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Neige et ressources en eau sur Terre // Snow and Earth’s water resources

L’eau est une ressource essentielle sur Terre. Sans eau, la vie serait impossible. Cependant, seule une fraction de l’eau que l’on trouve sur Terre, soit 3% seulement, est de l’eau douce, et une proportion de 70% de cette eau douce est inaccessible, car elle est prisonnière des glaciers, de la banquise et des neiges éternelles. Il sera intéressant d’observer l’impact du changement climatique sur les chutes de neige, l’accumulation de cette neige, ainsi que ses effets sur les réserves d’eau de la planète.
La NASA a récemment lancé une nouvelle mission destinée à étudier la neige qui se trouve sur la planète et sa relation avec l’eau disponible immédiatement. Baptisée SnoxEx, la mission s’étalera sur plusieurs années et s’effectuera depuis les airs. Son objectif est d’améliorer les méthodes utilisées pour mesurer l’épaisseur et le volume de neige à la surface de la Terre. En testant  les équipements et les techniques de calcul de la quantité d’eau contenue dans la couverture neigeuse, les scientifiques espèrent mieux comprendre comment les fluctuations dans l’accumulation de neige affectent l’accessibilité à l’eau dans le monde entier, que ce soit pour l’agriculture, l’électricité ou l’eau potable.
Les scientifiques de la NASA collaboreront avec des dizaines de leurs collègues aux États-Unis, au Canada et en Europe. Un objectif de la mission est de trouver et d’affiner les meilleures techniques de mesure de la neige et de déterminer comment elles peuvent cohabiter. Comme le manteau neigeux contient généralement de 40 à 95 pour cent d’air, sa teneur en eau est calculée en mesurant sa masse ou  bien sa profondeur et sa densité.
Les satellites surveillent depuis des dizaines d’années l’enneigement saisonnier, mais ils ne sont pas capables de mesurer avec précision la quantité d’eau piégée dans la neige au travers de différents types de paysages enneigés. En particulier, il leur est difficile de mesurer précisément les zones forestières et on pense que les évaluations antérieures ont sous-estimé de 50% le stockage de l’eau dans la neige.

D’autres études utilisant des technologies d’analyse à distance ont également illustré de façon incomplète le stockage de l’eau dans la neige. Les fréquences micro-ondes ne peuvent pas détecter la neige quand elle est partiellement fondue, et le LIDAR est incapable de pénétrer les nuages, ce qui limite son utilité pour analyser les accumulations de neige.
Pour surmonter ces limites techniques, SnowEx rassemblera ses données à l’aide de capteurs multiples intégrant des technologies émergentes telles que celles utilisant l’altitude et la gravité, ainsi que des méthodes plus conventionnelles comme la spectroscopie, le radar et la radio-détection. Au total, cinq avions dotés de 10 capteurs différents permettront aux scientifiques d’analyser la couche neigeuse en fonction des différents types de terrains et des différents types de neige.
Les scientifiques travailleront également sur le terrain dans deux sites du Colorado: le Grand Mesa et le Senator Beck Basin. Les données recueillies au cours des observations sur le terrain seront confrontées aux résultats fournis par les capteurs à bord des avions et les résultats aideront à déterminer les objectifs de la mission SnowEx dans les années à venir. Elles permettront peut-être d’aider au développement futur de satellites capables de détecter les volumes de neige depuis l’espace.
Source: Live Science.

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Water is an essential resource on Earth. Without water, life would be impossible. However, only a fraction of Earth’s water, a mere 3 percent, is freshwater, and about 70 percent of that freshwater is inaccessible, locked up in glaciers, ice and permanent snow cover. With climate change going on, it will be interesting to observe its impact on snowfall, snow accumulation and then its impact on the water reserves of the planet.

