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Mesure de la gravité sur le Kilauea (Hawaii) // Gravimetry on Kilauea (Hawaii)

L’un des derniers articles ‘Volcano Watch’ du Hawaiian Volcano Observatory (HVO) était dédié à la mesure de la gravité, un paramètre intéressant sur le Kilauea et sur d’autres volcans actifs sur Terre. En effet, les mesures de gravité peuvent être utilisées pour déterminer comment est répartie la masse sous un volcan.

La gravimétrie, autrement dit la mesure de l’accélération de la pesanteur g en un point donné, est une méthode géophysique qui permet d’imager à différentes échelles la structure interne de la Terre. Elle consiste à étudier, de façon indirecte, les variations spatio-temporelles du champ de pesanteur terrestre liées à la distribution des masses au sein de la Terre, à proximité de la surface, voire en surface.

Sur le Kilauea, le HVO effectue des relevés de microgravité de routine pour surveiller l’activité volcanique et déterminer les variations de gravité. Ces fluctuations peuvent indiquer que le magma est en train de s’accumuler dans le réservoir. Les relevés révèlent de petits changements de gravité au fil du temps au niveau des « points de repère » (benchmarks en anglais) judicieusement répartis dans la zone sommitale du volcan.
Le réseau de surveillance gravimétrique du Kilauea comprend une cinquantaine de ces repères. Les relevés annuels de microgravité sont cruciaux pour savoir si l’inflation ou la déflation du volcan est causée par l’intrusion ou le retrait de magma.
Le HVO effectue ces relevés à l’aide de petits instruments de la taille d’une boîte à chaussures, les gravimètres relatifs. Une prise de mesure de la gravité consiste à mettre de niveau une petite plaque de base (moins de 30 cm de diamètre et 7,5 cm de hauteur) sur le sol, à placer le gravimètre sur ce support et à effectuer une mesure de cinq minutes. En plus de la gravité, des mesures de haute précision sont également effectuées à l’aide du GPS.
Les gravimètres sont extrêmement sensibles aux vibrations, de sorte que des surfaces dures et stables, comme des affleurements rocheux, sont nécessaires pour prendre une mesure.
En plus de suivre les variations de la gravité au fil du temps, les levés gravimétriques peuvent être utilisés pour cartographier la densité du sol sous la surface. Les levés Bouguer, nommés d’après un géophysicien français du 18ème siècle, mesurent la gravité à des centaines, voire des milliers d’emplacements à un moment donné et il n’est pas nécessaire d’effectuer un étalonnage reproductible de l’emplacement ou de la précision des levés de microgravité. Les levés Bouguer utilisent les mêmes gravimètres relatifs que ceux utilisés pour les levés en microgravité, mais les mesures sont liées à une « station de base » de référence, où la valeur réelle de la gravité a été déterminée de manière absolue.*
Alors que les levés en microgravité et ceux de Bouguer sont utilisés tous les deux pour déterminer la répartition de la masse sous un volcan, les levés en microgravité seuls sont utilisés pour modéliser les changements de ces paramètres, tandis que les levés Bouguer peuvent révéler les caractéristiques globales des matériaux en profondeur. Les modèles Bouguer bidimensionnels et tridimensionnels peuvent fournir des informations sur la structure géologique des volcans, y compris identifier des réservoirs magmatiques, des intrusions, des glissements de terrain et des effondrements, ainsi que des failles non exposées. Sur le Kilauea, ils ont également été utilisés pour définir les zones probables de circulation de fluides hydrothermaux. Ensemble, les données de microgravité et de Bouguer peuvent donner un aperçu de la structure du sous-sol et des changements au sein de cette structure.
Les levés Bouguer sont effectués sur le Kilauea depuis plus de 70 ans ; les deux dernières campagnes de mesures au sommet ont été réalisées en 2009 et 2020. Au cours du mois de janvier 2023, une équipe de trois personnes a mesuré la gravité au niveau de plus de 400 sites sur le sommet du Kilauea. Cette étude gravimétrique de Bouguer sera la première à étudier les changements importants liés à l’effondrement de la caldeira en 2018. Les résultats de ce levé gravimétrique seront utilisés pour affiner le modèle développé à partir de l’étude sismique prévue pour l’été 2023 au sommet du volcan.
Source : USGS, HVO.

