique.

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A weekly article written by USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) scientists dealt with the seismic noise that appears on the spectrograms. HVO uses dozens of seismometers to locate individual earthquakes and identify signals that are related to faulting and magma movement within our volcanoes. However, seismometers also record vibrations caused by a variety of other sources. Some signals are easily identifiable while others remain a mystery.

Spectrograms can be a useful addition to the waveforms typically associated with earthquakes because they allow to easily identify complex or even multiple signals. Time is displayed on the horizontal axis, signal frequency is displayed on the vertical axis, and signal intensity is shown in colour. The warmer the colour, the stronger the signal is at that specific time and frequency. The first spectrogram above was recorded at a station located near Pu’uO’o.

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A common source of noise seen on spectrograms is cause by the bad weather. Noise from wind and rain is characterized by its diffuse mid- to high-frequency content. In the spectrogram above, the station starts to record an approaching rainstorm. If an analyst has any doubt over whether the signals are actually weather, they just need to have a look at one of the webcams to make sure.

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 The second spectrogram above shows two commonly observed signals. The most noticeable is the set of ribbon-like lines across the top of the spectrogram. This is caused by a helicopter flying near the seismic station.

Speaking of the recent eruption, the steady low-frequency signal seen on the bottom of this spectrogram as a yellow-orange band is the eruptive tremor that started shortly after lava broke the surface in Halema’uma’u on the night of December 20th, 2020. Since then, nearly all stations in the vicinity of the newly formed lava lake at Kilauea’s summit have been recording this continuous signal.

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The third image above shows teleseisms. These are earthquakes observed from at least 1000 km away. By the time teleseisms reach very distant stations, all but the lowest frequencies have been lost. The low-frequency signal starting around 11:19 p.m. in this March 19th spectrogram is a teleseism from an M 7.0 earthquake that struck near Ishinomaki (Japan). For comparison, the broad-frequency spikes appearing as lighter-colored vertical lines seen throughout this spectrogram are small local earthquakes.

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 The fourth spectrogram above shows rockfalls. These signals have a broad frequency content and gradual onset. These types of events can last for minutes at a time. In order to perfectly identify them, seismologists look for the slight decrease in low frequency content as the event progresses. This feature appears as a shallow ramp on the March 25th spectrogram starting at 2:59 a.m. The majority of recent rockfalls observed by HVO seismologists have been on Pu’uO’o, some of which have been preceded by helicopters flying near the cone.

Around the world, seismographs have been used to document events such as impending hurricanes, whale songs, fans celebrating during big football games, and even nuclear testing. In Hawaii, weather, local air traffic, eruptive tremor, and rockfalls are a few of the interesting seismic signals that HVO seismologists can see while monitoring earthquake activity.

Le système fissural sur la Péninsule de Reykjanes (Islande) // The fissure system on the Reykjanes Peninsule (Iceland)

Compte tenu de la situation éruptive actuelle sur la Péninsule de Reykjanes et de l’ouverture de plusieurs fissures éruptives, il est intéressant de jeter un œil aux cartes géologiques de la région. J’en ai choisi deux proposées par Dominik Pałgan du Département de géophysique de l’Institut d’océanographie de l’Université de Gdansk.

(A) La carte A propose la topographie de la péninsule basée sur le modèle numérique d’élévation (DEM) quadrillé à 100 m. La zone est un prolongement direct sur terre de la Dorsale de Reykjanes. Sept séismes majeurs (M l> 4) se sont produits dans la région entre 1950 et 2015 (points rouges). D’une manière générale, la Péninsule de Reykjanes possède 4 grands champs géothermiques à haute température (étoiles rouges) et 4 champs géothermiques beaucoup plus petits (étoiles orange). Les quatre champs à haute température sont: 1-Reykjanes, 2-Krýsuvík, 3-Brennisteinsfjöll et 4-Nesjavellir (Hengill).

(B) La carte B est une présentation géologique simplifiée de la péninsule basée sur les travaux de Saemundsson et al. (2010). La zone se caractérise par quatre essaims distinctifs survenus sur des fissures. Chaque site présente de multiples fissures éruptives, failles, fractures, édifices volcaniques, ainsi qu’un champ géothermique à haute température.

