Tsunami de l’éruption aux Tonga: pourquoi les prévisionnistes se sont trompés // Tonga eruption tsunami : why forecasters were mistaken

L’éruption volcanique du 15 janvier aux Tonga a déclenché une onde de choc atmosphérique qui s’est propagée à une vitesse proche de lcelle du son, poussant devant elle de puissantes vagues à travers le Pacifique, jusqu’aux côtes du Japon et du Pérou, à des milliers de kilomètres.
Les modèles de prévision et les systèmes d’alerte, conçus principalement pour évaluer les vagues déclenchées par les séismes conventionnels, ont été déconcertés par l’événement de Tonga et ont donc commis des erreurs. Ils n’ont pas tenu compte de l’effet amplifiant de l’onde de choc. On se rend donc compte du point faible ces systèmes qui ont été incapables de prévoir avec précision à quel moment les vagues toucheraient terre.
L’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a déclenché un tsunami qui a détruit des villages et coupé les communications dans l’archipel des Tonga et ses 105 000 habitants. Trois personnes ont été tuées. Ce bilan est faible car la population est bien préparée pour faire face à un tsunami. Les habitants sont même probablement parmi les mieux préparés pour affronter les catastrophes naturelles, avec des années d’exercices tsunami: C’est pourquoi de nombreuses personnes ont su se réfugier sur des endroits plus élevés.
S’agissant du Pérou, le manque d’informations précises a peut-être contribué à la mort de deux personnes qui se sont noyées dans des vagues inhabituellement hautes, ainsi qu’à la marée noire majeure qui a souillé le littoral près de la raffinerie de La Pampilla.
Les scientifiques expliquent qu’ils doivent maintenant réévaluer le risque tsunami pour d’autres volcans dans le monde. Par exemple, ils pensaient que le volcan sous-marin Kick’em Jenny ne posait qu’un risque de tsunami pour l’île voisine de la Grenade, dans les Caraïbes. Mais la vague pourrait très bien affecter l’ensemble des Caraïbes et du golfe du Mexique, et peut-être même l’océan Atlantique à grande échelle, si un événement de type Tonga devait se produire.
Les tsunamis déclenchés par des éruptions volcaniques sont rares dans l’histoire moderne. L’onde de choc générée par le volcan des Tonga compte parmi les plus importantes jamais enregistrées; elle est similaire à celle produite par l’éruption du Krakatoa en 1883.
Avant le tsunami de 2018 qui a suivi l’éruption de l’Anak Krakatau, un tsunami déclenché par un volcan ne s’était pas produit dans l’océan depuis plus d’un siècle. A côté de cela, 90 % des tsunamis sont déclenchés par des séismes classiques. En conséquence, les systèmes d’alerte aux tsunamis sont programmés pour donner la priorité aux événements sismiques classiques. Les instruments disposés sur le plancher océanique surveillent les variations anormales de la hauteur des vagues; ils envoient des informations par balises de surface, puis par satellite, à un centre d’alerte pour évaluation.
Le Pacific Tsunami Warning Center à Hawaï a tout d’abord mis en garde contre des vagues dangereuses à moins de 1 000 km de l’éruption des Tonga. Cependant, leur bulletin émis par le Centre expliquait qu' »en raison de la source volcanique, nous ne pouvons pas prévoir l’amplitude des tsunamis ni jusqu’où le risque de tsunami peut s’étendre ». Quelque 10 heures plus tard, l’alerte a été mise à jour et incluait une menace possible pour le Pérou, une évolution surprenante étant donné que le tsunami près des Tonga était relativement faible.
Entraînées par la gravité, les vagues de tsunami se déplacent à environ 200 mètres par seconde. Cependant, l’onde de choc générée par le volcan des Tonga s’est déplacée à plus de 300 mètres par seconde et était si puissante qu’elle a fait résonner l’atmosphère comme le fait une cloche.
Grâce au transfert de cette énergie de l’atmosphère vers l’océan, l’onde de choc a amplifié les vagues océaniques dans le monde entier, les a repoussé plus loin et accéléré leur vitesse de déplacement, un phénomène pour lequel les centres d’alerte aux tsunamis se sont pas équipés.
Source : Reuters, Yahoo Actualités.

