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La structure interne du geyser Old Faithful révélée par localisation des sources d’ébullition interne

par Natacha Cauchies - 29 mai 2013 ( maj : 16 juin 2013 )

Le geyser surnommé le Vieux Fidèle -pour la régularité de ses éruptions- a livré une partie de ses secrets ! En utilisant une méthode de localisation des signaux acoustiques de l’ébullition souterraine par des enregistrements sismologiques en surface, une équipe de chercheurs d’ISTerre a révélé l’existence d’une cavité, véritable zone de recharge du geyser. Ce résultat paru dans Geophysical Research Letters ouvre des horizons pour la compréhension non seulement des geysers mais aussi par analogie des volcans.

Le Geyser Old Faithful a été découvert en 1870 par l’expédition Washburn dans la région de l’Ouest des Etats-Unis qui deviendra le Yellowstone National Park. Surnommé le Vieux Fidèle en raison de la régularité de ses éruptions, ce geyser a fait l’objet de nombreuses études scientifiques qui visaient à comprendre les processus physiques à l’origine des éruptions, sa structure interne, et l’origine de son caractère intermittent.

Plusieurs campagnes d’enregistrements sismologiques autour du geyser ont ainsi montré l’existence d’une vibration quasi-permanente du sol, ou tremor. Ce déplacement du sol est produit par l’ébullition et la cavitation de bulles de vapeur dans les conduits du geyser. Des mesures simultanées de pression hydrostatique dans le conduit et de vibrations du sol ont montré que la source de ces vibrations se trouvait dans la partie supérieure de la colonne d’eau au sein du geyser.

Réseau sismique et représentation 3-D des sources hydrothermales de tremblements du Geyser Old Faithful
Représentation spatiale des sources de tremblements obtenue à partir de la méthode de "beamforming" et structure proposée pour le réservoir du Geyser Old Faithful.

Dans cet article, nous analysons des données sismologiques enregistrées en 1992 par un réseau de 96 capteurs disposés autour du Old Faithful Geyser. La méthode, appelée beamforming (ou formation de voies) vise à localiser une source acoustique en profondeur grâce aux signaux enregistrés simultanément sur un réseau de capteurs à la surface. Le but de l’étude est de localiser avec précision la source des vibrations lors de la remontée de l’eau dans le geyser. La géométrie de la canalisation interne empruntée par le fluide en ébullition au cours du temps est déterminée avec une précision d’un ou deux mètres. Il apparaît clairement deux structures distinctes dans le geyser :

  • un conduit sub-vertical de géométrie cylindrique, qui avait déjà fait l’objet d’une reconnaissance vidéo jusqu’à 14 m de profondeur, et dont l’extension est identifiée jusqu’à environ 20 mètres.
  • une cavité latérale, dont l’existence était inconnue, d’un volume de quelques dizaines de m3 est mise en évidence. Cette cavité est le siège d’une activité acoustique juste après l’éruption, et apparaît ainsi comme une zone de recharge du geyser.

La localisation des sources d’ébullition lors du cycle du geyser permet de suivre avec une grande précision la remontée du fluide depuis la cavité jusqu’au conduit vers la surface. Environ vingt minutes avant l’éruption, le niveau moyen de l’eau se stabilise et on observe des oscillations périodiques de la profondeur des sources, ainsi que de l’amplitude et de la fréquence de signaux acoustiques. Le modèle proposé pour expliquer ces oscillations est celui d’un oscillateur harmonique. Il est constitué d’une zone liquide rigide dans le conduit supérieur, connectée à une zone de fluide compressible, riche en vapeur, dans la cavité latérale.
Cette étude géophysique a permis de déterminer avec précision la structure interne d’un geyser et de mieux comprendre sa dynamique. L’analogie avec des systèmes hydrothermaux de plus grande taille pourra servir à une meilleure compréhension des phénomènes volcaniques.

Contact scientifique local :
Jean Vandemeulebrouck, ISTerre-OSUG : 04 79 75 84 85 | Jean.Vandemeulebrouck@univ-savoie.fr

Source :
The plumbing of Old Faithful Geyser revealed by hydrothermal tremor, Geophysical Research Letters, Jean Vandemeulebrouck, Philippe Roux et Estelle Cros, Institut des Sciences de la Terre, CNRS, Université de Savoie et Université de Grenoble 1, France.
Lire l’article en ligne.

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