L’éruption actuelle se trouve sur le système volcanique de Krysuvik, au sud du mont Fagradalsfjall

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Considering the current eruptive situation on the Reykjanes Peninsula and the opening of several eruptive fissures, it is interesting to have a look at geological maps of the region. I have chosen two of them as suggested by Dominik Pałgan from the Department of Geophysics, Institute of Oceanography at the University of Gdansk.

(A) Map A shows the topography of the peninsula based on the Digital Elevation Model (DEM) gridded at 100 m. The area is a direct, onshore prolongation of the Reykjanes Ridge. Seven major earthquakes (M l >4) occurred here between 1950 and 2015 (red dots). In general, the Reykjanes Peninsula has 4 major high-temperature (red stars) and 4 much smaller geothermal fields (orange stars). The four high-temperature fields are: 1-Reykjanes, 2-Krýsuvík, 3-Brennisteinsfjöll and 4-Nesjavellir (Hengill). (B) Simplified geological map of the peninsula based on Saemundsson et al. (2010). The area is characterized by four distinctive fissure swarms (named underneath each swarm) each with multiple eruptive fissures, faults, fractures, volcanic edifices and an associated high-temperature geothermal field.

The current eruption is located on the Krysuvik volcanic system, south of Mt Fagradalsfjall.

Puissants séismes au large de la Nouvelle Zélande // Powerful earthquakes off New Zealand

Un puissant séisme de magnitude M 8.1 a été enregistré dans l’océan au large des côtes de la Nouvelle-Zélande le 4 mars 2021. Ila provoqué des évacuations et des alertes au tsunami dans le Pacifique Sud.

C’était le deuxième puissant séisme en quelques heures. Un autre événement centré au large des côtes de la NZ, avec une magnitude de M 7,3, avait réveillé de nombreuses personnes pendant la nuit dans tout le pays. Bien que les deux secousses aient déclenché des systèmes d’alerte, aucune d’elles ne semble avoir représenté une menace pour la populations ou pour des infrastructures majeures.

La Protection Civile néo-zélandaise a demandé aux habitants de certaines zones de la côte est de l’île du Nord de se déplacer immédiatement vers des lieux plus élevés et ne pas rester chez eux car il y avait risque de tsunami susceptible de causer des dégâts.

Le centre américain d’alerte aux tsunamis (basé à Hawaii) a prévenu que le séisme le plus puissant pourrait provoquer des vagues de 1 à 3 mètres en Polynésie française et des vagues allant jusqu’à 1 mètre de hauteur en Nouvelle-Calédonie et dans les îles Salomon.

L’USGS a précisé que le séisme le plus puissant était centré dans les îles Kermadec à une profondeur de 19 kilomètres. Les autorités néo-zélandaises avaient émis quelques heures plus tôt une alerte au tsunami pour les zones côtières lorsque le séisme le moins violent a frappé la côte nord-est vers 3 heures du matin le 4 mars. Il n’a pas été fait état de dégâts ou de victimes et l’alerte a ensuite été levée juste avant que se déclenche le séisme le plus puissant.

L’USGS a déclaré que le premier séisme avait son hypocentre à une profondeur de 21 kilomètres sous l’océan, à environ 174 kilomètres au nord-est de Gisborne. Cet événement a été largement ressenti en Nouvelle-Zélande et les habitants des villes d’Auckland, de Wellington et de Christchurch ont été réveillés par la secousse.

En 2011, un séisme de magnitude M 6,3 a frappé la ville de Christchurch. Il a tué 185 personnes et détruit une grande partie du centre-ville.

Source: médias d’information néo-zélandais.

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 A powerful M 8.1 earthquake struck in the ocean off the coast of New Zealand on March 4th, 2021, prompting some evacuations and tsunami warnings across the South Pacific.

It was the second large quake to strike within hours. An offshore M 7.3 quake had awoken many people during the night throughout New Zealand. While both quakes triggered warning systems, neither of them appeared to pose a widespread threat to lives or major infrastructure.

