Nouvel instrument de mesure sur le Kilauea (Hawaii) // New measuring instrument on Kilauea Volcano (Hawaii)

Dans sa dernière mise à jour, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, indique que le Kilauea n’est pas en éruption. L’alimentation du lac de lave dans l’Halema’uma’u a cessé et les émissions de SO2 et ont retrouvé le niveau qui était le leur avant la dernière éruption. Rien n’annonce en ce moment une reprise imminente de l’activité éruptive.

Bien qu’il n’y ait pas de lac de lave sur le Kilauea ces jours-ci, les scientifiques du HVO expliquent comment ils mesurent la hauteur d’un lac de lave actif.

Une nouvelle technique de mesure a été mise au point pour améliorer encore davantage le réseau permanent de surveillance volcanique. Il s’agit d’un prototype de télémètre laser à mesure continue – Continuous Laser Rangefinder (CLR) – qui a été installé au bord du cratère de l’Halema’uma’u le 26 décembre 2020 et est devenu pleinement opérationnel le 8 janvier 2021.

Ce nouvel instrument contrôle la dynamique du lac de lave avec une résolution encore jamais atteinte. Le CLR mesure en temps réel et en autonomie totale les variations de niveau du lac de lave en utilisant les propriétés de réflexion de la lumière à sa surface.

L’instrument est positionné sur la lèvre ouest de l’Halema’uma’u. Il est orienté vers le cratère avec une inclinaison de 32,57 degrés sous l’horizon. La plage de mesure actuelle est d’environ 733 mètres.

Le CLR transmet une impulsion laser toutes les secondes. Le laser de longueur d’onde de 1550 nanomètres est invisible et sans danger pour l’œil humain. Le faisceau laser s’élargit avec la distance, ce qui crée une empreinte cible d’environ 0,5 m de diamètre sur la surface du lac de lave à proximité des bouches qui étaient actives sur la paroi interne nord-ouest de l’Halema’uma’u.

Une diode réceptrice détecte les signaux laser réfléchis. Un microprocesseur calcule la distance jusqu’à la surface du lac au centimètre près en mesurant le temps mis par l’impulsion laser.

Un inclinomètre à l’intérieur de l’instrument mesure l’angle d’inclinaison du faisceau laser. L’angle du faisceau est utilisé pour calculer la hauteur de la surface du lac de lave par rapport à celle de l’instrument ? Ce dernier est parfaitement stable grâce à un solide trépied, ce qui améliore encore plus la précision des mesures. Ces dernières sont transmises en temps réel via le réseau radio numérique du HVO. .

Le télémètre a également été conçu pour fonctionner par mauvais temps et lorsque les émissions de gaz sont denses. Le Kilauea est un environnement hostile pour les instruments à cause des gaz volcaniques corrosifs, des téphras abrasifs, des fortes pluies, de la foudre et des projections lors des explosions. C’est pourquoi les composants optiques du CLR sont protégés par un boîtier très résistant.

L’instrument fonctionne à l’énergie solaire grâce aux stations photovoltaïques mobiles du HVO qui peuvent être rapidement déployées par hélicoptère.

Le CLR vient compléter d’autres types de données collectées régulièrement par les scientifiques du HVO sur le terrain. Toutefois, ces techniques offrent une couverture spatiale plus large que la mesure à point unique du CLR ; les mesures sont sporadiques et ont une marge d’erreur plus élevée.

Source : USGS/HVO.

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In its latest update, The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) indicaes taht Kilauea is not erupting. Lava supply to the Halema’uma’u lava lake has ceased and SO2 emissions have decreased to near pre-eruption background levels. There are currently no indications suggesting that a resumption of volcanic activity is imminent.

Although there is no lava lake on Kilauea these days, HVO scientists explain how they measure the lake’s height when it is active in a crater.

New technology has been implemented and is improving HVO’s permanent volcano monitoring network. The prototype Continuous Laser Rangefinder (CLR) gauge is one of the new instruments. It was installed on December 26th, 2020 and became fully operational on January 8th, 2021.

This newly-developed instrument monitors lava lake dynamics with unprecedented resolution. The CLR gauge autonomously measures lava lake elevation in real-time, using the light-reflecting properties of the lava surface.

