Séismes et répliques // Earthquakes and aftershocks

Nous ne savons pas prévoir les séismes, mais nous savons qu’ils sont généralement suivis de répliques, souvent moins puissantes que le séisme principal. Ainsi, dans les 10 jours qui ont suivi le séisme de magnitude M 5,0 près de Pāhala (Hawaii) le 14 octobre 2022, il y a eu six répliques de magnitude M 3,0 et plus, et une centaine de répliques de magnitude M 2,0 et plus à moins de 10 km de l’épicentre. Bien que la plupart des répliques soient moins violentes que la secousse principale, elles peuvent toujours causer des dégâts et des victimes. De plus, leur ressenti par la population peut être source d’angoisse. Les statistiques montrent que 5 % des séismes sont suivis d’un nouvel événement plus important. Dans ce cas, les premiers séismes sont dits ‘précurseurs’ et l’événement le plus puissant devient le séisme principal.
Pour aider la population à faire face aux répliques, l’USGS publie des prévisions incluant le jour, la semaine, le mois et l’année suivants. Sont indiqués :
– le nombre prévu de répliques pouvant être ressenties (M 3.0 et M 4.0 ou plus)
– la probabilité de répliques suffisamment puissantes pour potentiellement causer des dégâts (M 5.0 et plus)
– la probabilité de futurs séismes modérés (M 6.0) à importants (M 7.0).
Ces prévisions sont automatiquement diffusées aux Etats Unis après la plupart des séismes de M 5,0 et plus. Les premières prévisions sont émises 20 minutes après le séisme principal et elles sont mises à jour 74 fois au cours de la première année. Les prévisions sont mises à jour régulièrement car la fréquence des répliques varie avec le temps. Cette fréquence diminue généralement, même si elle augmente parfois temporairement après une réplique plus importante. En conséquence, les prévisions sont mises à jour pour rester en phase avec l’évolution de la fréquence des répliques. Les mises à jour intègrent également des informations sur le comportement de chaque séquence de répliques.
En plus de fournir les informations essentielles sur un séisme et ses répliques, l’USGS rappelle aux personnes concernées la conduite à tenir en cas de séisme : « s’accroupir, se protéger et se tenir à quelque chose » (« Drop, Cover and Hold on »). De plus, si les gens ressentent un puissant séisme alors qu’ils sont à la plage ou dans une zone basse, ils doivent immédiatement se déplacer vers un point haut en raison du risque de tsunami.
Les prévisions prennent en compte trois propriétés statistiques bien connues des séquences de répliques : 1) les répliques les plus importantes produisent d’autres répliques, 2) les répliques plus petites sont plus fréquentes que les plus importantes et 3) le nombre de répliques diminue à peu près proportionnellement au temps écoulé depuis la secousse principale. Les prévisions initiales utilisent des paramètres pour la région concernée ou des régions géologiques similaires dans le monde. Par exemple, à Hawaii, les prévisions initiales utilisent des observations de volcans océaniques semblables dans le monde. Le HVO met ensuite ces paramètres à jour en observant le comportement spécifique de chaque séquence de répliques.
A Hawaii, les séismes sont difficiles à analyser car les séquences sismique d’origine volcanique générées par les mouvements du magma ou les éruptions sont beaucoup plus compliquées et ne répondent pas forcément aux trois propriétés de réplique simples décrites ci-dessus.
Pour en savoir plus sur les prévisions de répliques de l’USGS, il suffit de cliquer sur ce lien : https://earthquake.usgs.gov/data/oaf/
Source : USGS/HVO.

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We don’t know how to predict earthquakes, but we do know that they are always followed by additional – usually less powerful – earthquakes, called aftershocks. For instance, in the 10 days after the M 5.0 earthquake near Pāhala (Hawaii) on October 14th, 2022, there were 6 aftershocks with magnitude M 3.0 and greater, and over 100 M 2.0 and greater aftershocks within 10 km of the epicenter. While most aftershocks are smaller than the mainshock, they can still be damaging or deadly and feeling many smaller earthquakes can cause emotional distress. However, 5% of earthquakes are followed by a larger earthquake, in which case the earlier earthquakes are referred to as foreshocks and the new largest one becomes the mainshock.