NASA recently launched a new initiative to investigate the planet’s snow and the relationship of this snow to readily available liquid water. The aim of the SnowEx multiyear airborne research campaign is to improve methods used to measure snow depth and volume. By testing equipment and techniques for calculating the amount of water contained in snow cover, scientists hope to improve their understanding of how fluctuations in snow accumulation affect water accessibility worldwide, for agriculture, power and drinking.

NASA experts will collaborate with dozens of scientists from across the U.S., Canada and Europe. A goal of the campaign is to find and refine the best snow-measuring techniques and determine how they could work together. Because snowpack is typically 40 to 95 percent air, water content is calculated by either measuring the snowpack’s mass or establishing its depth and density.

Satellites have monitored seasonal snow cover from space for decades, but they can’t accurately measure the amount of water trapped in snow across different types of snow-covered landscapes. Accurately measuring forest areas is particularly challenging, and prior evaluations are thought to have underestimated water storage in snow by as much as 50 percent.

Other surveys using remote-scanning technologies also painted an incomplete picture of water storage in snow. Microwave frequencies cannot detect snow when it is partly melted, and LIDAR is unable to penetrate clouds, limiting its usefulness to track snowstorm accumulations.

To overcome these technical limitations, SnowEx will gather its data with multiple sensors, incorporating emerging technologies such as those that use altitude and gravity sensing, together with more conventional methods like spectroscopy, radar and radio sensing. A total of five aircraft deploying 10 different sensors will allow scientists to adjust scanning options in response to different terrains and different types of snow.

Scientists will also work on the ground at two Colorado sites: Grand Mesa and Senator Beck Basin. Data collected during fieldwork will serve to verify the findings provided by remote-sensing aircraft, and the results will help to determine SnowEx goals in the coming years — perhaps even informing the future development of satellites capable of detecting snow volume from space.

Source: Live Science.

Les satellites ont des difficultés pour détecter le volume de neige dans un tel paysage au Canada (Photo: C. Grandpey).

Du Kilauea (Hawaii) à Io, la lune de Jupiter // From Kilauea Volcano (Hawaii) to Io, Jupiter’s moon

drapeau-francaisAu début du mois de décembre 2016, des scientifiques de l’USGS et de la NASA se sont rendus sur le Kilauea pour tester un système de caméra portable fonctionnant comme pyromètre d’imagerie optique. La caméra haute vitesse mise au point pour ce travail est capable d’acquérir plus de 50 images par seconde dans trois longueurs d’onde (verte, rouge et proche infrarouge). Elle a  été calibrée en recueillant les images d’un four d’étalonnage à haute température.
Au cours de leur travail sur le terrain, les scientifiques de l’USGS et de la NASA ont recueilli des milliers d’images de la lave émise par les deux éruptions du Kilauea : les sorties de lave le long de la coulée 61g, et les projections en bordure du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u.
La température de la lave du Kilauea est bien connue ; elle atteint environ 1 171°C au sommet et autour de 1 140°C sur l’East Rift Zone. De ce fait, le volcan est l’endroit idéal pour calibrer la caméra avec les températures fiables des coulées actives et du lac de lave.
Les résultats de cette étude permettront de valider une méthode générique de traitement des données applicable à d’autres ensembles de données de télédétection par satellite, avion et sur terre. Le but ultime de cette recherche financée par la NASA est de concevoir un instrument capable de mesurer de façon fiable la température de la lave active sur Io, la lune de Jupiter, le seul autre objet de notre système solaire connu pour avoir un volcanisme actif à haute température.
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisIn early December 2016, USGS and NASA scientists visited Kilauea Volcano to experiment with a portable, ground-based camera system for use as an optical imaging pyrometer. The custom-built, high-speed camera can acquire images at more than 50 frames per second in three wavelengths (green, red, and near-infrared). It was calibrated by collecting images of a high-temperature calibration oven.

During their field work, the USGS and NASA scientists collected thousands of images of active lava from Kilauea’s two ongoing eruptions. This included breakouts along the 61g lava flow, as well as spattering lava along the edges of the Halema’uma’u lava lake.