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The January 15th volcanic eruption in Tonga unleashed an atmospheric shockwave that radiated out at close to the speed of sound, pushing large waves across the Pacific to the shores of Japan and Peru, thousands of kilometres away.

Forecasting models and warning systems, designed primarily to assess earthquake-triggered waves were disconcerted by the tonga event. They did not account for the boosting effects of the shockwave. It was a critical flaw in these systems, leaving them unable to predict exactly when the waves would hit land.

The Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption triggered a tsunami that destroyed villages and knocked out communications for the South Pacific nation of about 105,000 people. Three people have been reported killed. However Tongans were well equipped to deal with the tsunami. They are also considered among the most prepared for natural disasters, with years of tsunami drills so that many people knew to evacuate to higher ground.

But for faraway Peru, for example, the lack of accurate information may have contributed to the death of two people who drowned in unusually high waves, as well as the major oil spill near La Pampilla refinery.

Experts say they need to re-evaluate tsunami hazards for other volcanoes around the world. For example, the Kick’em Jenny underwater volcano is thought to pose only a regional tsunami risk to the neighboring Caribbean island of Grenada. But it may very well affect the entire Caribbean and Gulf of Mexico, and possibly even the Atlantic and global oceans, if a Tonga-type event were to happen.

Volcano-triggered tsunamis have been rare in modern history, and the shockwave from Tonga’s volcano was among the largest ever recorded, similar to the one produced by the 1883 eruption of Krakatoa.

Prior to the 2018 tsunami that followed the eruption of Anak Krakatau, a tsunami set off by a volcano had not happened in the ocean in more than a century. Rather, 90 percent of tsunamis are triggered by earthquakes. As a consequence, tsunami warning systems are programmed to prioritize seismic events. Seafloor instruments monitor for irregular changes in wave height, sending information by surface buoy and then satellite to a warning centre for assessment.

The Pacific Tsunami Warning Center in Hawaii initially warned of dangerous waves within 1,000 km of the Tonga eruption. However, their bulletin noted that « due to the volcano source we cannot predict tsunami amplitudes nor how far the tsunami hazard may extend. » Roughly 10 hours later, the warning was updated to include a possible threat to Peru, a surprising development given that the tsunami near Tonga was relatively small.

Tsunami waves, driven by gravity, travel at around 200 metres per second. However, the shockwave from Tonga’s volcano moved at more than 300 metres per second and was so powerful that it caused the atmosphere to ring like a bell.

Through the transfer of this energy from the atmosphere to the ocean, the shockwave amplified ocean waves around the world, pushing them farther afield and accelerating their travel time – something tsunami warning centres were not equipped to handle.

Source: Reuters, Yahoo News.

L’éruption du 15 janvier 2022 vue depuis l’espace (Source: Japan Meteorological Agency)

Quelques réflexions sur l’éruption du Hunga Tonga Hunga Ha’apai (archipel des Tonga) // A few thoughts about the eruption of Hunga Tonga Hunga Ha’apai volcano

Dans mon Limousin natal, berceau de la superbe race bovine, il se dit que « c’est à la fin de la foire qu’on compte les bouses. ». C’est un peu la même chose en volcanologie. Faute de pouvoir prévoir les éruptions, on s’attarde sur leur bilan une fois que les événements sont terminés.

C’est exactement ce qui vient de se produire à l’occasion de l’éruption du volcan sous-marin Hunga Tonga Hunga Ha’apai dans l’archipel des Tonga.

Certes, on connaissait l’existence de ce volcan qui s’était déjà manifesté de manière spectaculaire en 2014 avec des gerbes cypressoïdes typiques des éruptions phréato-magmatiques. L’événement avait donné naissance à une île double qui émergeait à la surface de l’océan.