* Le champ de pesanteur théorique en un point est calculé en première approximation à partir de la distance au centre de la Terre, puis on lui applique des corrections prenant en compte la rotation de la Terre sur elle-même, sa non-sphéricité (ellipsoïde), les écarts de densité du
sous-sol et les effets des marées terrestres.

On appelle anomalie gravimétrique de Bouguer, au point considéré sur l’ellipsoïde de référence, l’écart entre le champ de pesanteur terrestre mesuré et le champ de pesanteur théorique.

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One of the latest ‘Volcano Watch’ articles by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) was dedicated to the measurement of gravity, an interesting parameter on Kilauea and on other active volcanoes on Earth. Indeed, measurements of gravity can be used to determine how mass is distributed beneath a volcano.

Gravimetry, or the measurement of the acceleration of gravity g at a given point, is a geophysical method which makes it possible to image the internal structure of the Earth at different scales. It consists in studying, indirectly, the spatio-temporal variations of the Earth’s gravity field linked to the distribution of masses within the Earth, near the surface, or even on the surface.

At Kilauea, HVO performs routine microgravity surveys to monitor volcanic activity and to determine changes in gravity. Those changes can indicate whether magma is accumulating in a volcano’s magma reservoir.The surveys measure small gravity changes over time at “benchmarks” which are precisely controlled locations spread across the volcano’s summit area.

The Kilauea microgravity monitoring network includes about 50 benchmarks. Annual microgravity surveys are crucial in confirming whether ongoing uplift or subsidence is caused by magma intrusion or withdrawal.

HVO conducts these surveys using small, shoebox-sized instruments called relative gravimeters. A single gravity measurement consists of leveling a small baseplate (less than 30 cm in diameter and 7.5 cm tall) on the ground, placing the gravimeter on the baseplate, and making a five-minute measurement. Along with gravity, high-precision positions are also collected using GPS.

Gravimeters are extremely susceptible to vibration, so hard and stable surfaces, like solid rock outcroppings, are required to take a measurement.

In addition to tracking changes over time, gravity surveys can be used to map the density characteristics of the ground beneath the surface. These Bouguer surveys, named after an 18th-century French geophysicist, measure the gravity at hundreds to thousands of locations at a single point in time and do not need the repeatable location benchmarking or precision of microgravity surveys. Bouguer surveys use the same relative gravimeters that are used for microgravity surveys, but measurements are tied to a reference “base station,” where the actual value of gravity has been determined absolutely.*

While both microgravity and Bouguer surveys are used to determine how mass is distributed beneath a volcano , microgravity surveys are used to model changes in these parameters, whereas Bouguer surveys can reveal the overall characteristics of the materials at depth. Two-and three-dimensional Bouguer models can provide insights into the geologic structure of volcanoes including identifying magma reservoirs, intrusions, landslide and collapse piles, and unexposed faults. At Kilauea, they’ve also been used to define likely areas of hydrothermal fluid circulation. Together, microgravity and Bouguer data can see subsurface structure and changes within that structure.

Bouguer surveys have been a routine tool at Kilauea for more than seven decades, with the two most recent summit surveys performed in 2009 and 2000. Over the month of January 2023, a three-person team measured gravity at more than 400 locations around Kilauea’s summit. Their Bouguer gravity survey will be the first to address significant large-scale changes associated with the 2018 caldera collapse. Results from this gravity survey will be used to help refine the model developed from the anticipated summer 2023 Kīlauea summit seismic study.

Source : USGS, HVO.

* The theoretical gravity field at a point is calculated as a first approximation from the distance to the center of the Earth, then corrective terms are applied to it taking into account the rotation of the Earth on itself, its non-sphericity (ellipsoid), the differences in density of the
subsoil and the effects of the earth’s tides.
The Bouguer gravimetric anomaly, at the point considered on the reference ellipsoid, is the difference between the measured terrestrial gravity field and the theoretical gravity field.

Caldeira sommitale du Kilauea après l’effondrement de 2018 (Crédit photo: HVO)

Nouvelles de Vulcano (Iles Eoliennes) // News of Vulcano (Aeolian Islands)

Personne n’en parle, mais l’accès à la Fossa di Vulcano (Iles Eoliennes) reste interdit au public, avec de fortes amendes aux personnes qui braveraient l’interdiction.

