Étiquette : InSAR

L’InSAR et le Kilauea (Hawaii)

drapeau-francaisL’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) est en train de devenir un élément clé en volcanologie. J’ai déjà écrit plusieurs notes à propos de cette nouvelle technologie sur ce blog entre 2013 et 2015.
L’InSAR a récemment prouvé son efficacité dans la compréhension des différents épisodes d’intrusion magmatique dans la caldeira sud du Kilauea au cours du printemps 2015. En avril, le réservoir superficiel sous la caldeira du Kilauea a commencé à gonfler rapidement, provoquant une hausse du niveau du lac de lave et son débordement sur le plancher du cratère de l’Halema’uma’u.
Le 11 mai, les inclinomètres ont commencé à enregistrer une rapide phase de dégonflement, accompagnée de la baisse de niveau du lac de lave et d’une augmentation de la sismicité dans la caldeira sud, que ce soit en fréquence ou en magnitude des événements. En une seule journée, on a pu parfaitement observer l’inflation dans la caldeira sud sur le réseau de capteurs GPS ainsi que sur les inclinomètres.
Les images InSAR illustrant le début de cet événement montrent dans le moindre détail le soulèvement associé à l’inflation initiale et révèlent en même temps la complexité de la forme du réservoir magmatique. Les images traduisent également la transition vers la déflation de l’Halema’uma’u et l’inflation de la caldeira sud.

INSAR

(Source: HVO)

L’interférogramme en arc-en-ciel ci-dessus montre parfaitement la forme et l’importance du soulèvement au cours de cet événement (entre le 11 avril et le 22 mai). L’image révèle que le soulèvement coïncide avec l’emplacement d’un réservoir magmatique – déjà identifié par les scientifiques – sous la caldeira sud. C’est aussi pour les chercheurs du HVO la première preuve indiquant un transfert de magma rapide entre les réservoirs magmatiques.
Les couleurs de l’arc-en-ciel représentent le changement de distance entre le sol et le satellite InSAR entre deux orbites effectuées par ce dernier. Chaque cycle de couleurs, du magenta au bleu, indique un déplacement égal à la moitié de la longueur d’onde du radar satellitaire. Le motif se répète, et en comptant tous les arcs-en-ciel, on obtient la totalité du déplacement
Au cours des deux dernières décennies, l’augmentation du nombre de satellites disponibles a amélioré les possibilités offertes par l’InSAR aux chercheurs du HVO. Ils disposent désormais d’une plus grande variété de longueurs d’ondes. Les ondes courtes permettent d’améliorer la résolution, tandis que les ondes plus longues autorisent une meilleure pénétration à travers la végétation. Le HVO utilise les données fournies par de nombreux satellites InSAR pour étudier les mouvements de sol sur les volcans d’Hawaï, y compris les satellites lancés par l’Agence Spatiale Européenne, le Canada, l’Allemagne et le Japon.
Les États-Unis s’apprêtent à lancer leur premier satellite InSAR. En 2014, la NASA a annoncé un projet conjoint avec l’Indian Space Research Organization visant à construire et lancer un satellite InSAR multi-longueurs d’ondes spécifiquement conçu pour l’étude des risques naturels. Le lancement du satellite est prévu pour 2020.
Source: HVO.

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drapeau-anglaisInterferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is becoming a key tool in volcanology. I have already written several notes about this new technology on this weblog between 2013 and 2015.
InSAR recently proved important in understanding the various episodes of Kilauea’s south caldera intrusion during spring 2015. In April, the shallow reservoir beneath the Kilauea caldera began to rapidly inflate, causing the lava lake to rise to the point where it overflowed onto the floor of Halema’uma’u Crater.
On May 11th, tiltmeters began recording rapid deflation, the lava lake level dropped and earthquakes in the south caldera increased in rate and magnitude. Within a day, inflation in the south caldera could clearly be seen on the network of continuous GPS instruments and tiltmeters.
InSAR images spanning the beginning of this event show the uplift associated with the initial inflation in great detail, revealing a complexity to the shape of the reservoir. The images also capture the transition to deflation at Halema’uma’u and south caldera inflation.
As shown in the accompanying image (see above), the rainbow pattern seen in the interferogram beautifully captured the shape and extent of ground uplift during this event (from April 11th to May 22nd). This image shows that the uplift coincides with the location of a known south caldera storage reservoir. This is the first evidence that HVO scientists have ever had suggesting rapid magma transfer between storage reservoirs.
The rainbow colours represent the change in distance between the ground and the satellite in the time between two orbits of the InSAR satellite. Each cycle of colours, from magenta to blue indicates motion equal to half the satellite’s radar’s wavelength. The pattern repeats and by counting up all the rainbows, you get the total amount of motion.
Over the past two decades, the increasing number of available satellites has improved HVO’s InSAR capabilities by providing a variety of wavelengths that allow for improved resolution at short wavelengths and better penetration through vegetation at longer wavelengths. HVO has used data from many different InSAR satellites to investigate motion on Hawaii’s volcanoes, including satellites launched by the European Space Agency, Canada, Germany and Japan.
The United States is working toward launching its first InSAR satellite. In 2014, NASA announced a joint project with the Indian Space Research Organization to build and launch a multi-wavelength InSAR satellite specifically designed for studying natural hazards. The project is scheduled for a 2020 launch.
Source : HVO.

