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Le GPS et la surveillance volcanique // GPS and volcano monitoring

drapeau-francaisLe GPS (Global Positioning System) fait aujourd’hui partie de notre vie quotidienne. Beaucoup de gens en possèdent au moins un exemplaire, que ce soit dans leur smartphone (téléphone intelligent) ou dans leur voiture
Le GPS est également devenu un outil indispensable dans la surveillance volcanique. La Grande Ile d’Hawaii a été dotée d’un réseau de plus de 60 stations GPS conçues pour la recherche scientifique et exploitées par le personnel de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO). Ces stations sont utilisées pour contrôler les mouvements du sol et détecter ce qui se passe à l’intérieur et autour des volcans hawaïens.
En effet, lorsque le magma s’accumule dans le système d’alimentation d’un volcan, il fait monter la pression dans la chambre magmatique, ce qui provoque une inflation de l’édifice volcanique. A l’inverse, lorsque le magma s’évacue de la chambre (lors d’une éruption, par exemple), on enregistre une phase de déflation de l’édifice.
En mesurant le mouvement des stations GPS par rapport au réservoir magmatique, les scientifiques du HVO peuvent estimer la quantité de magma qui se déplace à l’intérieur et à l’extérieur du système d’alimentation. Avec un réseau dense de capteurs fournissant des données en continu, ils peuvent également détecter les changements susceptibles d’indiquer une ascension du magma vers la surface.
Les données GPS sont cruciales pour mesurer d’autres phénomènes volcaniques. Par exemple, elles sont utilisées pour contrôler le flanc sud du Kilauea et son mouvement vers l’océan, un processus qui crée des contraintes pouvant provoquer des séismes. Les grands séismes entraînent également des déplacements du sol qui peuvent être mesurés avec des GPS de qualité scientifique.
L’instrumentation dans une station GPS scientifique utilise les mêmes signaux qu’un smartphone ou un GPS automobile. Cependant, il y a deux différences importantes. Tout d’abord, les GPS scientifiques sont immobiles. Les antennes GPS à Hawaii sont solidement arrimées, étant donné que leur fonction est de mesurer les mouvements du sol proprement dit.
La seconde différence est la façon dont le HVO analyse les signaux GPS. Les instruments envoient des données via des liaisons sans fil au HVO où les scientifiques calculent les positions à l’aide d’une méthode beaucoup plus précise que celle dont dispose un appareil portatif. En fin de compte, les scientifiques obtiennent des positions précises à quelques millimètres près. Cela signifie qu’ils peuvent détecter des modifications très faibles et très lentes dans la morphologie du terrain.
Les GPS scientifiques fournissent également des mesures précises pour des mouvements du sol importants et rapides, comme ceux qui se produisent avant et pendant une éruption ou une intrusion magmatique.
Les évolutions récentes dans les techniques de traitement de données GPS scientifiques ont élargi leur champ d’applications. Elles sont capables de fournir des mises à jour seconde par seconde sur les mouvements du sol et calculer ces derniers en temps réel, ou quelques secondes seulement après leur collecte.

Même si les données GPS en temps réel ont une précision inférieure aux données GPS calculées sur une journée entière, elles peuvent détecter de manière fiable les mouvements du sol d’environ 5 cm, et des améliorations sont en cours pour augmenter cette précision.

Dans les jours, les heures et les minutes qui précèdent une éruption, la rapidité du HVO pour déterminer la direction empruntée par le magma devient essentielle. Plus grande sera la vitesse de réaction des scientifiques et plus précises seront les données fournies par les instruments, plus vite ils pourront informer et fournir des conseils à la Protection Civile et à la population sur le lieu et l’impact possible de l’éruption.
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisThe Global Positioning System (GPS) has become part of everyday life. Many people have it in their cell phones or in their cars

GPS has also become an indispensable tool in volcano monitoring. Hawaii Big Island has been equipped with a network of over 60 scientific-grade GPS stations operated by scientists at the USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO). They are used to monitor ground motion and detect what is happening inside and around Hawaiian volcanoes.