The instrument is stationed on the western rim of Halema’uma’u Crater. It is aimed into the crater at an inclination of 32.57 degrees below the horizon. Current measurement range is about 733 metres.

The CLR gauge transmits a laser pulse every second. The 1550 nanometer wavelength laser is invisible and eye-safe. The laser beam broadens with distance, making a target footprint about 0.5 m diameter on the lava lake surface near the previously active vents on Halema’uma’u’s northwest wall.

A receiver diode senses laser signals reflected from downrange. A microprocessor calculates the distance to the lake surface within a centimetre by measuring the time of flight of the laser pulse.

An onboard inclinometer measures the slant angle of the laser beam. The beam angle is used to calculate vertical elevation of the lake surface below the surveyed instrument elevation. The instrument is stabilized by a sturdy tripod that improves measurement precision.

Real-time range measurements are telemetered via HVO’s digital radio network.

The quipment has laso been designed to work in foul weather and dense gas emissions. Kilauea is a harsh environment for instrumentation. Corrosive volcanic gas, abrasive tephra, heavy rainfall, lightning, and ballistic ejections are a threat to monitoring equipment. The CLR gauge optical components are protected by a custom enclosure.

The CLR gauge is solar powered by HVO’s flyaway photovoltaic stations, which are rapidly deployed by helicopter. The new instrument complements other types of data routinely collected by HVO scientists in the field. However, these techniques provide broader spatial coverage than the CLR’s single-point measurement; they ate are sporadic and have higher error.

Source : USGS / HVO.

Vue du CLR installé sur la lèvre du cratère de l’Halema’uma’u. On peut voir à droite en haut de l’image une vue éclatée du boîtier optique de l’instrument. (Source : USGS)

Hawaii : le HVO joue avec les mots // HVO is playing with the words

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, n’arrive visiblement pas à admettre qu’une éruption a pris fin sur le Kilauea; les volcanologues locaux disent chaque fois qu’elle s’est mise en pause ! C’est comme si les scientifiques de l’OVPF à La Réunion avaient refusé d’admettre que l’éruption du Piton de la Fournaise s’était terminée le 24 mai 2021 car ils savaient d’ores et déjà qu’une nouvelle éruption se produirait très probablement à plus ou moins long terme.

Lorsque la lave a cessé de sortir de la bouche qui perçait le flanc nord-ouest du cratère de l’Halema’uma’u, le HVO a écrit que l’éruption au sommet du Kilauea allait entrer dans un «luana iki», autrement dit un peu de repos, une manière poétique d’évoquer une pause dans l’activité éruptive.. Est-ce une honte d’admettre que l’éruption s’est arrêtée ?

Les scientifiques du HVO donnent de nombreuses explications pour justifier l’utiliation du mot «pause» au lieu du mot «arrêt». Les explications convaincront-elles tout le monde? Je n’en suis pas sûr! Voici ce qui a été écrit dans le dernier article «Volcano Watch»:

«Selon le HVO, la cause d’une « pause » est une interruption de l’alimentation magmatique du site éruptif ou de la bouche éruptive. Comment sait-on que l’éruption s’est arrêtée? C’est une question simple qui demande une réponse complexe dans le cas du Kilauea.

La couleur rouge de la lave en fusion est généralement facile à repérer, surtout la nuit, quand elle sort de la bouche éruptive. De la même façon, il est généralement facile de dire quand elle a arrêté de couler. Cependant, dans le cas du lac de lave du Kilauea, la bouche éruptive s’est recouverte d’une croûte avec le temps et la lave n’était plus visible. La meilleure façon de savoir si la lave continue à se déverser dans le cratère (sans pouvoir la voir) est de contrôler si le niveau de lave dans le lac continue de monter. Le cratère a la forme d’un cône inversé mais on ne dispose pas de repères physiques pour mesurer son volume. Le HVO mesure la distance à la surface du lac de lave à l’aide d’instruments télémétriques laser, puis a recours à l’algèbre, la trigonométrie et à l’informatique pour déterminer la profondeur, le volume et le débit d’alimentation.

