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La géothermie avec de nouveaux forages à très grande profondeur // Geothermal energy with new very deep drillings

L’immense potentiel d’énergie géothermique qui sommeille sous la surface de la Terre ne demande qu’à être exploité pour chauffer les maisons ou produire de l’électricité, comme cela se fait en Islande où cette énergie est convertie en électricité grâce à la force de la vapeur. Portée à haute température dans des réservoirs géothermiques ou les aquifères dans la croûte terrestre, l’eau se transforme en vapeur qui fait ensuite tourner des turbines qui activent un générateur produisant de l’électricité. Lorsque la vapeur redevient de l’eau, elle est renvoyée dans sol et le cycle recommence. En bref, l’énergie géothermique a, en théorie, le potentiel de fournir une énergie propre au monde entier.
Pour puiser cette puissance naturelle, les ingénieurs devront inventer de nouvelles stratégies pour forer jusqu’à 20 kilomètres de profondeur à l’intérieur de la Terre. Quaise Energy, une start-up rattachée au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pense avoir la solution avec le forage à ondes millimétriques. Les scientifiques pensent que la technologie peut vaporiser suffisamment de roche pour créer les puits de forage les plus profonds au monde. Ils pourront ainsi récolter l’énergie géothermique à grande échelle pour satisfaire la consommation humaine sans avoir besoin de combustibles fossiles.
L’énergie géothermique est pratiquement illimitée, mais elle est actuellement sous-utilisée. Selon l’Agence Internationale de l’Energie, la production d’électricité géothermique n’a augmenté que d’environ 2 % en 2020 avec une capacité supplémentaire de 200 mégawatts, ce qui représente une baisse significative par rapport à la croissance enregistrée au cours des cinq années précédentes. À titre de comparaison, une centrale au charbon classique a une capacité d’environ 600 MW.
Pour atteindre zéro émission nette d’ici 2030, la production mondiale d’énergie géothermique devrait augmenter de 13 % chaque année entre 2021 et 2030, soit environ 3,6 gigawatts de capacité. Pour y parvenir, il faudra un meilleur accès à l’eau ultra-chaude qui se trouve à très grande profondeur. C’est le but recherché avec le forage à ondes millimétriques.
Actuellement, le puits de forage le plus profond au monde est le Kola Superdeep Borehole en Russie, près de la Norvège. Résultat d’un projet remontant à l’Union Soviétique, il s’agissait de forer le plus profond possible dans la croûte terrestre, qui fait en moyenne environ 30 kilomètres d’épaisseur sous les continents. Au final, ce puits n’atteint que 12,1 kilomètres dans la croûte et il a fallu 20 ans pour le réaliser car les équipements conventionnels, tels que les foreuses mécaniques, ne peuvent pas gérer les conditions rencontrées à une telle profondeur.
La nouvelle technologie mise au point par Quaise Energy, conçue pour perforer la roche avec des ondes millimétriques, pourrait être une solution. En remplaçant les forets conventionnels par des ondes millimétriques générées par une machine baptisée gyrotron, il est possible de faire fondre puis de vaporiser la roche. Un gyrotron dispose d’une puissante source de faisceaux, comme les lasers, mais avec une gamme de fréquences différente. Il a fallu plus de 15 ans à la start-up pour développer la technologie en laboratoire, et démontrer finalement que les ondes millimétriques pouvaient forer le basalte. La technologie devrait permettre de creuser à 20 kilomètres de profondeur, là où les températures atteignent plus de 480 degrés Celsius.
Le projet devrait débuter par une conception hybride, utilisant d’abord la technologie de forage rotatif conventionnelle développée par les industries pétrolières et gazières pour perforer les couches de surface de la Terre. C’est alors que l’on utilise les ondes millimétriques à haute puissance. La première plate-forme de forage hybride à grande échelle devrait être opérationnelle d’ici 2024. D’ici 2026, le premier système géothermique prévu pour produire 100 mégawatts d’énergie thermique fonctionnera à partir de quelques puits de forage. D’ici 2028, le nouveau système devrait commencer à remplacer les centrales à combustibles fossiles par des centrales géothermiques.
Grâce aux températures élevées atteintes à très grande profondeur, la nouvelle technologie produit de la vapeur très proche de la température à laquelle fonctionnent les centrales électriques au charbon et au gaz d’aujourd’hui. Ainsi, il sera possible de remplacer 95 à 100 % de l’utilisation du charbon en développant un champ géothermique et en produisant de la vapeur à partir des profondeurs de la Terre.
Il reste encore beaucoup à faire pour développer pleinement la nouvelle technologie. Les scientifiques doivent mieux comprendre les propriétés des roches à grande profondeur et faire progresser la chaîne d’approvisionnement des gyrotrons qui produisent les ondes millimétriques. De plus, l’équipement devra être produit en quantité et avec une conception robuste adaptée à l’environnement des forages.
Viennent ensuite des défis techniques supplémentaires, tels que la technique d’élimination des matériaux remontés lors du forage et la nécessité de maintenir les puits stables et ouverts une fois le forage terminé.
Au moment où les sources d’énergie géothermique plafonnent à travers le monde parce que les méthodes de forage conventionnelles sont inadaptées pour gérer des profondeurs supérieures à 120 mètres, le Département américain de l’Energie a octroyé à Quaise Energy une subvention pour accélérer les expériences avec un gyrotron plus puissant, et continuer à améliorer les capacités de vaporisation.
Source : Yahoo Actualités, Popular Mechanics.