To help people deal with aftershocks, the USGS issues aftershock forecasts for the next day, week, month, and year that provide:

-The expected number of aftershocks that may be felt (M 3.0 and M 4.0 or greater)

-The probability of aftershocks large enough to potentially do damage (M 5.0 and greater)

-The probability of future moderate (M 6.0) to large (M 7.0) earthquakes.

These forecasts are automatically issued after most M 5.0 and larger earthquakes in the United States. The first forecast is issued 20 minutes after the mainshock and they are updated 74 more times during the first year. Forecasts are updated regularly because the rate of aftershocks changes with time, generally decreasing, although sometimes temporarily increasing after a larger aftershock. Therefore, the forecasts are updated to keep current with the changing aftershock rate. The updates also incorporate information about the behavior of each aftershock sequence.

In addition to providing basic information about an earthquake and its aftershocks, the USGS reminds everyone to “Drop, Cover, and Hold On” during an earthquake. Moreover, if people feel a strong earthquake while at the beach or in a low-lying area, they should immediately move to higher ground because of the risk of a tsunami.

The aftershock forecasts combine three well-studied statistical properties of aftershock sequences: larger mainshocks produce more aftershocks, smaller aftershocks are more common than larger ones, and the rate of aftershocks declines about in proportion to the time that has passed since the mainshock. The initial forecasts use parameters for that region or similar geologic regions around the world. For instance, in Hawaii the initial forecasts use observations from similar oceanic volcanoes around the world. Those parameters are then updated as HVO geologists observe the specific behavior of each aftershock sequence.

Earthquakes in Hawaii are difficult to analyse because volcanic earthquake sequences driven by changes in magma movement or eruptions are far more complicated than can be described by the three simple aftershock properties described above.

To learn more about the USGS aftershock forecasts, people can click on this link : https://earthquake.usgs.gov/data/oaf/

Source: USGS / HVO.

Graphique montrant la séquence sismique enregistrée à Pāhala en octobre 2022. La secousse principale de magnitude M 5,0 est représentée en bleu, tandis que les répliques apparaissent en jaune et rouge (couleur en fonction de leur heure d’occurrence). [Source: USGS.]

Prévision de la trajectoire des coulées de lave // How to predict the path of lava flows

Les volcans effusifs avec leurs longues et spectaculaires coulées de lave ne sont pas les plus dangereux au monde. Ils sont bien moins menaçants que leurs homologues explosifs dont les coulées pyroclastiques peuvent détruire des villages entiers et tuer leurs habitants.
L’éruption actuelle du Piton de la Fournaise à La Réunion est tout à fait inoffensive. La lave coule calmement à l’intérieur de l’Enclos qui est une zone désertique.

