Muons et volcans // Muons and volcanoes

drapeau francaisEn mai 2007 et décembre 2010, j’ai écrit deux articles expliquant que les scientifiques japonais essayaient d’observer l’intérieur des volcans en utilisant une nouvelle technologie basée sur l’utilisation des muons, particules chargés positivement ou négativement, en provenance des couches supérieures de l’atmosphère. Lorsque le rayonnement cosmique produit par les explosions de supernovae et autres évènements dans l’espace lointain atteint la Terre et entre en collision avec l’atmosphère, cela génère un grand nombre de muons. Ils représentent 70% des rayons cosmiques qui atteignent la surface de la Terre. Comme ils ont une masse très faible, les muons passent à travers tous les objets, mais certaines substances les bloquent plus que d’autres, de la même façon que les os interfèrent avec des particules des rayons X. Pour les volcanologues, la radiographie par les muons, ou muographie, est un outil relativement nouveau qui pourrait permettre de percer les mystères qui entourent l’activité volcanique.
Tout comme une plaque radiographique capte le rayonnement traversant le corps, une plaque spéciale d’émulsion nucléaire est utilisée pour capter les muons qui traversent un volcan. Les scientifiques comptent ensuite le nombre de particules qui ont atteint la plaque pour mesurer les densités relatives de l’intérieur du volcan. Ces données sont converties en éléments visuels indiquant l’emplacement et la forme des conduits et réservoirs magmatiques. Pour capter les muons qui traversent latéralement le volcan, la plaque d’émulsion nucléaire est positionnée sur le flanc de la montagne. Le magma qui contient de la vapeur d’eau et les conduits magmatiques sont moins denses que la roche encaissante et le sol sous pression, donc un plus grand nombre de muons passent à travers ces zones et atteignent la plaque.
La muographie n’est pas le seul moyen d’étudier l’intérieur d’un volcan. On a vu de quelle façon les scientifiques américains ont disposé un réseau de sismographes autour du Mont St Helens pour enregistrer les ondes sismiques générées par la détonation d’explosifs. Cependant, la muographie est d’un ordre de grandeur plus précis que la technique sismique conventionnelle.
En 2013, la muographie a été utilisée pour visualiser la structure interne du volcan Satsuma-Iojima dans la préfecture de Kagoshima. Les scientifiques savaient que le volcan dissimulait un réservoir magmatique, mais la muographie a révélé que la quantité de magma était beaucoup plus grande que prévu.
L’avènement de la muographie présente de nouvelles perspectives en volcanologie, mais il y a encore un bon nombre d’obstacles. Le principal est le coût. Les détecteurs de muons sont des dispositifs haut de gamme qui coûtent des centaines de milliers de dollars chacun, ce qui va à l’encontre des coupes budgétaires qui affectent actuellement les laboratoires scientifiques. Cela signifie que seul un nombre limité de détecteurs de muons peut être acheté et déployé sur le terrain.
Un autre obstacle est la complexité de la science, ce qui nécessite à la fois une bonne connaissance de la physique des particules et de la volcanologie. La collaboration entre les scientifiques dans ces différents domaines pourrait aider à résoudre ce problème.
Depuis le début des années 1950, les scientifiques utilisent la muographie pour étudier l’intérieur de structures massives telles que les pyramides d’Egypte. La technologie a également été utilisée pour tenter de déterminer l’emplacement du combustible nucléaire à la centrale de Fukushima après le séisme qui a frappé le Japon en mars 2011.
Source: Nikkei Asian Review: http://asia.nikkei.com/

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drapeau-anglaisIn May 2007 and December 2010, I wrote two articles explaining that Japanese scientists were trying to see the inside of the volcanoes by using a new technology based on the use of muons, particles which are charged positively or negatively, coming from the upper layers of the atmosphere.
When cosmic radiation from supernova explosions and other events in deep space reaches Earth and collides with the atmosphere, large numbers of muons are generated. They account for 70% of the cosmic rays that reach the surface of the Earth. Because they have such an extremely small mass, muon particles pass through about everything, but some substances block them more than others, similar to how bones interfere with X-ray particles.
For volcanologists, cosmic-ray muon radiography, or muography, is a relatively new tool that could eventually help unravel the mysteries surrounding volcanic activity.
Just like an X-ray plate captures radiation passing through the body, a special nuclear emulsion plate is used to capture muons passing through a volcano. Scientists then count the number of particles that reached the plate to measure the relative densities of the interior. This data is converted into a visualization showing the locations and shapes of conduits and magma reservoirs. To capture muons that traverse the volcano laterally, the nuclear emulsion plate is positioned on one side of the mountain. Magma containing water vapor and magma conduits are less dense than rock and pressurized soil, so more muons pass through these areas and reach the plate.
Muography is not the only way to study the inside of a volcano. We have seen how American scientists arranged a network of seismographs around Mt St Helens to record the seismic waves generated by the detonation of explosives. However, muography is an order of magnitude more precise than the conventional seismic technique.
In 2013, muography was used to visualize the internal structure of the Satsuma-Iojima volcano in Kagoshima Prefecture. Scientists had imagined that the volcano contained a magma reservoir, but muography revealed that the quantity of magma was far greater than predicted.
The advent of muography presents a whole new opportunity for volcanologists, but there are still quite a good number of obstacles. One big hurdle is the cost. Muon detectors are specialized devices that cost hundreds of thousands of dollars apiece, which goes against the budget cuts that currently affect scientific laboratories. This means that only a limited number of muon detectors can be purchased and deployed.
Another hurdle is the complexity of the science, which requires familiarity with both particle physics and volcanology. Collaboration among scientists in different fields could help solve the second problem.
Since the early 1950s, scientists have used muography to study the interior of such massive structures as the pyramids of Egypt. The technology was also used to try to ascertain the location of nuclear fuel at the Fukushima nuclear power plant after the earthquake that struck Japan in March 2011.
Source : Nikkei Asian Review : http://asia.nikkei.com/