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The vast geothermal energy locked below Earth’s surface is just waiting to be tapped to heat the houses or to produce electricity, as this is done in Iceland where it is converted to electricity through steam. As water is heated in geothermal reservoirs or aquifers in Earth’s crust, steam is created, which then turns turbines that activate a generator, ultimately spitting out electricity. When the steam becomes water again, it’s returned to the ground so it can go through the cycle all over again. In short, it has the potential to provide clean energy to the entire world.

To tap into this natural power, engineers must devise a new strategy for drilling 20 kilometers into Earth, deep into rock. An MIT spinoff company believes it has the answer: millimeter wave drilling. Scientists believe the technology can vaporize enough rock to create the world’s deepest holes and harvest geothermal energy at scale to satisfy human energy consumption without the need for fossil fuels.

Although geothermal energy is a nearly limitless form of sustainable energy production, it is currently being underutilized. According to the International Energy Agency, geothermal electricity generation grew only about 2 percent in 2020 with an added 200 megawatts of capacity, a marked fall from the growth seen in the previous five years. As a comparison, a typical coal plant has about 600 MW of capacity.

To reach net-zero emissions by 2030, global geothermal energy production needs to increase by 13 percent each year between 2021-2030, or about 3.6 gigawatts of capacity. For that to happen, we need better access to this ultra-hot water from Earth’s core. It is hoped that millimeter wave drilling will do the job.

Currently, the world’s deepest drilled hole is the Kola Superdeep Borehole in Russia near Norway. A project of the Soviet Union, it was an attempt to drill as deeply as possible into Earth’s crust, which is on average about 30 kilometers thick beneath continents. But this hole reaches just 12.1 kilometerrs into the crust and took 20 years to complete because conventional equipment, such as mechanical drills, can’t handle the conditions at those depths.

The MIT new technology, designed to blast rock with millimeter waves, might be a solution. By replacing conventional drill bits with millimeter wave energy, powered by a gyrotron machine, it is possible to melt and then vaporize the rock to create many of these deep holes. A gyrotron features a powerful beam source, like lasers, but with a different frequency range. It took MIT over 15 years to develop the general technique in a lab, eventually demonstrating the millimeter waves could drill holes in basalt. The technology is expected to reach 20 kilometers into the ground, where temperatures reach over 480 degrees Celsius.

The plan is to usher in a hybrid design, first using conventional rotary drilling technology developed by the oil and gas industries to cut through Earth’s surface layers. Then, once crews reach the basement rock, they switch over to high-power millimeter waves. The first full-scale hybrid drilling rig will be operational by 2024. By 2026, the first geothermal system, rated to 100 megawatts of thermal energy, will be operating from a handful of wells. By 2028, ithe new system is likely to start replacing fossil fuel-powered energy plants with geothermal plants.

At these high temperatures, the new technology is producing steam very close to, if not exceeding, the temperature that today’s coal and gas-fired power plants operate at. So, it will be possible to replace 95 to 100 percent of the coal use by developing a geothermal field and producing steam from the Earth.

