Étiquette : éclairs

Les éclairs volcaniques en laboratoire // Volcanic lightning in a lab

drapeau-francaisOn aperçoit souvent des éclairs dans les panaches de cendre au cours des éruptions volcaniques. Des photos spectaculaires montrant ce phénomène naturel ont même été mises en ligne. Les éclairs apparaissent lorsque des particules de cendre se frottent les unes contre les autres à des vitesses élevées.
Des volcanologues allemands de l’Université Ludwig Maximilian de Munich étudient ces éclairs volcaniques. Ils utilisent pour leurs expériences un simulateur de volcan, ou tube à choc, qui permet la décompression rapide d’un mélange de gaz (l’argon) et de particules. Il s’agit d’un tube séparé en deux parties par une membrane. D’un côté se trouve le tube moteur, à pression élevée, et de l’autre côté le tube de travail, à pression plus basse. Lorsqu’à l’instant t=0 le diaphragme est rompu, les pressions tendent à s’égaliser: une onde de compression se propage dans le tube de travail, tandis qu’une onde de détente remonte dans le tube moteur. S’agissant du tube à choc utilisé par les universitaires allemands, il possède une bouche de trois centimètres de diamètre et un réceptacle en métal sous pression qui propulse de la véritable cendre volcanique en provenance de divers volcans comme le Popocatépetl (Mexique) et l’Eyjafjallajökull (Islande).
Le  tube à choc reconstitue la pression que l’on rencontre dans les chambres magmatiques des volcans actifs en accélérant les particules de cendre à des vitesses suffisantes, de sorte que le frottement qui se produit lors de la collision leur permet de se charger.
En cliquant sur le lien suivant, vous verrez une vidéo de la manipulation dans laquelle le panache vire du blanc au noir. De minuscules éclairs commencent à apparaître dans la colonne de cendre volcanique. Le tube à choc génère ainsi des éclairs qui ont jusqu’à plusieurs dizaines de centimètres de longueur.
https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

Vous trouverez également un descriptif détaillé de l’expérience à cette adresse :

http://mavoiescientifique.onisep.fr/les-eclairs-des-eruptions-volcaniques-reconstitues-au-laboratoire/

A partir d’une série d’expériences effectuées en 2013, les scientifiques allemands ont constaté que les petites particules de cendre créent un plus grand nombre d’éclairs. Récemment, l’équipe scientifique a étudié l’activité du Sakurajima (Japon) et constaté que la fréquence des éclairs varie également avec la quantité de cendre propulsée dans l’atmosphère lors de l’éruption.
Les chercheurs sont persuadés qu’ils pourront mieux comprendre les éruptions volcaniques en observant les éclairs volcaniques. En effet, ces derniers peuvent être mesurés à plusieurs kilomètres de distance et même dans des conditions de mauvaise visibilité. Ils peuvent également être utilisés pour estimer la masse totale et la répartition en fonction de leur taille des cendres présentes dans l’atmosphère. Au bout du compte, cela permettrait d’évaluer rapidement la distribution des particules de cendre dans l’atmosphère et, si nécessaire, d’alerter les autorités en charge du trafic aérien.
Source: Atlas Obscura.

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drapeau-anglaisFlashes of lightning can often be seen in the ash plumes during volcanic eruptions. Dramatic photos have even been posted, showing this dramatic natural phenomenon. Lightning appears when ash particles collide at high speeds.

German volcanologists from Ludwig Maximilian University in Munich study the lightning events that can occur in volcanic plumes. One of the tools they use is a lab volcano simulator, or shock tube, namely a three-centimetre-wide vent and a hot, pressurized metal tub that propels real volcanic ash obtained from various volcanoes, including the active Popocatépetl in Mexico and Eyjafjallajökull in Iceland.

The shock tube mimics the kind of pressure found in magma chambers of active volcanoes by accelerating the ash particles at high enough speeds so that the friction from collision allows them to become charged.

By clicking on the following link, you will see a video in which the plume turns from white to black. Tiny lightning bolts start to flicker and flash in slow-motion in the column of volcanic ash, the shock tube generating lightning up to tens of centimetres in length.

https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

From a series of experiments in 2013, the scientists found that smaller particles of ash create a higher number of lightning bolts. Most recently, the team studied the activity at Mount Sakurajima this year and found that the frequency of flashes also varies with the amount of ash spewed into the atmosphere during the eruption.

