Étiquette : interférométrie

Le séisme turc vu depuis le ciel  // The Turkish earthquake seen from above

Plus de 25 000 personnes ont été tuées par le puissant séisme de M 7,8 qui a frappé la Turquie et la Syrie le 6 décembre 2023, et de nombreuses personnes sont toujours piégées sous des bâtiments effondrés. Le lourd bilan n’est pas une surprise car la faille anatolienne, l’une des plus actives au monde, traverse des zones habitées avec de fortes densités de population.
Les données acquises le 10 février par le satellite Sentinel-1A de l’Union européenne, alors qu’il survolait la Turquie du nord au sud à une altitude de 700 km, montrent parfaitement où se situent les zones sensibles. Le satellite a à son bord un instrument radar capable de détecter les mouvements du sol par tous les temps, de jour comme de nuit. Il scanne régulièrement cette région sujette aux séismes et enregistre les moindres variations de niveau à la surface de la Terre. Ces variations ont été spectaculaires le 6 février. Le sol s’est plié, déformé et déchiré par endroits. Cette séquence enregistrée par un drone montre la longueur des fractures :
https://www.youtube.com/watch?v=Da6pa_KW1EM

La dernière carte créée à partir des données satellitaires montre les failles sismiques :

Les couleurs rouges montrent le mouvement du sol vers le satellite depuis son dernier survol de la région ; les couleurs bleues enregistrent le mouvement opposé. On peut parfaitement voir comment le sol s’est déformé le long et à proximité de la ligne de faille est-anatolienne.
S’agissant des deux séismes de M 7,8 et de M 7,5 qui ont frappé la région, le mouvement de faille est « latéral gauche » ; cela signifie que, quel que soit le côté de la faille où on se trouve, l’autre côté s’est déplacé vers la gauche, de plusieurs mètres par endroits. Le problème est que les fractures n’ont pas seulement traversé les champs ou les routes ; ils ont également fracassé des zones habitées, avec des bâtiments qui se sont effondrés instantanément.
La carte générée à partir des données fournies par le satellite Sentinel aidera les scientifiques à comprendre exactement ce qui s’est passé. Ces connaissances alimenteront leurs modèles sur le déroulement des séismes dans la région, et ensuite pour évaluer les risques. Ce sont des données que les autorités turques prendront en compte lors de la reconstruction.

Tous les séismes sont causés par un glissement le long des failles. Plus le séisme est important, et plus la rupture de faille est importante. On peut cartographier ces ruptures avec les satellites car le sol s’est déplacé, jusqu’à 5-6 mètres lors du dernier événement. La rupture de faille lors du premier séisme a couvert environ 300 km tandis que le deuxième grand événement a généré une rupture d’environ 140 km sur une faille différente.
L’interférométrie radar depuis l’espace est apparue dans les années 1990, et ces dernières années, elle est devenue un outil particulièrement performant. En effet, il est aujourd’hui possible d’obtenir des données prêtes à être analysées dans les heures qui suivent le passage d’un satellite au-dessus de la zone concernée. Cependant, malgré les nouvelles technologies, la prévision sismique reste faible, pour ne pas dire nulle.

Source : BBC News.

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More than 25,000 people were killed by the powerful M 7.8 earthquake that hit Turkey and Syria on Debruary 6th, 2023, and an unknown number still lie trapped beneath collapsed buildings.The heavy death toll does not come as a surprise as the Anatolian fault, one of the most active in the world, crosses densely populated areas.

The data acquired on February 10th by the European Union’s Sentinel-1A satellite as it traversed north to south over Turkey at an altitude of 700 km perfectly shows where the sensitive areas are located. The Sentinel carries a radar instrument that is able to sense the ground in all weathers, day and night. It is routinely scanning this earthquake-prone region, tracing very subtle changes in elevation at the Earth’s surface. However, these changes were dramatic on February 6th. The ground bent, buckled and in places ripped apart. This drone footage shows the length of the fissures :

https://www.youtube.com/watch?v=Da6pa_KW1EM

The latest Sentinel map also shows the earthquake faults (see above). The red colours describe movement towards the satellite since it last flew over the country; the blue colours record the movement away from the spacecraft. One can perfectly see how the ground has been deformed along and near the East Anatolian Fault line.