There is still a lot to do to fully develop the new technology. Scientists need to better understand rock properties at great depth and advance the supply chain for gyrotrons, the linear-beam vacuum tubes that produce the millimeter waves.The equipment must be produced in quantity and with a robust design suitable for a field environment.

Then come some additional engineering challenges, such as the proper removal technique for the ash created during the borehole drilling, and the need to keep the bored holes stable and open once completed.

With geothermal energy sources plateauing across the world because conventional drilling methods proved impractical to handle the hotter and harder crusts much deeper than the shallow depths of 120 meters, the United States Department of Energy has offered the MIT department a grant to increase the experiments with a larger gyrotron to continue improving the vaporizing abilities.

Source: Yahoo News, Popular Mechanics.

Vue du gyrotron (Source: Encyclopaedia Britannica)

Recherche de l’énergie géothermique au Canada // Looking for geothermal energy in Canada

Les scientifiques canadiens prévoient d’utiliser la tomodensitométrie (CAT scan en anglais) sur le mont Cayley, un volcan de Colombie-Britannique, pour tenter d’exploiter la chaleur souterraine sous ce volcan et la transformer en énergie renouvelable. [À l’origine, la tomodensitométrie est une technologie médicale consistant à utiliser des rayons X pour créer une image tridimensionnelle de l’intérieur du corps humain.].
Situé à environ 24 kilomètres à l’ouest de Whistler, en Colombie-Britannique, le mont Cayley appartient à la chaîne des Cascades où se trouvent également le mont St. Helens et le mont Rainier dans l’État de Washington aux États-Unis. La dernière éruption du mont Cayley remonte aux années 1700, mais il reste beaucoup de chaleur dans le sol.
Un puits foré dans les années 1970 dans le mont Meager, qui se trouve a proximité du Cayley, a révélé une température de 250 °C à une profondeur de 1,5 kilomètre. La présence d’autant de chaleur à une profondeur relativement faible offre une excellente opportunité d’obtenir de l’énergie géothermique. À titre de comparaison, la température en profondeur en Alberta, où certains voient des opportunités géothermiques, n’augmente que de 50 ° C pour chaque kilomètre de profondeur.
Les centrales géothermiques produisent de l’électricité grâce à la chaleur contenue dans l’eau souterraine. Leur succès dépend de la précision du forage des puits; il s’agit de trouver le plus d’eau à la température la plus élevée possible. En raison des coûts, les forages géothermiques doivent atteindre un taux de réussite de 50 % pour être rentables. À titre de comparaison, les foreurs pour le pétrole et de gaz n’ont besoin d’être performants qu’une fois sur sept.
Les géologues canadiens essayent de faire en sorte que les foreurs améliorent leur taux de réussite en leur fournissant une carte 3D de l’intérieur du mont Cayley, sans avoir à utiliser des outils traditionnels tels que les données sismiques. Une partie de la carte 3D est dessinée à partir de la géologie de base. L’équipe scientifique analyse quels types de roches sont présents pour déterminer leur degré de perméabilité ou de porosité. Les géologues essayent aussi de localiser et schématiser les systèmes de failles susceptibles de contenir de l’eau chaude. Ils examinent également la façon dont l’énergie électromagnétique se déplace à travers le volcan. Par exemple, lorsque la foudre frappe, les géologues peuvent examiner comment cette énergie se déplace à travers la terre, là où elle est absorbée et là où elle passe. C’est la raison pour laquelle ils doivent faire des mesures tout autour du volcan afin de le pénétrer sous tous les angles. En procédant de la sorte, ils peuvent commencer à mettre au point une image 3D de ce qui se passe sous terre. En rassemblant ces différentes observations tout autour du volcan, ils peuvent commencer à voir s’il existe une chambre magmatique à 10 kilomètres de profondeur ou un réservoir rempli de fluide chaud à deux kilomètres.
Les résultats pourront ensuite être utilisés par les foreurs pour déterminer exactement où ils doivent se positionner pour obtenir les meilleures ressources thermiques. L’objectif des géologues est donc de réduire la marge d’erreur lors de l’exploration.
Outre les travaux sur le Mt Cayley, le Canada a quelques projets géothermiques en cours. Des entreprises au Saskatchewan et en Colombie-Britannique ont foré des puits et d’autres sociétés ont également des projets de forage. L’Alberta s’est récemment joint à la Colombie-Britannique dans l’élaboration d’une politique de développement géothermique. Cependant, aucun puits n’a encore produit d’énergie. De ce fait, le Canada est le seul pays de la Ceinture de Feu du Pacifique à ne pas avoir réussi a exploiter l’énergie géothermique.
Source : Médias d’information canadiens.