L’InSAR et les Champs Phlégréens (Italie) // InSAR and the Phlegrean Fields (Italy)

drapeau francaisLe 20 mars 2015, j’ai mis en ligne une note montrant l’importance de l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) dans le domaine de la volcanologie. Cette technologie vient d’être utilisée pour observer le comportement des Champs Phlégréens, zone volcanique active aux portes de Naples. La proximité d’une zone de population dense oblige les scientifiques à la surveiller de très près car on sait que l’activité éruptive explosive peut être particulièrement violente.

Le radar à bord du satellite Ten Sentinel – 1A de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a confirmé la poursuite du processus de déformation du sol dans la région. Ce processus, connu sous le nom de bradyséisme, consiste en des mouvements verticaux, parfaitement visibles, par exemple, sur les colonnes du temple de Serapis à Pouzzoles avec des empreintes de coquillages prouvant que la mer a recouvert le secteur à une certaine époque.

Les mesures effectuées par l’InSAR entre octobre 2014 et mars 2015 ont révélé que le sol se soulevait à raison de 0,5 cm par mois. Il semblerait donc que le phénomène soit dans une phase basse car en 2012 la déformation atteignait 3 centimètres par mois, ce qui avait poussé la Protection Civile à élever d’un cran le niveau d’alerte.

Source : ESA.

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drapeau anglaisOn March 20th, 2015, I posted a note showing the importance of Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) in the field of volcanology. This technology has just been used to observe the behaviour of the Campi Flegrei, an active volcanic area on the outskirts of Naples. The proximity of a densely populated area forces scientists to monitor it very closely because we know that the explosive eruptive activity may be particularly violent.
The radar on board the Sentinel Ten – 1A satellite of the European Space Agency (ESA) has confirmed the continuation of the soil deformation process in the region. This process, known as the bradyseism, consists of vertical movements, perfectly visible, for example, on the columns of the Temple of Serapis at Pozzuoli, with shells showing that the sea covered the area at one time.
Measurements by InSAR between October 2014 and March 2015 revealed that the ground was rising at a rate of 0.5 cm per month. This suggests that the phenomenon is in a low phase, because in 2012 the deformation reached 3 centimeters per month, which pushed the Civil Protection to raise the alert level by a notch.
Source: ESA.

Campi-Flegrei

Source:  ESA.

Pouzzoles-temple

Effets du bradyséisme à Pouzzoles  (Photo:  C.  Grandpey)

L’interférométrie radar au service des volcans // InSAR and volcanoes

drapeau francaisAvec les progrès scientifiques, de nouvelles technologies sont utilisées pour essayer de comprendre le comportement des volcans. L’une des plus populaires est l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR). Elle est applicable à de multiples domaines comme l’évolution des glaciers, un domaine très sensible avec le réchauffement climatique. Le radar enregistre deux images ou plus de la même région à des moments différents. En comparant les images, il est alors possible de détecter tous les changements susceptibles de s’être produits dans l’intervalle. L’interférométrie peut être réalisée par un seul satellite ou par deux satellites évoluant en tandem sur la même orbite.

Une enseignante du Département des Sciences de La Terre et de l’Institut de Cyberscience de l’Université de Pennsylvanie (Penn State) étudie le Kilauea (Hawaii) depuis plusieurs années et elle est sur le point de commencer une nouvelle étude en utilisant l’InSAR.

Le Kilauea est en éruption depuis 32 ans et il y a donc une grande quantité de magma qui monte des profondeurs. Il sera intéressant d’étudier quelles sont les différentes sources magmatiques ainsi que les relations qui peuvent exister entre elles.