Un autre paramètre qui montre qu’une éruption s’est arrêtée (mille excuses, s’est «mise en pause»!) est la quantité de SO2 émise par le volcan. Elle était assez élevée lorsque l’éruption a commencé mais elle a diminué rapidement après le 16 avril, moment où le niveau de la lave dans le lac a atteint celui de la bouche éruptive. Cet événement signalait que la lave plus froide et dégazée dans le lac avait recouvert la bouche éruptive.

Dans le même temps, on a observé une baisse du tremor qui est lié au mouvement du magma et au dégazage à l’intérieur du dike d’alimentation.

Pour terminer, la surface du lac de lave s’est recouverte d’une croûte dans sa totalité au moment où l’alimentation en lave a diminué et s’est arrâtée. La dernière activité de surface a été observée le 23 mai 2021.

Afin de trouver un peu d’espoir, les scientifiques hawaïens expliquent que de nombreuses éruptions du Kilauea ont connu de brèves pauses avant une reprise de l’activité sur les mêmes sites. Au vu des statistiques, la plupart des éruptions qui reprennent le font dans les trois mois après la pause. Attendons pour voir comment va se comporter le Kilauea ce coup-ci, mais je continuerai à écrire que l’éruption s’est arrêtée… au moins momentanément!

De la même manière, on est en droit de se demander s’il y avait un lac de lave au fond du cratère de Halema’uma’u. Pour les volcanologues, un lac de lave est une étendue de lave dont la surface est constamment animée par les courants de convection. Les meilleurs exemples sont les lacs de lave de l’Erta Ale (Ethiopie) ou du Nyiragongo (qui vient de se vider en République Démocratique du Congo). Au cours des dernières années, il y avait aussi un beau lac de lave dans le cratère du Pu’uO’o, et même dans l’Halema’uma’u avant l’éruption de 2018.

Le dernier «lac de lave» dans le cratère de l’Halema’uma’u était différent. Je préférerais l’appeler «mare de lave» ou, encore mieux, «accumulation de lave». L’alimentation de ce pseudo lac ne provenait pas du fond du lac, de sorte qu’il n’y avait pas de courants de convection. La surface de l’étendue de lave n’était pas – ou à peine – en mouvement. La lave coulait d’une bouche dans la paroi intérieure nord-ouest du cratère, de sorte que seule la moitié de l’étendue de lave était chaude, mais ne bougeait pas; l’autre moitié étant froide et inerte.

Après tout, comme dirait mon épouse, « lac de lave ou pas, ce n’est que de la lave au fond d’un trou » !

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The Hawaiian Volcano Observatory finds it very difficult to admit that an eruption has STOPPED on Kilauea; local volcanologists always say it has PAUSED. It is just as if the guys at OVPF on Reunion Island had refused to say the eruption of Piton de la Fournaise stopped on May 24th, 2021, knowing that another eruption would likely occur in the short term.

When lava stopped emerging from the vent on the NW flank of Halema’uma’u Crater, the Observatory suggested that Kilauea’s summit eruption was getting ready for a “luana iki” or little rest, a more poetic way of describing a pause in eruptive activity. Would it be a shame to say the eruption has stopped?

HVO scientists give a lot of explanations to justify the word “pause” instead of “stop”. Will the explanations convince everybody? I’m not sure! Here is what they wrote in the latest “Volcano Watch”:

“According to HVO, a “pause” is caused by an interruption in the supply of magma to the eruption site or vent. Now, how do we know the eruption has paused? That’s a deceptively simple question with a surprisingly complex answer in this situation.

Molten lava is glowing red and generally easy to spot erupting from the vent, especially at night. And, likewise, generally easy to tell when it’s stopped. However, in the case of the lava lake, the vent supplying the lava eventually crusted over and lava was no longer visible.

The best way to tell if lava is still filling the crater (without being able to see the lava) is to see if the level of lava in the lake is continuing to rise. The crater forms a natural measuring cup, except that it’s a very strange shape and it has no markings to use to measure volume. We measure the distance to the surface of the lava lake using laser rangefinder instruments and then apply some algebra, trigonometry, and a computer to find the depth, volume, and lava supply rate of the lava lake.”

Another indication that an eruption has stopped (sorry, has “paused”!) is the amount of SO2 emitted by the volcano. It was quite high when the eruption started but it declined precipitously after April 16th, coincident with the level of lava in the lake reaching the level of the vent. This relationship suggests that the colder, degassed lava within the lake essentially drowned the vent.