Indeed, as magma accumulates in a volcano’s plumbing system, it increases the pressure in the magma chamber, which pushes the ground outward. On the contrary, when magma leaves the chamber (during an eruption, for instance), the ground is drawn back inward.

By measuring the motion of GPS instruments toward and away from the magma reservoir, HVO scientists can estimate how much magma is moving in and out of the system. With a dense network of sensors and continuous data, they can also detect changes that might indicate magma movement toward the surface.

GPS data are also crucial for measuring other phenomena on the volcano. For example, GPS data are used to monitor the movement of Kilauea’s south flank toward the ocean, a process that creates stresses that can lead to earthquakes. Large earthquakes also produce permanent ground displacements that can be measured with scientific-grade GPS.

The instrumentation in a scientific GPS station utilizes the same signals as a cell phone or car navigation system. However, there are two key differences. First, scientific GPS instruments are not moved around. GPS antennas are tightly fixed to the ground, because their purpose is to measure the motion of the ground itself.

The second difference is the way HVO analyzes signals from GPS satellites. The instruments send data via wireless links to HVO, where scientists calculate positions by using a method which is far more accurate than a hand-held device can provide. In the end, they obtain positions precise to several millimetres. This means they can track very small and slow changes in the shape of the ground.

Scientific GPS also provides accurate measurements of large, fast motions, like those that occur before and during an eruption or intrusion.

Recent developments in data processing techniques have extended the use of scientific GPS data to provide second-by-second updates in ground position and to calculate these in “real-time,” or within seconds of data collection.

While “real-time” GPS has lower accuracy than GPS positions calculated over an entire day, they can now reliably detect motions of about 5 cm, and improvements are in progress to increase this accuracy. In the days, hours, and minutes leading up to an eruption, the speed at which HVO can determine where magma might be headed becomes critical. The more accurately and quickly scientists can get this information, the faster they can provide guidance to emergency managers and the public about possible eruption locations and impacts.

Source : USGS / HVO.

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Ce graphique – rafraîchi quotidiennement – montre les modifications de distance entre les deux stations GPS (carrés verts sur la carte) situées de part et d’autre de la caldeira du Kilauea.

White Island (Nouvelle Zélande) & Sinabung (Indonésie)

drapeau-francaisUn séisme de M 4.4 a été enregistré près de White Island, mais les volcanologues ne pensent pas qu’il y ait de lien avec le volcan. L’événement s’est produit ce mercredi à 8h43, à 50 kilomètres à l’ouest de White Island, à une profondeur de 177 kilomètres.
Les volcanologues locaux restent prudents. Comme l’a dit l’un d’eux, « il se passe toujours des choses assez bizarres avec les volcans et on ne peut jamais vraiment dire ce qu’ils vont faire.»
Source: GeoNet.

Le Sinabung, qui était resté relativement calme au cours des derniers mois, connaît un regain d’activité depuis le 30 octobre, avec des panaches de cendre jusqu’à 1 km de hauteur. Les autorités interdisent aux touristes de s’approcher à moins de 6 km du cratère.
Il semble que le dôme de lave sommital soit en train d’être détruit par une série d’explosions qui déclenchent des coulées pyroclastiques d’ampleur faible à modérée sur les pentes sud-est et est du volcan.
Source: Jakarta Post.

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drapeau-anglaisAn M 4.4 earthquake has been recorded near White Island but experts say the shake is unlikely to cause issues with the volcano. It struck 50 kilometres west of White Island at 8.43 am on Wednesday, at a depth of 177 kilometres.

Local volcanologists remain cautions. Said one of them: “There’s always quite strange things that happen around volcanoes, so you never want to talk too much about what they’re going to do. »

Source: GeoNet.

