Mesure et cartographie des gaz sur le Kilauea (Hawaii) // Measuring and mapping gases on Kilauea (Hawaii)

Un nouvel article publié par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) aborde un sujet fort intéressant: la mesure et de la cartographie des émissions de gaz sur le volcan Kilauea. Comme le répétait fort justement Haroun Tazieff, les gaz sont le moteur des éruptions. Leur analyse est donc essentielle pour comprendre comment fonctionne un volcan.

De grandes quantités de gaz volcaniques, tels que le dioxyde de carbone (CO2), le dioxyde de soufre (SO2) et le sulfure d’hydrogène (H2S), sont libérés dans l’atmosphère lors des éruptions volcaniques. Mais même entre les éruptions, de plus petites quantités de ces mêmes gaz continuent de s’échapper du sol et peuvent fournir des indications importantes sur l’état d’un volcan et sur le magma qui sommeille dans les profondeurs de la Terre.

Pour mesurer ces gaz, les scientifiques du HVO doivent d’abord identifier leur provenance. Des études sur le terrain à propos des émissions gazeuses dans la caldeira du Kilauea ont été réalisées dans le passé, mais aucune n’a été effectuée dans la caldeira dans son ensemble. Et aucune étude n’a été entreprise depuis l’éruption de 2018.

Au cours de l’été 2021, les scientifiques du HVO ont donc mené une étude détaillée des gaz sur le plancher et en bordure de la caldeira afin de comprendre la répartition des émissions actuelles. Les résultats seront comparés aux observations précédentes ; si des différences sont détectées, elles peuvent indiquer que le système d’alimentation au sommet du Kilauea s’est modifié en raison des effondrements survenus lors de l’éruption de 2018.

Les mesures de gaz volcaniques peuvent être effectuées à l’aide d’un MultiGAS qui pompe de l’air puis enregistre les concentrations de CO2, SO2 et H2S, plus la vapeur d’eau, en parties par million (ppm). Ces instruments MultiGAS peuvent être installés en permanence dans une zone particulière ou montés à bord d’un drone, en fonction de la zone à analyser et du type de données requises.

Pour la cartographie des gaz dans la caldeira du Kilauea au cours de l’été 2021, deux instruments MultiGAS ont été montés sur des supports dorsaux et les scientifiques du HVO ont parcouru la caldeira dans tous les sens, tout en collectant des données en continu. Leurs itinéraires de marche étaient espacés de 25 à 50 mètres afin de couvrir aussi bien la bordure de la caldeira que tout le plancher, ou bien la zone de blocs d’effondrement de l’éruption de 2018.

Même si ce travail a permis de couvrir tout le plancher de la caldeira, il restait des endroits eux aussi intéressants à analyser. Souvent, les émissions de gaz se concentrent le long de fissures ou de cavités qui permettent au gaz d’accéder facilement à la surface. De tels panaches peuvent être facilement observés dans diverses parties du plancher de la caldeira et dans des zones comme les Sulphur Banks et les Steam Vents dans le parc national. Des panaches comme ceux-ci sont souvent de bons indicateurs des endroits où les concentrations de gaz sont les plus élevées. De plus, au fur et à mesure que les gaz montent vers la surface depuis la chambre magmatique, ils interagissent avec et modifient les roches, entraînant des changements de couleur. Les zones de roches altérées peuvent révéler des émissions de gaz élevées.

Les scientifiques ont également collecté des échantillons de gaz dans des zones présentant des concentrations élevées de CO2 pour des analyses en laboratoire. Une grande seringue en plastique a été utilisée pour prélever l’échantillon qui a ensuite été transféré dans un récipient conçu pour contenir le gaz. La majorité des échantillons ont été prélevés sur les blocs d’effondrement de 2018 mentionnés précédemment car cette zone présente les concentrations les plus élevées de CO2.

Les analyses chimiques des différents isotopes de carbone dans le CO2 contenus dans ces échantillons peuvent fournir des informations sur l’emplacement du magma qui émet ces gaz. Cela permet aussi de savoir s’il s’agit d’un magma juvénile profond qui n’a encore jamais dégazé, ou d’un magma plus ancien qui a déjà été stocké pendant un certain temps dans le système d’alimentation du Kilauea.

La cartographie du plancher de la caldeira est maintenant terminée, mais les parois et le plancher du cratère de l’Halema’uma’u n’ont pas encore été cartographiés. Ils sont le site de nombreux bouches de gaz. Ces zones sont impossibles à parcourir à pied; la prochaine étape consistera donc à utiliser un MultiGAS monté sur drone.