Le 19 décembre 2021, et le 13 janvier 2022, des séquences explosives avaient annoncé un réveil du volcan sous-marin. Et puis, le 15 janvier 2022, Badaboum! Sans que personne ne l’ai annoncée, une puissante explosion a secoué le Hunga Tonga Hunga Ha’apai, avec un très volumineux panache de vapeur et de cendre qui a grimpé jusqu’à une vingtaine de kilomètres de hauteur et s’est étalé sur quelque 260 km de diamètre.

Une onde de choc s’est propagée sur quasiment la moitié du globe terrestre. Elle a été ressentie en Alaska et même en France. On a, bien sûr, évoqué l’onde de choc provoquée en 1883 par l’éruption du Krakatau (Indonésie) qui avait fait 7 fois le tour de la planète. Un scientifique a précisé qu’ « on a l’habitude de dire que c’est l’équivalent de 10 000 bombes atomiques. »

Un tsunami a frappé tous les rivages du Pacifique, comme en Nouvelle Zélande, au Chili ou à Hawaii où des embarcations ont rompu leurs amarres. L’hypothèse la plus répandue est que le tsunami du 15 janvier a été déclenché par des effondrements dans la caldeira qui a provoqué l’éruption. De leur côté, les scientifiques japonais pensent qu’il a pu être causé par un changement soudain de pression atmosphérique dû à l’éruption.

Alors que personne n’a su prévoir l’éruption, on nous explique maintenant pourquoi elle a été si violente. Un scientifique de l’IRD a déclaré sur France Info: « Ce volcan est de type andésitique. Il est riche en silice et il a tendance à produire beaucoup d’explosions. L’eau se mélange au magma, c’est ce que l’on appelle une éruption phréato-magmatique. L’eau qui interagit avec le magma crée encore plus de gaz. » En somme, rien de plus que ce que l’on savait déjà.

Comme je l’ai indiqué précédemment, l’île double apparue en 2014 n’est que la partie émergée du volcan qui cache sous la surface de l’océan une grande caldeira de 4 à 6 kilomètres de diamètre. Cette caldeira montre que ce volcan a déjà connu des éruptions gigantesques par le passé. L’une d’elles aurait eu lieu il y a 1000 ans. Cela conduit déjà certains scientifiques audacieux à parler d’un cycle volcanique millénaire et la dernière éruption ferait donc partie de ce cycle. Facile à dire quand on est un être humain dont l’espérance de vie ne dépasse que rarement les 100 ans! Il n’y aura personne pour contredire aujourd’hui une telle affirmation.

L’éruption et le tsunami ont certes provoqué de gros dégâts dans les Tonga, mais ils n’ont heureusement tué personne, malgré la proximité de l’événement (65 km de la capitale, Nuku’alofa). Il semblerait que les deux seules victimes se trouvent au Pérou où des nageurs se sont noyés, surpris par des vagues anormalement hautes. Des vagues de 1,20 mètre ont déferlé sur la capitale des Tonga où les habitants ont déclaré avoir fui vers les hauteurs, laissant derrière eux des maisons inondées. Des bateaux et de gros rochers ont été rejetés sur le rivage; l’électricité et les communications ont été coupées. L’épais nuage éruptif a provoqué des retombées de cendres sur la capitale, avec une contamination de l’eau.

Aujourd’hui, le centre d’alerte aux tsunamis (Tsunami Warning Center) à Hawaii est en mesure d’alerter sur la progression des vagues mais, comme l’a fait remarquer un sismologue français, le tsunami provoqué par l’éruption du volcan tongien « a pris tout le monde de court. En effet, les systèmes d’alerte sont faits pour détecter les tsunamis provoqués par les séismes, les plus fréquents, et pas ceux dus à l’activité volcanique, beaucoup plus rares. » Là encore, il reste à faire de gros progrès.