Mt Sinabung, which had remained relatively quiet during the past months, went through another outbreak of activity on Sunday, October 30th when it spewed ash that reached as high as 1km. The volcano has prompted the authorities to bar tourists from entering a radius of 6 km from the crater.

It seems the summit lava dome is now being destroyed by a series of explosions that trigger small to moderate pyroclastic flows on the southeastern and eastern slopes of the volcano.

Source: The Jakarta post.

Nishinoshima (Japon): Une île-laboratoire // A laboratory-island

drapeau-francaisComme je l’ai écrit dans une note précédente (5 août 2016), Nishinoshima au Japon va devenir un laboratoire scientifique au même titre que Surtsey en Islande. La semaine dernière, des scientifiques japonais ont débarqué sur l’île, qui était un simple affleurement rocheux dans l’Océan Pacifique jusqu’au jour où,  il y a deux ans, des éruptions spectaculaires ont commencé à émettre de la lave et de la cendre, et agrandi l’île qui a grandi jusqu’à 12 fois sa taille d’origine.
Aujourd’hui, vue du ciel, Nishinoshima montre un cône entouré de végétation en son milieu.
Le 20 octobre dernier, des chercheurs du Ministère de l’Environnement ont atteint la rive de l’île à la nage, depuis un petit bateau, pour minimiser la contamination biologique. Ils étaient les premiers à mettre le pied sur l’île nouvellement formée. Ils ont recueilli des échantillons de roches, de plantes et d’insectes et ont observé la première colonisation de l’île par des fous masqués, grands oiseaux marins de la famille des Sulidae.
En dehors de la recherche écologique, l’équipe scientifique espère recueillir des échantillons de lave et de cendre pour étudier le processus de croissance d’une île volcanique.
Les chercheurs ont également installé plusieurs sismographes sur Nishinoshima.
Source: Agence Reuters.

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drapeau-anglaisAs I put it in a previous note (5 August 2016), Nishinoshima in Japan is going to become a scientific laboratory, just like Surtsey in Iceland. Last week, Japanese scientists landed on the island, which was just a rocky outcropping in the Pacific Ocean until two years ago, when spectacular eruptions spewed lava and ash, and expanded it to 12 times its original size.

Today, seen from the sky, Nishinoshima shows a cone in the middle, surrounded by vegetation.

Researchers from the Environment Ministry swam the final distance from a small boat to Nishinoshima to minimize biological contamination. They were the first people to set foot on the newly formed island on October 20th. They collected rock, plant and insect samples and observed the first colonization of the island by masked gannets.

Aside from ecological research, the team hopes to collect samples of lava and ash to learn more about the growth process of a volcanic island.

They also planted several seismic monitors around Nishinoshima.

Source: Reuters press agency.

This handout picture taken by Japan Coast Guard on July 23, 2014 shows the newly created islet (R) and Nishinoshima island (L), which are conjoined with erupting lava at the Ogasawara island chain, 1,000 kilometres south of Tokyo. A smouldering islet off Japan's Pacific coast has grown six times in its land surface since before it merged last December with a landmass created by volcanic eruptions. AFP PHOTO / JAPAN COAST GUARD---EDITORS NOTE---HANDOUT RESTRICTED TO EDITORIAL USE - MANDATORY CREDIT "AFP PHOTO / JAPAN COAST GUARD" - NO MARKETING NO ADVERTISING CAMPAIGNS - DISTRIBUTED AS A SERVICE TO CLIENTS
                                                                   Source: Japan Coastguard.

