Interaction of ascending magma with pre-existing crustal fractures in monogenetic basaltic volcanism: an experimental approach

International audienceMagma transport through dikes is a major component of the development of monogenetic volcanic fields. These volcanic fields are characterized by numerous volcanic centers, each typically resulting from a single eruption. Therefore, magma must be transported from source to surface at different places, which raises the question of the relative importance of (1) the self-propagation of magma through pristine rock and (2) the control exerted by pre-existing fractures. To address this issue, we have carried out a series of analogue experiments to constrain the interaction of a propagating dike through a medium with pre-existing fractures. The experiments involved the injection of air into an elastic gelatin solid, which was previously cut into its upper part to simulate pre-existing fractures. The volume of the dikes, their distance from the fractures, and the ambient stress field were systematically varied to assess their influence on potential dike-fracture interactions. The results show that distance and angle between dikes and fractures influence these interactions and the dike trajectory. Dike geometry and dynamics are also affected by both the presence of the fractures and the dike volume; dikes propagating in between fractures tend to decelerate. In nature, interactions are expected for dikes and fractures separated by less than about 200 m, and dikes with a volume less than about 10 2 km3 would experience a velocity decrease. These results highlight the influence of pre-existing fractures on the mechanics and dynamics of dikes. These heterogeneities must be considered when studying the transport of magmas within the crust

Étude numérique des instabilités de flammes prémélangées en régime laminaire

Les flammes laminaires prémélangées hydrogène/air sont susceptibles de développer des instabilities dues à des effets hydrodynamiques (connues sous le nom d’instabilités de Darrieus-Landau) et dues à des effets thermodiffusifs. Le premier est dû au changement de masse volumique du fluide tandis que l’autre est dû aux proprieties thermodiffusives des espèces. L’instabilité de la flamme se traduit par l’apparition de zones de combustion localisées que l’on appelle cellules qui se caractérisent par leur comportement auto-accélérant. Cette étude a été réalisée afin d’étudier l’influence de plusieurs paramètres sur le phénomène de cellularité : la cinétique chimique, la loi de mélange, la pression et enfin la condition initiale de perturbation. Pour ce faire, un modèle numérique a été mis en place : les équations de Navier-Stokes sont résolues en régime compressible, laminaire et instationnaire via le logiciel STAR-CCM+. Le domaine de simulation utilisé est un carré 2D de 160 000 cellules, le schema de discrétisation temporelle utilisé est un schéma implicite de second ordre alors que le schema de discrétisation spatiale est un schéma explicite de second ordre. Dans un premier temps, quatre cinétiques chimiques furent testées. Malgré un comportement global du front de flamme similaire pour chaque cinétique, des différences au niveau du nombre de cellules et de leur taille demeurent, probablement dues aux mécanismes de réaction associés à chaque cinétique. L’impact de la loi de mélange sur la cellularité fut étudié au travers de deux lois de mélange : une loi de mélange basée sur la fraction massique et la loi de mélange Mathur-Saxena, basée sur la fraction molaire. Une forte influence de ce paramètre fut observée, du fait que la conductivité thermique du mélange était modifiée et donc le nombre de Lewis également. L’impact de l’augmentation de pression se traduisit par une croissance du nombre total de cellules avec l’augmentation de pression, ainsi qu’un front de flamme de plus en plus chaotique et dentelé. Les paramètres de la perturbation initiale furent étudiés dans un dernier temps (amplitudes de perturbation et fréquence d’oscillation) et indiquèrent un fort impact de ces paramètres sur la cellularité, avec notamment une modification importante du front de flamme et de la taille des cellules. Cette étude a permis d’étudier l’influence de plusieurs paramètres sur le phénomène de cellularité, en utilisant un modèle simple d’ordre 2

The Effect of Ocean Loading on the Growth of Basaltic Ocean Island Volcanoes and Their Magmatic Plumbing System

Basaltic shield volcanoes most commonly form as intraplate volcanic ocean islands that arise from the ocean floor and continue to grow above the sea water level to form gigantic volcanic edifices. The volcanic edifice evolution and the internal stress distribution may be influenced by the water load of the surrounding ocean. We therefore investigate how the presence of an ocean affects the internal stress of a volcanic edifice and thus magma propagation by means of axisymmetric elastic models of a volcanic edifice overlying an elastic lithosphere.Nicolas Le Corvec and Patrick J. McGover