The eruption temperature of Kilauea lava is well-known—up to about 1,171°C degrees at the summit and around 1,140°C on the East Rift Zone. Because of this, the volcano is the perfect place to determine how these camera data can be used to retrieve reliable temperatures from the hottest parts of active flows and lava lakes.

The results of this study will establish the validity of a generic data processing method that could be applied to other satellite, airborne, and ground-based remote sensing data sets. The ultimate goal of this NASA-funded research is to design an instrument capable of reliably measuring the temperature of active lava on Jupiter’s moon, Io, the only other object in our solar system known to have active, high-temperature volcanism.

Source: USGS / HVO.

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Lac de lave et coulées permettront de calibrer la caméra.

(Photos: C. Grandpey)

 

Du volcan Kilauea à la Planète Rouge // From Kilauea Volcano to the Red Planet

drapeau-francaisEn septembre 2016, la simulation d’une mission d’atterrissage sur la planète Mars a eu pour cadre le volcan Kilauea. L’expérience faisait partie du programme Biologic Analog Science Associated with Lava Terrains (BASALT).de la NASA.  Le programme BASALT se compose d’un groupe international de 65 scientifiques, ingénieurs, informaticiens et astronautes dont la mission est l’exploration humaine de Mars à l’aide de robots. L’un des principaux objectifs de BASALT est d’examiner comment les humains peuvent effectivement explorer la surface de Mars pour y détecter des signes de vie, et de comprendre l’histoire géologique de la Planète Rouge.
Le Kilauea offre des paysages qui ne sont pas vraiment ceux de la planète Mars, mais ils s’en rapprochent. La région du Mauna Ulu sur l’East Rift Zone a été choisie comme zone d’atterrissage et d’exploration de Mars.
L’équipe scientifique du programme BASALT a installé un poste de contrôle de la mission à l’intérieur du camp militaire du Kilauea. La transmission bidirectionnelle de la voix, des vidéos et des données a été établie entre ce centre de commandement et l’équipe sur le terrain composée de deux membres qui ont effectué des échantillonnages en simulant, dans le secteur du Mauna Ulu, les conditions d’une mission sur Mars. Par exemple, les communications ont été établies avec une latence de 15 minutes pour imiter les délais de transmission imposés par la grande distance entre la Terre et Mars.
Outre la simulation des conditions de mission sur Mars, le programme BASALT a également testé diverses plates-formes scientifiques mobiles, des dispositifs portatifs pour déterminer la température et la composition des roches, ainsi que des technologies de pointe pour la transmission et l’affichage des vidéos et des données.
Le HVO a cautionné le projet BASALT en acceptant d’installer des antennes relais sur le toit de sa tour d’observation du cratère de l’Halema’uma’u.
Les volcans hawaïens ont toujours occupé une place prépondérante dans la formation des astronautes américains. Dans les années 1960 et 1970, la NASA a utilisé divers sites du Kilauea et les hautes pentes du Mauna Kea pour enseigner la volcanologie aux astronautes des missions Apollo et pour les préparer aux missions lunaires.

Plus récemment, la NASA, en collaboration avec l’Université d’Hawaï, a conduit des expériences pour étudier la faisabilité de longs séjours sur Mars.
De 2008 à 2012, des missions ont testé sur le Mauna Kea les méthodes d’extraction de l’oxygène et de l’eau de la cendre volcanique. Depuis 2012, le programme Hawaiii Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) a organisé des missions d’isolement de longue durée dans lesquelles des équipes scientifiques ont passé jusqu’à un an à l’intérieur d’un dôme géodésique situé sur le Mauna Loa.
Avant le programme BASALT sur le Kilauea, l’équipe scientifique de la NASA a effectué une autre simulation d’atterrissage sur Mars en 2015 sur le site des Cratères de la Lune dans l’Idaho.
L’équipe scientifique du programme BASALT espère retourner à Hawaï en 2017 pour répéter la mission dans un autre secteur du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisA simulated Mars landing mission unfolded on Kilauea Volcano for two weeks in September 2016. The work was part of NASA’s Biologic Analog Science Associated with Lava Terrains (BASALT) program. BASALT consists of an international group of 65 scientists, engineers, computer scientists and astronauts dedicated to furthering the human-robotic exploration of Mars. One of the main objectives of the BASALT research program is to examine how humans can effectively explore the surface of Mars for life and to understand the geologic history of the Red Planet.