Au final, les scientifiques du HVO produiront une nouvelle carte des émissions de gaz dans la caldeira du Kilauea en utilisant les données collectées au cours de l’été 2021. La carte sera essentielle pour déterminer si les remontées de gaz depuis le magma profond vers la surface ont été modifiées par les effondrements de 2018.

Source : USGS / HVO.

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A new article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) deals with the measuring and mapping of gas emissions on Kilauea Volcano.

Large quantities of volcanic gases, such as carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2), and hydrogen sulfide (H2S), are released into the atmosphere during volcanic eruptions. But even between eruptions, smaller amounts of the same gases continue to escape and can provide important clues about the current state of the volcano and the underlying magma. But to measure them, HVO scientists first must identify where gas is coming from.

Surveys of the gas emissions from the Kilauea caldera have been done in the past but never of the entire caldera at one time. And none had been done yet after the 2018 eruption.

Over the summer of 2021, HVO scientists conducted a detailed gas survey of the caldera floor and rim in order to understand the distribution of current emissions. The results will be compared to previous surveys; if differences are detected, they may indicate that the plumbing system of Kīlauea’s summit has changed because of the 2018 collapses.

Measurements of volcanic gases can be done using a MultiGAS instrument, which pumps in air and then records the concentrations of CO2, SO2, and H2S, plus water vapor, in parts per million (ppm).

These MultiGAS instruments can be permanently stationed at an area of interest, or mounted on a drone, depending on the location and type of data needed.

For the gas mapping in the Kilauea caldera during the summer 2021, two MultiGAS instruments were mounted on backpack frames and HVO scientists walked across and around the caldera while continuously collecting data. Their routes were spaced 25 to 50 metres apart and covered areas of the caldera rim, the caldera floor, and the down-dropped block that collapsed during the 2018 eruption.

Even though the survey covered the whole caldera floor, there were more interesting spots to analyse. Often gas emissions are concentrated along cracks or holes in the ground which provide the gas an easy path to the surface. Visible plumes can be seen in various parts of the caldera floor and at the Haʻakulamanu Sulphur Banks and Steam Vents within the National Park. Visible plumes of gas like this are often good indicators of where the gas concentrations may be elevated.

As gases rise towards the surface from the magma below, they interact with and alter the rocks in the area, resulting in colour changes. Looking for this altered rock is another way to identify areas that may have elevated gas emissions.

The scientists also collected gas samples from areas that had elevated concentrations of CO2 for later laboratory analyses. A large, plastic syringe was used to collect the sample which was then transferred to a foil bag designed for holding gas. The majority of the samples were collected on the down-dropped block, as that area showed the highest concentrations of CO2.

Chemical analyses of the different forms (isotopes) of carbon in the CO2 from these samples can provide information about where the magma that is releasing these gases is located, and whether it is new, deep magma that has never degassed before, or older magma that had already been stored for some time in Kilauea’s plumbing system.

While the caldera floor mapping is now complete, the walls and floor of Halemaʻumaʻu crater have not yet been mapped and are the site of many visible gas vents. These areas are impossible to traverse by foot, so the next step is to use a UAS-mounted MultiGAS to measure gases there..

HVO scientists will produce a new map of gas emissions in the Kilauea caldera using the data collected during the summer 2021. The map will be key to determining if gas pathways from deep magma to the surface were changed by the collapses in 2018.

Source: USGS / HVO.

SulphurBanks

Steam Vents

Emissions de gaz dans le cratère de l’Halema’uma’u en 2011

Photos: C. Grandpey

Geldingadalur (Islande) : un cimetière pour drones // Geldingadalur (Iceland) : a cemetery for drones

  Un nombre incalculable de drones ont fini leur course dans la lave islandaise depuis le début de l’éruption dans la Geldingadalur, comme dans cette vidéo :

https://youtu.be/j18ECUhkeY0

Beaucoup pensent que le coupable est le champ magnétique irrégulier, à cause des métaux à haute température émis par le cratère, mais la chaleur est forcément, elle aussi, l’une des principales causes de la mort des drones.

