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Les mesures GPS à Hawaii // GPS measurements in Hawaii

Le Global Positioning System (GPS) est un système américain de navigation par satellite conçu à l’origine pour des applications militaires, mais qui est devenu extrêmement populaire et largement utilisé. En plus de la constellation américaine, il existe trois autres systèmes de navigation par satellite (GNSS) dans le monde : GLONASS (Russie), Galilée (Europe) et BeiDou (Chine). Les nouveaux récepteurs GNSS peuvent suivre simultanément plusieurs constellations de satellites, ce qui améliore la précision.
À Hawaii, le HVO exploite un réseau GNSS de 67 stations réparties sur toute l’île, mais avec priorité aux zones de déformation telles que les zones de rift. Ces stations GNSS de haute précision fournissent des données aux scientifiques 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Le principe de fonctionnement est le suivant : les satellites GNSS émettent des ondes radio qui se déplacent à la vitesse de la lumière et transmettent des informations sur la position exacte du satellite et l’heure actuelle. L’antenne au sol prend en compte les signaux radio de plusieurs satellites et les transmet au récepteur qui calcule l’emplacement exact selon un processus appelé trilatération. Un système GNSS de haute précision peut déterminer un emplacement avec une marge d’erreur de seulement quelques millimètres.

Actuellement, la constellation GPS américaine compte 33 satellites opérationnels en orbite à une altitude de 20 000 km. Pour localiser avec précision l’emplacement d’une station GNSS, le récepteur doit recevoir en continu des données pendant six heures au moment où les satellites traversent l’horizon en vue de la station. Quatre satellites sont nécessaires pour calculer un emplacement 3D, mais généralement un récepteur GNSS en suit huit ou plus pour calculer une position plus précise.
Plusieurs facteurs peuvent affecter le signal GNSS et la précision des emplacements qui en dépendent. L’ionosphère et la troposphère, couches de l’atmosphère à travers lesquelles se déplacent les ondes radio, peuvent retarder les signaux radio, mais cela peut être corrigé avec des modèles atmosphériques. Il est important que les antennes GNSS fonctionnent dans un environnement bien dégagé,  sans interférence d’objets comme des arbres ou des bâtiments.
Pour obtenir une vue globale des déformations d’un volcan, le HVO effectue également chaque année des mesures sur le terrain sur le Mauna Loa et le Kilauea. Au cours de ces missions, le personnel du HVO place des récepteurs GPS temporaires et des antennes sur des supports – des disques de laiton qui ont été arrimés au sol – et les scientifiques laissent l’équipement en place pendant quelques jours sur chaque site. Le support du récepteur montre généralement une croix à l’intérieur d’un triangle qui sert de point de référence pour le centrage de l’antenne.
Au cours de chaque mission de mesures, le personnel du HVO revient sur les sites de mesures afin de collecter les données et déterminer si la station a bougé. Les données ainsi collectées permettent de calculer à la fois la position horizontale et verticale – comme on le fait pour la latitude, la longitude et l’altitude – et ainsi d’évaluer les variations par rapport aux relevés précédents.
Des campagnes de levés GPS sont conduites sur le Mauna Loa et le Kilauea depuis le milieu des années 1990. Elles fournissent des données extraordinairement précises sur la déformation de ces volcans. En plus du Mauna Loa et du Kilauea, le Hualalai et l’Haleakala sont inspectés périodiquement (tous les trois à cinq ans) dans le cadre du programme de surveillance des volcans par le HVO.
Source: USGS / HVO.

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The Global Positioning System (GPS) is a US satellite-navigation system originally designed for military use but now an extremely popular and widely used technology. In addition to the US constellation, there are three other Global Navigation Satellite Systems (GNSS): GLONASS (Russia), Galileo (European) and BeiDou (China). New GNSS receivers can simultaneously track multiple constellations of satellites , which provides improved accuracy.

In Hawaii, HVO operates a 67-station GNSS network spread out across the island but concentrated near persistent deforming features like rift zones. These high-precision GNSS stations give scientists a 24/7 record.

GNSS satellites send out radio waves that travel at the speed of light and transmit information about the exact position of the satellite and the current time. The antenna on the ground listens to the radio signals from multiple satellites and passes them to the receiver which calculates the exact location using a process called trilateration. High-precision GNSS equipment and analysis can determine a location down to less than a centimetre.