L’un des éléments clés pour répondre à cette question se trouve dans les déformations qui se produisent à la surface du volcan. En effet, les déformations en surface sont forcément provoquées par des mouvements en profondeur.

Pour commencer son étude, l’universitaire pennsylvanienne va rassembler les données satellitaires qui se trouvent dans les archives. Elle va examiner les déformations de surface qui ont précédé et suivi un événement naturel (séisme ou éruption) sur le Kilauea. Elle utilisera ensuite ces données pour créer deux images : une avant l’événement naturel et une après. Ainsi, elle pourra voir dans quelle mesure l’événement naturel a modifié la surface du sol. Il est possible de combiner les deux images pour créer un interférogramme, autrement dit une image InSAR beaucoup plus globale de la situation. Cette image utilise la couleur pour traduire les mouvements du sol, comme on peut le voir dans l’image au bas du texte.

Les images InSar peuvent être créées à partir de deux images, mais la chercheuse a également recours à une approche multi séries baptisée Multi-Temporal (MT) InSAR quand un nombre suffisant d’images radar est disponible. Cette approche qui bénéficie d’images multiples est plus précise, mais elle requiert beaucoup plus de données et aussi une puissance informatique plus importante.

Après avoir créé les images InSAR, la scientifique pourra commencer à les utiliser pour prévoir le comportement en profondeur du Kilauea. Elle utilisera également une technique appelée modélisation inverse pour étudier la ou les causes des déformations.

Les mouvements du magma ne sont pas le seul facteur susceptible d’affecter le comportement du Kilauea. Le flanc sud du volcan a tendance à avancer, peut-être à cause du système d’alimentation et de l’activité du volcan. Même si le flanc sud avance vers l’océan à raison de 6 à 10 centimètres par an, il faut savoir que des séismes ont entraîné dans le passé des déplacements encore plus importants et même déclenché des tsunamis.

Des technologies comme l’InSAR sont très intéressantes car elles permettent de faire des recherches sans avoir  l’obligation d’être sur le terrain.

Source: Penn State

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drapeau anglaisWith scientific progress, new technologies are being used to try and understand the behaviour of volcanoes. One of the most popular is called Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) which is applicable to multiple domains like the glaciers which are very sensitive to global warming. The radar records two images or more of the same region at the different moments. By comparing the images, it is then possible to detect all the changes susceptible to have occurred in the meantime. InSAR can performed by a single satellite or by two satellites evolving in tandem on the same orbit.

An assistant professor in the Department of Geosciences and the Institute for CyberScience at the Pennsylvania State University (Penn State) has been studying Kilauea volcano for several years and is getting ready to start a new project using InSAR.

The volcano has been erupting for 32 years, so obviously there’s a lot of magma coming from below and it would be interesting to know where all these magma sources are and how they relate to each other. One of the keys to answering this question is found in the deformations happening on the surface of Kilauea. Indeed, a change of deformation on the volcano’s exterior implies something that causes the change much deeper below the surface.

To begin the process, the Pennsylvanian researcher gathers satellite data from archived databases. She looks for information about changes in elevation from before and after a natural hazard event – an eruption or earthquake, for example. She then uses this data to create two images: one from before the natural event and one from after. This shows how the event changed the ground’s surface. The two pictures can then be combined to create a single, much more comprehensive InSAR image called an interferogram, which uses colour to represent movement. (see example with the image below)

While InSAR images can certainly be created from two images, she also uses a time-series approach called Multi-Temporal (MT)-InSAR when enough radar images are available. This technique uses multiple images instead of two. This approach is much more accurate, but it also requires much more data and computing power

After creating the InSAR images, the researcher can begin to use them to predict what might be happening underneath Kilauea. She uses an approach called inverse modeling to estimate what caused the deformation.

Magma processes aren’t the only things that could be affecting Kilauea’s behaviour. The southern flank of the volcano is moving away from the island, and this could also be influencing the volcano’s magma plumbing system and activity. Although the flank is slipping seaward at an average speed of 6 to 10 centimetres a year, earthquakes in the past have caused more drastic movement and have even generated tsunamis.

Remote-sensing technologies like InSAR are important because they allow researchers to do important research without physically being on location.

Source: Penn State.

INSAR-blog

Interférogramme InSAR couvrant la période du 5 mai au 20 juin 2007. Elle montre les déformations du sol provoquées par le séisme du 24 mai 2007 sur le Kilauea.  (Source:  Penn State)