On le sait depuis longtemps, la prévision volcanique n’est pas très élevée sur les volcans de type strombolien ou hawaiien, mais elle est quasiment nulle sur les volcans explosifs comme ceux de la Ceinture de Feu du Pacifique. Les trop nombreuses victimes du Krakatau, du Merapi, du Semeru (Indonésie) ou encore du Fuego (Guatemala) et du Mt Ontake (Japon) sont là pour nous inviter, nous autres pauvres humains, à la modestie et à l’humilité.

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The submarine volcano Hunga Tonga Hunga Ha’apai which has just erupted in the Tonga archipelago was not unknown. It had already erupted in a dramatic way in 2014 with the typical cypressoidal sheaves of phreato-magmatic eruptions. The event gave birth to a dual island which emerged on the surface of the ocean.
On December 19th, 2021, and January 13th, 2022, explosive sequences announced an awakening of the submarine volcano. And then, on January 15th, 2022, without anyone having announced it, a powerful explosion shook Hunga Tonga Hunga Ha’apai, with a very voluminous steam and ash plume which rose up to twenty kilometers in height and spread over some 260 km in diameter.
A shock wave spread over almost half of the globe. It was felt in Alaska and even in France. Many people reminded us of the shock wave caused in 1883 by the eruption of Krakatau (Indonesia) which circled the planet 7 times. A scientist added that « it was the equivalent of 10,000 atomic bombs. »
A tsunami hit all the shores of the Pacific Ocean, such as in New Zealand, Chile or Hawaii where boats broke their moorings. The mostaccepted hypothesis is that the January 15th tsunami was triggered by collpapses in the caldera that caused the eruption. For their part, Japanese scientists believe that it may have been caused by a sudden change in atmospheric pressure due to the eruption.
While no one knew how to predict the eruption, we are now being told why it was so violent. An IRD scientist told France Info: « This volcano is of the andesitic type. It is rich in silica and it tends to produce a lot of explosions. The water mixes with the magma. « It’s called a phreato-magmatic eruption. The water that interacts with the magma creates even more gas. » In short, this scientist did not say anything more than what we already knew.
As I put it before, the dual island that appeared in 2014 is only the emerged part of the volcano which conceals under the surface of the ocean a large caldera 4 to 6 kilometers in diameter. This caldera has revealed that this volcano already experienced gigantic eruptions in the past. One of them probably took place 1000 years ago. This is already leading some audacious scientists to speak of a millennial volcanic cycle and the latest eruption would therefore be part of this cycle. This is easy to say for a human being whose life expectancy rarely exceeds 100 years! There will be no one today to contradict such a statement.
The eruption and the tsunami certainly caused great damage in Tonga, but fortunately they did not kill anyone, despite the proximity of the event (65 km from the capital, Nuku’alofa). It seems that the only two victims were in Peru where swimmers drowned, surprised by abnormally high waves. Four-foot waves swept through Tonga’s capital where residents said they fled to higher ground, leaving flooded homes behind. Boats and large rocks washed ashore; electricity and communications were cut off. The thick eruptive cloud caused ash to fall on the capital, with water contamination.
Today, the Tsunami Warning Center in Hawaii is able to warn about the progress of the waves but, as a French seismologist pointed out, the tsunami caused by the eruption of the Tongan volcano « took everyone by surprise. Indeed, the warning systems are made to detect tsunamis caused by tectonic earthquakes, which are the most frequent, and not those due to volcanic activity, which are much rarer. » Here again, much progress remains to be made.
We have known for a long time that volcanic prediction is not very high on Strombolian and Hawaiian volcanoes, but it is almost nil on explosive volcanoes such as those along the Pacific Ring of Fire. The too many victims of Krakatau, Merapi, Semeru (Indonesia) or even Fuego (Guatemala) and Mt Ontake (Japan) are there to invite us, us poor humans, to modesty and humility.

Gerbe provoquées par l’éruption de 2014 (Source NASA)

Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai (Tonga): Faut-il s’attendre à d’autres éruptions? // Should we expect more eruptions?