Iodake

Vue du volcan Satsuma-Iojima (Préfecture de Kagoshima) en juin 2015.

(Crédit photo: Wilipedia)

Volcans et éducation des populations // Volcanoes and population education

drapeau francaisAu cours de mes interventions en public, j’insiste beaucoup sur l’importance de la prévention et de l’éducation des populations dans les pays où se manifestent les volcans actifs. Je donne en priorité l’exemple de Kagoshima au Japon où les habitants sont sous la menace permanente du Sakurajima. Ils ont appris à vivre avec les éruptions et sont parfaitement préparés à subir une alerte à n’importe quel moment.
Au Vanuatu, les scientifiques essayent d’établir un lien avec la population locale. Douglas Charley, technicien géologue à l’Orstom, surveille les volcans en activité. D’île en île, il gagne la confiance des habitants, explique les mesures qu’il prend, donne des informations sur l’état du cratère. En retour, les croyances et les légendes que racontent les chefs de village nourrissent la science, car ce sont quasiment les seules archives disponibles sur la vie présumée des volcans.
A Hawaii, Madame Pélé a permis l’an dernier une étroite relation entre les scientifiques et la population du District de Puna. La lave menaçait la petite bourgade de Pahoa avec ses commerces et ses écoles. Elle menaçait aussi de couper la Route 130, principale artère de communication dans cette partie de la Grande Ile. L’histoire s’est bien terminée car Madame Pélé a arrêté la lave à 155 mètres de la route et épargné les maisons de Paoha.
Avant l’apparition de la coulée de lave – baptisée coulée du 27 juin car elle était née ce jour-là – la population de Paoha était étrangère au vocabulaire technique de la volcanologie. Les habitants n’avaient jamais entendu parler d’inflation et de déflation du sommet du Kilauea, de tremor, pas plus que de bouches éphémères. Leur éducation s’est faite rapidement, ce qui leur a permis de mieux comprendre le comportement du volcan, mais aussi les difficultés rencontrées par les scientifiques du HVO pour faire des prévisions.
Une très bonne réciprocité s’est établie entre la population et les scientifiques qui ont toujours accepté de répondre aux questions de la population sur la trajectoire des coulées de lave. Les moments les plus forts ont été les réunions publiques organisées entre le 24 août 2014 et le 22 janvier 2015 pendant lesquelles, devant une salle comble, les membres du HVO présentèrent des cartes et des diapositives illustrant clairement la situation.

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drapeau-anglaisDuring my conferences, I insist much on the importance of prevention and education of the population in countries where active volcanoes happen to erupt. I give the example of Kagoshima in Japan, where the residents are under the constant threat of Sakurajima. They have learned to live with the eruptions and are fully prepared to react at any time.
In Vanuatu, scientists are trying to set up a link with the local people. Douglas Charley, a technician and geologist at ORSTOM, monitors volcanoes. Travelling from one island to another, he won the confidence of the inhabitants by explaining his actions, providing information on activity in the craters. In return, beliefs and legends told by village leaders feed science, because they are virtually the only records available on the presumed life of volcanoes.
In Hawaii, Madame Pele last year allowed a close relationship between scientists and the population of the District of Puna. Lava threatened the small town of Pahoa with its shops and schools. It also threatened to cut off Highway 130, the main artery of communication in this part of the Big Island. The story ended well as Madame Pele stopped the lava 155 meters from the road and spared the houses of Paoha.
Before the appearance of the lava flow – called June 27 because it was born on that day – the Paoha population had never heard of the technical vocabulary of volcanology. The people had never heard of inflation and deflation of the summit of Kilauea, tremor, nor breakouts. Their education was done quickly, which allowed them to better understand the behavior of the volcano, but also the difficulties encountered by HVO scientists to make predictions.
A very good reciprocity was established between the population and scientists who have always agreed to answer questions from the public about the path of lava flows. The best moments were undoubtedly yhe public meetings held between 24 August 2014 and the 22 January 2015 during which, before a packed house, HVO members presented maps and slides clearly illustrating the situation.

