Nouvelle technique de prévision volcanique // New technique of volcanic prediction

Un groupe de chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) en France affirme être premier à pouvoir prévoir avec succès le comportement d’un volcan en utilisant l’assimilation de données, la même technique utilisée dans les prévisions météorologiques. L’assimilation de données est l’ensemble de techniques qui permettent de combiner un modèle et des observations ou données. D’un côté, le modèle est généralement représenté sous forme d’équations mathématiques ; c’est la phase de modélisation, d’un phénomène physique, biologique, chimique, ou autre, qui consiste à représenter ce phénomène à l’aide d’équations mathématiques. De l’autre, on a les données représentant une source d’information expérimentale ou observationnelle. Le but de la combinaison du modèle et des données est généralement de reconstituer l’état de l’écoulement d’un fluide géophysique, par exemple un océan, ou l’atmosphère.

Les résultats de l’étude de l’ISTerre ont été publiés dans la revue Frontiers in Earth Science.
L’objectif des scientifiques est de prévoir les éruptions des volcans actifs proches des zones habitées afin que les gens puissent évacuer rapidement et en toute sécurité. Selon un chercheur: « Viendra le jour où les prévisions volcaniques quotidiennes ou même horaires seront possibles, tout comme n’importe quel autre bulletin météo ».
Pour ce faire, l’équipe scientifique utilise des systèmes GPS et radar par satellite qui mesurent les mouvement du sol au cours de la phase d’inflation d’un volcan. En combinant ces données avec des équations mathématiques à l’aide de l’assimilation de données, les chercheurs savent qu’ils peuvent formuler des prévisions précises en temps réel.
Les outils analysent la surpression du magma, paramètre essentiel dans la prévision des éruptions volcaniques. De nombreux volcans sont situés au-dessus des chambres magmatiques. La roche fondue à l’intérieur de la chambre subit une forte pression, qui peut fracturer la roche de l’encaissant au fil du temps. Si le magma trouve son chemin vers la surface, cela aboutit à une éruption volcanique.
Au cours des tests de simulation, les chercheurs ont correctement prédit l’excès de pression conduisant à une éruption volcanique, ainsi que la forme de la chambre magmatique profonde. Selon les chercheurs, ces chambres se situent généralement à des kilomètres sous la surface de la Terre et il est pratiquement impossible de les étudier avec les méthodes existantes.
L’équipe scientifique a également commencé à tester sa méthode sur des volcans actifs, comme le Grímsvötn en Islande et l’Okmok en Alaska.
Les technologies satellitaires et les systèmes GPS ont déjà été utilisés mais les recherches ont porté sur la surveillance des volcans plutôt que sur la prévision des comportements futurs.
Source: CNN Tech.

NDLR : Avec tout le respect que j’ai pour la recherche scientifique, j’ai toujours émis des doutes sur l’utilisation de sciences exactes comme la modélisation, la simulation ou l’assimilation de données en volcanologie. Certes, elles aident à comprendre certains phénomènes. La modélisation de coulées pyroclastiques, par exemple, permet de comprendre leur déroulement. Pour le reste, on sait combien le comportement d’un volcan peut être imprévisible (Le Piton de la Fournaise en a été un bel exemple ces derniers mois !) et donc peu compatible avec des sciences exactes. Ainsi, les études du gonflement et du dégonflement du volcan de Yellowstone n’ont abouti à rien de vraiment satisfaisant au niveau de la prévision éruptive. S’agissant de la mise en oeuvre de l’étude, je ne comprends pas trop pourquoi les scientifiques ont choisi le Grimsvötn et l’Okmok qui ne font pas partie des volcans les plus actifs de la planète ; de plus, ils ne sont pas vraiment situés à proximité des zones habitées mentionnées dans l’article.