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Canadian scientists are planning a “CAT scan” of Mount Cayley, a British Columbia volcano, to try to harness the underground heat beneath this volcano and turn it into renewable energy. [CAT is the abbreviation for Computer-Axial Tomography. Originally it is medical test that involves using X-rays to create a three-dimensional image of the inside of the body].

Located about 24 kilometres west of Whistler, B.C., Mount Cayley, belongs to the Cascade Range, the same mountain chain as Mount St. Helens and Mount Rainier in Washington State in the U.S. Mt Cayley’s last eruption was in the 1700s, but plenty of heat remains in the ground.

At nearby Mount Meager, a well drilled in the 1970s showed temperatures of 250° C at a depth of 1.5 kilometres. So much heat at a relatively shallow depth is a great opportunity for geothermal energy. For comparison, underground temperatures in Alberta, where some see some geothermal opportunities, only rise by 50° C for every kilometre of depth.

Geothermal plants generate power through the heat contained in underground water. Their success depends on sinking wells in just the right place to find the most water at the highest temperatures. Because of the costs, geothermal drillers need a 50 per cent success rate to be viable. As a comparison, oil and gas drillers only need to be right one time out of seven.

Canadian geologists are trying to find ways to help drillers improve their hit rate by building a 3-D map of Mt Cayley’s interior without using traditional tools such as seismic lines.

Part of the map will be drawn through basic geology. The team will analyze which rock types are present to find out how permeable or porous they are, or locating and diagramming fault systems that may hold hot water. They will also use methods such as examining how electromagnetic energy moves through the volcano. For example, when lightning strikes, the geologists can examine how that energy moves through the earth, where it is being absorbed and where it passes through. This is the reason why the geologists will have to go all around the volcano so as to sse into it from all the different angles. By doing this, they can start to develop a 3-D image of what is underground. By collecting these observations all around the volcano, thry can start to see whether there is a magma chamber at 10 kilometres depth or a hot fluid-filled reservoir at two kilometres.

The resulting scan could later be used by drillers to determine exactly where to position themselves to get to the best heat resources. The geologists’ goal is to reduce that exploration risk.

Apart from the work at Mt Cayley, Canada has a few geothermal projects underway. Companies in Saskatchewan and B.C. have drilled wells and a couple more have plans. Alberta has recently joined B.C. in developing a policy for geothermal development. However, no geothermal wells are yet producing energy, making Canada the only country in the Pacific Rim of Fire not to do so.

Source: Canadian news media.

 Vue du Mont Cayley (Crédit photo: Wikipedia)

La vie sous l’Antarctique // Life beneath Antarctica

Au cours d’une mission dont le but était d’analyser l’impact du réchauffement climatique sur la fonte de la banquise et sur les écosystèmes de la région, des scientifiques néo-zélandais ont découvert une zone sous-glaciaire peuplée de nombreux êtres vivants en bordure de la plate-forme glaciaire de Ross, immense masse de glace flottante dans la partie méridionale de l’Antarctique.
Les chercheurs ont découvert un écosystème surprenant, dissimulé dans une rivière sous-glaciaire, à 500 mètres de profondeur sous la banquise. L’équipe scientifique a foré la banquise et a fait descendre une caméra dans une caverne creusée sous la glace. Des centaines d’amphipodes – de petits crustacés ressemblant à des crevettes – ont assailli la caméra alors qu’elle descendait dans la rivière.
Les images satellites montraient jusqu’à présent un sillon dans la plate-forme glaciaire près de l’endroit où elle entre en contact avec la terre ferme. L’équipe scientifique pensait qu’il s’agissait d’un estuaire sous la glace. Les chercheurs ont longtemps imaginé un réseau de lacs et de rivières d’eau douce coulant sous la calotte glaciaire de l’Antarctique, mais ne les avaient jamais explorés.
Après que les chercheurs se soient rendu compte qu’il s’agissait d’une une rivière souterraine, ils sont allés sur le site et ont procédé à un forage jusqu’à environ 500 mètres sous la surface de la glace. Pour ce faire, ils ont utilisé un système de forage à eau chaude mis au point par l’Université Victoria de Wellington.