Coulées

La lave était une menace pour Pahoa à la fin de l’année 2014 (Source: USGS / HVO)

Japon : Un séisme artificiel pour mieux prévoir les éruptions // Japan : An artificial earthquake to better predict eruptions

drapeau francaisDes chercheurs de l’Université du Tohoku au Japon, ainsi que des responsables de l’Agence Météorologique Japonaise, ont déclenché artificiellement un séisme sur le Mont Zao (1841 m) qui se dresse à cheval sur les préfectures de Miyagi et Yamagata au nord du Japon. C’est un volcan actif dont la sismicité est en hausse depuis le puissant séisme de mars 2011.
Au cours d’une expédition sur le site la semaine dernière, l’équipe scientifique a fait exploser environ 200 kg de dynamite à l’intérieur d’un puits de 40 mètres de profondeur creusé sur le flanc de la montagne. Les chercheurs ont versé de l’eau à l’intérieur de l’orifice. Cette eau a ensuite été rejetée avec force par le blast provoqué par l’explosion.
Quelque 150 sismomètres positionnés sur le mont Zao ont mesuré les ondes produites par le séisme artificiel. Les ondes sismiques voyagent plus lentement au travers de l’eau, ce qui a permis aux scientifiques d’analyser des données au niveau des poches et voies d’eau chaude jusqu’à environ 2 km de profondeur. Ils ont déclaré qu’il est essentiel de trouver les emplacements d’eau chaude sur le volcan afin de prévoir où la prochaine explosion de vapeur aura probablement lieu.
Source: Tech Times.

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drapeau-anglaisResearchers from Japan’s Tohoku University, along with officials from the Japan Meteorological Agency, triggered an artificial earthquake on Mount Zao (1,841 m) which straddles Miyagi and Yamagata prefectures in northern Japan. It is an active volcano exhibiting more tremors since the powerful earthquake of March 2011.
Conducting a site survey last week, the team detonated about 200 kilograms of dynamite inside the 40-metre-deep hole dug on the side of the mountain. They poured water inside the hole, which was then spewed out with equal force from the simulated blast.
Around 150 seismometers positioned on Mount Zao measured the seismic waves produced from the artificial quake. Through water, seismic waves travel more slowly, enabling scientists to analyze data via hot water pools and pathways of up to around 2 kilometres underground. They said that it is key to find out the locations of hot water in order to predict where the next steam-blast explosion will likely take place.
Source: Tech Times.

Zao

Partie nord du Mont Zao  (Crédit photo: Wikipedia)

Nouvelles du Sakurajima et de l’Aso (Japon) // News of Sakurajima and Aso volcanoes (Japan)

drapeau francaisEntre le 14 et le 21 septembre, de petites explosions se sont produites dans le cratère Minamidake du Sakurajima. Le 16 et le 18 septembre, une explosion dans le cratère Showa a projeté des téphra jusqu’à 800 mètres de distance et l’incandescence était parfois visible de nuit au niveau du cratère Le niveau d’alerte reste à 3 (sur une échelle de 5).

L’éruption de l’Aso se poursuit au niveau du cratère Nakadake, avec des panaches de cendre qui peuvent atteindre environ 900 mètres de hauteur. Lors d’un survol, les scientifiques ont observé que les dépôts pyroclastiques produits par l’explosion du 14 septembre s’étendaient sur 3 km sur le versant SE du volcan. Le niveau d’alerte reste à 3 (sur une échelle de 5).
Source : Japan Meteorological Agency.

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drapeau anglaisBetween September 14th and 21st, small explosions occasionally occurred at Sakurajima’s Minamidake Crater. On September 16th and 18th, an explosion from Showa Crater ejected material as far as 800 metres, and incandescence from the crater was occasionally visible at night. The alert level remains at 3 (on a scale of 5).

The eruption of Aso continues at Nakadake Crater, with ash plumes that may rise about 900 metres high. During an overflight, scientists observed that pyroclastic-flow deposits from the September 14th explosion extended down the SE flank as far as 3 km The alert level remains at 3 (on a scale of 5).
Source : Japan Meteorological Agency.

Aso

Eruption de l’Aso le 14 septembre (Crédit photo: JMA)

Sakurajima-6-nov

Séquence éruptive sur le Sakurajima le 6 novembre 2014 (Crédit photo: JMA)