L’éruption du volcan Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai le 15 janvier 2022 a été si violente qu’elle a envoyé des ondes de choc à travers quasiment la moitié du globe terrestre. Le site The Conversation apporte des informations très intéressantes sur l’éruption proprement dite et sur l’histoire de ce volcan.
Le volcan se compose de deux petites îles inhabitées, Hunga-Ha’apai et Hunga-Tonga qui s’élèvent à une centaine de mètres au-dessus du niveau de la mer, à 65 km au nord de la capitale des Tonga, Nuku’alofa. Mais sous la surface de la mer se cache un volcan beaucoup plus imposant, d’environ 1800 m de hauteur et 20 km de largeur.
Le volcan Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai est entré en éruption régulièrement au cours des dernières décennies. Lors des éruptions de 2009 et 2014-2015, il a propulsé d’impressionnantes gerbes cypressoïdes typiques des éruptions phréato-magmatiques. Cependant, ces éruptions étaient mineures et ont été largement éclipsées par les événements de janvier 2022. Si on se réfère à l’histoire du volcan, il semble que la dernière éruption majeure fasse partie d’une série d’événements qui se produisent environ tous les mille ans.
L’éruption de 2014-2015 a créé un cône volcanique qui a réuni les deux anciennes îles Hunga pour créer une île double d’environ 5 km de long.

Source: NASA

Lorsque les scientifiques ont cartographié le plancher océanique en 2016, ils ont découvert une caldeira qui se cache à 150 mètres de profondeur sous la surface de la mer. La caldeira mesure environ 5 km de diamètre.

 

Source: The Conversation

Les éruptions mineures (comme celles de 2009 et 2014-2015) se produisent principalement au bord de la caldeira, mais les très grosses éruptions naissent au coeur de la caldeira proprement dite. Ces grandes éruptions sont si importantes que le sommet de la colonne magmatique s’effondre vers l’intérieur de la caldeira et contribue à son approfondissement.
En étudiant la chimie des éruptions passées, on se rend compte que les éruptions mineures correspondent à la lente recharge du système magmatique et annonce le déclenchement d’un événement majeur.

Les scientifiques ont trouvé des preuves de deux énormes éruptions passées de la caldeira Hunga dans des dépôts sur les anciennes îles. Ils ont comparé les analyses chimiques de ces dépôts à des échantillons de cendres prélevés sur la plus grande île habitée de Tongatapu, à 65 km, puis ont utilisé des datations au Carbone 14; il s’avère que de grandes éruptions se produisent dans la caldeira environ tous les 1000 ans, la dernière ayant eu lieu vers 1100. Il semble donc que l’éruption du 15 janvier 2022 soit en plein dans le cycle des événements majeurs.
Les auteurs de l’article de The Conversation ont tenté de prévoir ce qui pourrait arriver par la suite à Hunga-Ha’apai et Hunga-Tonga. Les deux éruptions du 20 décembre 2021 et du 13 janvier 2022 étaient modérées. Elles ont généré des panaches qui se sont élevés jusqu’à 17 km et ont agrandi l’île double qui était apparue en 2014-2015.
La dernière éruption a montré une autre échelle de grandeur. Le panache de cendres est monté à environ 20 km de hauteur. Il s’est étendu de manière concentrique sur une distance d’environ 130 km par rapport au volcan, créant un panache de 260 km de diamètre. Cela démontre une énorme puissance explosive qui ne peut être expliquée par la seule interaction entre le magma et l’eau de mer. Cela montre que de grandes quantités de magma juvénile chargé de gaz se sont échappées de la caldeira.