The researchers believe they can understand more about volcanic eruptions by surveying and monitoring volcanic lighting. Indeed, the lightning is a parameter that can be measured from a distance of several kilometres away and under conditions of poor visibility. It can also be used as a proxy to estimate the total mass and the size distribution of the ash deposited in the atmosphere. Eventually, this would help to rapidly assess the distribution of ash particles in the atmosphere and if necessary alert the aviation authorities.

Source: Atlas Obscura.

Eclair

Orage volcanique sur le Rinjani (Indonédie en 1994).

[Crédit photo : Oliver Spalt / Wikipedia].

Les éclairs volcaniques du Sakurajima (Japon) // Lightning of Sakurajima volcano (Japan)

drapeau-francaisDes chercheurs du département des Sciences de la Terre et de l’Environnement à l’Université de Munich ont développé des techniques pour observer et analyser les éclairs pendant les éruptions du Sakurajima. Ils ont récemment publié une étude dans Geophysical Research Letters intitulée «Observation multiparamétrique de la foudre volcanique sur le volcan Sakurajima au Japon ». Les chercheurs ont utilisé des caméras haute vitesse et des données magnétotelluriques afin de percevoir des processus éruptifs qui sont invisibles et trop rapides pour l’oeil humain. Alors qu’une caméra vidéo banale peut capturer des séquences d’images 30 fois par seconde, les caméras haute résolution et haute vitesse utilisées par les chercheurs capturent les images 100 fois plus rapidement.
Grâce à l’utilisation de ces caméras haute vitesse, les chercheurs ont appris que les éclairs se propagent en séries saccadées, un processus qui est également observé pendant les orages classiques. Cela correspond à la mise en court-circuit de régions chargées qui étaient séparées, soit à l’intérieur d’un nuage, soit entre le nuage et le sol.

Les éclairs détectés sur le Sakurajima sont généralement de petite taille et mesurent entre 9 et 180 mètres, c’est-à-dire deux ou fois moins que ceux qui apparaissent pendant les orages classiques.
La caméra haute vitesse permet de cartographier la répartition des éclairs au fil du temps, mais ces informations deviennent beaucoup plus intéressantes quand elles sont complétées par la surveillance magnétotelluriques (MT) qui détecte également les éclairs qui apparaissent dans la partie centrale plus opaque de la colonne éruptive.
Les observations MT échantillonnent simultanément les variations des champs électrique et magnétique depuis plusieurs kilomètres de distance et à l’incroyable fréquence de 65 000 fois par seconde. Les plus infimes fluctuations du champ magnétique sont enregistrées et ont révélé que les éclairs du Sakurajima véhiculent un courant pouvant atteindre 1000 ampères. En utilisant la technologie MT, les chercheurs peuvent aussi compter le nombre d’éclairs, déterminer le sens du courant pour chaque éclair et observer si la foudre reste concentrée dans le nuage de cendre ou si elle atteint le sol.
Si la compréhension scientifique de la foudre a atteint un bon niveau pendant les orages classiques, elle n’est encore qu’à l’état embryonnaire sur les volcans. Sur la base d’études cartographiques conduites en Alaska, on peut dire que la foudre volcanique se répartit en plusieurs catégories en fonction de son emplacement : foudre au niveau de la bouche éruptive, foudre à proximité de la bouche éruptive et foudre à l’intérieur du panache éruptif. La foudre au niveau du cratère du Sakurajima comprend des éclairs de plusieurs dizaines ou centaines de mètres de longueur à proximité de la bouche éruptive. A cet endroit, de petites particules de cendre sont projetées et sont préférentiellement chargées, c’est-à-dire que les plus grosses deviennent légèrement plus positives. Ensuite, comme le tri de la taille des particules s’effectue selon la résistance de l’air dans le nuage de cendre, elles deviennent physiquement séparées. Lorsque la cendre est projetée dans les airs, les particules de plus petite taille ont tendance à ralentir plus rapidement. C’est alors que se produit la séparation des charges, que ce soit par fracturation lorsque le matériau pyroclastique est violemment projeté pendant l’éruption; ou quand s’effectue un transfert de charge par frottement. Ce second mécanisme est semblable à l’électricité statique qui s’accumule lorsque l’on frotte une règle sur la manche d’un vêtement.
De nombreuses études ont montré que les colonnes éruptives se chargent statiquement à cause de la séparation des particules de cendre dans un panache. C’est un point important, parce que la présence de la foudre à proximité d’une bouche éruptive est directement liée à la quantité de matière fine produite par l’éruption. Ces découvertes laissent penser que nous pourrons bientôt utiliser la détection de la foudre pour mesurer la quantité de cendre émise lors des éruptions. La détection de la foudre offre la possibilité de quantifier les émissions de cendre pendant les intempéries et durant la nuit. Les détecteurs peuvent être installés à des dizaines de kilomètres d’une bouche éruptive et le nuage de cendre n’empêche pas les capteurs MT de « discerner » la foudre. Cette détection est essentielle car les nuages de cendre volcanique représentent l’un des principaux problèmes posés par les éruptions. Même diluées, les cendres ingérées par un moteur d’avion peuvent entraîner son arrêt et provoquer une catastrophe.
Compte tenu de l’impact économique des éruptions accompagnées de panaches de cendre, la prochaine génération de suivi des éruptions se concentrera sur la quantification des cendres et les détecteurs d’éclairs feront probablement partie des équipements prioritaires. Le Sakurajima aura largement contribué au développement de ces outils.
Source: Science en direct: http://www.livescience.com/

