GPS et hauteur de nuage: une bonne combinaison
Article scientifique " Volcanic plume height correlated with magma pressure change at Grímsvötn Volcano, Iceland "

 

Auteurs:  Sigrún Hreinsdóttir, Freysteinn Sigmundsson, Matthew J. Roberts, Halldór Björnsson, Ronni Grapenthin, Pórdur Arason, Thóra Árnadóttir, Jósef Hólmjárn, Halldór Geirsson, Richard A. Bennett, Magnús T. Gudmundsson, Björn Oddsson, Benedikt G. Ófeigsson, Thierry Villemin, Thorsteinn Jónsson, Erik Sturkell, Ármann Höskuldsson, Gudrún Larsen, Thor Thordarson and Bergrún Arna Óladóttir

Journal: Nature Geoscience, Janvier 2014, Vol 7, pp 214-218.


N'oubliez pas d'aller voir les questions à la suite du résumé de cet article....

Un court texte, des figures, une mini vidéo, des questions-réponses.

Résumé de l'article scientifique
 
Le volcan Grimsvötn est entré en éruption en mai 2011 (du 21 au 28 mai 2011) et a forcé la fermeture de lignes aériennes, projetant son nuage volcanique de gaz et de fragments rocheux à près de 20 kilomètres de haut. Cauchemar de l’attente dans les aéroports européens. Alors oui, il pourrait être intéressant de trouver une manière de planifier l’évolution d’un tel nuage pour éviter les fermetures prolongées inutiles.

L’Islande a des paysages infinis, exceptionnels : les volcans actifs, y sont alignés les uns derrière les autres. Certains se retrouvent sous des glaciers, comme celui du Vatnajökull. C’est le cas du volcan Grimsvötn. Mais ce n’est pas facile de poser des instruments sur ce volcan pour suivre son activité. C’est cependant ce que les scientifiques de cette étude ont fait: ils ont identifié le seul bloc rocheux qui émerge du glacier, situé à environ six kilomètres de l’activité du volcan, sur lequel ils ont installé un GPS (donne la position de la station en verticale et en horizontale), un séismomètre (qui mesure la séismicité) et un tiltmètre (qui mesure le changement de pente du volcan). Ils ont également utilisé pendant l’éruption deux radars météorologiques qui leur ont fourni des informations sur la hauteur du nuage volcanique.

C’est ainsi que les scientifiques ont combiné des données recueillies avant ainsi que pendant l’éruption, et des modèles mathématiques. Les gonflements et dégonflements du volcan en surface, enregistrés par le GPS et le tiltmètre, seraient provoqués par des variations de pression se produisant à environ 1,7 km de profondeur dans la chambre magmatique. Avant l’éruption, la pression augmentait avec l’arrivée de nouveaux magmas. Puis alors que le magma se faufilait pour venir percer la surface, la pression a diminué, 60 minutes avant le début de l’éruption selon les auteurs. Leur modèle théorique prévoit une relation mathématique étroite entre la vitesse du changement de la pression et la hauteur du nuage: plus la pression diminue vite, plus la hauteur du nuage volcanique est grande; plus la diminution de pression ralentit, moins la hauteur du nuage est grande. Ils ont ainsi trouvé une très bonne concordance entre l’évolution théorique de la hauteur du nuage établie à partir des données GPS et du tiltmètre et les hauteurs observées par radars et photos.

Ainsi par des mesures sur le terrain à l’aide d’instruments couramment utilisés sur les volcans, et à l’aide d’équations mathématiques, les scientifiques ont été capables de déduire l’évolution du nuage au début et pendant l’éruption. Reste maintenant à vérifier si cette relation étroite entre la déformation de la surface du volcan mesurée par GPS et la variation de la hauteur du nuage peut se reproduire lors d’une prochaine éruption explosive comme celle du Grimsvötn. Nous pouvons gager que les compagnies aériennes surveilleront la suite de très près. Les systèmes d’alerte pourront aussi être ajustés pour tenir compte de cette chute brusque initiale de la pression enregistrée à la surface du volcan avant le début de l’éruption.

Définitions
nuage volcanique (nom masculin)
Un nuage volcanique représente le matériel sortant du volcan. Lors d’éruptions explosives, ce nuage contient des gaz (ex., CO2, SO2)  et de la vapeur d’eau ainsi que des fragments volcaniques. Ces fragments sont très petits (plus petits que 2 millimètres) à très grands (plus de un mètre). Ils proviennent soit du magma fragmenté soit des parois internes du volcan. Ce nuage peut s’élever à plusieurs kilomètres voire dizaines de kilomètres en altitude. Les plus gros fragments retombent au sol proche de la source active. Les plus petits fragments peuvent être entrainés par les courants atmosphériques et faire le tour de la Terre en deux semaines. Ils y resteront parfois pendant plusieurs années. Lors d’éruptions effusives (plus calmes avec sortie de coulées de lave), le nuage sera surtout composé de vapeur d’eau et de gaz.

tiltmètre (nom masculin)
Cet instrument mesure le changement d’angle ou de pente à la surface d’un volcan. Ainsi si l’intérieur d’un volcan se remplit de nouveaux magmas, le gonflement qu’il produira entrainera en surface des variations d’angles, mesurées par le tiltmètre.

Figures
Gonflement de la surface du volcan
Dégonflement rapide de la surface du volcan
Dégonflement lent de la surface du volcan

Minividéo

Voici une courte vidéo qui vous explique l'essentiel de l'article scientifique.
Bon visionnement! 
 
Quelques questions

  • A- Le tiltmètre donne des informations sur:
    1) le changement de pente de la surface.
    2) la profondeur de la chambre magmatique.

  • B- La hauteur théorique du nuage est calculée:
    1)  à partir des données sismiques.
    2) à partir des données de GPS et de tiltmètre.

  • C- Une diminution plus rapide de la pression magmatique:
    1) diminue la hauteur du nuage volcanique.
    2) augmente la hauteur du nuage volcanique.

  • D- Le volcan Grimsvötn est:
    1) sous marin.
    2) sous glaciaire.


Réponse aux questions
A-1. le tiltmètre mesure les changements d’angles de la surface du volcan par rapport à l’horizontale;
B-2. à l’aide d’équations mathématiques, les scientifiques prennent les données du GPS et du tiltmètre et en déduisent une variation de pression, puis une vitesse de variation de pression et enfin une hauteur du nuage;
C-2. Une diminution plus rapide de la pression c’est à dire une vitesse plus grande de chute de pression, augmente la hauteur du nuage volcanique. C’est ce qui se produit au début de l’éruption. Ensuite la pression diminue moins vite et le nuage diminue sa hauteur maximale ;
D-2. Ce volcan se trouve sous le glacier Vatnajökull. Seul un bloc rocheux émerge et a permis aux scientifiques de poser des instruments.