Currently, the American GPS constellation has 33 operational satellites orbiting at an altitude of 20 000 km. To accurately pinpoint the location of a high-precision GNSS station, the receiver must continuously receive data for six hours as satellites arc across the horizon in view of the station. Only four satellites are needed to calculate a 3-D location, but typically a GNSS receiver will track eight or more to calculate a more precise position.

There are several factors that affect the GNSS signal and accuracy of derived locations. The ionosphere and troposphere, layers of the atmosphere through which the radio waves travel, introduce delays in the radio signals that can be corrected with atmospheric models. It is important for GNSS antennas to have enough clear “sky view” without object interference suchas trees or buildings.

To get a more complete view of the deforming volcano, HVO also conducts yearly campaign surveys on Mauna Loa and Kilauea. During these surveys, HVO staff place temporary GPS receivers and antennas on benchmarks – permanent brass disks that have been drilled into the ground – and leave the equipment in place for a couple of days at each site. The benchmark typically has a cross inside a triangle that serves as a reference point for centering of the antenna.

During each survey, HVO staff returns to these benchmarks to collect data and determine how the point has moved. Data collected allow to calculate both a horizontal and vertical location, similar to latitude, longitude, and altitude and thus to evaluate the change from prior surveys.

Campaign of GPS surveys have been conducted on both Mauna Loa and Kilauea since the mid-1990s, providing extraordinary records of volcano deformation. Along with Mauna Loa and Kilauea, Hualalai and Haleakala are surveyed periodically (every three to five years) as part of HVO’s volcano monitoring program.

Source : USGS / HVO.

Station GPS sur le flanc sud du Kilauea (Crédit photo : USGS)

Hawaii: Réouverture prochaine du Thurston Lava Tube // Nāhuku soon to reopen

Le Thurston Lava Tube – Nāhuku en hawaiien – est l’un des sites les plus visités du Parc National des Volcans d’Hawaï. Malheureusement, l’éruption du Kilauea en 2018 a causé des dégâts considérables et le site a dû être fermé.
Il y a quelques jours, les autorités du parc national ont indiqué qu’elles faisaient tout leur possible pour que le tunnel de lave soit de nouveau accessible. Depuis le 28 janvier 2020, la route de secours non goudronnée entre la Highway 11 et les toilettes de Nāhuku a été fermée au public afin de pouvoir réparer une ligne électrique qui sera désormais enterrée, ce qui suppose de creuser une tranchée. Les travaux prendront probablement entre deux et quatre semaines.
Selon les responsables du parc, le Thurston Lava Tube pourrait rouvrir au cours des prochaines semaines, «sauf imprévu.».

Le Thurston Lava Tube n’est pas le seul tunnel de lave à Hawaï. D’autres méritent également une visite comme ceux de Kaumana le long de la Saddle Road. Cependant, le tunnel le plus spectaculaire sur la Grande Ile est probablement le Kazumura, l’un des plus longs tunnels de lave sur Terre. En 2002, la longueur a été estimée à 65,6 km. Il s’est formé il y a 500 à 600 ans. Ses ramifications traversent une grande partie du District de Puna et on a recensé plus de 100 points d’entrée. Tous se trouvent sur des terres privées, mais certains propriétaires organisent des visites des tunnels. A noter que la visite de Kazumura fait partie des voyages à Hawaï organisés par l’agence française Aventure et Volcans.
Cependant, le plus beau tube de lave que j’aie jamais visité n’est pas à Hawaï, mais sur l’île de la Réunion où le Tunnel Bleu est exceptionnel. J’en profite pour adresser mes amitiés à Rudy Laurent.

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The Thurston Lava Tube – Nāhuku en hawaiien – is one of the highlights in Hawaii Volcanoes National Park. Unfortunately, the 2018 Kilauea eruption caused widespread damage and the site had to be closed.

The National Park authorities indicated a few days ago that they are making steady progress to reopen the Thurston Lava Tube. Starting on January 28th, 2020, the unpaved emergency “Escape Road” between Highway 11 and the comfort station at Nāhuku has been closed to the public while repairs were made to a faulty electrical line: The replacement line is being placed underground after the area is trenched. Repairs could take two to four weeks.