Peu de temps après avoir atteint la caverne sous-glaciaire, l’équipe scientifique a fait descendre la caméra. Au départ, les chercheurs n’ont vu que des taches floues qui ressemblaient à des détritus. Ils ont d’abord pensé que la caméra était défectueuse, mais une mise au point rapide a montré qu’il s’agissait en fait de crustacés vivants.
La présence de tous ces animaux en train de nager autour de la caméra signifiait qu’un important processus écosystémique existait à cet endroit. Il faudra maintenant analyser les échantillons d’eau pour tester certains éléments comme les nutriments. Outre la découverte des amphipodes, l’équipe scientifique a constaté que la colonne d’eau se divise en quatre à cinq couches d’eau distinctes qui s’écoulent dans des directions différentes. L’eau se présente souvent sous forme de couches distinctes qui ne se mélangent pas facilement, en raison des différences de température et de salinité. Cependant, comme les plates-formes glaciaires de l’Antarctique flottent, l’eau circule constamment en dessous, entrant et sortant de l’océan. Comme je j’ai indiqué dans des notes précédentes, certaines colonnes d’eau sont chaudes et peuvent faire fondre la banquise.
Au moment où l’équipe scientifique observait la rivière sous-glaciaire, le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai est entré en éruption entre fin décembre 2021 et mi-janvier 2022, à des milliers de kilomètres de l’Antarctique, en provoquant un tsunami. Les scientifiques ont enregistré les variations de pression dans la cavité sous-glaciaire à la suite de cet événement, ce qui montre à quel point les différents systèmes de notre planète sont connectés.
Source : Smithsonian Magazine.

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During a research project focused on documenting and piecing together how climate change is melting the ice shelf and affecting associated ecosystems, scientists found a subterrenean habitat beneath the outer edges of the Ross Ice Shelf, the world’s largest body of floating ice, on the southern edge of Antarctica.

The researchers discovered a never-before-seen ecosystem lurking in an underground river 500 maters beneath the ice shelf. The team of scientists from New Zealand drilled through the ice shelf and dropped a camera into the cavern below. Hundreds of amphipods – small, shrimp-like crustaceans – swarmed the camera as it descended into the river.

Previous satellite images showed a groove in the ice shelf close to where it met with the land, and the team suspected it was an under-ice estuary. Researchers have long speculated about a network of flowing freshwater lakes and rivers beneath the Antarctic ice sheets but had yet to explore them.

After the researchers identified it as a subterranean river and gathered at the site in Antarctica, they drilled down about 500 meters below the ice’s surface, using a specialized hot water drill system developed at Victoria University of Wellington to melt the ice. Soon after they reached the hidden cavern, the team sent the camera down. Initially, all they saw was blurry flecks that looked like detritus floating around. They first thpought the camera was faulty, but a quick camera-focusing showed that it was actually living crustaceans.

Having all those animals swimming around the camera meant there was an important ecosystem process happening there. More reseach will analyse water samples to test for things like nutrients. Aside from the discovery of the amphipods, the scientific team found that the water column split into four to five distinct layers of water flowing in different directions. Water is often found in distinct layers that do not easily mix, due to differences in temperature and salt content. However, as Antarctic ice shelves float, water constantly circulates underneath them, coming in and out of the open ocean. Some of the water columns are warm and can cause ice shelves to melt.

While the research team was observing the underwater river, the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano erupted from late December 2021 to mid-January 2022 thousands of kilometers away, causing a tsunami. The scientists picked up on pressure changes in the underground cavity from this event, which shows how connected our whole planet is.

Source: Smithsonian Magazine.

