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Les geysers de Yellowstone

drapeau francaisLe 16 février 2013, dans une note intitulée « A l’intérieur des geysers », j’ai expliqué comment deux géologues russes ont essayé de comprendre leur fonctionnement en introduisant une caméra très robuste à l’intérieur des conduits de six d’entre eux dans la célèbre Vallée des Geysers au Kamchatka.

http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

Le site web Live Science (http://www.livescience.com/) consacre aujourd’hui un article à ce sujet en faisant référence aux geysers de Yellowstone. On nous explique que les geysers et les volcans ont un comportement un peu similaire, avec toutefois deux différences majeures : leur alimentation (lave pour les uns, eau pour les autres) et leur ponctualité, celle des geysers étant souvent remarquable alors que les éruptions restent encore extrêmement difficiles à prévoir.

En 2010, Shaul Hurwitz, chercheur en hydrologie à l’USGS de Menlo Park en Californie a invité 13 de ses collègues à travers le monde à venir étudier pendant une semaine le fonctionnement du Lone Star Geyser dans le parc de Yellowstone. Le Lone Star est un geyser très esthétique qui se manifeste régulièrement toutes les trois heures. Les chercheurs ont mesuré la quantité d’eau rejetée, les mouvements du sol, les ondes sismiques et sonores et ils ont enregistré une vidéo à haute vitesse avec des images visibles et infrarouges.

Ces données ont permis de mieux comprendre le processus éruptif de ce geyser. Les résultats de l’étude ont été publiés au mois de juin dans le Journal of Geophysical Research.

L’éruption du Lone Star Geyser se déroule en 4 phases distinctes, avec un signal géophysique propre à chacune d’elles. Pendant que la pression s’accumule dans le sous-sol, une phase « préliminaire » avec des émissions répétées d’eau et de vapeur annonce l’éruption proprement dite qui commence avec des projections d’eau et de vapeur à des vitesses comprises entre 58 et 101 km/h. Ces vitesses ont pu être calculées en filmant les particules projetées avec une caméra haute vitesse. L’éruption fait ensuite place à un épisode post-éruptif très calme qui se termine par une phase de re-remplissage du geyser.

Les scientifiques font remarquer que des geysers comme le Lone Star ou le Vieux Fidèle se trouvent à proximité des zones volcaniques actives qui ont récemment (à l’échelle géologique) secoué la caldeira de Yellowstone et où le magma est susceptible de chauffer l’eau sous la surface. Les geysers apparaissent quand des points d’obturation empêchent l’eau et la vapeur de s’élever vers la surface, phénomène qui emprisonne des bulles et se termine par l’éruption du geyser. Ce processus avait été parfaitement étudié au Kamchatka (voir ma note du 16 février).

Dans le cas présent, les chercheurs ont estimé que la quantité de chaleur émise par le Lone Star Geyser était équivalente à une puissance de 1,4 mégawatts, ce qui suffirait pour alimenter 1000 foyers pendant une heure. Toutefois, cette chaleur représente à peine 0,1 % de toute celle émise par la caldeira de Yellowstone. De plus, il ne faut pas oublier que cette chaleur se disperse à la surface et est libérée par les autres sources du Parc. Au final, si l’on prend en compte tous les geysers de Yellowstone, Shaul Hurwitz estime que « la quantité totale de chaleur produite est relativement négligeable ».

 

drapeau anglaisOn February 16th 2013, in a note entitled « Inside geysers, » I explained how two Russian geologists tried to understand how they work by introducing a sturdy camera inside the ducts of six of them in the famous Valley of Geysers in Kamchatka.

http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

The website Live Science (http://www.livescience.com/) has just published an article about this topic with a reference to the geysers of Yellowstone. We are told that geysers and volcanoes have a somewhat similar behaviour, but with two major differences: their plumbing (lava for the ones, water for the others) and punctuality; indeed, the geysers are often remarkably punctual whereas eruptions are still very difficult to predict.
In 2010, Shaul Hurwitz, a hydrology researcher at the USGS in Menlo Park, California, invited 13 of his colleagues around the world to study for a week-long experiment at the Lone Star Geyser in Yellowstone Park. The Lone Star is a very aesthetic geyser that regularly erupts every three hours. The researchers measured the amount of water discharged, the ground motion, seismic and sound waves and they recorded a high-speed video with visible and infrared images.
These data allowed to better understand the eruptive process of the geyser. The results of the study were published in June in the Journal of Geophysical Research.
The Lone Star Geyser erupts in four distinct phases, each with a unique geophysical signal. As pressure builds up underground, a « preplay » phase, with pulses of steam and water, signals the coming outburst. Then, the eruption starts, with water and steam fountaining at 58 to 101 km/h. The researchers tracked particles in the jetting water with the high-speed camera to calculate the speed. A quiet post-eruption phase follows, finishing with a recharge phase while the geyser cone refills.

The scientists note that geysers like Lone Star and Old Faithful are located close to active volcanic areas that recently (geologically speaking) shook the Yellowstone caldera and where magma is likely to heat subsurface water. Geysers form when choke points prevent water and steam from rising underground, trapping bubbles that eventually explode into an eruption. This process had been fully studied in Kamchatka (see my note of 16 February).
In the case of Yellowstone, the researchers estimate that the amount of heat emitted by the Lone Star Geyser is about 1.4 megawatts, which is enough energy to power 1,000 homes for one hour. But the heat amounts to less than 0.1 percent of the total heat output from the whole Yellowstone caldeira. In addition, we should not forget that this heat that escapes to the surface is radiated by other sources in the Park. Finally, if one takes into account all the geysers of Yellowstone, Shaul Hurwitz believes that « the total heat ouput is relatively negligible. »

Lone-Star-Geyser

Le Lone Star Geyser, l’un de mes préférés à Yellowstone  (Photo: C.  Grandpey)

A l’intérieur des geysers // Inside geysers

   Voici une vidéo intéressante (en cliquant sur le lien ci-dessous) réalisée par deux géologues russes qui ont essayé de comprendre le fonctionnement des geysers en introduisant une caméra très robuste à l’intérieur des conduits de six d’entre eux dans la célèbre Vallée des Geysers au Kamchatka.

