jeanflop/post-ocr-correction huggingface dataset:
degassing of Lake Monoun would take less than one year with three 141 mm diameter pipes. Abridged English Version — The true nature of the catastrophic gas bursts of lakes Monoun (Sigurdsson et al., 1987) and Nyos (Freeth, 1988), Cameroon, in 1984 and 1986, respectively, is still unclear. Whether or not the gas release was provoked by a CO2-rich volcanic eruption (Tazieff, 1989), like at Dieng Plateau (Le Guern et al., 1982), Java, in 1979, or by any kind of lake overturn (Sabroux et al., 1987 a; Tietze, 1992), it is certain that both Lake Monoun and Lake Nyos still
is certain that both Lake Monoun and Lake Nyos still contain huge amounts of dissolved carbon dioxide in their stratified deep water layers. The figures reach 10 million cubic metres STP for Lake Monoun and 265 million cubic metres for Lake Nyos (Halbwachs et al., in prep.). Any disturbance of the present stratification of these lakes may trigger a catastrophic gas release, and the amount of ex-soluble carbon dioxide dissolved at depth is sufficient to feed an asphyxiating and dense gas cloud of the same volume as the cloud responsible for the previous disasters (Kling et al., 1989). For alleviating
for the previous disasters (Kling et al., 1989). For alleviating this particular hazard, many authors, including an international panel (Freeth et al1990), strongly advocate a controlled degassing of the so-called "killer lakes" of the Northwest Cameroon (Sabroux et al., 1987 b; Fletcher, 1992). This controlled degassing can be elegantly carried out by gas-lift, a method already used for extracting methane (and CO2) from Lake Kivu at Gisenyi, Ruanda. The method consists of a pipe set-up vertically between the lake bed and the surface. A pump raises the water in the pipe up to a level where it becomes saturated with
pipe up to a level where it becomes saturated with gas. In the pipe, the column of water topped by a diphasic mixture of gas and water is lighter than the head of water outside the pipe. Consequently, the fluid in the pipe rises to the surface. Therefore, once it has primed the gas lift, the pump is useless; above the saturation level, isothermal expansion of gas bubbles powers the flow of the gas-liquid mixture as long as dissolved gas (at a saturation pressure above atmospheric pressure) is available for expansion. Note présentée par Jean AUBOUIN. 0764-4450/93/03160483 $ 2.00 0
expansion. Note présentée par Jean AUBOUIN. 0764-4450/93/03160483 $ 2.00 0 Académie des Sciences Numerical models are designed for calculating the flow-rate of a gas-lift, knowing the input parameters (i. e., gas content) and the diameter and length of the pipe. Nevertheless, several unknowns remain that make field experiment necessary: 1) the cooling of the fluid upon ex-solution and expansion of the gas, 2) the characteristics of the diphasic flow (bubbly, slug or annular), 3) the viscosity of the diphasic flow, 4) the instabilities that may develop in the flow when the fluid velocity approaches the speed of sound in the
the fluid velocity approaches the speed of sound in the gas-water mixture (Marchal, 1962; Gibson, 1970) and, 5) the amount of gas over-saturation before the nucleation of bubbles occurs. We carried out our first gas-lift experiment at lakes Monoun and Nyos in March 1990, by means of a 9 mm inner-diameter PVC pipe (Halbwachs et al., in prep.). The experiment was designed to provide Cameroonian scientists with a simple means for determining, in the field, the CO2 concentration profile of the lakes. Indeed, the gas-lift brings the gas-water mixture to the surface, where the flow-rate of each component is readily
the surface, where the flow-rate of each component is readily measured volumetrically by means of a graduated cylinder and a stopwatch. The results are in perfect accordance with the CO2 concentration profiles measured by other authors with less simple methods (e. g., Niskin-type water sampler). A larger-scale gas-lift experiment was conducted in March-April 1992 at Lake Monoun, after determining an updated CO2 profile (fig. 1 b). Two polyethylene pipes (53 mm and 141 mm inner-diameter, respectively) were tightened between moorings on the lake bed and a floating raft, at a distance of 100 m or so from the meteorological monitoring