Civil defense authorities in New Zealand told people in certain areas on the East Coast of the North Island that they should move immediately to higher ground and not stay in their homes. They said a damaging tsunami was possible.

The U.S. Tsunami Warning System also cautioned that the larger quake could cause tsunami waves of between 1 to 3 metres in French Polynesia and waves of up to 1 metre in New Caledonia and the Solomon Islands.

USGS said the larger quake was centered in the Kermadec Islands at a depth of 19 kilometres.

Officials in New Zealand had hours earlier issued a tsunami warning for coastal areas after the smaller earthquake struck off its northeastern coast at about 3 a.m. on March 4th. There were no immediate reports of serious damage or casualties and the warning was later lifted just before the larger quake struck.

USGS said the earlier quake was centered at a depth of 21 kilometres under the ocean about 174 kilometres northeast of Gisborne. This earlier quake was more widely felt in New Zealand, and residents in the major cities of Auckland, Wellington and Christchurch reported being shaken awake.

In 2011, an M 6.3 quake hit the city of Christchurch, killing 185 people and destroying much of its downtown.

Source: New Zealand news media.

Par sa situation tectonique, la Nouvelle Zélande est un pays très exposé à l’activité sismique (Source : GNS Science)

Le flanc sud du Kilauea (suite) // Kilauea Volcano’s south flank (continued)

Dans une note publiée le 4 septembre 2018, j’expliquais que la partie visible du Kilauea ne représente qu’une petite partie de l’édifice volcanique. Une grande partie du volcan se trouve sous la mer.
Au fur et à mesure que le volcan se développe au rythme de son activité, la partie sous-marine du flanc sud glisse lentement vers le sud. Ce déplacement est ponctué de séismes qui durent quelques secondes – comme celui de magnitude M 6,9 enregistré le 4 mai 2018 – et de glissements de terrain qui s’étalent sur plusieurs jours ou semaines.

Bien que la partie sous-marine du flanc sud du Kilauea soit une partie importante du volcan, son mouvement est beaucoup plus difficile à contrôler que la partie qui se trouve au-dessus du niveau de la mer. Bien que l’on soit en mesure d’enregistrer des séismes se produisant sous le flanc sud, seuls les plus significatifs et les plus proches du littoral sont bien captés par le réseau sismique.
Pour mieux comprendre ce qui se passe à l’intérieur du flanc sud du Kilauea et déterminer son impact sur l’éruption, un groupe de scientifiques a déployé au mois de juillet 2018 12 sismomètres sur le plancher océanique du flanc sud du Kilauea. Les sismomètres ont été positionnés sur tout le flanc sud pour que les séismes en bordure de ce versant puissent être enregistrés eux aussi, afin de voir si le champ de contrainte au large s’est modifié. Ils ont également été positionnés sur la zone de répliques du séisme de M 6.9 pour mieux comprendre cet événement, et près de l’entrée en mer de l’éruption dans la Lower East Rift Zone pour étudier la progression de la lave et sa pénétration dans l’eau.

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Dans un nouvel article, l’Observatoire des volcans d’Hawaiis (HVO) nous donne plus de détails sur les dernières observations du flanc sud du Kilauea.

Le mouvement du flanc sud qui a accompagné le séisme de M 6.9 en 2018 a été causé par des mouvements du sol sous la surface de l’océan, à des profondeurs de 6 à 9 kilomètres, à l’interface entre le volcan et le plancher océanique. Cette interface est connue sous le nom de « faille de détachement. »

Pendant l’éruption de Pu’uO’o-Kupaianaha de 1983 à 2018 et avant le séisme M6.9 de 2018, la vitesse moyenne de déplacement du flanc sud du Kilauea était d’environ 7,5 cm par an. Le flanc peut se déplacer plus vite ou plus lentement, selon la période et le type d’activité sur le volcan. Cette vitesse peut varier, mais elle reste souvent stable pendant les éruptions de longue durée, avec des changements à court terme lors d’intrusions magmatiques majeures dans le rift et de séismes lents.