Selon un fabricant, «le champ magnétique affecte fortement le drone. La boussole de l’appareil est perturbée, de sorte que le drone perd sa connexion GPS. Il passe en mode ATTI (abréviation de ATTitude), maintient une certaine altitude mais pas sa position. Le contrôleur de vol devient inactif et le drone commence à s’éloigner.» Il continue de voler jusqu’à ce que sa batterie se vide. Il tente alors d’atterrir en descendant lentement vers le sol. C’est ce qui est arrivé aux drones que l’on rencontre ici et là sur le site de l’éruption dans la Geldingadalur ou ailleurs. Afin d’éviter de perdre son drone, il est conseillé de le faire voler contre le vent, au cas où la connexion serait coupée. Ensuite, le drone reviendra vers son ou sa propriétaire, au lieu de s’en éloigner.

À côté de la perturbation du champ magnétique, la chaleur de l’éruption risque fort de faire fondre la carcasse en plastique sur laquelle est fixé le moteur du drone, ce qui entraîne rapidement son arrêt et la chute dans la lave.

Un autre danger pour les drones, ce sont les turbulences qui apparaissent lors des éruptions du cratère dans la Geldingadalur. Une éruption, au même titre qu’un incendie de forêt, génère son propre climat. Un drone qui se trouve pris dans de telles turbulences ne peut pas s’en sortir.

Les drones amateurs, qu’ils s’appellent Phantom ou Mavic, n’ont pas été conçus pour faire face à des conditions de vol extrêmes. De plus, ils sont souvent beaucoup trop légers. Personnellement, je n’enverrai jamais mon drone dans ou au-dessus d’un cratère volcanique. En premier lieu, l’enceinte n’est pas suffisamment étanche et robuste pour faire face aux gaz agressifs qui attaquent rapidement l’électronique. Il suffit de regarder ce qui arrive à un appareil photo. Si on ne l’enveloppe pas dans une poche étanche, il faut s’attendre à des dysfonctionnements.

À Hawaï, le personnel du HVO a utilisé des UAS – Unmanned Aircraft Systemps – autrement dit des drones spécialement conçus pour faire face à l’éruption de 2018. Les appareils étaient beaucoup plus robustes que les drones que l’on trouve habituellement dans le commerce. L’application la plus élémentaire de ces drones a été la réalisation de vidéos et leur diffusion en continu. Les images ont permis d’identifier les endroits où de nouvelles coulées de lave apparaissaient ou étaient susceptibles d’apparaître. Certains drones étaient dotés de caméras thermiques. Les appareils étaient également équipés de capteurs multi-gaz pour identifier toute nouvelle source de dégazage. L’approche à pied des fractures éruptives était trop dangereuse. Des applications plus techniques des images fournies par les drones ont consisté à créer des modèles numériques d’élévation (MNE) et de mesure des vitesses d’écoulement de la lave dans les chenaux

Plusieurs scientifiques du HVO sont devenus des pilotes de drones qualifiés, ce qui a permis au HVO d’avoir une compétence supplémentaire en matière de surveillance volcanique.

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Countless drones have been engulfed in lava since the start of the eruption in Geldingadalur,

like in this vidéo :

https://youtu.be/j18ECUhkeY0

Engineers think the irregular magnetic field might be to blame, because of the hot metals that emit from the craters, but the heat is probably the main cause of the drones’deaths.

According to a drone manufacturer, “what is happening is that the magnetic field is truly affecting the drone. The drone’s compass gets confused, causing the drone to lose its GPS connection. This makes the drone switch to the ATTI (short for ATTitude) Mode where the drone maintains a certain altitude but not position. This means that the flight controller stops assisting the pilot and the drone starts drifting away.” When this happens, the drone keeps flying until its battery dies, and at that point, the drone attempts to land by gliding down to earth. This is what happened to drones that are found scattered here and there, be it at the eruption site in Geldingadalur or elsewhere. In order to avoid losing one’s drone, it is recommended to fly it against the wind, in case the connection is cut. Then the drone will drift back to its owner, instead of away from him or her.

Beside the magnetic field, heat from the eruption causes the plastic enclosure, to which the drone’s motor is attached, to melt. As a consequence, drones end up in the lava stream.

Another hazard to the drones is the turbulence that appears during an eruption of the crater in Geldingadalur. An eruption, in the same way as a wildfire, generates its own climate. A drone caught in such turbulences cannot survive.

Amateur drones, whether they are Phantom or Mavic, have not been designed to face extreme flight conditions. Personally, I will never fly my drone in or over a volcanic crater. First of all the enclosure is not tight and robust enough to face the aggressive gases that rapidly attack the electronics. Just see what happens to a camera. If you do not set up a protection around it, you are sure to be confronted with dysfunctions.