distance of 100 m or so from the meteorological monitoring platform set up by US limnologists (fig. 1 a). The main results of the experiments are presented in table. Two to three 141 mm diameter pipes (fig. 2) could readily remove in one year the carbon dioxide dissolved in Lake Monoun. I. INTRODUCTION. — L'émission brutale de gaz carbonique endogène par un lac de cratère résulte soit d'une éruption volcanique sous-lacustre, soit d'une remontée d'eau profonde chargée de CO2 dissous. Les éruptions phréatiques à forte composante carbo-gazeuse sont bien connues, du moins depuis l'éruption du plateau de Dieng à Java
du moins depuis l'éruption du plateau de Dieng à Java (Le Guern et al., 1982), qui fit 179 victimes en 1979. En revanche, le retournement d'un lac méromictique à l'hypolimnion chargé de CO2 dissous — phénomène que nous avons baptisé « éruption limnique » (Sabroux et al., 1987a) pour souligner l'analogie des mécanismes mis en jeu avec ceux qui gouvernent l'éruption volcanique magmatique — constituerait un risque naturel nouveau, ou plus exactement un risque naturel largement sous-estimé avant 1986. Les évaluations du volume de gaz carbonique libéré en quelques heures par le lac Nyos (1 700 victimes en août 1986)
par le lac Nyos (1 700 victimes en août 1986) vont de 10 à 1000 millions de mètres cubes TPN (Freeth, 1988; Tazieff, 1989). Deux ans auparavant, le lac Monoun (5°34'N, 10°35E, alt. : 1080 m), situé dans la même province du Nord-ouest, au Cameroun, et distant de 130 km seulement du lac Nyos, avait lui aussi brutalement émis du gaz carbonique, en quantité bien inférieure il est vrai, mais suffisante toutefois pour asphyxier 37 personnes parmi les riverains du lac (Sigurdsson et al., 1987). Près de 8 ans après la première de ces deux catastrophes, le mécanisme responsable des
la première de ces deux catastrophes, le mécanisme responsable des libérations brutales de CO2 par les lacs volcaniques n'est pas complètement élucidé. Cependant, en mars 1990, les eaux profondes du lac Monoun et du lac Nyos contenaient encore, respectivement, environ 10 et 265 millions de mètres cubes TPN de gaz carbonique dissous susceptible de se dégager de façon explosive (Halbwachs et al., en prép.). La stratification relativement stable de ces lacs maintient les couches chargées de gaz dans l'hypolimnion, mais une perturbation significative de cette stratification libérerait sans aucun doute des quantités importantes de gaz carbonique (Kling et al., 1989;
des quantités importantes de gaz carbonique (Kling et al., 1989; Tietze, 1992). En 1990, un groupe international de scientifiques (Freeth et al., 1990) tout comme la Délégation aux Risques Majeurs dès 1986 (Sabroux et al., 1987b) a recommandé qu'il soit procédé sans délai à l'extraction du gaz carbonique dissous dans les lacs Monoun et Nyos. La méthode préconisée est bien évidemment le gas-lift qui utilise l'énergie de détente du gaz dissous afin d'élever l'eau profonde dans un tuyau. Le dégazage auto-entretient alors le débit puisque la colonne de fluide dans le tuyau est plus légère que la colonne d'eau de
le tuyau est plus légère que la colonne d'eau de même dimension dans le lac. Pour désigner un tel processus, nous proposons le terme d'« auto-siphon », qui apparaît mieux adapté que gas-lift, puisque le gaz propulseur est non pas exogène, mais initialement dissous dans le liquide qu'il élève par détente. II. PROFIL DE CONCENTRATION EN CO2 DANS LE LAC MONOUN. Une première expérience d'auto-siphon a été réalisée en mars 1990 aux lacs Monoun et Nyos avec des tuyaux en PVC de 9 mm de diamètre (Fletcher, 1992; Halbwachs et al., en prép.). Une fois l'auto-siphon amorcé, une éprouvette graduée