Depuis la fin de l’activité éruptive en 2018, on a observé au cours des derniers 36 mois une dizaine de centimètres d’ajustements le long du flanc sud du Kilauea. Ce réajustement était à prévoir et il n’y a pas de quoi s’inquiéter.

Le déplacement du flanc sud du Kilauea qui a suivi le séisme de M6.9 du 4 mai 2018 a été causé par l’intrusion magmatique dans l’East Rift Zone du volcan car le magma a exercé une pression sur le flanc sud. Le volcan s’est réajusté après ces deux événements.

Suite au séisme et à l’éruption observés en 2018, l’East Rift Zone du Kilauea a montré une inflation correspondant à l’apport de magma dans la chambre superficielle du volcan.

Au début de l’éruption sommitale en décembre 2020, la partie supérieure de l’East Rift Zone a commencé à montrer des signes de contraction. Les stations GPS situées le long des parties supérieure et médiane de la zone de rift ont commencé à se déplacer vers le nord, ce qui est rare sur une échelle de temps aussi courte.

La réaction du flanc sud du Kilauea aux variations de pression magmatique a été étudiée au cours des  éruptions et intrusions précédentes. Par exemple, l’intrusion de la «Fête des Pères» en 2007 a également conduit à une légère contraction de la zone de rift suite à l’intrusion magmatique et à l’éruption qui a suivi.

Il est courant de voir des déplacements de failles significatifs après de puissants séismes. Le flanc sud du Kilauea a été le site de cinq séismes de magnitude M 4,0 ou plus au cours de l’année écoulée. Le séisme M 4.1 du 1er février 2021, sous le flanc sud, est l’un des cinq et il a été ressenti sur la Grande Ile d’Hawaï. Ces séismes sont provoqués par le déplacement brusque de la faille de détachement vers le sud-est au-dessus de la croûte océanique.

Source : USGS/ HVO.

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In a post released on September 4th, 2018, I explained that the visible part of Kilauea makes up only a small portion of the total volcano. Much of the volcano lies beneath the sea.

As the volcano grows, this underwater region of the south flank creeps slowly to the south, moving in fits and starts with earthquakes that last seconds (such as the May 4th M 6.9 event) and in slow slip events, which last for days or weeks.

Although Kilauea’s submarine south flank is a major part of the volcano, its motion is much harder to monitor than the part above sea level. While we can record earthquakes occurring beneath the flank, only the largest, and those closest to shore, are well-captured by the seismic network.

To better understand what is going on within Kilauea’s south flank and help determine how it has been affected by the eruption, a group of scientists deployed 12 ocean bottom seismometers in July 2018 on the submarine Kilauea south flank. Seismometers were positioned over the whole south flank so earthquakes associated with the edges of the flank could be recorded to see if the offshore stress field has changed. They also were positioned on the M6.9 aftershock zone to try to better understand that earthquake, and near the LERZ eruption ocean entry to study how lava enters the water and progresses downslope.

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In a new article, the Hawaiian Volcanoes Observatory (HVO) gives us more details about the latest observations of Kilauea’s south flank.

The south flank motion resulting from the M6.9 quake in 2018 was caused by motion deep below the surface, at depths of 6 to 9 kilometres, at the interface between Kilauea Volcano and the ocean floor. This interface is known as a décollement or detachment fault…

During the 1983–2018 Pu’uO’o-Kupaianaha eruption, and prior to the 2018 M6.9 earthquake, the average rate of motion on Kīlauea’s south flank was around 7.5 cm per year. The flank can move faster or slower, depending on the time period and type of activity on the volcano. Rates can be variable but often remain near-constant during long-duration eruptions, with short-term changes during major rift intrusions and slow-slip earthquakes.

Since the activity in 2018, there has been roughly 10 centimetres of adjustments along Kilauea’s south flank surface in the last two and a half years. This amount is to be expected and is nothing to be alarmed about.