Cependant, les coulées de lave peuvent devenir un danger si elles se dirigent vers des zones habitées. Il est peu probable qu’elles tuent des personnes, mais elles peuvent endommager ou même détruire des bâtiments et des maisons d’habitation. C’est la raison pour laquelle la prévision de la trajectoire empruntée par les coulées de lave peut être très importante dans certaines parties du monde. Par exemple, lorsque des coulées de lave dévalent les flancs du Kīlauea ou du Mauna Loa, les habitants d’Hawaii et les services d’urgence veulent savoir à quoi s’attendre.
Lors de l’éruption du Kilauea en 2018, la lave émise par 24 fractures a recouvert plus de 3 200 hectares dans le district de Puna et plus de 700 structures ont été détruites. Ces chiffres soulignent la nécessité de prévoir l’avancée des coulées de lave pour aider la Protection Civile, les habitants et le personnel de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO).
Des prévisions très précises pour d’autres risques naturels tels que les ouragans, les inondations, la sécheresse et même la propagation du vog (brouillard volcanique) du Kilauea sont désormais monnaie courante. La prévision de la trajectoire emprunté par les coulées de lave pourrait également s’avérer très utile.
La réussite des prévisions pour les autres risques naturels repose sur la capacité à simuler des flux d’eau ou d’air. Même si le mouvement de ces fluides est généralement beaucoup plus complexe que celui de la lave, nous avons beaucoup plus d’informations sur le comportement de l’eau et de l’air que sur celui de la lave en tant que matériau. En effet, nous ne pouvons pas voir à l’intérieur d’une coulée de lave pour observer ce qui se passe sous la surface, alors que c’est possible pour l’eau et l’air. [NDLR: De la même façon, au cours de ma conférence sur les glaciers, je fais souvent remarquer que l’étude de leur comportement est plus facile que celui du magma car tout se passe en surface].
Les chercheurs appliquent les principes de la dynamique des fluides aux coulées de lave depuis plus de 40 ans, mais la plupart des simulations sont trop lentes à mettre en place lors d’une crise éruptive, quand on veut vraiment savoir quelle direction la lave va emprunter et à quel moment elle atteindra une zone précise.
Pour essayer de répondre à cette question, les scientifiques du HVO prévoient depuis de nombreuses années la trajectoire globale des coulées de lave en utilisant le principe de la pente la plus raide. Dans de nombreux cas, ces prévisions fonctionnent assez bien; cependant, cette méthode ne peut pas déterminer à elle seule quand la lave atteindra une certaine zone. Elle prévoit la trajectoire de la lave, mais ne prend pas en compte sa vitesse, ni la longueur finale de la coulée.
Pour essayer de répondre à ces questions, les scientifiques de l’USGS ont mis au point un nouveau modèle de prévision des coulées de lave basé sur la simulation de la lave pendant qu’elle s’écoule à travers la topographie réelle, tout en se refroidissant et en se solidifiant. Ce modèle est conçu avec une physique simplifiée mais réaliste; il permet de réaliser en quelques minutes sur un ordinateur portable la simulation de 24 heures de progression de la lave.
Cependant, une seule simulation de ce type ne fournit pas suffisamment d’informations. En l’exécutant plusieurs fois avec une gamme d’entrées de données, on obtient de bien meilleurs résultats. Il s’agit d’une technique couramment mise en oeuvre dans la prévision de conditions météorologiques extrêmes telles que les ouragans et elle fait aujourd’hui partie des techniques de pointe dans la recherche sur les risques volcaniques. Les scientifiques du HVO s’efforcent de produire des ensembles à l’aide de ce nouveau modèle. Leur but est de prévoir avec succès les zones menacées par la lave lors des prochaines éruptions.
Bien que nous ignorons encore beaucoup de choses sur le comportement d’un volcan, nous sommes capables de faire des prévisions à court terme. Ces prévisions, même sur de courtes périodes, donnent aux personnes susceptibles de se trouver sur la trajectoire des coulées de lave la possibilité de se préparer à d’éventuelles évacuations.
Source : USGS, HVO.

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Effusive volcanoes with their long and spectacular lava flows are not known as the most dangerous volcanoes in the world. They are far less threatening than their explosive counterparts whose pyroclastic flows can destroy whole villages and kill their inhabitants.

The current eruption of Piton de la Fournaise on Reunion Island is definitely harmless. Lava flows calmly within the Enclos which is a desert area.

However, lava flows can become a danger if they head towards populated areas. They are unlikely to kill people but thay can damage or even destroy structures and houses. This is the reason why forecasting the path of lava flows can be very important in some parts of the world. For instance, when lava flows break out on the flanks of Kīlauea or Mauna Loa, Hawaii residents and emergency agencies want to know what to expect.

During the 2018 Kilauea eruption, lava from 24 fissures inundated more than 3,200 hectares of land in the Puna District and more than 700 structures were destroyed. Such figures highlight the need for forecasting the advance of lava flows to help emergency managers, residents, and Hawaiian Volcano Observatory (HVO) staff.

Highly accurate forecasts for other natural hazards such as hurricanes, flooding, drought, and even the spread of vog from Kilauea are now commonplace. Forecasting the route taken by lava flows might also prove very useful.

The most successful forecasting efforts for other natural hazards rely on the ability to simulate flows of water or air. Even though the motion of these fluids is typically much more complex than that of lava, we know a great deal more about water and air than lava as a material. We can’t see inside a lava flow to observe what is happening below the surface the way we can for water and air.

Although researchers have been applying the principles of fluid dynamics to lava flows for more than 40 years, most simulations are too slow to use during a crisis when we really want to know where the lava headed and when it will reach a certain area.

To help answer that question, HVO scientists have for many years forecasted the general path of lava flows using the principle of steepest descent. In many cases, these forecasts have worked really well; however, this method can’t by itself determine when lava will reach a certain area because it predicts only the route, not the speed or the flow’s final length.