Source: Tonga Services

L’éruption a également produit un tsunami à travers les Tonga et les Fidji et Samoa voisins. Les ondes de choc ont parcouru plusieurs milliers de kilomètres, ont été observées depuis l’espace et enregistrées en Nouvelle-Zélande à environ 2000 km.
Tous ces événements laissent supposer que la grande caldeira Hunga a repris du service. Les vagues de tsunami ont probablement été causées par des glissements de terrain sous-marins et des effondrements de la caldeira
Reste à savoir si l’événement du 15 janvier 2022 est le point culminant de l’éruption. Il représente la libération d’une importante pression magmatique, ce qui peut contribuer à stabiliser le système. Cependant, les dépôts géologiques des éruptions précédentes de ce volcan montrent que chacun des épisodes éruptifs millénaires majeurs de la caldeira incluait de nombreux événements explosifs. Il se pourrait donc que la dernière grande éruption ne soit pas un événement isolé et que de nouveaux épisodes majeurs d’activité se produisent pendant plusieurs semaines, voire des années sur le volcan Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai.
Source : The New Zealand Herald, The Conversation.

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The Hunga-Ha’apai and Hunga-Tonga eruption of January 15th, 2022 was so violent that it sent shock waves, quite literally, around half the world. The website The Conversation brings very interesting information about the eruption itself and about the history of this volcano.

The volcano consists of two small uninhabited islands, Hunga-Ha’apai and Hunga-Tonga, rising about 100 m above sea level 65 km north of Tonga’s capital Nuku‘alofa. But hiding below the waves is a massive volcano, around 1800 m high and 20 km wide.

The Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai volcano has erupted regularly over the past few decades. During eruptions in 2009 and 2014-2015, the volcano sent impressive cypressoid sheaves typical of phreato-magmatic eruptions. However, these eruptions were small and dwarfed in scale by the January 2022 events. Looking at the history of the volcano, it looks as if the last eruption is one of the massive explosions the volcano is capable of producing roughly every thousand years.

The 2014-2015 eruption created a volcanic cone, joining the two old Hunga islands to create a combined island about 5km long.

When scientists mapped the sea floor in 2016, they discovered a hidden caldera 150 meters below the waves. The caldera is about 5 km across. Small eruptions (such as in 2009 and 2014-2015) occur mainly at the edge of the caldera, but very big ones come from the caldera itself. These big eruptions are so large the top of the erupting magma collapses inward, deepening the caldera.

Looking at the chemistry of past eruptions, it is thought the small eruptions represent the magma system slowly recharging itself to prepare for a big event.

Scientists found evidence of two huge past eruptions from the Hunga caldera in deposits on the old islands. They matched these chemically to volcanic ash deposits on the largest inhabited island of Tongatapu, 65 km away, and then used radiocarbon dates to show that big caldera eruptions occur about ever 1000 years, with the last one at AD1100. With this knowledge, the eruption on January 15th, 2022 seems to be right on schedule for a major event.

The authors of the article in The Conversation tried to figure out what could happen next at Hunga-Ha’apai and Hunga-Tonga. The two earlier eruptions on December 20th, 2021 and January 13th, 2022 were of moderate size. They produced clouds that rose up to 17 km and added new land to the 2014-2015 combined island.

The latest eruption has stepped up the scale in terms of violence. The ash plume is already about 20 km high. It spread out almost concentrically over a distance of about 130 km from the volcano, creating a plume with a 260 km diameter, before it was distorted by the wind. This demonstrates a huge explosive power which cannot be explained by magma-water interaction alone. It shows instead that large amounts of fresh, gas-charged magma have erupted from the caldera.

The eruption also produced a tsunami throughout Tonga and neighbouring Fiji and Samoa. Shock waves traversed many thousands of kilometres, were seen from space, and recorded in New Zealand some 2000 km away.

All these signs suggest the large Hunga caldera has awoken. The tsunami waves may have been caused by submarine landslides and caldera collapses

It remains unclear if this is the climax of the eruption. It represents a major magma pressure release, which may settle the system. However, the geological deposits from the volcano’s previous eruptions show that each of the 1000-year major caldera eruption episodes involved many separate explosion events. Hence, the last big eruption might not be an isolated event and we could be in for several weeks or even years of major volcanic unrest from the Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai volcano.