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drapeau-anglaisResearchers from the Department of Earth and Environmental Sciences at the University of Munich have been developing techniques to observe Sakurajima’s eruption lightning events. They recently published a study in Geophysical Research Letters entitled “Multiparametric observation of volcanic lightning: Sakurajima volcano, Japan”. In this study, the researchers use high-speed cameras and magnetotelluric data to perceive the eruptive processes that are invisible and too fast for a human observer to track. While a commonplace video camera might capture image sequences 30 times each second, the high-resolution, high-speed cameras that the researchers use capture images 100 times more rapidly.

With the use of high-speed cameras, researchers have learned that lightning sparks propagate in a series of jerky advances that correspond to the short circuiting of charged regions that have been separated either within a cloud, or between the cloud and ground.

The sparks that are detected during volcanic lightning episodes at Sakurajima are generally small and measure between 9 and 180 metres, namely one or two orders of magnitude shorter than the lightning that appears during electrical storms.

The high-speed camera maps the distribution of sparks over time, but this information becomes much more valuable when it is complemented by magnetotelluric (MT) monitoring, which also detects sparks occurring within the opaque, center portion of the eruption column.

MT observations sample both electric- and magnetic-field variations from many kilometres away and at an incredible 65,000 times per second. Tiny magnetic-field fluctuations are well-recorded, and have revealed that Sakurajima volcano lightning carries up to 1,000 amperes of current. Using the MT technique, the researchers can also count flashes, determine the direction of current flow for each flash and assess whether the lightning remains within the ash cloud or reaches the ground.

Although scientists’ understanding of thunderstorm lightning is mature, they are only starting to build an understanding of volcano lightning. Based upon volcano lightning « mapping » studies conducted in Alaska, volcano lightning may be broadly grouped into categories that are described as « vent discharges, » « near-vent lightning » or « plume lightning » depending upon where they are located within an eruption column.

The vent discharges at Sakurajima include sparks tens- to hundreds-of-meters long that occur near the mouth of the volcano. Here, small particles of ash erupt and are preferentially charged — that is, the larger particles becoming slightly more positive. And then, as particle sizes are sorted by air resistance within the ash cloud, they become physically separated. When the ash explodes upward, the smaller-size particles tend to slow down more quickly. This is when charge separation may occur, either due to fractocharging when the pyroclastic material is violently ripped apart during eruption; or due to tribocharging, which is charge transfer through rubbing. This second mechanism is akin to the familiar static electricity that builds up when you rub a ruler on your arm.

A wealth of volcano research has shown that eruption columns become statically charged due to ash separating in a plume. This is important, because near-vent volcanic lightning is directly related to how much fine material is erupted. These discoveries suggest that soon we might be able to use lightning detection as a measure of how much ash is ejected during eruptions. Lightning detection offers a means to potentially quantify ash discharges during inclement weather and at nighttime. Detectors can be located at safe distances, tens of kilometres from the vent, and the cloud does not impede the ability of MT sensors to « see » lightning. Such detections are critical, as volcanic ash clouds are one of the principal hazards posed by eruptions. Even dilute amounts of ash that are ingested by a jet turbine can incapacitate the engine, causing it to fail catastrophically.

Given the economic impact of ashy eruptions, the next generation of eruption monitoring will focus on ash quantification and will likely use lightning ash detectors as a primary instrument. Sakurajima is facilitating the development of this tool.