Conséquences environnementales de la guerre en Iraq // Environmental consequences of the war in Irak

drapeau-francaisLes images satellite mises en ligne par la NASA montrent un panache de dioxyde de soufre (SO2) en provenance de la mine et de l’usine de traitement de soufre d’Al-Mishraq près de Mossoul, en Irak. Les images montrent également un panache de fumée noire en train de s’échapper du champ de pétrole de Qayyarah. Les deux panaches sont la conséquence de la guerre qui fait rage au Moyen-Orient.
Déjà en juin 2003, les scientifiques de la NASA avaient utilisé des satellites pour analyser la quantité de dioxyde de soufre envoyée dans l’atmosphère par un incendie à cette même mine de soufre. Ils avaient calculé que le feu, qui a brûlé pendant près d’un mois, émettait 21 kilotonnes de SO2 par jour. C’est quatre fois plus que ce que rejette chaque jour le plus grand émetteur de dioxyde de soufre au monde, la fonderie de Noril’sk en Russie.
Treize ans plus tard, l’histoire semble se répéter. Un incendie dans la même usine de traitement de soufre en Irak envoie d’énormes quantités de SO2 dans l’atmosphère. De nouveau, les scientifiques observent les événements en temps réel, avec davantage d’instruments satellitaires à leur disposition. Les émissions de SO2 en provenance de l’incendie sont déjà importantes. Si le dioxyde de soufre provenait d’un volcan, ce serait déjà l’une des plus grandes éruptions de 2016.
Dans les premiers jours, l’incendie – qui a été détecté le 20 octobre – ne semblait pas être particulièrement violent et les premières observations laissaient supposer qu’une grande partie du dioxyde de soufre se concentrait dans la couche limite et la basse troposphère, avec un impact sur la qualité de l’air et donc sur la santé. Plus récemment, le SO2 a atteint des altitudes plus élevées où il peut être véhiculé sur de longues distances. Selon des articles de presse, deux personnes sont mortes après avoir respiré des vapeurs de soufre, et un millier d’autres ont été traitées pour des problèmes respiratoires.
La carte ci-dessous montre l’étendue du panache dans l’atmosphère le 24 octobre 2016. Sur l’image satellite, le panache de l’usine de soufre d’Al-Mishraq est grisâtre tandis que celui émis par le champ de pétrole de Qayyarah est carrément noir.

Source: NASA.

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drapeau-anglaisSatellite images released by NASA show one sulphur dioxide (SO2) plume from the Al-Mishraq sulphur mine and processing facility near Mosul, Iraq . They also show a black smoke plume emitted by the Qayyarah oil field. Both plumes are consequences of the war that rages in the Middle East.

Back in June 2003, NASA’s atmospheric scientists had used satellites to track how much sulphur dioxide streamed into the atmosphere from a fire at this same sulphur mine. They calculated that the fire, which burned for nearly a month, released 21 kilotons of SO2 per day. That is roughly four times as much as is emitted each day by the world’s largest single-source emitter of sulfur dioxide, a smelter in Noril’sk, Russia.

Thirteen years later, history seems to be repeating itself. A fire at the same sulphur facility in Iraq is emitting tremendous quantities of SO2 into the atmosphere. Once again, this group of scientists is closely watching the events in real time, with a more capable set of satellite instruments at their disposal. Already, SO2 emissions from the fire have been significant. If the sulphur dioxide were coming from a volcano rather than a fire, it would already be among the largest eruptions of 2016.

In the first few days, the fire – which was first detected on October 20th – did not appear to be particularly energetic and preliminary observations suggested that much of the sulphur dioxide remained in the boundary layer and the lower troposphere, which accentuates the impact on air quality and health. More recently, SO2 has been lofted to higher altitudes where it may undergo long-range transport. According to news reports, two people have died after breathing sulphur fumes, and up to 1,000 people have been treated for breathing problems.

The map below shows the extent of the plume within the planetary boundary layer on October 24th, 2016. On the satellite image, the plume from the Al-Mishraq sulphur plant appears white-gray. Smoke plumes from the Qayyarah oil field are black.  Source: NASA.

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Etendue du nuage de dioxyde de soufre (Source: NASA)

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Image satellite des deux sources de pollution en Iraq (Source: NASA)