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Earth of fire

Actualité volcanique, Article de fond sur étude de volcan, tectonique, récits et photos de voyage

Publié le par Bernard Duyck
Publié dans : #Excursions et voyages

 

 

best-pictures-of-year-2008-1.jpg

                      Chaiten / chili - éruption 2008 - "Best picture of the year 2008 "

 

De multiples observateurs ont remarqué depuis l’éruption du Vésuve et la destruction de Pompeï, relatée dans les écrits de Pline, que les éruptions provoquent souvent des orages et des éclairs, plus tard ce sont les œuvres des peintres et illustrateurs qui ont mis ce phénomène à l’honneur du point de vue esthétique … mais ce n’est que récemment, que les chercheurs ont mis en place des stations de surveillance destinées à mesurer l’activité électrique et étudier les causes de ces éclairs.

 

the-eruption-of-Vesuvius-as-seen-from-Naples--1882--G.Poule.jpg"L'éruption du Vésuve vue de Naples, octobre 1822" G. Julius Poullet Scrope, Masson, 1864. Historical Draw from George Julius Poulett Scrope (1797-1876)


Le principe de base est connu : les différentes particules de cendres du panache volcanique se chargent électriquement lors de collisions, certaines positivement, d’autres négativement. Des différences entre l'aérodynamisme des particules chargées séparent celles qui sont chargées positivement de celles qui le sont négativement. Lorsque la différence de charge devient trop importante, l’éclair se produit.

Ce processus permet au nuage/panache de se décharger comme le fait un cumulonimbus d’orage.

 

lightning-science-lg.jpg                                       Schéma lightning science / Geology.com

 

clouddiagram.jpg                  Mécanismes de décharge et types d'éclairs  généré dans / autour d'un cumulonimbus.

 

Un projet de recherche expérimental, financé en partie par une subvention de l'USGS à l'Université de Washington, appelé WWLLN - pour World Wide Lightning Location Network - et créé en 1996, vise à identifier de manière fiable les éclairs liés aux panaches de cendres volcaniques, et donc en relation avec une éruption, parmi les éclairs provenant d'orages situés dans les zones volcaniques.

Le programme détecte à chaque minute les éclairs, et après analyse informatique, envoie une alerte éventuelle d'éruption auprès de l'AVO - Alaska Volcano Observatory.

 

 

Pour étudier plus précisément ces manifestations éphémères, des volcanologues de l'Alsaka Volcano Observatory se sont associés à de véritables chasseurs d'éclairs professionnels, en l'occurrence l'équipe de Ronald Thomas, du Langmuir Laboratory (université New Mexico Tech), qui traque les manifestations radioélectriques de l'atmosphère partout dans le monde et travaille aussi avec la Nasa.


Une première observation poussée est effectuée en janvier 2006 lors de l’éruption du Mont Augustine, dans le détroit de Cook en Alaska. Elle est faite grâce au L.M.A. – Langmuir laboratory’s lightning Mapping Array – qui enregistre l’activité radioélectrique sur une large bande de fréquences.

Les éclairs ont duré seulement 10 minutes pendant l’éruption de l’Augustine. Cependant, pendant cette période, les chercheurs ont observé 300 coups de foudre. Ronald Thomas les compare à un violent orage tels que ceux observés en été dans le Midllewest.
Il suspecte que la présence d’éclairs pourrait être en relation avec la puissance de l’éruption et avec le type de volcan. Les éruptions les plus fortes ont produit plus de débris hautement chargés et donc peuvent produire plus d’éclairs. Les volcans effusifs tels que ceux d’Hawaii, qui produisent actuellement uniquement des coulées de lave, ne génèrent en principe pas d’éclairs.

 

Deux types d’éclairs sont produits d’après les observations : 

- des éclairs précoces sont produits juste à la sortie de la bouche du volcan, lorsque l’éruption débute et que le magma se fragmente. Ils montent vers l’intérieur de la colonne éruptive en formation.

 

Sakura-Jima-09.01.2010-ThB.jpg                       Sakura-jima / Japon - 09.01.2010 - photo Thorsten Boeckel

 

18.04.10---orvaratli.jpg                                Eyjafjallajökull - 18.04.2010 - photo Orvaratli


- Dans un deuxième temps, les éclairs se forment dans le panache lui-même, et ressemblent à ceux produit dans un orage : branches multiples et durée d’une demi-seconde environ.