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A group of researchers from the Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) in France claims it is the first to successfully predict the behaviour of a volcano using data assimilation, the same technique used in weather forecasting. In data assimilation, one prepares the grid data as the best possible estimate of the true initial state of a considered system by merging various measurements irregularly distributed in space and time, with a prior knowledge of the state given by a numerical model. Because it may improve forecasting or modeling and increase physical understanding of considered systems, data assimilation now plays a very important role in studies of atmospheric and oceanic problems.

The results of the study have been published in the journal Frontiers in Earth Science.

The aim is to make eruptions of active volcanoes close to cities more predictable, so people can evacuate quickly and safely. Said a researcher: « We foresee a future when daily or even hourly volcanic forecasts will be possible, just like any other weather bulletin. »

The team’s method uses GPS and radar satellite systems that measure the movement of the ground as a volcano inflates. By integrating this data with mathematical equations using data assimilation, researchers say they can give accurate real-time predictions.

The tools analyze magma overpressure, a key way to predict volcanic eruptions. Many volcanoes are located on top of magma chambers. The chamber’s molten rock undergoes great pressure, which can fracture the rock around it over time. If the magma finds its way to the surface, it results in a volcanic eruption.

During simulation tests, the researchers correctly predicted the excess pressure that drove a volcanic eruption and the shape of the deepest underground magma chamber. According to the researchers, these chambers are usually miles below the Earth’s surface and almost impossible to study with existing methods.

The team also started testing its method on real volcanoes, such as the Grímsvötn Volcano in Iceland and the Okmok Volcano in Alaska.

Geoscientists have previously used satellite and GPS technologies, but their research focused on monitoring volcanoes rather than predicting future behaviour.

Source: CNN Tech.

Editor’s note: With all due respect to scientific research, I have always expressed doubts about the use of exact sciences such as modeling, simulation or data assimilation in volcanology. Certainly, they help to understand certain phenomena. The modeling of pyroclastic flows, for example, makes it possible to understand their progress. For the rest, we know how the behaviour of a volcano can be unpredictable (Piton de la Fournaise has been a good example in recent months!). Regarding the implementation of the study, I do not understand why scientists have chosen Grimsvötn and Okmok which are not among the most active volcanoes on the planet; moreover, they are not really located near the inhabited areas mentioned in the article.

Lac dans le cratère du Cône E, à l’intérieur de la caldeira de l’Okmok (Crédit photo: AVO).

Katla & Myrdalsjökull (Islande): Aucune explication de l’essaim sismique // No explanation for the seismic swarm

drapeau-francaisLa crise sismique qui a culminé vendredi sur le glacier Myrdalsjökull et le volcan Katla est maintenant terminée et la route qui avait été fermée – après la fin de l’essaim sismique! – a été rouverte à la circulation.
Le Conseil consultatif du Département de Protection Civile islandais s’est réuni lundi matin pour faire le bilan de l’activité sismique qui a commencé jeudi dernier.
Voici les principales conclusions du Conseil:
« L’événement sismique est le plus important enregistré sur le Katla depuis des décennies. L’activité sismique a diminué de façon spectaculaire, après avoir atteint un sommet vendredi.

La cause la plus probable de cette activité sismique est le mouvement du magma dans la croûte terrestre, mais aucune preuve de ce mouvement ne s’est manifesté à la surface du glacier.
L’épisode sismique semble être terminé.
L’activité sismique sur le Katla au cours des deux derniers mois a été nettement plus intense qu’au cours des dernières années. Il est difficile de savoir si l’activité se poursuivra ou si elle va continuer à diminuer. »
En d’autres termes, toute prévision est impossible, ce qui confirme nos limites dans ce domaine. Le Katla est un volcan bien surveillé, avec une batterie d’instruments sur et autour de ce volcan. Malgré tout cet équipement, les scientifiques islandais ont été incapables de détecter la cause de la sismicité des derniers jours.
Ce qui me surprend, c’est que si la sismicité à très faible profondeur (souvent une centaine de mètres) a été causée par une montée de magma, le tremor aurait réagi, ce qui n’est pas le cas. Par ailleurs, il y aurait probablement eu une augmentation des températures susceptible de provoquer des inondations des rivières qui sortent du glacier. Il est surprenant que le Conseil consultatif ne mentionne plus la possibilité de mouvements de fluides hydrothermaux. Enfin, il ne faudrait pas oublier que le volcan Katla se trouve sous un glacier et que les mouvements de la glace peuvent également avoir un effet sur les sismographes. Personne n’a encore mentionné le réchauffement climatique et la fonte du glacier. On sait que des effondrements se produisent à l’intérieur d’un glacier et peuvent, eux aussi, déclencher des essaims sismiques semblables à ceux provoqués par l’activité volcanique.