al., en prép.). Une fois l'auto-siphon amorcé, une éprouvette graduée permet de mesurer le rapport gaz/liquide du fluide biphasique délivré à l'extrémité supérieure du tuyau. L'expérience est renouvelée autant de fois que nécessaire, avec l'extrémité inférieure du tuyau immergée à des profondeurs décroissantes : la résolution verticale de la méthode est quasi illimitée. Sa précision est également excellente, puisqu'elle se ramène à la mesure, pendant un temps donné, d'un volume d'eau versé (éprouvette à l'endroit) et d'un volume d'eau déplacée (éprouvette renversée sur la surface du lac). Enfin, cette méthode peut être mise en œuvre par des laboratoires qui ne
peut être mise en œuvre par des laboratoires qui ne disposent pas de moyens analytiques sophistiqués. L'expérience a été reconduite en mars 1992 au lac Monoun (fig. 1b), ce qui a permis de confirmer le profil obtenu 2 ans plus tôt. III. MÉCANISME DE L'AUTO-SIPHON : APPROCHE ANALYTIQUE ET APPROCHE NUMÉRIQUE. Dans le gas-lift, la détente du gaz est très proche de l'isotherme car, 1) le liquide impose sa chaleur massique au fluide biphasique et, 2) la fragmentation du liquide par des myriades de bulles favorise les échanges thermiques liquide-gaz. Dans le cas de l'auto-siphon, le gaz est initialement dissous
Dans le cas de l'auto-siphon, le gaz est initialement dissous dans le liquide. Supposons 1) la loi de Henry vérifiée et, 2) l'écoulement biphasique homogène (ou non séparé : égalité des vitesses du gaz et du liquide). Soit N le nombre total de moles de gaz dissous par litre d'eau. L'énergie disponible par détende isotherme du fluide entre la pression de saturation Ps et la pression atmosphérique Pa = 0,9 atmosphères (à 1080 m d'altitude) est égale à : avec R = 8,314 J. mole-1. K-1 et T en kelvins. La difficulté essentielle est alors d'évaluer analytiquement la part de
La difficulté essentielle est alors d'évaluer analytiquement la part de cette énergie qui se trouve dissipée par les forces de viscosité. Les codes de calcul, permettant de décrire les contraintes mécaniques radiales et longitudinales sur le tuyau ainsi que le débit d'émergence, sont affectés par plusieurs facteurs d'incertitude : 1) la nature de l'écoulement à « bulles », à « poches » ou à « bouchons »; 2) les conditions aux limites de l'écoulement biphasique (retard à la nucléation des bulles, pression à l'émergence); 3) la viscosité du fluide biphasique et, 4) les instabilités qui se développent dans l'écoulement lorsque
et, 4) les instabilités qui se développent dans l'écoulement lorsque la vitesse approche la vitesse du son dans le fluide biphasique (Marchai, 1962), vitesse qui ne dépasse pas 10% de la vitesse du son dans le gaz (Gibson, 1970). Compte tenu de toutes ces incertitudes, le recours à l'expérience est indispensable afin de déterminer, en régime d'écoulement stationnaire (c'est-à-dire une fois l'auto-siphon amorcé), la relation débit/diamètre pour des teneurs différentes en gaz dissous à l'alimentation et pour plusieurs longueurs de tuyau. IV. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX. — Une expérience vient précisément d'être conduite dans cette perspective en mars-avril 1992 sur le lac
conduite dans cette perspective en mars-avril 1992 sur le lac Monoun, avec des tuyaux en polyéthylène haute densité de diamètre intérieur 53 mm puis 141 mm, tendus entre un corps-mort et un radeau. La longueur du tuyau de 53 mm de diamètre (90 m) approche de très près la profondeur du lac Monoun (soit 100 m, cf. profil bathymétrique fig. 1 a). Les 65 m de longueur du tuyau de diamètre 141 mm correspondent à la profondeur où la teneur en gaz dissous du lac est maximum. L'amorçage de l'auto-siphon est réalisé à l'aide d'une pompe électrique agissant au niveau
est réalisé à l'aide d'une pompe électrique agissant au niveau de la surface libre dans le tuyau. Quant au désamorçage, il LÉGENDE DE LA FIGURE 2 Fig. 2. — Photo du jet stationnaire obtenu à la sortie du tuyau de diamètre intérieur 141 mm et de longueur 65 m dressé en avril 1992 au milieu du lac Monoun (photo: J. Grangeon). Fig. 2. — The steady-jet flushing out of the 141 mm inner-diameter and 65 m long pipe moored vertically in the middle of Lake Monoun, April 1992 (photo : J. Grangeon). Fig. 2. TABLEAU Résultats expérimentaux pour différents paramètres