This period also saw a decrease in seismic tremor related to magma movement and degassing within the dike feeding the vent.

Finally, the top of the lava lake crusted over as the lava supply dwindled and stopped, with the last surface activity seen on May 23rd, 2021.

In order to find some hope, the Hawaiian scientists explain that many Kilauea eruptions undergo brief pauses then resume activity within the same vents. Statistically, most eruptions that resume do it within three months after pausing. Let’s see what happens with Kilauea this time…. But we can definitely say the eruption has STOPPED, at least momentarily !

In he same way, can we say there was a lava lake at the bottom of Halema’uma’u Crater? For volcanologists, a lava lake is an expanse of lava whose surface is constantly moved by convection currents. The best examples were the lava lakes at Erta Ale (Ethiopia) or at Nyiragongo (which has just drained in the Democratic Republic of Congo). In the pas years, there was also a nice lava lake within Pu’uO’o Crater and even in Halema’uma’u before the 2018 eruption.

The last “lava lake” in Halema’uma’u Crater was different. I would rather call it a “lava pond” or “lava accumulation.” The supply of lava was not from the bottom of the lake, so that there were no convection currents and the surface of the expanse of lava was not – or just a little – moving. Lava was pouring from a vent in the NW inner wall of the crater, so that only one half of the expanse of lava was hot, but not moving; the other have was rather cold and inert.

After all, like my wife would say, “Lava lake or not, it’s just lava in a hole”!

L’une des dernières images du pseudo lac de lave dans l’Halema’uma’u (Crédit photo : HVO)

Lac de lave plein à ras bord dans l’Halema’uma’u quelques semaines avant l’éruption de 2018 (Crédit photo : HVO)

Lac de lave dans le Pu’uO’o (Photo : C. Grandpey)

Nyiragongo (RDC) : quelques réflexions personnelles

Il n’y a toujours pas, à ma connaissance, confirmation de la vidange du lac de lave du Nyiragongo. Les retombées de cendres observées dans la région de Goma plaident toutefois en faveur de cette hypothèse.

 Je m’en tiens donc à la déclaration du directeur de l’Observatoire : « Il n’a pas été possible de voir à l’intérieur du cratère du volcan à cause du brouillard. Ce qui aurait permis de dégager deux hypothèses: la lave dans le cratère signifierait que les tremblements de terre équivaudraient à une nouvelle activité. Dans le cas contraire, ces tremblements voudraient dire que la terre est en train de reconstituer son équilibre. »

Le processus éruptif le plus fréquent du Nyiragongo est connu et assez facile à comprendre. On remarquera que lorsque la lave perce les flancs du volcan, les coulées démarrent généralement à basse altitude, avec une pente plus faible que vers le sommet. L’importante vitesse d’écoulement de la lave est avant tout due à un taux d’épanchement extrêmement élevé provoqué par la pression de la colonne magmatique à l’intérieur du volcan. Le volcan éclate un peu comme un fruit mûr.

En conséquence, il me paraît essentiel de donner la priorité au contrôle des zones de fractures qui entaillent les flancs du Nyiragongo. Observer le lac de lave depuis la lèvre du cratère, descendre sur les plateformes à l’intérieur, prélever de la lave dont la composition est largement connue, n’est pas inutile mais ne renseigne guère sur le comportement à venir du volcan. Il faudrait un séjour prolongé (plusieurs semaines ou plusieurs mois) ou – encore mieux – la présence de webcams pour bien analyser le comportement du lac de lave. Un bivouac de quelques jours n’est pas suffisant.

Comme je l’ai écrit précédemment, c’est la pression interne exercée par la colonne magmatique sur les parois du volcan qui détermine le déclenchement des éruptions. Pour mieux appréhender la réaction des flancs du volcan à cette pression, il serait intéressant de multiplier les instruments de mesures et autres capteurs. Les satellites sont aujourd’hui parfaitement en mesure de contrôler les déformations des flancs d’un volcan à partir des capteurs installés sur ses flancs. Cela suppose d’une part que l’Observatoire soit opérationnel, mais aussi  que les instruments ne soient pas vandalisés par les voyous qui traînent dans la région.

Le Nyiragongo est un volcan qui montre parfaitement à quel point prévision et prévention volcaniques se rejoignent.