Photo: C. Grandpey

S’agissant des mesures effectuées par l’INGV, la situation n’a guère évolué par rapport aux semaines précédentes. Voici le bilan proposé le 20 décembre 2022 concernant les mesures effectuées entre le 12 et le 18 de ce même mois ;

– Température des fumerolles au niveau du cratère : elles restent stables à des valeurs élevées, autour de 370°C.

– Emissions de CO2 dans la zone du cratère : Elles se situent à des valeurs élevées avec une moyenne quotidienne de 2781 g/m2 pour le mois de décembre en cours.
– Emissions de CO2 à la base du cône de La Fossa et dans la zone de Vulcano Porto : Les émissions enregistrés sur le site de Camping Sicilia montrent des valeurs supérieures à la normale. Le site Palizzi montre des valeurs moyennes, tandis que des valeurs proches de la normale sont enregistrées sur le site de Faraglione.

Source: INGV

– Emissions de SO2 dans la zone du cratère : elles demeurent à un niveau moyen-élevé mais en diminution.

Source: INGV

– Sismicité : Faible à l’échelle locale. En revanche l’activité sismique se poursuit dans un secteur de la mer à l’ouest de l’île.
– Déformations : Rien de significatif.

S’agissant des prévisions, l’INGV n’écarte aucune possibilité et énumère les risques observés généralement sur ce type de volcan : augmentation du dégazage fumerollien ; élévation de la température des gaz ; augmentation de la sismicité et des déformations ; apparition de phénomènes explosifs tels que des explosions phréatiques. Persistance du danger lié aux émissions de CO2 au niveau des sols dans les zones les plus vulnérables où le gaz est susceptible de s’accumuler.

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Nobody is talking much about it, but access to the Fossa di Vulcano (Aeolian Islands) remains forbidden to the public, with heavy fines for those who defy the ban.
With regard to the measurements carried out by INGV, the situation has hardly changed compared to the previous weeks. Here is the report suggested on December 20th, 2022 concerning the measurements carried out between the 12th and the 18th of this month;
– Temperature of the fumaroles at the crater: they remain stable at high values, around 370°C.
– CO2 emissions in the crater area: they are at high values with a daily average of 2781 g/m2 for the current month of December.
– SO2 emissions in the crater area: they remain at a medium-high level but are decreasing.
– CO2 emissions at the base of the La Fossa cone and in the Vulcano Porto area: the emissions recorded at Camping Sicilia show values higher than normal. The Palizzi site shows medium values, while values close to normal are recorded at the Faraglione site.
– Seismicity: Low locally. On the other hand, seismic activity continues in a sea area to the west of the island.
– Deformation: Nothing significant.

As far as predictions are concerned, INGV does not rule out any possibility and lists the risks generally observed on this type of volcano: increase in fumarollian degassing; rise in gas temperature; increased seismicity and deformation; occurrence of explosive phenomena such as phreatic explosions. Persistence of the danger related to CO2 emissions at ground level in the most vulnerable areas where the gas is likely to accumulate.

Stromboli à nouveau dans la boue !

Stromboli est de nouveau envahie par la boue après la pluie tombée ces dernières heures. Les rues et les dépendances des maisons, ainsi que certaines installations touristiques, sont de nouveau aux prises avec la boue, les cailloux et les détritus qui sont descendus de la montagne. C’est toujours la conséquence du violent incendie qui a ravagé la végétation sur le flanc nord-est du volcan.le 25 mai dernier pendant le tournage. de la fiction de la RAI sur la Protection civile. Le maire a activé tous les moyens nécessaires pour nettoyer les ruelles où il est actuellement pratiquement impossible de circuler.

J’ai écrit plusieurs notes (12 , 13 et 28 août 2022) expliquant la situation de l’île suite à cet incendie, ainsi que la lenteur, voire l’indifférence, des autorités siciliennes quant à la prise de mesures efficaces.

Source: La Sicilia.

Flanc NE du Stromboli le 26 mai 2022 (Crédit photo: Protection civile)

Stromboli : une île à l’abandon? // Stromboli: an abandoned island?