In Hawaii, the HVO staff used Unmanned Aircraft Systems (UAS) specially designed to face the 2018 eruption. The machines were far sturdier than the conventional commercial ones.  The most basic capability of the UAS was simple video imaging and streaming. The images helped identify where new lava breakouts were happening or were likely to occur. Some of the UAS were outfitted with thermal cameras. The drones were also equipped with a multi-gas sensor to identify any new degassing sources. The fissures would have been too dangerous for geologists to approach on foot. More technical applications of UAS-based imaging included the creation of digital elevation models (DEMs) and measurements of lava flow speeds within channels. Several HVO staff members have become licensed UAS operators, allowing HVO to add UAS capabilities to its monitoring repertoire.

Crédit photo : HVO

Objectif de la COP 21 difficilement réalisable // COP 21 objective difficult to achieve

D’après l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et le Met Office britannique, le niveau de chaleur record atteint en 2016 va très certainement être dépassé entre 2021 et 2025. Cette probabilité est fixée à 90% dans le rapport que ces agences viennent de publier en mai 2021.

En 2020, l’une des trois années les plus chaudes jamais enregistrées, la température moyenne mondiale calculée par la NASA, la NOAA et le Met Office a été de 1,2°C au-dessus de la valeur de référence préindustrielle. Après une année 2021 temporairement refroidie par La Niña, le record établi en 2016 (+1,23°C) devrait cependant tomber dans les cinq prochaines années.

L’étude montre que nous nous rapprochons de manière inexorable de l’objectif le plus ambitieux de l’Accord de Paris sur le changement climatique. Cet Accord vise à maintenir l’élévation de la température mondiale « bien en dessous » de 2 degrés Celsius. Sous la pression des pays les plus vulnérables au changement climatique, l’objectif est de poursuivre les efforts pour limiter l’augmentation de la température à 1,5°C.

Les engagements nationaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre sont actuellement très insuffisants pour atteindre cet objectif. Certains scientifiques pensent que l’objectif 1,5°C est encore possible d’un point de vue physique mais la démonstration semble de moins en moins tenable.

D’après le rapport de l’OMM, la période 2021-2025 sera très probablement plus chaude (80% de chances) que les 5 années précédentes.

Source : OMM, global-climat.

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According to the World Meteorological Organization (WMO) and the British Met Office, the record heat level reached in 2016 will most certainly be exceeded between 2021 and 2025. This probability is set at 90% in the report that these agencies have just published in May 2021.

In 2020, one of the three warmest years on record, the global average temperature calculated by NASA, NOAA and the Met Office was 1.2°C above pre-industrial levels. After 2021 which was temporarily cooled by La Niña, the record set in 2016 (+ 1.23°C) is likely to be beaten in the next five years.

The study shows that we are moving inexorably towards the most ambitious goal of the Paris Agreement on climate change. This Agreement aims to keep the global temperature rise « well below » 2 degrees Celsius. Under pressure from the countries most vulnerable to climate change, the aim hjas been to continue efforts to limit the temperature rise to 1.5°C.

National commitments to reduce greenhouse gas emissions are currently very insufficient to achieve this objective. Some scientists believe that the 1.5°C target is still possible from a physical point of view, but the demonstration seems less and less tenable.

According to the WMO report, the period 2021-2025 will most likely be warmer (80% chance) than the previous 5 years.

Source: WMO, global-climat..

Anomalies de température mondiale par rapport à la période préindustrielle. (Source : OMM).

Goma sous la menace du Niyragongo…et du Lac Kivu // Goma under the threat of Nyiragongo…and Lake Kivu

Suite à l’éruption du Nyiragongo, les importants dégâts matériels et les quelque 35 victimes, des voix se font entendre pour que l’Observatoire Volcanologique de Goma (OVG) soit enfin doté de moyens dignes de ce nom pour surveiller les volcans de la région. Il ne faudrait pas  oublier le Nyiamragira qui entre, lui aussi, régulièrement en éruption. Un député congolais a recommandé au gouvernement la réforme de l’OVG et il a insisté pour que ce dernier soit doté des moyens et matériels adéquats afin de prévenir d’éventuels risques.

L’éruption du Nyiragongo a également rappelé qu’une autre menace plane sur la région et ses 2 millions d’habitants, dont 600 000 dans la ville de Goma. Il s’agit du méthane du lac Kivu. En 2002, les scientifiques redoutaient que la coulée de lave entre dans le lac et provoque de redoutables explosions. Heureusement, il n’en a rien été et la lave s’est arrêtée à temps.