The motion following the 2018 M6.9 earthquake and eruptive activity was caused by the magmatic intrusion in Kilauea’s East Rift Zone exerting pressure on the south flank. The volcano adjusts after the combined effects of both the intrusion along the East Rift Zone and the large earthquake.

Following the M6.9 earthquake and 2018 eruption, Kilauea’s East Rift Zone had been showing inflation consistent with magma supply to the volcano’s shallow magma storage system. However, at the start of Kilauea’s ongoing summit eruption in December 2020, the upper portion of the East Rift Zone started to show signs of contraction. GPS stations along the upper and middle parts of the rift zone started to move northward, which is a rare occurrence on such a short timescale.

Kilauea’s south flank’s response to changing magma pressure has been studied extensively through many previous eruptions and intrusions. For example, the 2007 middle East Rift Zone “Father’s Day” intrusion also led to a slight contraction of the rift zone following the intrusion and subsequent eruption.

It is also common to see elevated rates of motion on faults after large earthquakes. Kilauea’s south flank was the site of five earthquakes of magnitude M 4.0 or greater in the past year. The M 4.1 earthquake on February 1st, 2021, beneath the south flank is one of the five and it was felt across the Island of Hawaii. These earthquakes happen in response to abrupt motion of the detachment fault which moves to the southeast over the oceanic crust.

Source: USGS / HVO

Le schéma illustre le mouvement du flanc sud du Kilauea ainsi que l’emplacement des séismes et de leurs répliques. La faille représentée sur le schéma est la faille de détachement (ou décollement). On peut voir que l’intrusion d’un dyke dans la Lower East Rift Zone en 2018 a exercé une pression sur le flanc sud du volcan (Source : USGS)

L’étude de la faille au pied de l’Etna // The study of the fault at the foot of Mt Etna

Dans une note publiée le 13 novembre 2020, j’expliquais que plusieurs instituts de recherche avaient lancé le projet «Focus» qui suppose l’installation d’un nouveau système de surveillance des failles sous-marines à 2000 mètres de profondeur au large de Catane. Le but de l’opération était.d’étudier l’évolution de la croûte terrestre dans la zone du complexe volcanique de l’Etna.

Le Journal du CNRS donne des détails sur cette mission sous-marine. La compréhension des processus à l’œuvre près de la faille sismique a été possible grâce à la technique de l’interférométrie laser qui n’avait pas encore été employée à ces fins.

La campagne océanographique « FocusX1 » a été menée à bord du navire de recherche Pourquoi Pas ? de la flotte océanographique française. Une technologie à base d’interférométrie laser a été installée au fond  de la mer Méditerranée, à 2 100 mètres de profondeur et à une trentaine de kilomètres de Catane.

La finalité de la mission était de surveiller et surtout mieux comprendre une faille sismique sous-marine, en l’occurrence la faille Alfeo Nord; à une dizaine de kilomètres du flanc est de l’Etna. Cette faille sous-marine mesure 80 km de long au fond de la mer Ionienne.

Par le passé, cette région du sud de l’Italie a déjà été secouée par plusieurs séismes meurtriers comme celui de 1693, d’une magnitude de M 7,5 au sud de Catane qui a déclenché un tsunami et tué 40 000 personnes, ou celui de Messine en 1908 et ses 72 000 victimes.

Le nouveau dispositif va permettre d’en savoir plus sur la faille Alfeo Nord qui constitue la partie nord d’un système de failles actives sur le flanc sud-est de l’Etna. D’une longueur de 150 km, ce système a été cartographié pour la première fois lors de deux campagnes océanographiques en 2013 et 2014 par les scientifiques français et allemands. La faille Alfeo Nord est dite « décrochante » car le bloc à l’est se déplace vers le sud-est, le long de la faille, en coulissant. C’est le même type de faille que la faille nord-anatolienne en Turquie ou que la faille de San Andreas en Californie. Dans la mesure ou la faille Alfeo Nord se situe à moins de 20 km de Catane et son million d’habitants, elle pose potentiellement un risque sismique majeur.