Profil de la plate-forme glaciaire de Ross (Source: Woods Hole Institution)

Voyage au centre de la Terre // Journey to the centre of the Earth

Comme je l’ai souvent écrit sur ce blog, nous connaissons plein de détails sur la surface d’autres planètes comme Mars, Jupiter ou Vénus, mais nous ne savons que très peu de choses sur le fond de nos océans, et encore moins sur la structure interne de notre propre planète. En particulier, nous n’avons jamais observé le magma sous la surface de la Terre. Un projet sur le point de débuter en Islande pourrait contribuer à améliorer nos connaissances dans ce domaine.
Le site choisi pour ce projet est Víti, un petit cratère avec un lac à l’intérieur, dans la caldeira de 10 kilomètres du volcan Krafla, dans le nord-est de l’Islande.
En 2009, un forage dont le but était de faire remonter de l’eau chaude pour l’énergie géothermique dans cette région de l’Islande a accidentellement percé une chambre magmatique dont personne ne soupçonnait l’existence. L’incident a provoqué l’émission d’un puissant panache de vapeur et d’éclats de verre volcanique. Le forage a créé le puits géothermique le plus chaud de tous les temps, jusqu’au jour où le tubage s’est brisé. Les échantillons de verre volcanique collectés ont laissé supposer que le magma était non seulement liquide, mais aussi qu’il circulait. Mais peu de choses ont été révélées sur la taille de la chambre magmatique ou sur sa durée d’existence.
Avec le nouveau projet, les chercheurs vont utiliser un équipement plus robuste et créer le seul pôle d’observation du magma dans le monde. Les résultats obtenus pourraient expliquer comment le magma se déplace à travers la croûte, mais aussi améliorer la prévision éruptive. Ils pourraient également apporter une lumière sur la formation et la croissance des continents.
Le projet baptisé Krafla Magma Testbed (KMT) est financé par l’International Continental Scientific Drilling Program. Avec ce soutien, ainsi que plusieurs millions de dollars de financement d’organismes islandais et d’autres agences scientifiques européennes, le projet vient d’entrer dans sa phase de préparation.. Le premier forage, d’un coût de 25 millions de dollars, pourrait commencer dès 2023.
Comme ils n’ont pas la possibilité d’étudier directement le magma dans les profondeurs de la Terre, les volcanologues s’appuient sur les mesures de surface des sismomètres, des capteurs GPS et des satellites radar pour essayer de deviner ses mouvements. Ils peuvent examiner d’anciennes chambres magmatiques solidifiées, mais ces restes géologiques ne fournissent pas suffisamment d’éléments. Ils peuvent étudier la lave à la surface, mais les échantillons qu’ils collectent ont perdu la plupart des gaz qui provoquent les éruptions et dont dépendent la température, la pression et la composition d’origine du magma. Les cristaux, les inclusions et les bulles dans la lave durcie contiennent toutefois des indices sur son état d’origine. Un échantillon de la chambre magmatique du Krafla indiquera aux chercheurs si ces estimations sont vraiment fiables. Obtenir un tel échantillon révélera également la vraie nature de la chambre magmatique.
Le projet KMT pourrait permettre de répondre aux questions de base sur la matière première de la croûte continentale. Les fonds marins dans le monde et une grande partie de l’Islande prennent forme à partir de magma basaltique, c’est à dire à peu près la même substance qui existe dans le manteau. Mais les roches granitiques des continents se forment à partir d’un magma rhyolitique riche en silice qui se trouve probablement sous le site du projet KMT. Personne n’est sûr de l’origine du magma qui forme les continents ; on pense que le magma basaltique altéré par l’eau de mer est soumis à une nouvelle fusion et finit par être émis par les volcans sous forme de rhyolite. Des échantillons de rhyolite provenant d’Islande – où le basalte est majoritaire – pourraient fournir une fenêtre sur le fonctionnement de ce processus dans le monde.
Un but du projet KMT est de collecter plusieurs échantillons au fil du temps et d’intégrer des capteurs dans et à proximité du magma pour mesurer la chaleur, la pression et même la chimie malgré des températures supérieures à 1000°C. Les partenaires de forage de KMT testent des techniques qui pourraient permettre au revêtement en acier du puits de se dilater et de se contracter en cas de chaleur extrême. D’autres partenaires développent une électronique innovante pour résister à la chaleur et à la pression. Une telle technologie pourrait un jour être utilisée sur Vénus.
Ces innovations technologiques pourraient également profiter aux nombreuses entreprises islandaises qui s’investissent dans l’énergie géothermique. Se rapprocher d’une poche magmatique pourrait augmenter considérablement le potentiel énergétique des puits individuels, comme on a pu le voir avec le puits foré 2009 qui, à lui seul, aurait pu alimenter une petite ville.
Il est probable que les grandes quantités d’eau injectées dans le puits pour refroidir et lubrifier la foreuse perturberont un peu le système volcanique, et les géophysiciens surveilleront de près l’évolution du forage. Il ne faudrait pas que l’entreprise déclenche une éruption!