Source : Wikipedia

Kilauea (Hawaii) : Un “lac de lave” dans le cratère de l’Halema’uma’u ? // A “lava lake” within Halema’uma’u Crater ?

Pour ceux qui ont eu la chance de voir les lacs de lave dans le Pu’uO’o ou dans l’Halema’ma’u avant l’éruption de 2018, ou ailleurs dans le monde (Nyiragongo, Erta Ale, par exemple), la lave qui mijote actuellement dans l’Halema’uma’u ne ressemble guère à un lac de lave. C’est plus une accumulation de lave qu’un lac. A mes yeux, un lac de lave n’est pas inerte ; sa surface se déplace, animée par des courants de convection, alors que rien de tel ne se produit actuellement au fond de l’Halema’uma’u. Comme je l’ai déjà écrit, il se peut que de tels mouvements apparaîtront si la surface de la lave s’élève au-dessus de la bouche d’alimentation, ce qui n’est pas le cas en ce moment.

Le HVO vient de publier une bonne image thermique de ce qu’il appelle un“lac de lave”. L’image thermique date du 1er février et a été prise lors d’un survol en hélicoptère. On peut voir que la partie orientale de la surface de l’accumulation de lave est solidifiée et que la surface active se limite principalement au côté ouest. Néanmoins, la lave parvient parfois à se frayer un chemin le long de la bordure orientale du lac. La partie ouest du pseudo lac est ‘perchée’ à plusieurs mètres au-dessus de sa base et est maintenue en place par un rempart de lave solidifiée. L’alimentation en lave se fait par une bouche sur le côté nord-ouest du cratère. Un débordement significatif a réussi à rompre la partie nord du rempart et s’est écoulé le long de la bordure nord du “lac” en direction de l’est. L’échelle de température est en degrés Celsius.

Au matin du 17 février 2020, la lave dans la partie active avait une profondeur d’environ 211 mètres. Il faudra que sa surface s’élève d’une cinquantaine de mètres pour qu’elle soit visible depuis la terrasse d’observation du Jaggar Museum. Ce n’est donc pas pour demain! Pour le moment, les inclinomètres au sommet du Kilauea ne montrent ni inflation ni déflation. Les émissions de SO2 atteignaient environ 1200 tonnes par jour le 16 février lors des dernières mesures, ce qui est inférieur à la quantité de gaz émis par le vrai lac de lave d’avant 2018. La sismicité reste élevée mais stable.

Source: USGS / HVO.

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To those who were lucky to see the previous lava lakes in Pu’uO’o or in Halema’ma’u before the 2018 eruption, or elsewhere in the world (Nyiragongo, Erta Ale, for instance), the current lava within Halema’uma’u hardly looks like a lava lake. It is moe an accumulation of lava than a lake. To my eyes a lava lake is moving, animated by convection currents, wheras no such thing is currently happening. As I put it before, movements might appear if the surface of the lava rises above the lava supplying vent, which is not the case right now.

HVO has just released a good thermal image of what it calls a lava lake. The thermal image dates back to February 1st and was taken during a helicopter overflight. One can see that he eastern part of the surface of the lava accumulation is solidified, with active surface lava mostly limited to the western side. Nevertheless, small ooze-outs of lava occasionally appear along the eastern lake perimeter. The western lake is perched several metres above its base, impounded by a levee of solidified lava. Lava erupts from a vent on the northwest side of the crater. A large overflow breached the northern levee and flowed along the northern lake margin towards the east. The temperature scale is in degrees Celsius.

As of the morning of February 17th, 2020, the lava in the western, active potion of the surface was about 211 metres deep. Its surface will have to rise by about 50 metres to become visible from the terrace of the Jaggar museum. This is not for tomorrow! At the moment, summit tiltmeters show neither inflation or deflation. SO2 emissions reached about 1,200 t/d  on Febryuary 16th, when the last measurements were made, which is below the range of emission rates from the pre-2018 real lava lake. Seismicity remains elevated but stable.

Source: USGS / HVO.

Source : USGS / HVO

Le lac de lave dans l’Halema’uma’u en 2015 (Crédit photo : HVO)

Lac de lave du Pu’uO’o en 2006 (Photo : C. Grandpey)