Affaire à suivre….

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drapeau-anglaisThe seismic crisis that peaked on Friday on Myrdalsjökull glacier and Katla volcano is now over and the road that had been closed – after the end of the seismic swarm! – has been reopened.

The Scientific Advisory Board of Iceland’s Civil Protection Department met on Monday morning to discuss the seismic activity which began last Thursday.

Here are theBoard’s main conclusions:

“The seismic event is the largest one in Katla for decades. Seismic activity has now decreased dramatically, having peaked in power on Friday.

The most likely reason for the seismic activity is magma movement in the earth’s crust, but no evidence of such movements has manifested itself on the surface of the glacier.

The seismic episode appears to be over.

Seismic activity in Katla over the last two months has been significantly greater than at any time over the last few years. It is unclear whether the activity will continue or if it will decrease even further.”

In other words, no prediction is possible, which shows once again our limits in this domain. Katla is a well controlled volcano, with a battery of instruments on it and around it. Despite all this equipment, Icelandic scientists were unable to detect the cause of the past seismicity.

What surprises me is that if the very shallow seismicity (often only 100 metres deep) was caused by some magma ascent, the tremor would have reacted to the phenomenon. Besides, there probably would have been an increase in temperatures likely to cause some flooding of the rivers that emerge from the glacier. It is surprising that the Scientific Advisory Board no longer mentions the possibility of hydrothermal fluid movements. At last, one should not forget that Katla volcano sits under a glacier and that movements of the ice may also have an effect on the seismographs. Nobody has yet mentioned global warming and the melting of the glacier. It is well known that collapses occur inside the glacier and may trigger seismic swarms, just like volcanic activity does.

Wait and see…

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Vue du Myrdalsjökull (Crédit photo: Wikipedia)

 

Horloges atomiques et prévision volcanique // Atomic clocks and volcanic prediction

drapeau francaisGrâce aux technologies modernes, les scientifiques testent régulièrement de nouvelles méhodes susceptibles de faire avancer la prévision des éruptions volcaniques. Il reste beaucoup à faire, mais chaque innovation doit être sérieusement prise en compte. C’est dans cette optique qu’une équipe de l’Université de Zurich a développé une méthode de surveillance des événements volcaniques en utilisant des horloges atomiques.
Les horloges atomiques sont les instruments les plus précis que l’on ait jamais construits pour mesurer le temps. En utilisant la vibration des atomes de césium à la place d’un pendule oscillant, elles atteignent un niveau de précision si élevé qu’elles perdent moins d’une seconde en 10 milliards d’années. Cela les rend extrêmement utiles pour toutes sortes d’applications, telles que l’astronomie, la physique, l’informatique et la navigation. Il se pourrait qu’elle soient bientôt utilisées également en géologie. En effet, une équipe dirigée par l’Institut de Physique de l’Université de Zurich a mis au point une méthode d’utilsation de ces horloges pour surveiller l’activité volcanique.
La technique repose sur la théorie de la relativité d’Einstein qui dit que le temps s’écoule à des vitesses différentes dans des circonstances différentes. C’est cet effet relativiste que l’équipe de Zurich veut utiliser pour étudier les volcans. Quand un volcan va entrer en éruption, la chambre magmatique se remplit, ce qui augmente la masse et donc la gravité locales. Une horloge atomique positionnée à proximité du volcan détectera ce changement car l’augmentation de la masse provoquera un ralentissement du temps. La vitesse de ce ralentissement, et donc la variation de la masse, peuvent être mesurées en comparant l’horloge sur le terrain à une horloge de référence installée à une certaine distance.
Cette technique est déjà utilisée, mais elle dépend de signaux GPS émis par les satellites qui s’appuient sur des horloges beaucoup moins précises, de sorte que les mesures peuvent prendre des mois, tandis qu’une horloge atomique peut effectuer le même travail en quelques heures.
L’équipe de Zurich pense que cette technique pourrait être opérationnelle dans quelques années. Elle permettrait de mettre en place un réseau d’horloges atomiques à l’aide de câbles à fibres optiques afin d’annoncer les éruptions. En outre, un tel réseau pourrait aussi être utilisé pour étudier les marées qui influent sur les mouvements de la mer, mais font également varier la masse de la Terre jusqu’à 50 centimètres deux fois par jour.
Source: Université de Zurich