According to Park officials, the lava tube could be reopened in the next few weeks, “barring any unforeseen circumstances.”

The Thurston Lava Tube is not the only lava tunnel in Hawaii.  Others are also worth a visit like the Kaumana caves along the Saddle Road. However, the most dramatic lava tube on Hawaii Big Island is probably the Kazumura Cave, one of the longest known lava tubes on Earth. In 2002 the length of the cave was measured at 65.6 km. It was formed 500 to 600 years ago. The cave runs through a large part of the Puna district and over 100 entrance points to Kazumura have been documented.  All of these are on private lands but some of these landowners organize tours of the caves. The visit is part of a journey to Hawaii organised by the French travel agency Aventure et Volcans.

However, the most beautiful lava tube I have ever visited is not in Hawaii, but on Reunion Island where the Blue Tunnel is exceptional. Regards to Rudy Laurent.

Voûte du Kazumura (Hawaii)

Dans le Tunnel Bleu… (Ile de la Réunion)

(Photos: C. Grandpey)

 

Lacs et légendes sur le Kilauea (Hawaii) // Lakes and legends on Kilauea Volcano (Hawaii)

Après la dernière éruption du Kilauea en 2018, un lac d’eau souterraine est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u et a remplacé le lac de lave qui existait depuis plusieurs années. Le HVO explique qu’il s’agit du premier lac d’eau souterraine observé au fond du cratère depuis près de 200 ans. Afin d’en savoir plus sur de tels lacs dans l’histoire du volcan, le personnel du HVO s’est tourné vers les légendes hawaiiennes susceptibles de faire état d’un lac de cratère, et a essayé de comprendre si un tel lac était associé à des éruptions explosives.
L’existence d’un lac n’est pas mentionnée explicitement dans les légendes hawaiiennes, mais les Hawaiiens racontent des histoires où Pelehonuamea redoutait la noyade de ses épanchements de lave sur le Kilauea.

Dans l’une des légendes, Pele et sa sœur Namakaokaha’i, l’aînée d’une famille de nombreux frères et sœurs, étaient dotées de pouvoirs différents; Pele régnait sur les volcans et les éruptions alors que Namakaokaha’i régnait sur les mers et les plages.
Namaka, comme ses amis l’appelaient, détestait quand Pele répandait de la lave sur les plages et pénétrait dans l’océan. Pele n’appréciait pas non plus que Namaka essaie de retirer la lave des côtes. Elles se battaient fréquemment. Même aujourd’hui, on peut voir ces deux sœurs continuer à se battre au travers des explosions spectaculaires chaque fois que la lave pénètre dans l’océan.

Kamapua’a, la divinité porcine d’O’ahu, qui s’est rendue un jour sur le Kilauea pour courtiser Pele et la prendre pour épouse, est au centre d’une autre légende dans laquelle l’eau est présente. Pele a constamment rejeté les avances de Kamapua’a, l’insultant et essayant même de le tuer. L’empressement de Kamapua’a s’est transformé en colère et le porc a inondé d’eau le cratère de Pele, dans l’espoir d’y éteindre le feu du volcan. Heureusement, le frère de Pele avait caché les bâtons de feu et les a utilisés pour faire réapparaître la lave.

Certaines versions de cette légende décrivent Pelé en train de poursuivre Kamapua’a jusqu’à la mer sous la forme d’une coulée de lave ou d’une projection de roches incandescentes; d’autres récits font se terminer le conflit par un bref mariage.