Selon des scientifiques, le lac Kivu contient mille fois plus de gaz dissous que le lac Nyos au Cameroun (1700-1800 morts en août 1986). Si la lave du Nyiragongo atteignait les profondeurs du lac Kivu, il pourrait se produire une déstabilisation de ses eaux stratifiées. Le gaz pourrait s’échapper brusquement et asphyxier les hommes et les animaux.

Le gaz du lac Kivu est composé pour un cinquième de méthane et pour quatre cinquièmes de gaz carbonique. Michel Halbwachs (Université de Savoie) que je salue ici explique que « le méthane représente le vrai danger, car il est vingt fois moins soluble que le C02 : avec vingt fois moins de gaz, on approche plus vite de la saturation. » Des mesures réalisées sur le lac Kivu ont montré que le taux de méthane avait augmenté de 15 % depuis trente ans et que la saturation serait acquise d’ici à la fin du siècle. Danger !!

Pour mettre les populations environnantes à l’abri du risque d’explosion gazeuse, le gouvernement de la RDC avait entrevu l’option de l’élimination du gaz carbonique par le dégazage progressif dans une couche comprise entre 12 et 50 mètres de profondeur du lac Kivu. Le dégazage devrait permettre de diminuer environ 160 millions de mètres cubes de CO2. Mais rien n’a été fait jusqu’à présent.

De plus, le méthane du lac Kivu n’est pas exploité par la RDC, ce qui représente une perte économique énorme pour le pays. Il y a des projets, mais ils n’ont pas encore abouti. Pendant que la RDC tarde, le Rwanda gagne énormément d’argent dans l’exploitation de ce gaz. Le pays a construit la première centrale électrique au monde qui fonctionne grâce à l’exploitation du gaz méthane.

Voir mes notes du 20 mai 2016 et du 8 août 2020 à propos du projet KivuWatt au Rwanda.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2016/05/20/le-methane-du-lac-kivu-eclaire-le-rwanda-lake-kivus-methane-brings-light-to-rwanda/

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2020/08/08/le-methane-du-lac-kivu-rwanda-rdc-entre-menace-et-legende/

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Following the eruption of Nyiragongo, the significant material damage and some 35 dead, voices are heard asking the Volcanological Observatory of Goma (OVG) to be given real means to monitor the volcanoes in the region. One should not forget Nyiamragira which also frequently erupts. A Congolese MP has advised the government to reform the OVG and insisted that the observatory be provided with adequate means and equipment to prevent possible risks.

The Nyiragongo eruption also served as a reminder that another threat hangs over the region and its 2 million inhabitants, including 600,000 in the city of Goma. This threat is the methane from Lake Kivu. In 2002, scientists feared that the lava flow might enter the lake and cause dreadful explosions. Fortunately, it didn’t and the lava stopped in time.

According to scientists, Lake Kivu contains a thousand times more dissolved gas than Lake Nyos in Cameroon (1,700-1,800 dead in August 1986). If the lava from Nyiragongo reached the depths of Lake Kivu, there could be a destabilization of its stratified waters. The gas could suddenly escape and suffocate people and animals.

One-fifth of the gas from Lake Kivu is methane and four-fifths carbon dioxide. Michel Halbwachs (University of Savoy) whom I greet here explains that “methane represents the real danger because it is twenty times less soluble than C02: with twenty times less gas, we approach saturation more quickly. Measurements carried out on Lake Kivu have shown that the methane rate had increased by 15% over the past thirty years and that saturation would happen by the end of the century. There is a real danger !!

To protect the surrounding populations from the risk of a gas explosion, the DRC government had envisaged the option of eliminating carbon dioxide by gradual degassing a layer between 12 and 50 metres deep in Lake Kivu. Degassing would eliminate around 160 million cubic metres of CO2. But nothing has been done so far.

In addition, the non-exploitation of methane from Lake Kivu, a huge economic loss for the DRC. There are plans, but they haven’t come to fruition yet. While the DRC is late, Rwanda is earning a lot of money in the exploitation of this gas. The country has built the world’s first power plant that runs on the exploitation of methane gas. See my posts of May 20th, 2016 and August 8th, 2020 about the KivuWatt project in Rwanda.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2016/05/20/le-methane-du-lac-kivu-eclaire-le-rwanda-lake-kivus-methane-brings-light-to-rwanda/

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2020/08/08/le-methane-du-lac-kivu-rwanda-rdc-entre-menace-et-legende/

Le lac Kivu vu depuis l’espace (Crédit photo: NASA)