J. Grangeon). Fig. 2. TABLEAU Résultats expérimentaux pour différents paramètres de fonctionnement de l'auto-siphon. Le rendement énergétique est le rapport entre l'énergie cinétique observée expérimentalement et l'énergie W calculée à l'aide de la formule (1) l'énergie disponible par détente est donc dissipée à plus de 90% par les forces de viscosité. Le refroidissement AT est mesuré entre les deux extrémités du tuyau (22,5°C à l'entrée). La masse du gaz est négligée par rapport à celle de l'eau, de même que les variations de volume du liquide à l'exsolution. Enfin, on ne tient pas compte du fait que le gaz dissous
ne tient pas compte du fait que le gaz dissous contient environ 2% de méthane (G. W. Kling, communication personnelle). Experimental and calculated results corresponding to the flow in two pipes of different diameter and length. More than 90% of the energy available through gas expansion is lost by friction. The temperature drop is measured between the two openings of the pipe. The mass of the gas, and the liquid contraction upon ex-solution are neglected, as is the presence of methane in the dissolved gas (methane constitutes 2% of the total gas; G. W. Kling, personal communication). Diamètre intérieur du
total gas; G. W. Kling, personal communication). Diamètre intérieur du tuyau (mm). 53 141 Longueur du tuyau (m). 90 65 Teneur totale en CO2 (TPN.l-1). 4,0 4,1 N (moles.r') 0,178 0,183 Ps (bar). 5,13 5,27 W massique (J. kg-1). 760 793 Profondeur de nucléation (m) 42 44 Hauteur du jet (m) 4 8 Vitesse d'émergence (m. s-1). 8,9 12,5 Débit d'eau (l. s-1). 4,6 44 Débit de CO2 (TPN.s-1). 15 151 Énergie cinétique massique (J. kg-1). 40 78 Rendement énergétique (%). 5,2 9,9 Puissance mécanique du jet (kW). 0,18 3,43 AT (°C). <2 n.d. V. PERSPECTIVES. — Cette expérience, outre
AT (°C). <2 n.d. V. PERSPECTIVES. — Cette expérience, outre qu'elle permet de visualiser, à échelle réduite et contrôlée, le mécanisme d'une éruption limnique (auto-siphon sans tuyau), apporte des éléments quantitatifs essentiels à l'appui de tout projet de dégazage d'un lac méromictique. Deux à trois tuyaux de diamètre 141 mm suffiraient à vider le lac Monoun de ses 10 millions de mètres cubes de gaz carbonique en une année. Reste, bien sûr, à déterminer 1) la profondeur optimale d'installation de ces tuyaux afin que la stabilité du lac — à mesurer en continu — soit garantie durant tout le processus
mesurer en continu — soit garantie durant tout le processus d'extraction, 2) la façon la plus sûre de disposer de l'eau et du gaz en sortie des tuyaux et, 3) les possibilités de valorisation du gaz carbonique ainsi extrait. L'expérience acquise au lac Monoun sera alors extrapolable au problème de l'extraction du gaz carbonique dissous, en quantité autrement imposante, dans l'autre lac « à risque » du Cameroun, projet désormais connu sous le nom d'« Orgues de Nyos » (Sabroux et al., 1987 b). Cette expérience a bénéficié d'un financement du Fonds d'Aide et de Coopération et du Fonds Européen
du Fonds d'Aide et de Coopération et du Fonds Européen de Développement, ainsi que d'un soutien des Ministères camerounais MINMEE, MESIRES, MINDEF, de l'ORSTOM et de Gaz de France. Nous remercions pour leur aide J. Corteville, C. Doyotte, E. Dubois, W. Evans, G. Kayser, G. Kling et M. Sagner. Note remise le 25 mai 1992, acceptée le 15 décembre 1992. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES H. FLETCHER, Degassing Lake Nyos, Nature, 355, 1992, p. 683. S. J. FREETH, Constraints on the volume of carbon dioxide released during the 1986 Lake Nyos disaster, Trans., Am. Geophy. Union, 69, 1988, p. 1466. S. J. FREETH,
Am. Geophy. Union, 69, 1988, p. 1466. S. J. FREETH, G. W. KLING, M. KUSAKABE, J. MALEY, F. M. TCHOUA et K. TIETZE, Conclusions from Lake Nyos disaster, Nature, 348, 1990, p. 201. F. W. GIBSON, Measurement of the effect of air bubbles on the speed of sound in water, J. Acoustic. Soc. Am., 48, 1970, p. 1195-1197. M. HALBWACHS, J.-C. SABROUX, J. VANDEMEULEBROUCK, E, NAAH et A. VILLEVIEILLE, Continuous monitoring of temperatures, and field measurement of the CO2 concentration profiles in lakes Nyos and Monoun, Cameroon: preliminary steps for controlled degassing of the "Killer lakes" (en préparation). G. W.
