Certains volcans comme l’Etna (Sicile) laissent échapper des anneaux de vapeur qui flottent ensuite au-dessus de leurs cratères. Des anneaux de courte durée ont également été observés sur l’Eyjafjallajökull en Islande. Les chercheurs ont trouvé de nouveaux indices sur le processus d’émission de ces anneaux de gaz.
Les volcanologues de l’Institut national de géophysique et de volcanologie (INGV) en Italie ont étudié ces anneaux qui sont généralement associés à une activité volcanique relativement modérée. Ils ont publié les résultats de leurs travaux en février 2023 dans la revue Scientific Reports.
Il existe des similitudes entre la façon dont les volcans émettent ces ronds de vapeur et la façon dont les dauphins soufflent des anneaux de bulles à la surface de la mer, ou la façon dont les fumeurs exhalent des anneaux de fumée. Les versions volcaniques sont communément appelées « anneaux de fumée », bien qu’elles soient principalement constituées de vapeur d’eau. Les chercheurs parlent généralement d’« anneaux de vapeur » ou d’« anneaux de vortex » lorsqu’ils décrivent le phénomène. Les émissions de vapeur sortant d’une bouche volcanique (ou de la bouche d’un fumeur) ralentissent lorsqu’elle rencontrent une surface, ce qui provoque la formation d’une boucle du gaz sur lui-même.
Cependant, on ne sait pas exactement ce qui se passe sur un volcan. Même les volcans connus pour émettre des anneaux de vapeur ne le font pas tout le temps. L’équipe italienne a consulté Internet et recherché des séquences où des anneaux de vapeur ont été filmés. Les anneaux qu’ils ont trouvés mesuraient de 9 à 200 mètres de diamètre et duraient jusqu’à 10 minutes. Généralement blancs, les anneaux de vapeur sont parfois teintés de cendre grise ou brune.
Les chercheurs ont modélisé le mouvement possible du gaz et des bulles dans le conduit d’un volcan. Pour que les anneaux de vapeur se forment, de petites bulles de gaz doivent fusionner et flotter à travers le magma pour créer des poches de gaz sous pression. Lorsque de telles poches explosent, elles peuvent expulser du gaz assez rapidement pour former un anneau de vapeur. Il faut aussi que l’ouverture du volcan soit circulaire ou légèrement émoussée. Les volcans avec des ouvertures irrégulières ou plus elliptiques ne donnent généralement pas naissance à des anneaux. Si des anneaux apparaissent, ils prennent un aspect déformé et instable.
En combinant les observations de photos et de vidéos avec le modèle numérique, l’équipe scientifique a pu déterminer les conditions physiques nécessaires à la formation des anneaux de vapeur. De plus, ces anneaux peuvent apporter des informations sur le magma d’un volcan. En particulier, les volcans qui libèrent des anneaux de vapeur ont un magma plus liquide et plus susceptible de s’écouler.
Cependant, il y a des limites à ce que les anneaux de vapeur peuvent révéler sur les volcans. Par exemple, lorsqu’un volcan comme le Mont St Helens émet continuellement du gaz sous pression en projetant beaucoup de matière solide, on ne voit jamais d’anneaux de vapeur ou de gaz.
Source : The Seattle Times.

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Dans une note publiée le 11 février 2010, j’expliquais que les anneaux de fumée émis par certains volcans ne sont pas des phénomènes exceptionnels. Des fumeurs peuvent les provoquer en positionnant leurs lèvres et en exhalant la fumée de cigarette d’une certaine manière. Ces ronds apparaissent souvent autour des pots d’échappement des voitures ou autour de la bouche des canons, en particulier dans les bandes dessinées.

Dans son ouvrage Sur l’Etna dans lequel il écrit que le volcan « fume la pipe », Haroun Tazieff expliquait en 1991 que « ces ronds de fumée sont provoqués par la convection des gaz lancés à grande vitesse par l’orifice circulaire de la bouche ». Quelques années plus tard, je fus moi-même témoin du phénomène sur l’Etna (voir photos ci-dessous). Dans un échange de correspondance avec le célèbre volcanologue, j’écrivais que « l’expulsion centrale plaquerait les gaz sur la paroi de la bouche où ils s’enrouleraient sur eux-mêmes pour finir par sortir en anneau, étant donné la forme de l’ouverture ». H.. Tazieff me répondit – croquis de sa main à l’appui – que sa propre explication des anneaux était proche de la mienne. « La différence tient essentiellement dans la coupe de la bouche, ce qui, au moment de la bouffée, crée un excès de gaz (diamètre large sous l’évent, diamètre faible de l’évent lui-même) avec, naturellement, accélération des gaz dans la partie centrale et freinage au contact des parois tout autour, d’où ‘enroulement des gaz à la périphérie de l’ensemble ».