Les vidéos ainsi obtenues, complétées par l’étude des roches autour d’anciens geysers aujourd’hui inactifs, ont révélé que les geysers du Kamchatka ne sont pas alimentés par l’intermédiaire de conduits longs et étroits, comme on le pensait jusqu’à présent. Au lieu de cela, des pièges à bulles se forment à l’intérieur de l’amas de blocs qui se sont accumulés pendant des glissements de terrain.

La caméra spécialement conçue pour ce travail de recherche était capable de résister à l’eau bouillante et aux violentes explosions de vapeur à l’intérieur d’un geyser. Au cours de trois visites dans la Vallée des Geysers, la caméra a doucement été descendue dans les conduits à l’aide d’un câble en acier ou d’une tige souple afin de filmer les éruptions. Les vidéos montrent des blocs avec des bulles qui s’élèvent lorsque le geyser est en phase de repos, puis des explosions de vapeur pendant les jaillissements.

Peu de temps après que les chercheurs aient commencé leur travail, un important glissement de terrain s’est produit dans la Vallée, de sorte que l’intérieur de certains geysers inactifs est apparu au grand jour, trahissant leur système d’alimentation. Pour qu’un geyser se forme, il faut une source de chaleur d’origine volcanique, une nappe phréatique avec de l’eau en abondance, des espaces dans les roches qui la surmontent pour que l’eau puisse s’échapper, ainsi qu’un système d’emprisonnement des bulles.

L’eau bouillante qui s’élève des profondeurs dans un système hydrothermal contient toujours des bulles de vapeur. En s’élevant, cette eau rencontre un piège à bulles où ces dernières s’accumulent jusqu’au moment où la vapeur trouve assez de force pour déplacer la colonne d’eau qui la surmonte et déclenche l’éruption du geyser.

La vitesse d’accumulation des bulles dans un piège et la géométrie du conduit du geyser affectent le temps qui s’écoule entre les éruptions. Si le piégeage des bulles est lent, le laps de temps entre les jaillissements sera plus long.

Les géologues russes pensent que le même type de fonctionnement existe à Yellowstone. Toutefois, au lieu que les blocs se soient accumulés suite à des glissements de terrain, ils proviennent de moraines laissées par les glaciers qui recouvraient autrefois la région. Les moraines ayant les mêmes propriétés biomécaniques que les glissements de terrain, il n’est pas surprenant qu’autant de geysers cohabitent à Yellowstone.

http://www.livescience.com/27048-footage-from-inside-a-gurgling-geyser-video.html

Source: Live Science.

En dehors de la vidéo qui est intéressante car elle montre bien la montée des bulles de vapeur dans le conduit du geyser, l’article n’apporte pas grand-chose de nouveau car le fonctionnement d’un geyser est bien connu.

 

   Here is an interesting video (link here below) shot by a couple of Russian geologists who tried to see how geysers work by lowering a sturdy video camera into six geysers of Kamchatka’s famed Valley of the Geysers.

The videos the scientists collected, combined with studies of rocks surrounding extinct geysers, revealed that the Kamchatka geysers aren’t fed by long, narrow tubes, as once thought. Instead, bubble traps form between jumbled boulders deposited by landslides.

The custom camera could withstand the boiling water and violent steam explosions within a geyser. On three trips to the Valley of the Geysers, the camera was gently lowered into a geyser with a steel cable or a flexible pole so that it could film an eruption. The videos show boulders and burbling bubbles while the geyser rests, then bursts of steam during fountaining eruptions.

Soon after the researchers started their study in 2005, a landslide buried part of the Valley of the Geysers. As a result of changes caused by the landslide, extinct geysers were exposed, revealing more clues to the plumbing below. To form a geyser, there must be a volcanic heat source to warm water, plentiful groundwater, open spaces in the overlying rock for the water to escape, and a way to trap bubbles.

Boiling water rising from deep in a hydrothermal system will always contain some bubbles of steam. When the rising water meets a bubble trap, the steam bubbles start to gather in place, displacing water. Eventually, enough steam collects that it can push water ahead of it, up through the remaining channels to the surface, causing a violent steam explosion that bursts into the sky as a fountain.

The interplay between how quickly bubbles accumulate in a trap and the geometry of a geyser conduit affects the time between eruptions. Geysers that trap bubbles slowly go longer between eruptions, and vice versa.

The Russian geologists suggest that the same model could also apply at Yellowstone. However, instead of landslides, Yellowstone’s geysers may instead be plumbed through moraines, massive rock piles left behind by glaciers that once covered the region. Moraines have very similar biomechanical properties to landslides, so this could explain why there are so many geysers in Yellowstone.

http://www.livescience.com/27048-footage-from-inside-a-gurgling-geyser-video.html

Source: Live Science.

Apart from the video which is interesting, the article does not bring anything quite new as the inner working of geysers has been known for quite a long time.

Yellowstone-01

Le « Vieux Fidèle  » à Yellowstone  (Photo: C. Grandpey)