controlled degassing of the "Killer lakes" (en préparation). G. W. KLING, M. L. TUTTLE et W. C. EVANS, The evolution of thermal structure and water chemistry in Lake Nyos, J. Volcanol. Geotherm. Res., 39, 1989, p. 151-165. F. LE GUERN, H. TAZIEFF et R. FAIVRE-PIERRET, An example of health hazard: people killed by gas during a phreatic eruption, Dieng Plateau (Java, Indonesia), February 20, 1979, Bull. Volcanol., 45, 1982, p. 153-156. R. MARCHAL, Sur la stabilité des écoulements dans les tuyauteries parcourues par une émission de liquide et de gaz, C. R. Acad. Sci. Paris, 254, 1962, p. 2524-2526. J.-C.
C. R. Acad. Sci. Paris, 254, 1962, p. 2524-2526. J.-C. SABROUX, E. DUBOIS et C. DOYOTTE, The limnic eruption: a new geological hazard? Abstract, International Conference on Lake Nyos disaster, Yaoundé, Cameroon, March 16-20, 1987 a. J.-C. SABROUX, A. VILLEVIEILLE, E. DUBOIS et C. DOYOTTE, Étude d'un système de surveillance pour le lac Nyos et d'autres lacs à risque au Cameroun, Rapport Délégation aux Risques Majeurs, Ministère de l'Environnement, Paris, 1987 b, 132 p. H. SIGURDSSON, J. D. DEVINE, F. M. TCHOUA, T. S. PRESSER, M. K. W. PRINGLE et W. EVANS, Origin of the lethal gas burst from Lake
W. EVANS, Origin of the lethal gas burst from Lake Monoun, Cameroon, J. Volcanol. Geotherm. Res., 31, 1987, p. 1-16. H. TAZIEFF, Mechanisms of the Nyos carbon dioxide disaster and of so-called phreatic steam eruptions, J. Volcanol. Geotherm. Res., 39, 1989, p. 109-116. K. TIETZE, Cyclic gas bursts: are they a "usual" feature of Lake Nyos and other gas-bearing lakes? In Natural Hazards in West and Central Africa, S. J. FREETH, C. O. OFOEGBU et K. M. ONUOHA éd., Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden, 1992, p. 97-107. M. H. et J. G. : Laboratoire d'Instrumentation Géophysique, Université de Savoie, B.P. n° 1104, 73011
Laboratoire d'Instrumentation Géophysique, Université de Savoie, B.P. n° 1104, 73011 Chambéry Cedex, France; J.-C. S. : Centre des Faibles Radioactivités, CNRS/CEA, 91198 Gif-sur-Yvette Cedex, France; Adresse actuelle : IPSN, DPEIISERAC, CE/Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France; A. V. : Union Internationale des Associations et Organismes Techniques, UNESCO, 1, rue Miollis, 75732 Paris Cedex 15, France. Géochimie / Geochemistry Analyse des isotopes de l'hélium dans la calotte polaire Antarctique : résultats préliminaires au site Vostok Philippe JEAN-BAPTISTE, Dominique RAYNAUD, Frédérick MANTISI, Todd SOWERS et Narcisse BARKOV, Résumé Des prélèvements de glace ont été effectués à la station Vostok (Antarctique) pour analyse des
été effectués à la station Vostok (Antarctique) pour analyse des isotopes de l'hélium. Ces mesures, sur des échantillons prélevés entre 116 et 165 m de profondeur, c'est-à-dire sous la zone de fermeture des pores, indiquent un fractionnement isotopique moyen légèrement négatif (Δ3He = -0,8± 1 %) et suggèrent une perte en hélium entre 27 et 42 de la quantité initialement présente. Nos résultats indiquent que l'hélium initialement contenu dans la porosité ainsi que la fraction associée dissoute dans la glace ont en partie diffusé hors de la calotte à cause de la densification progressive du matériau. Toutefois, il n'est pas
de la densification progressive du matériau. Toutefois, il n'est pas possible d'affirmer que l'ensemble du déficit en hélium mesuré soit dû à cette diffusion. Les différentes causes possibles d'artefacts, liées à la technique de prélèvement et dues, en particulier, à la forte diffusivité de l'hélium, sont analysées et discutées. Measurement of helium isotopes in Antarctic ice: Preliminary results from Vostok Abstract Samples of ice from a short core drilled at the Vostok station were analyzed for 3He and 4He. The samples were taken from below the Fim-ice transition region (which lies 90-100 m below the surface). Results suggest that between
