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Les panaches volcaniques sous surveillance GPS ?

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En partenariat avec un chercheur du Geographical Survey Institute, des scientifiques du Centre National de la Recherche Scientifique et de l'Institut de Physique du Globe de Paris ont montré que les ondes émises par les satellites GPS et enregistrées autour du volcan Miyake-Jima, au Japon, ont été ralenties par la traversée du panache du volcan lors des éruptions survenues en juillet et août 2000. La détection par GPS des panaches volcaniques, peu sensible aux conditions météorologiques et utilisable de nuit, pourrait être d'un grand intérêt pour l'aviation civile.

Les panaches volcaniques sous surveillance GPS ?

Le volcan Miyake-Jima forme une petite île de 70 km2 située à 180 km au sud de Tokyo au Japon. Il est entré en éruption le 8 juillet 2000 après 17 années d'inactivité et une semaine de séismes précurseurs. Quatre autres éruptions ont eu lieu jusqu'au 28 août, produisant à chaque fois un panache volcanique s'élevant jusqu'à 10 km au-dessus du niveau de la mer.

Quatre stations GPS, situées à une distance de quelques kilomètres autour du volcan, ont fonctionné en continu de juin à septembre 2000, donc avant et pendant les éruptions. Les données GPS ont servi en premier lieu à connaître les déformations de l'île au cours de la crise volcanique. Elles ont montré que des déformations du sol importantes se sont produites pendant la phase de réveil du volcan avant sa première éruption du 8 juillet, puis ont été faibles, y compris au cours des éruptions suivantes.

Cartes des anomalies de la réfractivité de la troposphère établies grâce aux signaux GPS reçus par les 4 stations (points jaunes) situées sur le volcan Miyake-Jima (contour rouge) lors d'une éruption le 8 juillet 2000. Les anomalies de réfractivité sont représentées à 8h30, 8h50 et 9h10. Chaque colonne contient en haut des cartes de la réfractivité à 2, 4, 6 et 8 km d'altitude. Les cartes du bas sont des coupes verticales réalisées le long de la ligne blanche. © Laboratoire de Sismologie, IPGP.

Cependant au moment des éruptions, en dépit de l'absence de déformation du sol, les scientifiques ont constaté dans les signaux GPS arrivant aux stations de fortes anomalies apparentes des distances satellite-station mesurées, par rapport aux distances attendues, allant jusqu'à 30cm le 18 août. Ces anomalies ne peuvent pas s'expliquer par un mouvement global du terrain pendant ces événements, car elles n'ont pas été observées pour toutes les paires satellite-station, mais seulement pour les signaux dont la trajectoire passait au-dessus du volcan. D'où l'hypothèse formulée par l'équipe : ces anomalies sont dues au fait que les ondes ayant traversé le panache chaud et humide ont subi un retard de propagation en raison de la différence entre la vitesse de la lumière dans une atmosphère standard et dans le panache.

L'équipe a ensuite développé un algorithme permettant d'estimer la géométrie et la température interne du panache, à partir de la mesure de ces anomalies. Cette méthode pourrait être appliquée à la détection et la quantification de panaches volcaniques d'autres volcans munis d'un réseau de stations GPS. Elle pourrait renforcer la panoplie de méthodes utilisées par les centres de surveillance VAAC pour alerter les avions civils de la présence éventuelle de panaches et cendres volcaniques. D'autant plus que le sondage troposphérique GPS est opérationnel de nuit et en présence de nuages.

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