Source: The New Zealand Herald, The Conversation.

https://theconversation.com/fr

L’onde de choc du Tavurvur : Approche scientifique // Tavurvur’s shock wave: A scientific approach

drapeau-francaisA l’issue de la diffusion de ma note sur l’éruption spectaculaire du Tavurvur en 2014 et l’apparition d’une puissante onde de choc, j’avais sollicité l’aide d’un physicien pour obtenir des explications plus précises. Voici les remarques de Philippe Thoré à qui j’adresse mes très sincères remerciements.

Elles se situent à plusieurs niveaux :

1 – Sur le phénomène « supersonique » :

L’apparition – vraiment très fugace – d’un nuage conique (de vapeur d’eau) lors du passage de l’onde de choc avec le nuage éruptif évoque vraiment le phénomène observé parfois autour d’un avion en vol supersonique :  apparition d’un cône très évasé (comme ici) dans le cas d’une vitesse peu supérieure à la célérité du son (le cône serait beaucoup plus « pointu » en cas de vitesse très élevée). Cela tend bien à confirmer que les matériaux ont été éjectés à vitesse supersonique !

2 – Sur la célérité de propagation de l’onde de choc :

Concernant la « terminologie », on fait habituellement une distinction entre le terme « vitesse », qui désigne la rapidité de déplacement d’un objet matériel (par exemple un avion ou un projectile), et le terme « célérité », qui désigne la rapidité de déplacement d’une « perturbation », objet immatériel qui peut être par exemple la lumière, la houle, une onde de choc ou le son. Les expressions « vitesse du son » ou « vitesse de la lumière » font donc systématiquement sourciller les physiciens…

Concernant l’expression classique « a franchi le mur du son » : on l’utilise habituellement pour exprimer qu’un objet matériel (avion, projectile) a atteint une vitesse supérieure à la célérité du son, étant entendu que l’on parle de la célérité du son dans la zone où se déplace l’objet.

Concernant la célérité de l’onde de choc observée ici, on peut naturellement décomposer très grossièrement l’événement en deux phases : les tout premiers instants suivant la libération de la poche de gaz, où le phénomène est « extrême » (surpression énorme), et la suite de l’événement, où l’onde de choc atténuée par la dispersion spatiale a une amplitude « modérée » ; bien entendu, la transition entre les deux phases est progressive. Dans la deuxième phase, l’onde de choc se propage essentiellement sous la forme d’un son, sans déplacement significatif de l’air « traversé » : la célérité de l’onde est la même que celle du son. Dans la première phase en revanche, les lois habituelles de propagation ne sont pas applicables : tout en se propageant, l’onde de choc s’accompagne d’un déplacement significatif de matériaux (gaz divers, cendre, voire roches et débris de toutes sortes) : sa célérité propre vient se superposer partiellement à la vitesse de projection des gaz ; il n’est donc pas étonnant que la célérité « apparente » de l’onde de choc soit légèrement plus élevée que celle du son.

Néanmoins, l’onde de choc n’étant pas « matérielle », on ne peut pas dire qu’elle a « franchi le mur du son », elle a simplement été momentanément plus rapide que le son « ordinaire ».

Concernant maintenant la vidéo, plusieurs réflexions me viennent :

 – le début de l’événement se situe entre les secondes 11 et 12 de la vidéo, du fait que la zone où se produit la libération de la poche gazeuse est sous la ligne d’horizon, à l’intérieur du cratère et donc invisible ; corroborant ce fait, il semble bien qu’une ombre très légère apparaît quelques dixièmes de seconde avant la montée bien visible du nuage éruptif, ce qui allonge le temps de propagation à prendre en compte : la durée réelle de propagation serait alors nettement au-dessus des 13 secondes, tout en restant inférieure à 14 secondes ;

– la célérité du son doit être très proche des 350 m/s, voire les dépasser, si l’air est proche de la saturation en vapeur d’eau (ce qui manifestement le cas ici) et si sa température approche les 30 °C ; or, avec 350 m/s, on obtient un peu moins de 14,3 secondes.