To help answer these questions, USGS scientists are developing a new lava flow forecasting model based on the simulation of lava as it flows across real topography while cooling and solidifying. This model is designed with simplified, but realistic physics, enabling the simulation of 24 hours of lava advance in as little as a couple of minutes on an ordinary laptop.

However, a single simulation does not provide much information. By running it many times with a range of inputs, the collection of all these models can give a much better idea of the range of possible outcomes. This has been a common practice in forecasting hazardous weather such as hurricanes for many years and is now the cutting edge in volcanic hazards research. HVO scientists are investigating how to produce ensembles using this new model, with the goal of successfully forecasting lava inundation during future eruptions.

Although there is a great deal we do not know about what a volcano is about to do, we can make some short-term forecasts based on what is currently happening. These forecasts, even over short periods of time, give people in the path of lava flows the ability to plan and get ready for possible evacuations.

Source: USGS, HVO.

Coulée de lave sur le Kilauea en 2018 (Crédit photo: HVO)

 

Exemple de simulation de l’avancée d’une coulée de lave émise par la Fissure 22 lors de l’éruption du Kīlauea en 2018. Les contours de couleur montrent le front de coulée de lave par incréments d’une heure. La simulation a prévu l’entrée dans l’océan au bout de 22 heures. C’est à peu près le temps qu’a mis la lave dans la réalité. (Source: USGS)

Islande : la lave va-t-elle déborder et atteindre une route? // Iceland : will lava overflow and reach a road?

Nous ne sommes pas encore en mesure de prévoir les éruptions et il semble que nous ne soyons pas non plus en mesure de prévoir la trajectoire que peut emprunter une coulée de lave. Comme je l’ai déjà écrit, la lave dans la Meradalir menace de déborder dans une vallée adjacente et d’atteindre la Suðurstrandavegur, la Route 427 qui longe la côte sud de la péninsule de Reykjanes entre Grindavík et Ölfus.
Les scientifiques islandais expliquent que la lave n’a pas encore commencé à déborder de la vallée de Meradalir, mais ce n’est qu’une question de temps. Elle se trouve actuellement au niveau d’un col – le Meradalaskarð – où elle atteint huit mètres d’épaisseur. Il suffirait d’un mètre de plus pour qu’elle déborde dans la vallée. Le 10 août 2022, les scientifiques ont estimé qu’un tel événement pourrait se produire en quelques heures, mais jusqu’à présent, le niveau de la lave a augmenté plus lentement que prévu.
Ce qui intrigue les scientifiques, c’est que la lave a décidé de couler dans d’autres directions depuis qu’elle s’est rapprochée du col. Ils sont forcés d’admettre que « la façon dont la lave s’écoule est aléatoire ». Des langues se détachent du lac de lave formé à la source, et le 11 août, la lave s’écoulait principalement dans le voisinage immédiat du cratère, vers l’ouest et le nord. En conséquence, les scientifiques ne sont pas en mesure de dire si la lave débordera de la vallée « demain ou dans une semaine ».
Par mesure de précaution, le Département de Protection civile construira probablement des barrages pour essayer d’empêcher la lave d’atteindre la Route 427. De tels barrages ne sont que des mesures temporaires, mais de tels obstacles sur le chemin de la lave ont connu un certain succès en 2021 lors de la précédente éruption.
Source : médias d’information islandais.

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We are not yet able to predict eruptions and it looks as if we are not able either to predict the route a lava flow can take. As I put it before, lava in Meradalir threatens to overflow in a valley and reach Suðurstrandavegur, a road that runs along the south coast of the Reykjanes peninsula between the municipalities of Grindavík and Ölfus.

Local scientists say that lava has yet to start flowing out of the Meradalir valley, but it is just a matter of time. Lava is currently at a mountain pass called Meradalaskarð where it has reached a height of eight metres. Should it rise a metre or higher, it will overflow the valley. On August 10th, 2022, scientists estimated that this could happen over the course of a few hours, but so far, the lava level has been rising slower than anticipated.

What puzzles the scientists is that the lava has been flowing in other directions since it got close to the pass. Scientists need to admit that « the way the lava flows is random ». Tongues are breaking off from the lake of lava at the source and on August 11th the lava was mostly flowing in the immediate vicinity of the crater, mostly to the west and the north. As a consequence, it is not possible for scientists to say whether the lava will overflow the valley “tomorrow or in a week

As a precaution, the Department of Civil Protection will likely build deflecting dams to prevent lava from flowing onto Rte. 427. Such dams are only temporary measures, but experiments erecting these barriers in the path of oncoming lava were successful in 2021 during the previous eruption.

