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Analyse des inclusions pour mieux comprendre le magma // Analysis of inclusions to better understand magma

Les gaz volcaniques peuvent nous fournir des informations essentielles avant une éruption. Pour les analyser, les scientifiques du HVO font appel à des pétrologues, spécialistes de l’étude de la formation des roches et des minéraux, capables de détecter les gaz emprisonnés dans les roches volcaniques. La mesure des gaz contenus dans les roches volcaniques permet d’estimer leur composition et la profondeur du magma avant l’éruption et l’émission de la lave. Ces gaz emprisonnés sous la surface sont appelés éléments volatils et peuvent se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse.

L’expression « gaz » désigne un élément volatil passé à l’état de vapeur. Les gaz les plus fréquemment émis en surface (ou éléments volatils en phase vapeur) sont l’eau, le dioxyde de carbone (CO₂) et le dioxyde de soufre (SO₂).

Les scientifiques peuvent mesurer les éléments volatils piégés dans le magma avant son éruption en analysant de minuscules gouttelettes emprisonnées dans des cristaux comme l’olivine. Ces gouttelettes, appelées inclusions, peuvent contenir différents matériaux : des inclusions de magma (liquide) ou des inclusions fluides. Les inclusions de magma contiennent le magma à l’état solide, tandis que les inclusions fluides peuvent contenir des gouttelettes d’eau, de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre à l’état liquide ou gazeux. Une fois piégée, l’inclusion est contenue dans le cristal qui l’entoure, qui agit comme une capsule de pression et conserve des informations sur le magma au moment de sa formation.

Les inclusions fluides dans les volcans sont principalement composées de dioxyde de carbone. Aux températures magmatiques (1 200 °C, soit 2 192 °F), la densité du dioxyde de carbone dépend fortement de la pression, elle-même influencée par la profondeur du magma à cet instant précis. Ainsi, en mesurant la densité du dioxyde de carbone au sein d’une inclusion fluide, on peut estimer la pression à laquelle cette inclusion a été piégée dans le cristal en croissance et en déduire la profondeur à laquelle se trouvait le magma lors de la formation de ce cristal. La détermination de la profondeur de stockage des cristaux est essentielle pour comprendre où résident et comment se comportent les magmas, superficiels ou profonds, sous la surface avant une éruption.

La densité des inclusions fluides est mesurée en préparant de fines lames de cristaux, analysées par spectroscopie Raman. La spectroscopie Raman est définie comme « une méthode d’analyse chimique non invasive. C’est une spectroscopie vibrationnelle à l’instar de la spectroscopie infrarouge (IR) qui fournit une caractérisation simultanée de la composition chimique d’un matériau, de son environnement ou encore de son degré d’oxydation. » L’une des difficultés de ce processus réside toutefois dans la taille infime des inclusions fluides, qui les rend difficiles à identifier. Leur diamètre peut varier de 0,010 mm à 0,10 mm environ.

En 2025, des scientifiques du HVO ont animé et participé à un atelier à l’Université d’Hawaï à Hilo, destiné aux étudiants de premier cycle et aux professeurs. Cet atelier portait sur la préparation et l’identification des échantillons d’inclusions fluides. Les participants ont appris les techniques de laboratoire permettant d’identifier les inclusions fluides et de préparer correctement les cristaux pour la spectroscopie Raman. Les résultats préliminaires d’étude d’échantillons s’étalant de mi-janvier 2025 à début juillet 2025 montrent que les magmas provenaient d’une profondeur d’environ 1,6 km sous la surface, ce qui correspond à l’emplacement de la chambre magmatique superficielle de l’Halemaʻumaʻu.

Voici deux images d’un cristal d’olivine observé au microscope pétrographique (ou polarisant).

L’image A montre l’olivine avec inclusion de magma (melt – couleur jaunâtre) contenant une bulle de gaz (cercle noir).

L’image B est un gros plan de l’olivine mettant en évidence une inclusion fluide (cercle noir, point blanc au centre) et une inclusion de magma (melt).

Source : Volcano Watch, USGS / HVO.

 Cette étude sur les inclusions en milieu volcanique a fait remonter en moi le souvenir d’une très longue conversation que j’ai eue un jour à Nicolosi (Sicile) avec Roberto Clocchiatti qui m’a expliqué l’intérêt d’étudier les inclusions pour mieux appréhender le comportement du magma. Roberto m’a conseillé la lecture de plusieurs ouvrages. Un de ces moments précieux que j’ai eu le privilège de vivre sur le terrain volcanique…

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Volcanic gases can give us critical information in the lead up to an eruption. To analyse them, HVO scientists need to turn to petrologists who study the origins of rocks and minerals and who can find gases trapped within volcanic rocks. Gases within volcanic rocks can be measured to estimate gas compositions and magma storage depths before lava erupts on the surface. These gases trapped below the surface are called volatiles whose composition can be a solid, liquid or vapor phase.