lies 90-100 m below the surface). Results suggest that between 27 and 42% of the initial helium had escaped before the ice samples were incorporated into the copper sample tubes. Δ3He results averaged -0.8±1%. It is unclear whether the measured helium loss occurred only by diffusion from the ice sheet to the atmosphere or if some loss may have occurred after the core was retrieved from the drill-hole. The different causes of bias, principally linked to the high diffusivity of He in ice, are reviewed and discussed. Abridged English Version During the austral summer of 1989-1990, ice samples from a
During the austral summer of 1989-1990, ice samples from a shallow core were collected at the Vostok station (78°28'S, 106°48'E). The depth interval over which the samples were taken was between 116 to 165 mbs. This interval lies just below the close-off region which is located between 90 and 100 m below the surface (mbs). The main purpose of this study was to investigate the distribution of helium isotopes in polar ice. We discuss isotope fractionation during pore close-off and diffusion through the upper part of the ice sheet. Available data on the helium isotopic composition of trapped gases in
data on the helium isotopic composition of trapped gases in ice cores is extremely limited [1]. Our preliminary goal was to test the sampling technique which has been adapted from that used for sampling sea water [6]. The technique used for the ice core samples involved cutting the ice sample from the parent core soon after it was brought to the surface of the ice sheet. Five or six pieces of ice weighing about 6 g were placed in a sealed copper tube (1/2" OD). The copper tubes were evacuated to 10-3 Torr before the tube was sealed off with
to 10-3 Torr before the tube was sealed off with a clamp. The leak rate across the clamp leads to a helium blank measured to be 1.45 x 10-9 cm3 STP over a three-month period. This value corresponds to approximately 0.1 of our sample. The overall precision of our analytical technique is ±0.5% for the excess He while the precision of the helium concentration is better than ±0.8%. Helium is known to be highly diffusive in ice ([4], [5]). Moreover, the ice is supersaturated with gases due to the high bubble pressure. It is for this reason that one must
bubble pressure. It is for this reason that one must exercise care during collection and preparation of the ice samples for helium isotope measurements. A numerical study of the post coring diffusion phenomenon was carried out (fig. 1a and b), which shows that it is absolutely essential that the ice samples be prepared as soon as the ice has been retrieved from the drill hole. We also investigated the influence of the evacuation of the copper tube on the amount of helium and isotopic composition. Results of this study suggest that one needs to correct for helium loss as well
that one needs to correct for helium loss as well as for isotopic fractionation associated with the evacuation of the copper tube containing the ice samples just prior to sealing (fig. 2a and b). Note présentée par Claude LORIUS. 0764-4450/93/03160491 $ 2.00 (è) Académie des Sciences We also corrected each sample for the air which was lost from cut bubbles during the preparation of the small ice samples. The surface to volume ratio of our samples is high ( = 7 cm-1) suggesting the amount of air lost to cut bubbles was substantial. Both raw and corrected helium data are
bubbles was substantial. Both raw and corrected helium data are reported in table. Also included in table is the ratio of the initial helium concentration at pore close-off (= 4.8 x 10-7 cm3/g) to the measured concentration. The data suggest that between 27 and 42% of the helium had been lost from the samples we measured (fig. 3). Although there is a fair amount of scatter in the isotopic ratios, the mean δ83He value is slightly negative (δ = — 0.8 ±1%). These results are quite similar to Craig data obtained in 1971 at Byrd station (Antarctica) [1], δ =