Les changements dans la vitesse des ondes sismiques après le forage pourraient donner des indications sur l’étendue du magma. L’observation de ces changements subtils pourrait également aider à prévoir les futures éruptions rhyolitiques. Bien que les scientifiques aient progressé dans la détection des signes avant-coureurs d’une éruption volcanique, il reste beaucoup à faire car les fausses alertes sont nombreuses.
Source : Adapté d’un article publié sur le site Science.org.

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As I often wrote on this blog, we know details about the surface of other planets like Mars, Jupiter or Venus, but we know very little about the bottom of our oceans or about the inner structure of our own planet. In particular, we have never observed magma below the Earth’s surface.A project about to start in Iceland might help to improve our knowledge in that field.

The site of the research is the Víti crater, a small craterfilled with a lake within Krafla volcano’s 10-kilometre caldera.

In 2009, drillers trying to tap hot water for geothermal energy in this region of Iceland accidentally pierced a hidden magma chamber. Following a powerful emission of steam and glass shards from quenched magma, the borehole created the hottest geothermal well ever measured, until the casing failed. However, the glassy bits from the 2009 drilling campaign hinted that the magma was not only liquid, but also circulating, interacting with melt lower down. But little was revealed about the magma chamber’s size or how long it had persisted.

This time, researchers are going to use hardier equipment to create the world’s only long-term magma observatory. Results could help explain how magma moves through the crust, while improving eruption forecasts. They could also shed light on how the continents formed and grew.

The project called Krafla Magma Testbed (KMT) is financed by the International Continental Scientific Drilling Program. With that support, along with several million dollars in funding from Iceland and other European science agencies, the project has just entered its preparation phase. The first borehole, costing as much as $25 million, could begin as soon as 2023.

As they are unable to study magma directly, volcanologists rely on surface measurements from seismometers, GPS sensors, and radar satellites to guess its movements. They can examine ancient solidified magma chambers, but those remnants are incomplete,They can study lava at the surface, but the samples they collect have lost most of the trapped gases that drive eruptions and influence the magma’s original temperature, pressure, and composition. Crystals, inclusions, and bubbles in the hardened lava hold clues to its original state. But a sample from the Krafla chamber will tell researchers whether those estimates really reliable. Getting a sample will also reveal the true nature of the magma chamber.

KMT will also help answer basic questions about the raw material of continental crust. The world’s sea floors, and much of Iceland, take shape from basaltic magma, much the same stuff that exists in the mantle. But the granite rocks of the continents form from a silica-rich “rhyolitic” magma that is thought to lie below the KMT site. No one is sure how the continent-forming magma originates; one idea is that basaltic magma gets altered by seawater, remelts, and eventually erupts from volcanoes as rhyolite. Samples of rhyolite from basalt-dominated Iceland could provide a window on how this process works worldwide.

KMT intends to collect multiple samples over time and embed sensors in and near the magma to measure heat, pressure, and even chemistry despite temperatures of more than 1000°C. KMT’s drilling partners are testing flexible couplings that can allow the steel liner of the well to expand and contract with extreme heat. And others are developing innovative electronics to withstand the heat and pressure, which could someday be used on Venus.

The technologies could also benefit Iceland’s many geothermal energy companies. Getting closer to magma could dramatically increase the power potential of individual wells, as was clearly seen with the accidental 2009 well, which on its own could have powered a small city.

The large amounts of water injected to cool and lubricate the drill will likely perturb the volcanic system a bit, and geophysicists will be watching closely. Changes in the speed of seismic waves after drilling could reveal the magma’s extent, Watching these subtle changes could also help with predicting future rhyolite eruptions. Although scientists have made progress at detecting a volcano’s warning signs, false alarms abound.

Source: Adapted from an article published on the website Science.org.

 

Le lac Viti

Géothermie dans la région du Krafla

Dans la caldeira du Krafla

Photos: C. Grandpey