When referred to as a gas, it means a volatile transitioned into the vapor phase. The most common gases – or vapor phase volatiles – emitted at the surface are water, carbon dioxide (CO2) and sulfur dioxide (SO2).

Scientists can measure volatiles trapped within the magma before it erupts by analyzing tiny droplets that become trapped within crystals such as olivine. These tiny droplets, called inclusions, can contain different materials. They can be melt inclusions or fluid inclusions. Melt inclusions contain the magma, in solid form, while fluid inclusions can contain drops of water, carbon dioxide and sulfur dioxide in the liquid or gas phase. Once an inclusion is trapped, the surrounding crystal acts as a pressure-capsule and retains information about the magma at the time the inclusion was formed.

Fluid inclusions in volcanoes are dominantly composed of carbon dioxide. At magmatic temperatures – 1,200 degrees Celsius, 2,192 degrees Fahrenheit- the density of the carbon dioxide strongly depends on pressure, which is influenced by the depth of the magma at that point in time.

Thus, if we can measure the density of the carbon dioxide within a fluid inclusion, we can estimate the pressure at which that fluid inclusion was trapped in the growing crystal and infer the depth under the volcano where the magma was when that crystal grew. Determining storage depths of crystals has large implications for how we understand volcanoes and how shallow or deep magmas reside below the surface before they rise to erupt.

Fluid inclusion density is measured by creating thin slices of the crystals that are analyzed using Raman Spectroscopy. One challenge in this process, however, is that fluid inclusions are so very tiny they can be hard to identify. They can range in size from about 0.0004 (0.010 mm) to 0.004 inches 0,10 mm) in diameter.

Hawaiian Volcano Observatory scientists in 2025 conducted and participated in a short workshop at University of Hawaiʻi at Hilo for undergraduate students and professors discussing fluid inclusion sample preparation and identification. They learned laboratory techniques for identifying fluid inclusions and how to properly prepare the crystals for Raman Spectroscopy. Preliminary results from episodes that span from mid-January 2025 to early July 2025 show that the magmas came from about 1.6 km deep beneath the surface, which is the location of the shallow Halemaʻumaʻu magma chamber.

Source : USGS / HVO.

L’Épisode 36 de l’éruption du Kilauea en images

Voici une galeries d’images webcam de l’Épisode 36 du Kilauea depuis les signes précurseurs de cet événement il y a plusieurs jours. Les fontaines de lave ont mis du temps à apparaître (le HVO a repoussé sa prévision à plusieurs reprises) mais le spectacle est au rendez-vous !

Le HVO et les épisodes éruptifs du Kilauea (Hawaï) // HVO and Kilauea’s eruptive episodes (Hawaii)

Les épisodes éruptifs avec leurs puissantes fontaines de lave dans le cratère de l’Halemaʻumaʻu, au coeur de la caldeira sommitale du Kilauea, ont débuté le 23 décembre 2024. Ces événements posent de nouveaux défis au personnel du HVO qui s’efforce de maintenir opérationnel le réseau de surveillance à proximité des deux bouches éruptives nord et sud.
L’Épisode 28 a fait jaillir de hautes fontaines de lave pouvant atteindre une hauteur d’environ 365 mètres. Une fois l’épisode terminé, les scientifiques du HVO ont chaussé des raquettes pour pouvoir se déplacer sur le site de l’éruption. À chaque pas, le sol crissait sous leurs pieds qui s’enfonçaient légèrement dans la couche de téphra, mais les raquettes les maintenaient à la surface.

Crédit photo: HVO

Les scientifiques portent des masques pour se protéger des poussières s’élevant des téphras déposés par les fontaines de lave. Sur la lèvre du cratère la plus proche des bouches éruptives, la couche de téphras atteint une épaisseur de 24 mètres. Les coulées de lave générées par les 28 épisodes éruptifs ont recouvert près de 3,5 km² du plancher du cratère de l’Halemaʻumaʻu, avec une épaisseur de 70 mètres par endroits.
Les instruments du HVO ont souffert des éruptions. Par exemple, la caméra B2 au fond du cratère a carrément fondu, mais son alimentation solaire a survécu et a été transportée par hélicoptère jusqu’à la lèvre sud pour alimenter la nouvelle caméra V3 qui fournit des images en direct. Plusieurs autres stations de surveillance, situées à bonne distance des bouches éruptives, mais ont tout de même été impactées par l’éruption.