Les failles sismiques de ce type présentent plusieurs comportements possibles. Elles peuvent glisser lentement comme certaines sections de la faille de San Andreas. Elles peuvent aussi avoir de petits mouvements irréguliers, provoquant de faibles séismes. Dans le pire scénario, il peut se produire un blocage pendant une longue, voire très longue, période. Le jouroù les contraintes se relâchent brutalement, il se produit un séisme de grande ampleur. Cela ne semble pas être le cas en Sicile. En 2018, une équipe de scientifiques allemands a constaté un lent effondrement du flanc Est de l’Etna dans la mer Méditerranée, à raison de quatre centimètres d’avril 2016 à juillet 2017.

Le CNRS explique que jusqu’ici l’interférométrie laser servait à assurer le suivi précis de grands ouvrages tels que les ponts, les barrages ou les tunnels. Dans le cas présent, l’utilisation de la technique de réflectométrie laser par effet Brillouin (BOTDR) consiste à «  interroger » la fibre optique en y injectant des impulsions laser. En s’y diffusant, celles-ci donnent une « carte d’identité optique » de la fibre, sensible à la moindre perturbation mécanique ou thermique extérieure.

Ainsi, depuis le port de Catane, un opérateur peut localiser tout mouvement de l’ordre de 50 micromètres à une distance de plusieurs dizaines de kilomètres, avec une marge d’erreur d’un mètre. Cette technologie n’a jamais été appliquée à l’étude des failles sous-marines. D’ici les cinq prochaines années, le dispositif déployé va permettre d’observer la déformation du fond de la mer dans le cadre du projet ERC Focus financé par l’Europe à hauteur de 3,5 millions d’euros.

Deux années ont été nécessaires pour concevoir et rassembler l’ensemble du matériel et des instruments optiques et acoustiques. Le cable a nécessité la mise au point d’une connectique spéciale, adaptée à la pression des grands fonds et aussi à l’observatoire câblé sous-marin déjà existant, le Test Site South (TSS) de l’Institut de physique de Catane (INFN-LNS). Pour calibrer ce dispositif technologique et être capable d’interpréter les signaux laser en termes de déformation du sous-sol sous-marin, huit balises acoustiques Canopus ont aussi été déployées de part et d’autre de la faille. Pour être certains de la fiabilité des signaux reçus, les scientifiques ont aussi prévu des boucles de mesures.

Le déploiement de tout ce matériel au fond de la mer a été réalisé du 6 au 21 octobre 2020. Partie de Toulon (Var), l’équipe a piloté le robot sous-marin Victor 6000 de l’Ifremer, chargé d’enfouir le câble de près d’un centimètre de diamètre, dans 20 cm de profondeur de sédiments, et à l’aide d’une charrue spécialement mise au point (voir image ci-dessous).

La campagne est un succès. Drâce au matériel déposé au fond de la mer Méditerranée, l’observatoire du port de Catane reçoit désormais en temps réel les échos des signaux lumineux circulant dans la fibre. Les techniciens scrutent maintenant le moindre signal susceptible d’indiquer un mouvement de la faille (entre 1 et 2 cm) et son activité.

On espère maintenant pouvoir mener deux nouvelles campagnes océanographiques. 1) « Focus G1 », à l’horizon de l’été 2021, effectuera des levés géodésiques du fond. 2) « Focus X2 », au début de l’année 2022, déploiera un réseau de 25 sismomètres au fond de la Méditerranée. Sont également prévus le carottage de sédiments, de la sismique légère et de la paléosismologie, c’est-à-dire la caractérisation de la sismicité à long terme, ou bien encore l’image de la déformation enregistrée dans les sédiments des fonds marins peu profonds.

Si cette percée technologique au large de la Sicile se confirme dans les prochaines années, on pourrait imaginer mettre à profit les réseaux de câbles de télécommunication mondiaux en un réseau sismologique à l’échelle de la planète.

Source : Journal du CNRS.

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In a post published on November 13th, 2020, I explained that several research institutes had launched the “Focus” project which involves the installation of a new system for monitoring underwater faults at 2000 metres deep off Catania. . The purpose of the operation was to study the evolution of the Earth’s crust in the area of ​​the Mt Etna volcanic complex.