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drapeau anglaisThanks to modern technologies, scientists are testing new ways to try and predict eruptions. There is still a long way to go but each innovation should seriously be taken into account.  Keeping up with this tendency, a team at the University of Zurich have developed a means of monitoring volcanic events using atomic clocks.
Atomic clocks are the most accurate timepieces ever constructed. Using the vibration of cesium atoms instead of a swinging pendulum, they attain a level of precision so fine that they lose less than one second in 10 billion years. This makes them extremely useful for all sorts of applications, such as astronomy, physics, computing and navigation. They might soon be used in geology as well. Indeed, a team led by the Institute of Physics from the University of Zurich has come up with a way to use these clocks to monitor volcanic activity.
The technique relies on Einstein’s theory of general relativity, which says that time flows at different rates in different circumstances. This relativistic effect is what the Zurich team is using to study volcanoes. When a volcano is approaching an eruption, chambers beneath it fill with molten magma. This increases the local mass, and therefore the local gravity. An atomic clock positioned in the vicinity of the volcano will detect this change because the increase in mass will cause time to slow down. The rate of this slowing, and hence the mass build up, can be measured by comparing the clock to a reference clock some distance away.
This technique is already in use, but it depends on GPS satellite signals which rely on much less precise clocks, so the measurements can take months, while an atomic clock can do the same job in a matter of hours.
The Zurich team’s hope is that the technique could be running in a few years by linking a network of atomic clocks using fiber optic cables as a new early warning system against eruptions. In addition, such a network could also be used to study tides that not only influence the movements of the sea, but also cause the Earth’s mass to shift by up to 50 centimetres twice a day.
Source: University of Zurich

Prévision volcanique : Il reste beaucoup à faire ! // Volcanic prediction : There’s still a long way to go !

drapeau francaisLes derniers événements volcaniques confirment, si besoin était, que nous sommes encore très loin de la vérité en matière de prévision volcanique.

En septembre 2014, le Mayon montrait des signes de réveil aux Philippines. Mettant en œuvre le principe de précautions, les autorités ont ordonné l’évacuation de quelque 55 000 personnes. Quelques semaines plus tard, le volcan n’étant toujours pas entré en éruption, ces personnes ont été autorisées à revenir chez elles.

En octobre 2014, le Mont Ontake s’est réveillé brutalement avec une éruption phréato-magmatique qui a tué une cinquantaine de randonneurs. Les scientifiques japonais n’ont pas vu venir l’événement.

De la même façon, la dernière éruption du Mont Shindake a pris tout le monde par surprise. Les autorités japonaises ont évacué la centaine de personnes qui vivent sur l’île Kuchinoerabujima, mais APRES l’événement !