Téphras sur les panneaux solaires (Crédit photo: HVO)

Les instruments de mesure des émission de SO2, qui permettent à l’Observatoire de suivre l’évolution de l’activité éruptive, sont menacés et pourraient vite ne plus être opérationnels. C’est pourquoi les scientifiques du HVO explorent d’autres méthodes pour garantir les mesures de ces émissions qui atteignent environ 1 200 à 1 500 tonnes par jour entre les épisodes éruptifs et jusqu’à 75 000 tonnes par jour pendant ces épisodes.
La zone au sud-ouest des bouches éruptives peut être difficile d’accès. Selon la direction du vent pendant les épisodes de fontaines de lave, d’importantes quantités de téphras peuvent recouvrir le paysage ainsi que la route d’accès au sud-ouest. Le personnel du HVO évalue la possibilité de visiter les sites où sont installés les instruments de de surveillance, en sachant que la sécurité du personnel est la priorité absolue. Une petite partie du réseau de surveillance du Kīlauea est affectée par l’éruption sommitale, mais l’Observatoire est toujours en mesure de contrôler correctement le volcan.

Je pense que nous pouvons remercier l’Observatoire pour la qualité des images fournies par les webcams. Elles permettent à des dizaines de milliers de personnes à travers le monde d’admirer le spectacle offert par les épisodes éruptifs et leurs spectaculaires fontaines de lave.
Source : USGS / HVO.

Image webcam de l’Épisode 28

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The high lava fountain episodes of the ongoing episodic eruption in Halemaʻumaʻu Crater, within the volcano’s summit caldera, that started on December 23rd, 2024, present the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) new challenges to maintaining parts of the Kīlauea summit monitoring network near the two eruptive vents.

Episode 28 triggered high lava fountains, reaching a maximum height of about 365 meters. When the episode was over, HVO scientists strapped on snowshoes as they prepared to work on the eruption site. With each step, the ground crunched and their feet sunk a little.

The scientists wore full-face respirators for protection from the tephra left by the lava fountains of the eruption. On the crater rim closest to the vents, the tephra is as thick as 24 meters. Lava flows fed by the 28 fountaining episodes have covered nearly 3.5 km2 of the Halemaʻumaʻu Crater floor, up to 70 meters thick in some areas.

HVO instruments suffered from the eruptions. For instance, the B2cam on the crater floor underwent a full melt down, but its solar power supply survived and was airlifted to the south rim to power the new V3 livestream camera. Several other monitoring stations are located farther away from the vents but still impacted by the eruption.

SO2 emission rates, which the observatory measures to help track eruptive activity, may no longer be operational because of the current eruption. HVO scientists are exploring other methods for obtaining SO2 emission rates.  They were measured at about 1,200 to 1,500 tonnes per day between the different eruptive episodes and up to 75,000 tonnes per day during the episodes.

The area southwest of the eruptive vents can be difficult to access. Depending on wind direction during fountaining episodes, more tephra can blanket the landscape and the access road to the southwest. HVO staff assess the feasibility of visiting monitoring sites after each eruptive episode, with staff safety being the primary priority. A small portion of the Kīlauea monitoring network is being impacted by the ongoing summit eruption, but the observatory is still able to adequately monitor the volcano.

I think we can thank the Observatory for the quality of the webcam images that allow tens of thousands of people around the world to enjoy the show offered by the eruptive episodes and their dramatic lava fountains.

Source : USGS / HVO.

La cartographie géologique : une science et un art // Geological mapping: a science and an art

L’un des derniers épisodes de la série « Volcano Watch » publié par l’Observatoire Volcanologique d’Hawaï (HVO) est consacré à la cartographie géologique, qui est à la fois une science et un art.