Détection d'endommagement dans une poutre en béton précontraint par recalage de modèles et mesures par fibres optiques

International audienceUne méthode pour la détection et la quantification de l'endommagement est proposée. Elle est fondée sur le recalage des paramètres de modèle caractéristiques de l'endommagement, i.e. le module d'Young, à partir de mesures de déformation par fibres optiques. L'information locale apportée par la mesure de déformation permet une détection précoce de l'endommagement. La méthode a été appliquée sur une poutre en béton précontraint de 8m de long soumise à un chargement statique. Le problème de recalage pouvant s'écrire sous la forme d'un problème de minimisation, i.e. minimisation de l'écart entre déformation simulée et déformation mesurée, un algorithme de descente avec un calcul du gradient à moindre coût grâce à l'état adjoint est mis en \oe uvre. Cette méthode utilise les outils numériques standards de l'Ingénieur, e.g. un superviseur en langage Python et le code de calculs éléments finis Code_Aster. Concernant la poutre en béton précontraint, la méthode a permis de déterminer la zone endommagée et d'estimer l'endommagement à 10%

Assessing future vent opening locations at the Somma-Vesuvio volcanic complex. 2, probability maps of the caldera for a future Plinian/sub-Plinian event with uncertainty quantification

In this study, we combine reconstructions of volcanological data sets and inputs from a structured expert judgment to produce a first long-term probability map for vent opening location for the next Plinian or sub-Plinian eruption of Somma-Vesuvio. In the past, the volcano has exhibited significant spatial variability in vent location; this can exert a significant control on where hazards materialize (particularly of pyroclastic density currents). The new vent opening probability mapping has been performed through (i) development of spatial probability density maps with Gaussian kernel functions for different data sets and (ii) weighted linear combination of these spatial density maps. The epistemic uncertainties affecting these data sets were quantified explicitly with expert judgments and implemented following a doubly stochastic approach. Various elicitation pooling metrics and subgroupings of experts and target questions were tested to evaluate the robustness of outcomes. Our findings indicate that (a) Somma-Vesuvio vent opening probabilities are distributed inside the whole caldera, with a peak corresponding to the area of the present crater, but with more than 50% probability that the next vent could open elsewhere within the caldera; (b) there is a mean probability of about 30% that the next vent will open west of the present edifice; (c) there is a mean probability of about 9.5% that the next medium-large eruption will enlarge the present Somma-Vesuvio caldera, and (d) there is a nonnegligible probability (mean value of 6–10%) that the next Plinian or sub-Plinian eruption will have its initial vent opening outside the present Somma-Vesuvio caldera

Stress Field Interactions Between Overlapping Shield Volcanoes : Borehole Breakout Evidence From the Island of Hawai'i, USA

Acknowledgments: This PTA2 borehole investigation was funded by the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) and by VMAPP (Volcanic Margin Petroleum Prospectivity) project (VBPR/DougalEARTH/TGS) in collaboration with the Humu'ula Groundwater Research Project. D. A. J. and S. P. are partly funded through a Norwegian Research Council Centres of Excellence project (project number 223272, CEED). We thank Marco Groh for the logging operations. We thank two anonymous reviewers for the comments and suggestions. We are particularly grateful to the Associate Editor Mike Poland for his valuable comments and his critical review that greatly improved the manuscript.Peer reviewedPublisher PD

A Comprehensive View of Frozen Shoulder: A Mystery Syndrome

Frozen shoulder is a common epidemiological affliction. Data acquired from people who suffer from this type of damage in other joints such as the hip, wrist and ankle also exist; although these syndromes are less common. Treatment for frozen shoulder is primarily physical (physiotherapy, manual therapy), secondary medical (corticosteroid injections) and finally surgical but with limited success. The difficulty in treating this type of condition successfully lies in the lack of knowledge about the risk factors involved and the pathophysiology underlying this mysterious syndrome. This review gives an overview of the current scientific position of frozen shoulder in terms of evolutionary factors, etiology, the different mechanisms of action involved, current treatment options and other possible interventions based on recent discoveries of pathophysiological mechanisms. The overall objective is to clarify several unknown aspects of a syndrome that affects up to 5% of the world's population