Kilauea Volcano offers landscapes that are not perfect analogs for Mars, but come quite close. The Mauna Ulu region on the east Rift Zone has been targeted as the Mars landing and exploration area.

The BASALT team also set up a Science Mission Control at Kilauea Military Camp. Two-way voice, video and data streaming was established between this command center and the field team, which consisted of two crew members who conducted field sampling under simulated Mars mission conditions around Mauna Ulu. These communications were delayed by up to 15 minutes to mimic transmission latencies due to the great distance between Earth and Mars.

In addition to simulating Mars mission conditions, the project also evaluated the use of various mobile science platforms, hand-held devices to determine temperature and composition of rocks, and cutting-edge video and data display technologies.

The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) supported the BASALT project by hosting communication relay antennae in its observation tower.

Hawaiian volcanoes have featured prominently in the training of American astronauts for decades. In the 1960s and 1970s, NASA used various locations on Kilauea and the high slopes of Mauna Kea to teach Apollo astronauts volcanology and prepare them for what they might encounter on the surface of the Moon.

More recently, NASA, along with the University of Hawaii, has conducted experiments to advance the feasibility of long-term human habitation on Mars.

From 2008 to 2012, international campaigns carried out on Mauna Kea tested methods of extracting oxygen and water from volcanic cinder. Since 2012, the Hawai‘i Space Exploration Analog and Simulation, or HI-SEAS, program has conducted long-duration isolation missions in which crews spend up to a year inside a geodesic dome located on the slope of Mauna Loa.

Prior to the BASALT program at Kilauea Volcano, the NASA team conducted another simulated Mars landing in 2015 at the Craters of the Moon National Monument in Idaho.

The BASALT team hopes to return to Hawaii in 2017 to repeat the mission in another area of Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Vue du Mauna Ulu (Photo: C. Grandpey)

 

Mission à haute altitude au-dessus d’Hawaii // High altitude mission above Hawaii

drapeau-francaisDepuis la fin janvier et jusqu’à la fin du mois de février 2017, la NASA effectue une campagne de collecte de données à haute altitude au-dessus de l’archipel hawaiien avec un avion ER-2. Cet aéronef est un avion de reconnaissance U-2 qui a été modifié pour recueillir des données scientifiques à haute altitude. Plusieurs projets pluriannuels financés par la NASA utiliseront ces données pour étudier les récifs coralliens et les processus volcaniques.
Les données seront également utilisées pour permettre la mise au point d’un futur instrument satellitaire d’observation de la Terre baptisé Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). Si la NASA obtient le financement nécessaire, l’instrument fournira des informations cruciales pour l’étude des écosystèmes de la planète, ainsi que des événements liés aux catastrophes naturelles, comme les éruptions volcaniques, les feux de forêt et la sécheresse.
Pour reproduire les données recueillies par les capteurs d’observation de la Terre à bord des satellites, l’ER-2 naviguera à une altitude d’environ 20 000 mètres (au-dessus de 95% de l’atmosphère terrestre) avec une série d’instruments conçus pour mesurer la lumière réfléchie et émise en centaines de longueurs d’onde distinctes. Ces données donneront des informations quantitatives sur la composition de surface, la texture et la température du sol. Ces informations, couplées à des mesures sur le terrain, permettront également aux scientifiques d’étudier toute une gamme de processus atmosphériques, géologiques et écologiques dans le but de mieux comprendre notre environnement naturel et comment notre environnement réagit face aux activités humaines.
Sur la Grande Ile d’Hawaï, en collaboration avec les scientifiques du HVO et du National Park Service, les chercheurs effectuent des travaux sur le terrain et recueillent des données. Ils utilisent ces données pour étudier (1) les liens entre la santé de la végétation et les émissions de gaz volcanique; (2) les anomalies thermiques volcaniques; (3) la composition et l’évolution chimique des panaches de gaz du Kilauea; (4) les processus et les risques volcaniques tels que l’activité des coulées de lave.
Les objectifs de cette mission et les projets de recherche scientifique connexes sont de caractériser les principaux processus volcaniques, tels que la vitesse d’ascension du magma vers la surface, la quantité de lave émise quotidiennement par le Kilauea et l’interprétation des précurseurs possibles d’une éruption. Les conclusions devraient permettre aux scientifiques d’informer la Protection Civile et le public avant, pendant et après les éruptions futures.
Les chercheurs qui travaillent sur le projet Volcan utilisent également les images pour mieux étudier la composition du panache de gaz qui s’échappe du Kilauea et son évolution au fur et à mesure qu’il se déplace. Une partie clé du projet est de voir comment ce panache affecte la qualité de l’air à Hawaï. Par exemple, les chercheurs utiliseront les nouvelles données pour déterminer avec précision la vitesse à laquelle le dioxyde de soufre émis par le volcan se transforme en aérosol, autrement dit comment il se combine avec d’autres composés pour former des particules susceptibles d’être nocives pour la santé humaine.
Sources: NASA, USGS.