The CNRS Journal gives details of this submarine mission. Understanding the processes at work near the seismic fault was made possible by the technique of laser interferometry which had not yet been used for these purposes. The “FocusX1” oceanographic campaign was carried out aboard the research vessel Pourquoi Pas? of the French oceanographic fleet. A technology based on laser interferometry has been installed at the bottom of the Mediterranean Sea, at a depth of 2,100 metres and about 30 kilometres from Catania.

The purpose of the mission was to monitor and above all better understand an underwater seismic fault, in this case the Alfeo Nord fault; about ten kilometeres from Mt Etna’s eastern flank. This submarine fault is 80 km long at the bottom of the Ionian Sea. In the past, this region of southern Italy was shaken by several deadly earthquakes like the one of 1693, with a magnitude of M 7.5 in the south of Catania, which triggered a tsunami and killed 40,000 people, or that of Messina in 1908 and its 72,000 victims. The new device will shed light on the Alfeo Nord fault, which forms the northern part of an active fault system on the southeast flank of MEtna. With a length of 150 km, this system was mapped for the first time during two oceanographic campaigns in 2013 and 2014 by French and German scientists. The Alfeo Nord fault is said to be « strike-slip » because the block to the east is sliding southeast along the fault. It is the same type of fault as the North Anatolian fault in Turkey or the San Andreas fault in California. As the Alfeo Nord fault is located less than 20 km from Catania and its million inhabitants, it potentially poses a major seismic risk.

Seismic faults of this type present several possible behaviours. They can slide slowly like some sections of the San Andreas Fault. They can also have small irregular movements, causing low intensity earthquakes. In the worst case scenario, a blockage can occur for a long or even a very long time. The day when the constraints are suddenly relaxed, there is a large-scale earthquake. This does not appear to be the case in Sicily. In 2018, a team of German scientists observed a slow collapse of Mt Etna’s eastern flank in the Mediterranean Sea, at a rate of four centimetres from April 2016 to July 2017.

CNRS explains that until now laser interferometry has been used for the precise monitoring of large structures such as bridges, dams or tunnels. In the case of the fault, the use of the Brillouin effect laser reflectometry (BOTDR) technique consists in « interrogating » the optical fiber by injecting laser pulses into it. By diffusing there, they give an « optical identity card » of the fiber, sensitive to the slightest external mechanical or thermal disturbance.

Thus, from the port of Catania, an operator can locate any movement of the order of 50 micrometres at a distance of several tens of kilometres, with a margin of error of one metre. This technology has never been applied to the study of underwater faults. Over the next five years, the device that has been deployed will make it possible to observe the deformation of the seabed as part of the3.5-million euro ERC Focus project funded by Europe.

It took two years to design and assemble all the optical and acoustic equipment and instruments. The cable required the development of a special connection, adapted to the pressure of the deep sea and also to the already existing underwater cable observatory, the Test Site South (TSS) of the Institute of Physics of Catania ( INFN-LNS). To calibrate this technological device and be able to interpret the laser signals in terms of deformation of the seabed, eight Canopus acoustic beacons were also deployed on either side of the fault. To be sure of the reliability of the received signals, the scientists have also planned measurement loops.

The deployment of all this equipment at the bottom of the sea was carried out from October 6th to 21st, 2020. Departing from Toulon (Var), the team piloted Ifremer’s Victor 6000 submarine robot, in charge of burying the cable – nearly one centimetre in diameter – in 20 cm depth of sediment, using a specially developed plow (see image below).

The campaign is a success. Thanks to the material installed at the bottom of the Mediterranean Sea, the observatory at the port of Catania now receives in real time the echoes of the light signals circulating in the fiber. Technicians are now scrutinizing the slightest signal likely to indicate movement of the fault (between 1 and 2 cm) and its activity. Scientists now hope to be able to conduct two new oceanographic cruises. 1) « Focus G1 », by summer 2021, will carry out geodetic surveys of the bottom. 2) « Focus X2 », at the start of 2022, will deploy a network of 25 seismometers at the bottom of the Mediterranean. Also planned are sediment coring, light seismic and paleoseismology, that is to say the characterization of long-term seismicity, or even the image of the deformation recorded in the sediments of the shallow seabed. If this technological breakthrough off the coast of Sicily is confirmed in the coming years, one could imagine harnessing the world’s telecommunication cable networks into a seismological network on a planet scale.