Source : Live Science : http://www.livescience.com/

Rinjani_1994

Production d’éclairs sur le Rinjani (Indonésie) en 1994

(Crédit photo: Wikipedia)

De faux éclairs volcaniques ! // Fake volcanic lightning !

drapeau-francaisPlusieurs articles ont été récemment publiés sur Internet et les réseaux sociaux à propos de l’aspect spectaculaire d’un documentaire – Patagonia: Earth’s Secret Paradise – diffusé par la BBC et qui montre un fourmillement d’éclairs lors d’une éruption du volcan Calbuco (voir ma note précédente), au sud du Chili. Au moment où le volcan envoie un épais nuage de cendre dans l’atmosphère, un festival d’éclairs apparaît autour de son cône.
L’effet est très spectaculaire et la séquence a fait sensation sur YouTube où elle a été regardée par des centaines de milliers de personnes, avec 300.000 « Like » et 500.000 « Share » sur Facebook. Beaucoup d’internautes ont souligné la beauté des éclairs qui se détachaient contre le nuage de cendre sombre du Calbuco. Pour sa part, BBC Earth a publié un tweet se félicitant de l’engouement que cette séquence volcanique avait suscité.
Malheureusement, il apparaît maintenant que les éclairs – qui jouent un rôle clé dans la beauté de la scène – ont été filmés quatre ans plus tôt dans le ciel au-dessus d’un autre volcan et ont été ajoutés au documentaire pour rendre la scène plus spectaculaire. Cette dernière, censée représenter un seul volcan en éruption, a en fait été créée en superposant les éruptions de deux volcans distincts. Une éruption a eu lieu en 2011, l’autre en 2015. Aucune indication de cette manipulation n’a été signalée au moment de la diffusion du programme.
Cette révélation va probablement déclencher une nouvelle polémique sur l’utilisation des techniques numériques pour rendre les documentaires plus spectaculaires, et va mettre la BBC dans l’embarras au moment où ses finances sont sous contrôle parlementaire.
Cette utilisation abusive des techniques numériques intervient après une autre controverse en 2011 lors de la diffusion de la série Frozen Planet par la BBC. Les images étaient censées montrer des ours polaires en train de naître dans la nature alors que la séquence avait été filmée dans une tanière créée artificiellement dans un parc animalier allemand.
Source: La BBC.

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drapeau-anglaisSeveral articles recently appeared on the Internet and the social networks about the dramatic aspect of a documentary showing lightning flickering around the Calbuco volcano in southern Chile as it erupts (see my previous note). As it belches thick clouds of ash into the atmosphere, a swarm of lightning flashes can be seen around the cone of the volcano.
The effect is highly spectacular and the sequence became a YouTube sensation, watched by hundreds of thousands of people and registering 300,000 likes and 500,000 shares on Facebook. Many commented on the beauty of lightning strikes set against dark clouds of ash emanating from Calbuco. For its part, BBC Earth issued a tweet exulting in the popularity of the volcano scene.
Unfortunately, it now emerges that the lightning strikes – which play a key role in embellishing the scene – had occurred four years earlier in the sky above a different volcano and were added to make the scene more dramatic. The scene, purporting to depict a single volcano in eruption, was actually created by splicing together eruptions from two separate volcanoes. One eruption took place in 2011, the other in 2015. No mention of this manipulation was made at the time of the programme’s broadcast.
The admission is likely to trigger a new row over the use of digital techniques to make documentaries more dramatic and popular, and will embroil the BBC in further controversy at a time when its finances are under parliamentary scrutiny.
The new row comes after a bitter battle in 2011 over the BBC’s natural history series Frozen Planet, which contained footage that was said to show polar bears being born in the wild when, in fact, it was filmed at a manmade den in a German animal park. .
Source: The BBC.

BBC

Voici le document incriminé (Source: BBC)

Belles photos du Sakurajima (Japon) // Nice photos of Sakurajima volcano (Japan)

drapeau francaisOn peut voir sur le site du Daily Mail une très belle galerie de photos prises par Marc Szeglat et consacrées au Sakurajima, avec des explosions spectaculaires et la présence d’éclairs dans les panaches de cendre:
http://www.dailymail.co.uk/travel/travel_news/article-2996837/Tourist-captures-incredible-footage-rare-volcanic-lightning-Japan-s-Sakurajima-volcano-erupts-him.html?ITO=1490&ns_mchannel=rss&ns_campaign=1490

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drapeau anglaisOne can see on the Daily Mail  website a very nice gallery of photos taken by Marc Szeglat. They show dramatic explosions of Sakurajima volcano with lightning in the ash plumes:
http://www.dailymail.co.uk/travel/travel_news/article-2996837/Tourist-captures-incredible-footage-rare-volcanic-lightning-Japan-s-Sakurajima-volcano-erupts-him.html?ITO=1490&ns_mchannel=rss&ns_campaign=1490