Source: Icelandic news media.

Digue érigée lors de l’éruption de 2021 (Photo: C. Grandpey)

Islande : réouverture prochaine du site éruptif et quelques réflexions // Iceland : upcoming reopening of the eruptive site and some thoughts

La Protection Civile islandaise vient d’indiquer que le site de l’éruption sera de nouveau ouvert aux visiteurs le mardi 9 août 2022 à partir de 10 heures. En effet, les conditions météorologiques devraient s’améliorer dans les prochaines heures. Hier, des touristes qui n’étaient pas au courant de la fermeture sont repartis fort déçus.

D’après les images fournies par les webcams, l’éruption continue de manière relativement stable dans la Meradalir, à partir de la fissure d’environ 150 m de longueur.

Contrairement à l’éruption de 2021, les scientifiques islandais se font très discrets cette année quant aux pronostics. Il est vrai qu’en 2021, l’éruption a pris fin beaucoup plus rapidement que prévu. Les volcanologues locaux pensaient qu’elle pourrait durer des mois, voire, des années. Au bout de quelques semaines seulement, la lave a décidé de plier bagages.

Début août 2022, la prévision éruptive a été relativement bonne. Il est vrai que les instruments avaient bien montré la présence d’une intrusion magmatique à faible profondeur. On a pu se rendre compte de l’aide précieuse apportée à la fois par les sismomètres et par le système satellitaire InSAR pour la détection de la déformation du sol. Dans une note publiée le 3 août 2022, j’écrivais que »selon la dernière analyse du Met Office islandais (IMO), la probabilité d’une éruption dans la région de Fagradalsfjall dans les jours ou semaines à venir est à prendre en compte. » En fait, ce sont seulement quelques heures plus tard que la lave a pointé le bout de son nez dans la Meradalir.

Il est, bien sûr, impossible de faire des prévisions sur l’évolution et la durée de l’éruption. Se limitera-t-elle à la fracture actuelle? D’autres fractures sont-elles susceptibles de s’ouvrir comme en 2021? Personne ne le sait.

Les analyses chimiques de la lave permettront peut-être de répondre à une question que je me pose : L’éruption actuelle est-elle un événement isolé, indépendant, ou bien est-elle la suite – avec quelques mois d’écart – de l’éruption de Fagradalsfjall qui a eu lieu à proximité du site éruptif actuel?

En attendant d’avoir la réponse, profitons du spectacle!

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The Icelandic Civil Protection has just indicated that the site of the eruption will be open to visitors again on Tuesday August 9th, 2022 from 10 am. Indeed, the weather conditions should improve in the next few hours. Yesterday, tourists who were not aware of the closure left very disappointed.
According to the images provided by the webcams, the eruption continues in a relatively stable manner in Meradalir, from the 150-meter-long fissure.
Unlike the 2021 eruption, Icelandic scientists are keeping a low profile this year about predictions. In 2021, the eruption ended much faster than expected. Local volcanologists thought it could last for months or even years. After only a few weeks, the lava decided to pack up.
At the beginning of August 2022, the eruptive prediction was quite good. The instruments had clearly shown the presence of a magma intrusion at shallow depth. We were able to realize the valuable help provided by both seismometers and the InSAR satellite system for detecting ground deformation. In a post published on August 3rd, 2022, I wrote that « according to the latest analysis by the Icelandic Met Office (IMO), the probability of an eruption in the Fagradalsfjall area in the coming days or weeks is to be taken into account.  » In fact, it was only a few hours later that lava pierced the surface in Meradalir.
It is, of course, impossible to make predictions about the evolution and duration of the eruption. Will it be limited to the current fissure? Are other fissures likely to open as in 2021? No one knows.
The chemical analyzes of the lava will perhaps make it possible to answer a question that I ask myself: Is the current eruption an isolated, independent event, or is it the continuation – with a few months’ difference – of the Fagradalsfjall eruption that took place near the current eruptive site?
While waiting for the answer, let’s enjoy the show!

Image webcam du 7 août 2022 vers 22 heures