Une légende plus connue est celle qui fait entrer Hi’iakaikapoliopele, la plus jeune sœur de Pele. Il s’agit d’une longue histoire en grande partie centrée sur le voyage de Hi’iaka entre le cratère du Kilauea et Kaua’i où elle avait l’intention de retrouver Lohi’au, l’amant de Pele et de le prendre pour époux. En chemin, Hi’iaka est devenue une femme puissante.
Le voyage a été long et Pelé craignait que Lohi’au lui soit infidèle. Elle avait raison de ressentir cette crainte. Quand Hi’iaka est arrivée au bord du cratère du Kilauea en compagnie de Lohi’au, son nouveau mari, Pele est entrée dans une colère noire et a ordonné à ses frères et sœurs de tuer Lohi’au en guise de punition. Hi’iaka s’est mise elle aussi en colère et elle a décidé de récupérer l’esprit de son époux pour le ramener à la vie ; Elle décida aussi de se venger et de détruire Pele en inondant le cratère du Kilauea avec de l’eau.
Hi’iaka est entrée sur le plancher du cratère et, ne trouvant pas l’esprit de son mari, elle a violemment frappé le sol du pied, faisant s’ouvrir la première couche du Kilauea. Elle regarda dans l’ouverture qui s’était formée et, ne voyant toujours pas son mari, elle frappa de nouveau le sol. Elle traversa plusieurs couches sans trouver l’esprit de Lohi’au. Les secousses produites par les piétinements répétés de Hi’iaka pour s’enfoncer à l’intérieur du cratère ressemblent étrangement à la forte activité sismique qui a accompagné l’effondrement de l’Halema’uma’u en 2018. Hi’iaka a finalement atteint la cinquième couche, celle qui retenait l’eau qui, si elle était libérée, inonderait le cratère et transformerait le Kilauea en un lac qui éteindrait à jamais le feu de Pelé. Au dernier moment, Hi’iaka a décidé de ne pas mettre à exécution son projet destructeur et elle s’est finalement réconciliée avec sa sœur.
Hi’iaka cherchait l’eau souterraine, la même que l’on peut voir aujourd’hui au fond de l’Halema’uma’u. Des études géophysiques au cours des 30 à 40 dernières années ont montré la présence d’une nappe phréatique à environ 600-800 mètres au-dessus du niveau de la mer, sous le plancher de la caldeira. Les scientifiques du HVO sont persuadés que le lac actuellement en formation est alimenté par cette eau souterraine qui revient à son ancien niveau après l’effondrement sommital de 2018.
Les géologues du HVO pensent que la légende de Hi’iaka et de Pele peut avoir été inspirée par un effondrement de la caldeira du Kilauea vers l’année 1500. Bien que dans la plupart des versions de ces légendes – que ce soit le déluge de Kamapua’a qui n’a pas provoqué d’explosions, ou la courroux d’Hi’iaka qui n’a jamais fait déferler d’eau souterraine – l’’étude géologique des dépôts de matériaux après l’effondrement de l’Halema’uma’u laisse supposer qu’il y a eu au moins une fois la présence intermittente d’un lac dans le cratère.

Ces légendes ne sont que quelques exemples de la richesse de la littérature hawaïenne sur Pelehonuamea et ses volcans. Parallèlement aux études géologiques, ces récits peuvent aider à mieux comprendre le paysage volcanique en constante évolution sur le Kilauea.
Source: USGS / HVO.

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After Kilauea’s last eruption in 2018, a groundwater lake appeared at the bottom of Halema’uma’u Crater and replaced the lava lake that existed for several years. HVO explains it is the first lake of groundwater observed on the crater floor in nearly 200 years. In order to know more about similar lakes in the volcano’s history, HVO staff looked to Hawaiian chants for mention of a crater lake and tried to understand whether it was associated with explosive eruptions.

A lake is not mentioned explicitly in Hawaiian legends, but Hawaiians did tell a few stories where Pelehonuamea faced the threat of water drowning her volcanic fires at Kilauea.

In one of the legends, Pele and her older sister Namakaokaha’i, the eldest in a family of many siblings, were imbued with different powers; Pele reigned over volcanoes and eruptions wheras Namakaokaha’i ruled the seas and beaches.

Namaka, as her friends used to call her, hated when Pele spread lava over beaches and intruded land into the ocean. Pele did not appreciate either Namaka trying to remove lava from the coasts. They fought frequently. Even today, we can see these two sisters continuing to fight with spectacular explosive displays each time lava enters the ocean.

Another Pele story involving water features Kamapua’a, the pig deity from O’ahu, who travelled to Kilauea to woo Pele and take her for his wife. Pele persistently spurned his advances, insulting him and even trying to kill him. Kamapua’a’s infatuation turned into anger, and the pig-man flooded Pele’s crater with water to put out her volcanic fires.

Fortunately, Pele’s brother hid her firesticks and used them to reignite the volcanic flames. Some versions of this story describe Pele chasing Kamapua’a to the sea as either a lava flow or ejected hot rocks; other versions resolve the conflict in a brief marriage.