Source: CNRS Journal.

Le câble de six kilomètres de long a été déployé et ensouillé en utilisant une charrue conçue par l’Ifremer et déplacée par le ROV Victor 6000. (Source : IFREMER),

 

 

Séismes en Indonésie et à Hawaii // Earthquakes in Indonesia and Hawaii

Un fort séisme de magnitude M 6,2 sur l’échelle de Richter a fait au moins 37 morts et plus de 600 blessés le vendredi 15 janvier 2021, sur l’île de Célèbes (Indonésie). Plusieurs bâtiments situés dans la ville de Mamuju, dont un hôpital, se sont effondrés. L’épicentre du séisme a été localisé à 36 km au sud de la ville, à une profondeur de 18 km. Les secours s’affairent sous les décombres de l’hôpital. Entre dix et vingt personnes pourraient y être piégées.

Des glissements de terrain ont suivi le séisme, coupant l’accès à l’une des principales routes de la province.

La région de Palu, sur l’île de Célèbes, avait été déjà frappée en septembre 2018 par un très fort séisme de magnitude M 7,5 suivi d’un tsunami dévastateur. Cette catastrophe avait fait plus de 4 300 morts et disparus et au moins 170 000 déplacés.

Source : Presse indonésienne.

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Le HVO a enregistré un séisme de magnitude M 4.0 sous la partie sud de l’île d’Hawaii, dans le district de Ka’u, le 14 janvier 2021 à 18h15 (heure locale). Le séisme n’a eu aucun impact observable sur l’éruption au sommet du Kilauea. Il fait partie d’un essaim sismique qui a débuté en août 2019 dans le secteur de Pāhala. Contrairement à la plupart des événements associés à cet essaim, ce séisme a été largement ressenti sur l’île d’Hawaii, et même sur l’île d’O’ahu.

Les séismes dans la partie inférieure du rift sud-ouest du Kilauea se produisent principalement à des profondeurs de 25 à 40 km, sous la ville de Pahala, jusqu’à environ 10 km au large.

La sismicité dans cette région est observée au moins depuis les années 1960 et est peut-être liée à des réseaux magmatiques en profondeur sous l’île.

Source : HVO.

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 A powerful M 6.2 earthquake killed at least 37 people and injured more than 600 on Friday, January 15th, 2021, in Indonesia’s West Sulawesi Province. Several buildingscollapsed in the town of Mamuju, including a hospital. The epicenter of the earthquake was located 36 km south of the city, at a depth of 18 km. The emergency services are busy working in the rubble of the hospital. Between ten and twenty people could be trapped there.

Landslides followed the earthquake, cutting off access to one of the province’s main roads. The region of Palu, Sulawesi, had already been hit in September 2018 by a very strong M 7.5 earthquake followed by a devastating tsunami. This disaster left more than 4,300 dead and missing and at least 170,000 displaced.

Source: Indonesian Press.

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HVO recorded an M 4.0 earthquake located beneath the south part of the Island of Hawaii, in the district of Ka’u, on January14th, 2021, at 6:15 p.m.(local time).

The earthquake had no observable impact on the ongoing eruption at Kilauea’s summit. It is part of the ongoing seismic swarm under the Pāhala area, which started in August 2019. Unlike most events associated with this swarm, this earthquake was widely felt across the Island of Hawaii, and as far away as O’ahu.

Earthquakes beneath Kilauea’s lower Southwest Rift Zone occur mostly at depths of 25-40 km, beneath the town of Pahala and extending about 10 km offshore. Earthquakes in this region have been observed at least as far back as the 1960s and may be related to deep magma pathways under the island.

Source: HVO.

Localisation de l’île de Célèbes et de la zone affectée par le séisme