– l’écart entre le temps théorique et le temps réel est donc très inférieur aux 2 secondes, voire légèrement inférieur à une seconde ; en prenant un exemple, s’il y avait une seconde d’écart par rapport au temps de référence de l’ordre de 14 secondes, cela correspondrait à une erreur de l’ordre de 7 % ; …et une erreur de 7 % sur la distance de 5 km ne donne que 350 mètres d’erreur sur cette distance, ce qui ne me paraît pas vraiment significatif.

Il serait donc très difficile de s’appuyer sur l’aspect « sonore » du phénomène pour confirmer le caractère supersonique de l’éjection des matériaux !

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drapeau-anglaisAfter releasing my post on the dramatic eruption of Tavurvur in 2014 and the appearance of a powerful shock wave, I solicited the help of a physicist to obtain more precise explanations. Here are the remarks of Philippe Thoré to whom I extend my sincere thanks.
They include several levels:

1 – On the « supersonic » phenomenon:
The very fleeting apparition of a conical cloud (of water vapour) during the passage of the shock wave with the eruptive cloud evokes the phenomenon observed sometimes around a plane in supersonic flight: apparition of a cone in the case of a speed slightly greater than the speed of the sound (the cone would be much « sharper » in case of very high speed). This tends to confirm that the materials have been ejected at supersonic speed!

2 – On the propagation velocity of the shock wave:
As far as the « terminology » is concerned, a distinction is usually made between the term « speed », which refers to the speed of movement of a physical object (eg an aircraft or a projectile), and the term « velocity »which refers to the speed of movement of a « perturbation », an immaterial object which may be, for example, light, swell, shock wave or sound. The expressions « speed of sound » or « speed of light » are therefore not appreciated by physicists …

Concerning the classic expression « has crossed the sound barrier »: it is usually used to express that a material object (plane, projectile) has reached a speed superior to the velocity of sound, i.e. the velocity of sound in the area where the object is moving.

Concerning the velocity of the shock wave observed here, one can decompose the event very roughly into two phases: the very first moments following the release of the gas pocket, where the phenomenon is « extreme » (due to the huge overpressure), and the rest of the event, when the shock wave, attenuated by the spatial dispersion, has a « moderate » amplitude; Of course, the transition between the two phases is gradual. In the second phase, the shock wave propagates essentially in the form of a sound, without any significant displacement of the « crossed » air: the velocity of the wave is the same as that of the sound. In the first phase, however, the usual propagation laws are not applicable: while propagating, the shock wave is accompanied by a significant displacement of materials (various gases, ash, even rocks and debris of all kinds ): Its own velocity partially superimposes itself to the speed of projection of the gases. Thus, it is not surprising that the « apparent » velocity of the shock wave should be slightly higher than that of sound.

– Nevertheless, since the shock wave is not « material », it cannot be said that it has « crossed the sound barrier », it has simply been momentarily faster than « ordinary » sound.

Concerning now the video, several remarks can be made:
The event begins between 11 and 12 seconds in the video, because the zone where the release of the gas pocket occurs is below the horizon, inside the crater and therefore invisible ; confirming this fact, it seems that a very slight shadow appears a few tenths of a second before the visible rise of the eruptive cloud, which lengthens the propagation time to take into account: the actual duration of the propagation would then be clearly above 13 seconds, while remaining less than 14 seconds;
– the velocity of the sound must be very close to or even exceed 350 metres per second, if the air is close to the saturation of water vapour (which obviously is the case here) and if its temperature approaches 30°C ; however, with 350 m / s, we get a little less than 14.3 seconds.

The difference between the theoretical time and the real time is thus much less than 2 seconds, or even slightly less than one second. By taking an example, if there was a second deviation from the reference time of the order of 14 seconds, this would correspond to an error of the order of 7%; … and an error of 7% over the distance of 5 km gives an error of only 350 meters on this distance, which does not seem really significant.

It would therefore be very difficult to rely on the « sonic » aspect of the phenomenon to confirm the supersonic nature of the ejection of materials!

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Avion franchissant le mur du son (Crédit photo: Wikipedia)