La double catastrophe – incendie en mai et coulées de boue en août – dont a été victime l’ile de Stromboli continue à faire des vagues. Comme je l’ai écrit précédemment, la population de l’île est furieuse contre l’inaction des autorités siciliennes. Elle vient d’être soutenue par section d’Agrigente de l’association Mareamico. Tout le monde s’accorde pour dire que la catastrophe environnementale aurait pu être évitée. Comme l’a dit son président, « une fois encore on a tendance à souligner le caractère exceptionnel de l’événement climatique alors que le vrai problème est l’abandon de Stromboli. »

L’incendie de fin mai qui a détruit la végétation sur l’île a mis la terre à nu et, avec la pluie diluvienne, elle est descendue de la montagne et la boue a envahi les zones habitées. Selon Mareamico, « après l’incendie il y a eu trois mois pour intervenir et sécuriser l’île. Rien n’a été fait et aujourd’hui on assiste passivement une catastrophe environnementale sans précédent. »
La boue qui a envahi Stromboli a également mis au jour des erreurs du passé. Ainsi, une décharge à ciel ouvert jamais contrôlée, au-dessus d’une plage, est descendue avec la boue jusqu’à la mer, emportant avec elle plastique, déchets et débris de toutes sortes. C’est inacceptable pour Stromboli, une île inscrite au patrimoine mondial de l’UNESCO avec les autres îles éoliennes. L’association Mareamico va s’attaquer à tous les choix stratégiques et environnementaux, à commencer par l’usine de compactage des déchets urbains sur la plage près du port de Scari, un scandale qu’il faut régler au plus vite en trouvant une solution plus adéquate.

Mareamico prévient le prochain président de la région de Sicile, quelle que soit sa couleur politique, que la bataille de l’association pour sauver Stromboli de la négligence et de l’abandon sera implacable jusqu’à ce que soit mis en place un plan stratégique environnemental et de sécurité adapté à son caractère exceptionnel. Cela passe avant la recherche de responsabilités, même s’il faudra rembourser les habitants de Stromboli pour les dommages matériels et immatériels subis lors des coulées de boue du 12 août, au plus fort de la saison touristique. Le président de Mareamico a déclaré: « L’amour de Mareamico pour la Sicile nous oblige à être une vigie attentive au délicat équilibre environnemental de sa mer, une ressource infinie à protéger.»

Source: La Sicilia.

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The double disaster – a wildfire in May and mudslides in August – suffered by the island of Stromboli continues to make waves. As I have put it before, the population of the island is furious at the inaction of the Sicilian authorities. It has just been supported by the Agrigento section of the Mareamico Association. Everyone agrees that the environmental disaster could have been avoided. As its president said, « once again we tend to emphasize the exceptional nature of the climatic event when the real problem is the abandonment of Stromboli.  »
The wildfire at the end of May which destroyed the vegetation on the island left the land bare and, together with the torrential rain, it descended from the mountain and the mud invaded the inhabited areas. According to Mareamico, « after the fire there were three months to intervene and secure the island. Nothing was done and today we are passively witnessing an unprecedented environmental disaster. »
The mud that invaded Stromboli also exposed past mistakes. Thus, an uncontrolled open dump, above a beach, descended with the mud to the sea, carrying with it plastic, waste and debris of all kinds. This is unacceptable for Stromboli, an island listed as a UNESCO World Heritage Site along with the other Aeolian Islands. The Mareamico association will tackle all the strategic and environmental choices, starting with the urban waste compaction plant on the beach near the port of Scari, a scandal that must be resolved as quickly as possible by finding a more adequate solution.
Mareamico warns the next president of the region of Sicily, whatever his political color, that the association’s battle to save Stromboli from neglect and abandonment will be relentless until a strategic plan of environment and safety is put in place, adapted to its exceptional character. This goes before the search for responsibilities, even if it will be necessary to reimburse the inhabitants of Stromboli for the material and immaterial damage suffered during the mudslides of August 12th, at the height of the tourist season. The President of Mareamico said: « Mareamico’s love for Sicily compels us to be an attentive watchtower of the delicate environmental balance of its sea, an infinite resource to be protected. »
Source: La Sicilia.

Stromboli après l’incendie (Source: presse italienne)