 

Eyjafjoll-04.10.jpg                         Eyjafjallajökull - avril 2010 - photo Skarphedinn Thrainsson / Flickr

 

En mars et avril 2009, c’est au tour du Redoubt de servir de terrain Redoubt 2009 - Brentwood Higmanexpérimental. Vingt-trois épisodes distincts de productions d’éclairs volcaniques sont observés durant l’éruption et deux phases d’activité électrique distinctes sont également remarquées, respectivement durant la phase explosive et la phase dite de panache.  - Redoubt / Alaska 28.03.2009 - photo Brentwood higman

 

La phase explosive est caractérisée par de petites décharges survenant directement au dessus de l’évent. Les éclairs se répartissent sur 1 à 50 km².

La phase de panache voit les décharges se produire à l’intérieur de la colonne éruptive.

 

04.06.2011---Puyehue---Franciscp-Negroni-AP-AgenciaUno.jpg                    Puyehue - Cordon-Caulle / Chili - 04.06.2011 - photo Francisco Negroni / AP


Avec le temps, l’extension horizontale des flashes augmente, les plus importants se produisant à la fin de la phase de panache. La distribution de la composante horizontale des décharges au cours du temps indique que la structure chargée du panache évolue d’un complexe grumeleux vers une stratification horizontale plus simple.

 

ejafjalla16apr2010-mfulle4145j.jpg                                     Eyjafjallajökull - 16.04.2010 - photo Marco Fulle

 

-kirishima-lightning--Minami-Nippon-Shibun.jpg                      Kirishima / Japon - photo Minami Nippn Shibun

 

Mais les éclairs dans le nuage pourraient être liés au gel de l’eau, qui électrifierait les nuages dans les orages.

Cette hypothèse a été émise par une équipe de chercheurs islandais et britanniques qui ont étudié l’éruption en 2010 du volcan islandais Eyjafjallajökull. Ils ont découvert que l’éclair dans le nuage n’avait seulement lieu que quand les températures au sommet du nuage de cendres chutaient en dessous de -20°C. C’est la température à laquelle les gouttes d’eau très froides gèlent dans l’atmosphère, d’après Alec Bennet, physicien atmosphérique ayant participé à l’étude. 

 

 

La hauteur du panache est un facteur clef régissant aussi la quantité d’éclairs durant l’orage volcanique, qui se produit dans des panaches d’une hauteur supérieure à 10.000 mètres.

De hauts panaches contribuent à la génération de la charge au travers de collisions avec les particules de glace, en fournissant de forts courants ascendants, eux-mêmes dépendants de l’énergie thermique de l’éruption.

Cette observation est importante, d’après Sonja Behnke qui a écrit à ce sujet dans la Journal of volcanology and Geothermal research 2012 - (Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt Volcano) - , parce que les systèmes pour surveiller les éclairs pouvaient aussi fournir une estimation de la taille de l’éruption, ce qui n’est pas toujours facile à évaluer pour les volcans éloignés.

 

Lors d’une précédente éruption au Mont Redoubt en 1989 et 1990 par exemple, la taille du nuage n’était pas connue et un avion a failli s’écraser après être passé à travers le nuage de cendres et après avoir perdu temporairement toute alimentation électrique de ses moteurs.

 

Sonja Behkne et ses collègues ont suggéré que des stations à très haute fréquence similaires à celles installées au Mont Redoubt pourraient être utilisées pour surveiller les volcans, lancer des alertes et estimer la taille des nuages lors d’éruptions.

 

Cette technique vient de faire l'objet d'une publication à l'AGU - American Geophysical Union - 2010 fall meeting  : "Global detection of explosive volcanic eruptions with the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) and application to aviation safety.

Deux pages distinctes reprennent d'une part 262 volcans monitorés sur le site AVO (http://flash3.ess.washington.edu/USGS/AVO/), d'autre part les 1563 volcans repris par le Global Volcanism Program (http://flash3.ess.washington.edu/USGS/Global/) ; ces pages sont accessibles via les liens soulignés.

 

Entrelagos-05.06.11-Carlos-Guttierez-Reuters.jpg                Puyehue - Cordon-Caulle / Chili -  05.06.2011 - Carlos Guttierez / Reuters

 

Les résultats de ces mesures de surveillance peuvent également aider les chercheurs à déterminer comment les nuages volcaniques deviennent électrifiés par un processus qui séparent les charges négatives des charges positives dans différentes parties du nuage.

 

Sources :

- Behnke, Sonja. A., et al. - Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of Redoubt Volcano, J. Volcanol. Geotherm. Res. (2012), doi:10.1016/j.jvolgeores. 2011.12.010

- Geology.com - Photos of lightning in the Redoubt volcano ash cloud - Brentwood Higman / Ground Truth trekking.org

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