Il faut dire, à la décharge des volcanologues japonais, que leur pays se trouve dans une zone de subduction avec des volcans gris explosifs dont le comportement est quasiment imprévisible, du moins à l’heure actuelle.

Si le comportement des volcans gris est difficile à prévoir, les volcans rouges piègent eux aussi souvent les volcanologues. La dernière éruption du volcan Wolf aux Galapagos a été découverte par hasard par les occupants d’un bateau qui passait au large de l’Ile Isabela et qui ont alerté les autorités !

A Hawaii, les volcanologues américains n’ont jamais pu dire vraiment quelle serait la suite des événements lorsque le lac de lave a débordé dans le cratère de l’Halema’uma’u. Ils ont proposé plusieurs scénarios avec une priorité vers une sortie de lave dans la zone de rift. Au final, il ne s’est rien passé en dehors d’une probable intrusion magmatique dans le rift sud-ouest.

C’est la même chose à la Réunion où les scientifiques en poste à l’Observatoire du Piton de la Fournaise jouent au yo-yo avec le niveau d’alerte volcanique. Ce n’est qu’au dernier moment qu’ils peuvent dire que l’éruption va avoir lieu, en sachant que le volcan devance parfois l’annonce de l’éruption !

Nous sommes donc encore très loin de la prévision volcanique idéale, celle qui permettrait vraiment de mettre les populations à l’abri des coulées pyroclastiques, phénomène le plus dangereux sur les volcans. Il faudrait pour cela que davantage d’argent soit alloué aux laboratoires et aux observatoires qui, faute de moyens, s’appuient le plus souvent sur des simulations informatiques, une science exacte qui ne correspond guère aux humeurs aléatoires des monstres de feu. A l’heure où la fédération internationale de football se vautre dans les milliards de dollars, les labos scientifiques doivent se serrer la ceinture. Cherchez l’erreur !

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drapeau anglaisThe latest volcanic events confirm, if need be, that we are still very far from the truth in terms of volcanic prediction.
In September 2014, Mayon showed signs of reawakening in the Philippines. As a precaution, the authorities ordered the evacuation of about 55,000 people. A few weeks later, as the volcano had not erupted, they were allowed to return home.
In October 2014, Mount Ontake erupted suddenly with a phreatomagmatic eruption that killed fifty hikers. Japanese scientists had not predicted the event.
Similarly, the last eruption of Mount Shindake took everyone by surprise. The Japanese authorities evacuated hundreds of people living on Kuchinoerabujima Island, but AFTER the event!
However, in defense of Japanese volcanologists, we should say their country lies in a subduction zone with grey explosive volcanoes whose behaviour is almost unpredictable, at least for the moment.
If the behaviour of grey volcanoes is difficult to predict, red volcanoes also often trap volcanologists. The last eruption of Wolf volcano in the Galapagos was discovered by chance by the occupants of a passing boat off the coast of Isabela Island who alerted the authorities!
In Hawaii, American volcanologists could never really tell what would happen next when the lava lake overflowed over the floor of Halema’uma’u Crater. They proposed several scenarios with a priority to a lava output in the rift zone. In the end, nothing happened, except a probable magma intrusion in the southwest rift.
It’s the same thing at Reunion Island where scientists at the Observatory of the Piton de la Fournaise play yo-yo with the level of volcanic alert. Only at the last moment they can say that an eruption will occur. The volcano is sometimes ahead of the announcement of the eruption!
So we are still very far from the ideal volcanic prediction, one that really would put people safe from pyroclastic flows, the most dangerous volcanic phenomenon. This would require that more money be allocated to laboratories and observatories. The lack of resources often forces them to rely on computer simulations, an exact science which hardly corresponds to the unpredictable moods of the volcanoes. At a time when the international football association wallows in billions of dollars, scientific labs must tighten their belts. There’s something wrong somewhere!

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L’éruption du Mont Ontake a surpris tout le monde en octobre 2014  (Crédit photo:  JMA)