For both the two M 7.8 and M 7.5 quakes that struck the region, the motion is « left-lateral » ; whichever side of the fault you are on, the other side has moved to the left, by several metres in places. The problem is that the fractures not only crossed the fields or the roads ; they also struck populated areas, with buildings that collapsed instantly.

The Sentinel map will help scientists understand exactly what happened, and this knowledge will feed into their models for how earthquakes work in the region, and then ultimately into the risk assessments that the Turkish authorities will use as they plan the recovery.

All earthquakes are caused by slip on extended faults, and the bigger the quake the bigger the fault that ruptured. One can map those ruptures with satellites because the ground around them is displaced, by up to 5-6 meters during the last earthquake. The rupture of the first event was 300 km or so long and the second big event ruptured another 140 km or so of a different fault.

Radar interferometry from space was developed in the 1990s, and in recent years it has become a particularly compelling tool. It is possible today to get data ready for analysis within hours of a satellite making an overhead pass. However, despite the new technology, seismic prediction is still very low, even nonexistant…

Source : BBC News.

La respiration de l’Etna // Mt Etna’s breathing

drapeau-francaisEn cliquant sur le lien ci-dessous, vous pourrez voir une animation proposée par la NASA qui représente la déformation de la surface de l’Etna entre 1992 et 2001. Cette déformation est due aux modifications de volume d’une chambre magmatique peu profonde située à environ 5 km sous le niveau de la mer. L’accumulation de magma dans cette chambre génère le gonflement du volcan, tandis que l’évacuation du magma au cours d’une éruption entraîne le dégonflement de l’édifice.

Les configurations spatiales et temporelles de déformation du sol ont été mesurées grâce à l’interférométrie radar qui génère plus de 200 interférogrammes de radar à synthèse d’ouverture (RSO) acquises par les satellites ERS-1 et ERS-2 de l’Agence Spatiale Européenne. (Un interférogramme est une carte des variations relatives de distance entre le satellite et la surface de la terre, exprimées en différences de phase. La technique interférométrique mesure la déformation du sol avec une précision de 2,8 cm.)
Les couleurs rouge et jaune dans la barre temporelle indiquent les niveaux significatifs d’activité éruptive ; le rouge indique une activité forte tandis que le jaune fait référence à une activité modérée. L’animation commence par une grande éruption latérale qui provoque un gonflement du volcan. Cette éruption, qui a pris fin le 30 mars 1993, a été suivie d’un cycle de 2 ans de dégonflement de l’édifice et une reprise de l’activité sommitale fin 1995. L’activité éruptive s’est intensifiée progressivement vers la fin des années 1990 et a culminé avec de d’importantes éruptions latérales en 2001 et 2002-2003. .

https://www.youtube.com/watch?v=yqAfgSQYmiw

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drapeau-anglaisBy clicking on the link below, you will see a NASA animation that depicts ground deformation at Mount Etna Volcano between 1992 and 2001. The deformation results from changes in the volume of a shallow chamber centered approximately 5 km below sea level. The accumulation of magma in this chamber results in the inflation, or expansion, of the volcano, while the release of magma from the chamber results in deflation or contraction.

The spatial and temporal patterns of ground deformation was measured with radar interferometry, generating more than 200 interferograms from synthetic aperture radar (SAR) acquired by ESA’s ERS-1 and ERS-2 satellites. An interferogram is a map of the relative changes in the distance between the satellite and surface of the earth, expressed as differences in phase. The interferometric technique measures ground deformation with a precision of 2.8 cm.

The red and yellow colors within the sliding time bar indicate significant levels of eruption activity, with red indicating strong activity and yellow signifying moderate activity. The animation begins with a large flank eruption in progress, causing deflation of the volcano. This eruption, which ended in March 30, 1993, was followed by a 2-year cycle of inflation and a resumption of summit activity in late 1995. Eruption activity progressively increased in magnitude through the late 1990’s and culminated with large flank eruptions in 2001 and 2002-2003.  .

https://www.youtube.com/watch?v=yqAfgSQYmiw

Etna image

Source: NASA

 

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’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)