Les scientifiques expliquaient en 2010, quand j’ai rédigé ma note, que, pour obtenir un rond, il faut deux conditions initiales : de la fumée et une vitesse de départ. Dans le cas du volcan, ce sont les fumerolles et l’air chaud ascendant émis par une bouche qui sont susceptibles de générer les anneaux. Mais tous les jets de fumée ne donnent pas des ronds ! Un rond de fumée ne peut s’obtenir que si le jet est discontinu. Il se forme alors autour d’un cœur autour duquel le fluide tourne. Chaque partie de l’anneau est soumise à la vitesse induite des autres parties : la moitié droite de l’anneau tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, et la moitié gauche dans le sens inverse.

L’anneau ne peut donc pas rester immobile : il est en mouvement permanent par rapport au fluide qui l’entoure. C’est ainsi qu’un anneau ne reste pas immobile au-dessus de l’Etna ; il s’en éloigne inexorablement…

Expulsion d’un anneau de gaz sur l’Etna

Source de l’émission d’anneaux sur le Cratère SE de l’Etna

Photos: C. Grandpey

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Some volcanoes like Mount Etna (Sicily) blow rings of vapour and ash that waft above their craters. The short-lived rings have also been observed occasionally at Eyjafjallajökull in Iceland. Researchers have found new clues about how bursting gas bubbles create these curiosities in some volcanoes.

Volcanologists at the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV) in Italy have investigated the rings which are typically associated with relatively mild volcanic activity. They published their findings in February 2023 in the journal Scientific Reports.

There are similarities between how volcanoes huff out these halos and how dolphins blow bubble rings or how smokers exhale smoke rings. The volcanic versions are also commonly called smoke rings, although they’re actually made mostly of water vapour. Researchers usually say “vapour rings” or “vortex rings” when describing the phenomenon. Emissions exiting a volcano’s blowhole (or a smoker’s mouth) slow down where they encounter a surface, causing the gas to loop over on itself.

However, it is not exactly clear what is happening within a volcano that leads to a vapour ring. Even volcanoes known for such puffery don’t make rings all the time. The Italian team scoured the internet and research footage for vapor rings caught on camera. The rings they found were 9-200 meters in diameter and lasted up to 10 minutes. Typically white, vapor rings were occasionally tinged with gray or brown ash.

The researchers modeled the possible motion of gas and bubbles within the barrel of a volcano. For vapour rings to form, small gas bubbles had to merge and float up through the magma to create pressurized gas pockets. When such pockets explode, they could push out some gas fast enough to make a vapor ring. But the volcano’s opening also needed to be circular or slightly smushed. Volcanoes with irregular or more elliptical openings did not typically form rings. When they did, these apertures warped the doughnut shape or caused the ring to wobble.

Combining the photo and video observations with the model allowed the team to find physical conditions needed to make vapour rings. Moreover, ring emissions may say something about a volcano’s magma. In particular, volcanoes that release hoops of vapour have liquid rock that is more likely to flow.

However, there are limits to what vapour rings can reveal about volcanoes. For instance, when a volcano like Mt St Helens continuously gushes gas and spews a lot of solid material, it will never blow rings.

Source : The Seattle Times.

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In a post written on February 11^th, 2010, I explained that themoke rings emitted by some volcanoes are not exceptional phenomena. Smokers can cause them positioning their lips and exhaling cigarette smoke in a certain way. These rings often appear around the exhausts of cars or around the mouths of cannons, especially in comics.

In his book On Etna in which he explained that the volcano was « smoking a pipe » Haroun Tazieff wrote in 1991 that « the smoke rings are caused by the convection of gases emitted at high speed by the circular orifice of the vent.  » A few years later, I myself could observe the phenomenon on Mount Etna (see photos above). In a letter to the famous volcanologist, I wrote that « the central expulsion seemed to push the gases on the wall of the vent where they roll up on themselves and eventually ring out, given the shape of the opening.  » H.. Tazieff replied – with a sketch of his hand to support his point of view – that his own explanation for the rings was close to mine. « The difference is in the shape of the vent which, at the time of the expulsion, creates an excess of gas (large diameter below the vent, small diameter of the vent itself) with naturally accelerates the gases in the central part and brakes them at the contact with the walls all around, hence a ‘winding’of the gases at the periphery. »

Scientists explained in 2011 – when I wrote my post – that getting a ring requires two initial conditions: smoke and speed at the start. In the case of the volcano, it is the fumaroles and the rising hot air that is emitted by a vent that are likely to generate the rings. But all the jets do not become smoke rings! A smoke ring can only be achieved if the jet is discontinuous. It is formed around a core around which the fluid rotates. Each part of the ring is subject to the induced velocity of the other parties: the right half of the ring rotates clockwise, and the left half in the opposite direction.

Thus, the ring cannot stay still: it is in constant motion relative to the fluid that surrounds it. Thus, a ring does not stand still above Mount Etna; it inexorably moves away …