La cartographie géologique était l’une des principales fonctions dévolues à l’U.S. Geological Survey (USGS) lors de sa création par le Congrès américain en 1879. L’agence était tenue d’ « établir une classifications des terres publiques et d’examiner la structure géologique, les ressources minérales et les produits à l’intérieur et à l’extérieur du domaine national ».
Les premières cartes géologiques étaient de taille uniforme ; elles contenaient toutes les informations disponibles sur la topographie et la géologie d’un site, avec un texte d’accompagnement décrivant la géologie cartographiée.
Les cartes modernes ont tendance à être plus polyvalentes et plus faciles à interpréter ; elles affichent les gisements géologiques et les caractéristiques présentant un intérêt particulier pour un projet ou une étude.
Dans le cas de la cartographie géologique du HVO sur l’île d’Hawaï, les principales caractéristiques intéressantes concernent le relief volcanique avec les fissures et les cônes de scories, ainsi que les coulées de lave et les dépôts de téphra associés ; ils sont répertoriés en fonction de l’âge.
Il est facile de faire apparaître ces caractéristiques pour les dernières éruptions. Les éruptions des dernières années sont cartographiées quelques heures ou quelques jours après le début de l’activité à l’aide d’un logiciel d’information géographique. Les techniques de télédétection utilisant l’imagerie aérienne et satellitaire rendent également cette opération beaucoup plus rapide.
Si certaines coulées de lave plus anciennes peuvent être cartographiées à l’aide de la télédétection, d’autres qui ont été exposées aux éléments pendant des centaines ou des milliers d’années sont parfois plus difficiles à distinguer. C’est pourquoi des critères de diagnostic sur le terrain ou en laboratoire sont généralement nécessaires pour déterminer leur étendue géographique.
Les géologues se rendent sur le terrain pour documenter les minéraux présents dans les coulées de lave et ils collectent des échantillons pour analyser la chimie, les âges radiométriques et le paléomagnétisme. En général, une combinaison de ces éléments est nécessaire pour faire apparaitre une image complète sur une carte.
Il existe un ensemble normalisé de symboles, de motifs et de couleurs pour les cartes géologiques publiées par l’USGS : c’est le schéma de carte géologique, ou GeMS.
Alors que les symboles et les lignes ont tendance à être objectifs sur une carte géologique, les couleurs utilisées peuvent être plus subjectives. Les cartes géologiques représentent souvent des terrains volcaniques avec de jeunes coulées de lave et des téphras en utilisant des couleurs «chaudes» telles que le rouge et l’orange, et ces couleurs deviennent progressivement plus «froides», passant au vert, au bleu et au violet, à mesure que les éléments représentés vieillissent.
Il est ainsi facile d’observer une carte géologique et d’avoir une idée rapide de l’âge relatif de l’activité volcanique.
Ces cartes géologiques de l’USGS sont généralement sur papier, mais toutes sont désormais également publiées sous forme numérique et disponibles gratuitement en téléchargement.
Source : USGS / HVO.

Cette carte géologique a été créée par le HVO le 17 septembre 2024, quelques heures après la télédétection (survol en hélicoptère) de l’éruption qui a eu lieu du 15 au 20 septembre dans la Middle East Rift Zone du Kilauea. Les différents âges des coulées de lave sont indiqués par des changements de couleur ; celles qui ont été émises entre 1790 et 2018 sont en violet (les coulées de lave plus anciennes sont grises) ; celles qui ont été émises le 15 septembre sont en rose et celles qui ont été émises les 16 et 17 septembre sont en rouge. La fissure active apparaît sous le forme d’une ligne jaune. Cette carte montre également les routes et la limite du Parc national des volcans d’Hawaï. (Source : HVO)

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One of the last « Volcano Watch » episodes by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) was dedicated to geological mapping which is both a science and an art.

Geological mapping has been one of the most fundamental mandates of the U.S. Geological Survey since its establishment by Congress in 1879. The aim of the agency was to “classify the public lands and examine the geological structure, mineral resources and products within and outside the national domain.”

The first geological maps were uniform in size and contained all available information on topography and geology, with accompanying text describing mapped geology.

Modern maps tend to be more versatile, displaying geologic deposits and features of special interest for a project or investigation.

In the case of Hawaiian Volcano Observatory geological mapping on the Island of Hawaii, the primary features of interest are volcanic vents, such as fissures and scoria cones, and their associated lava flows and tephra deposits divided by age.

It is easy to make these determinations for young eruptions that have been witnessed, with eruptions during the past few years being mapped within hours or days of activity starting using geographic information systems software.

Remote sensing techniques using aerial and satellite imagery have also made this much quicker.

While some older lava flows can be mapped using remote sensing, others exposed to the elements for hundreds or thousands of years can be harder to tell apart. Therefore, diagnostic criteria from the field or lab is usually required to distinguish their geographic extents.

Geologists make field excursions to document minerals present in the lava flows and their abundances, and collect samples to analyze chemistry, radiometric ages and paleomagnetism. Usually, a combination of these is needed to put together a full picture on a map sheet.

There is a standardized set of symbols, patterns and colors that are used for geologic maps published by the USGS : the Geologic Map Schema, or GeMS for short.

Whereas symbols and lines tend to be objective on a geologic map, colors used for geological map units can be more subjective. It is common for geological maps that portray volcanic terrains with young lava flows and tephras to have the “hottest” colors, such as reds and oranges, and those colors gradually get “cooler,” shifting to greens, blues and purples, as the map units get older.

This makes it easy to glance at a geological map and get a quick sense of the relative age of volcanic activity.

These USGS geological maps are generally printed, but all are now also published as geographic information systems digital databases and freely available to be downloaded.

Source : USGS / HVO.