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drapeau-anglaisFrom late January through February 2017, NASA is conducting a high-altitude airborne remote sensing data collection campaign over the State of Hawai‘I with an ER-2 aircraft.

This aircraft is a modified U-2 reconnaissance plane designed to collect scientific data at high altitudes. Several NASA-funded, multi-year projects will use these data to study coral reefs and volcanic processes.

The data will also be used to help develop a future Earth observing satellite instrument called the Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). If funded, the instrument will provide crucial information for studying the world’s ecosystems, as well as natural hazard events, such as volcanic eruptions, wildfires and drought.

To replicate the characteristics of data collected by Earth observing sensors aboard orbiting satellites, the ER-2 will cruise at an altitude of about 65,000 feet (above 95% of Earth’s atmosphere) with a diverse suite of instruments designed to measure reflected and emitted light in hundreds of distinct wavelengths. Such data give quantitative information about surface composition, texture and temperature of the ground. This information, combined with field-based measurements, enables scientists to study a variety of atmospheric, geologic and ecological processes to better understand our natural environment and how our environment responds to human activities.

On the Island of Hawaii, with the support of Hawaiian Volcano Observatory scientists and the National Park Service, research scientists are conducting field work and collecting data. They are using these data to investigate (1) links between vegetation health and volcanic gas emissions; (2) volcanic thermal anomalies; (3) the composition and chemical evolution of volcanic gas plumes from Kilauea Volcano; and (4) active volcanic processes and hazards, such as surface lava flow activity.

The overarching goals of this mission and the related scientific research projects are to characterize key volcanic processes, such as the rate of magma ascent to the surface, the amount of lava being erupted per day at Kilauea, and interpretation of possible eruption precursors. Lessons learned should help scientists inform emergency response agencies and the public before, during, and after future eruptions.

The researchers who are working on the volcano project are also using the images to better study the composition of the gas plume that arises from Kilauea, and how it changes as the plume spreads out. A key part of the project is looking at how the plumes affect Hawaii’s air quality. For example, one question the volcano researchers are trying to answer with the new data is exactly how quickly the sulfur dioxide gas that the volcano emits becomes aerosolized, meaning it combines with other compounds to form particulate matter, which can be harmful to human health.

Sources : NASA, USGS.

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Avion ER-2 de la NASA. (Crédit photo : NASA)

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Vue du panache de gaz émis par le Kilauea (Photo: C. Grandpey)