A better-known story is the saga of Hi’iakaikapoliopele, Pele’s youngest sister. It’s a long story mostly focused on Hi’iaka’s journey from Kilauea Crater to Kaua’i to retrieve Pele’s lover, Lohi’au. Along the way, Hi’iaka developed into a powerful woman.

The journey was long, and Pele became suspicious that Lohi’au was being unfaithful to her.

When Hi’iaka arrived at the Kilauea Crater rim with her new husband, Lohi’au, Pele was incensed and ordered her siblings to kill him as punishment. This enraged Hi’iaka and she decided to retrieve Lohi’au’s spirit to revive him, and to seek revenge and destroy Pele by flooding Kilauea Crater with water.

Hi’iaka jumped down to the crater floor, and not finding the spirit of her husband, stomped her feet and the first layer of Kilauea cracked open. She looked down, but still not seeing her husband, she stomped again. She continued stomping through several layers without finding her husband’s spirit. The described effects of Hi’iaka repeatedly stomping to get deeper beneath the crater floor are eerily like the continuous strong shaking of the 2018 collapse events. Hi’iaka finally got down to the fifth layer that was holding back water, which, if released, would rise and flood the crater, turning Kilauea into a lake and putting out Pele’s fires forever. At the last instant, Hi’iaka was dissuaded from her destructive task and reconciled with her sister.

Hi’iaka was seeking groundwater like that which can be seen in Halema’uma’u today. Geophysical studies over the past 30-40 years showed the presence of a water table, elevated about 600-800 m above sea level, beneath the caldera floor. HVO scientists hypothesize that the currently growing lake is an exposure of this groundwater returning to its former level following the 2018 summit collapse.

HVO geologists think this Hi’iaka story may have been inspired by an earlier Kilauea caldera collapse about 1500 CE. Although in most versions of the story Kamapua’a’s deluge did not result in explosions and Hi’iaka never unleashed subterranean water, geologic study of post-collapse explosive deposits suggests at least an intermittent presence of a lake.

These legends are but a few from the rich Hawaiian literature on Pelehonuamea and her volcanoes. Along with geologic studies, they can provide insight to understanding the ever-changing volcanic landscape of Kilauea.

Source: USGS / HVO.

Photos: C. Grandpey

Hawaii: Réouverture de la Route 132 // Reopening of Highway 132

La Route132 qui avait été recouverte par la lave dans le secteur de Pahoa durant l’éruption du Kilauea en 2018 a de nouveau été ouverte à la circulation le 27 novembre 2019.
Un tronçon de 2,5 km de la partie amont de la route et un tronçon de 2,4 km de sa partie aval avaient été recouverts par une épaisse couche de lave. La route a retrouvé son aspect initial avec deux voies de circulation goudronnées. Le travail supposait l’évacuation de 120 000 mètres cubes de matériaux volcaniques. Les ouvriers ont parfois été confrontés à une température de plus de 400°C dans la partie basse de la route.
Le coût initial des travaux avait été estimé à 12 millions de dollars, mais les autorités ont finalement déboursé environ 6,5 millions de dollars.
La remise en état de la route permettra aux personnes possédant des biens dans la région de revenir dans leurs maisons et dans leurs entreprises. Elle permettra aussi des trajets plus courts et facilitera les interventions des services d’urgence.
Source: Médias hawaïens.

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Highway 132 in Pahoa, which had been cut off to travel for more than a year by lava from the 2018 Kilauea eruption reopened on November 27th, 2019.

A 2.5-km stretch of the upper portion of the highway and a 2.4-km section of the lower portion of the road were covered in lava. The road has been restored to its pre-inundation function with two paved travel lanes. The restoration work included the excavation of 120,000 cubic metres of lava rock. Construction personnel encountered hot surface temperatures of more than 400°C in the lower portion of the road .

Initial construction costs were estimated at12 million dollars. However, the final costs were reduced to approximately 6.5 million dollars.

Restoring the road will allow residents with properties in the region to return to their homes and businesses, provide shorter commute, and facilitate emergency response in the area.

Source: Hawaiian news media.

 Crédit photo: USGS / HVO