LE VOLCANISME «Parmi les phénomènes que la nature offre à nos regards, il n en est de plus grandiose, de plus merveilleux, de plus mystérieux, de plus terrifiant qu un volcan en activité. Il tremble, gronde, craque, s éventre, mugit, explose, fume, jaillit, coule» Maurice Krafft. Chaque année, une soixantaine de volcans actifs entrent en éruption. I) LES MANIFESTATIONS DES ERUPTIONS VOLCANIQUES Notionnels : Le volcanisme est l arrivée en surface de matière minérale en fusion : le magma. Les manifestations volcaniques sont des émissions de laves et de gaz, des explosions projetant des matériaux solides fragmentés. Les éruptions sont de types différents et les laves plus ou moins fluides. Méthodologiques : -à partir d un document audiovisuel. -à partir d un texte. Activité: Repérer et comparer les manifestations visibles d une éruption volcanique Construction d un tableau comparatif dont les entrées : titres des lignes et des colonnes sont à trouver par les élèves en fonction des caractéristiques de chaque type d éruption - A partir des points communs (magmas, laves, gaz ) arriver à un premier niveau de formulation de ce qu est un volcan - A partir des différences (explosions, viscosité, coulées ) distinguer et nommer les deux types de volcanisme. Le piton de la fournaise (île de la Réunion) Mont St HELENS (U.S.A cote est) Le Mérapi Le Kilauea PHOTO Fréquence des éruptions Produits émis (ce qui est «fabriqué») Type de lave (qualité de la lave) Edifice formé Une à deux par année coulées et fontaines de lave 1000 C, Bombes, scories, gaz Coulée fluides Bouchon Cône volcanique (avec cratère ou caldeira) 1857 / 1980 : une par siècle Cendres, blocs, gaz, nuées ardentes. Dôme de lave obstruant le cratère visqueuse Une importante par siècle Cendres, blocs, gaz, nuées ardentes. Dôme de lave obstruant le cratère Bouchon visqueuse Cratère d explosion Cratère et dôme de lave d explosion Quotidienne depuis 20 ans coulées et fontaines de lave 1000 C, Bombes, scories, gaz Coulée fluides Cône volcanique (avec cratère ou caldeira) Couleur Rouge gris gris rouge Type d éruption Effusif Explosif Effusif Explosif
Tout volcan correspond à la montée à la surface d un magma (roches fondues + gaz), à la faveur d une cassure. On peut différencier deux types d éruption : le dynamisme effusif et le dynamisme explosif. Comment expliquer les différences entre les deux types d'éruption? Hypothèses (je pense que): - Les éruptions dépendent de la quantité de gaz (expérience N 1) - Les éruptions dépendent de la taille de la cheminée (expérience N 2) - Les éruptions dépendent de la viscosité du magma (expérience N 3)
Activité pratique : modélisation de l activité volcanique Compétence : pratiquer la démarche expérimentale Expérience 1 matériel à votre disposition 1/ Propose une expérience simple pour tester l hypothèse Les éruptions dépendent de la quantité de gaz 2/ Liste tout le matériel dont tu penses avoir besoin pour réaliser ton expérience. Tube en U, : volcan Ketchup : lave Cachet effervescent + eau : gaz de la lave 3/ Réalise les montages expérimentaux. http://alexandre.artus.free.fr/cartable/quatrieme/activite_interne/modelisation_volcanisme1.html 4/ Déduis des résultats de ton expérience, si ton hypothèse est validée Plus il y a de gaz et plus le mélange sort vite. Les éruptions sont donc différente selon la quantité de gaz mélangé à la lave. L hypothèse est validée. Tu as réussi si : - Tu sais quelle hypothèse tu testes. - tu as listé tout le matériel nécessaire, - tu as identifié le facteur à faire varier, - tu as réalisé correctement le montage et le suivi de l expérience, - tu as su utiliser tes résultats pour valider ou invalider ton hypothèse.
Activité pratique : modélisation de l activité volcanique Compétence : pratiquer la démarche expérimentale Expérience 2 matériel à votre disposition 1/ Propose une expérience simple pour tester l hypothèse - Les éruptions dépendent de la taille de la cheminée 2/ Liste tout le matériel dont tu penses avoir besoin pour réaliser ton expérience. 2 Tubes en U, : cheminées Ketchup : lave Cachet effervescent + eau ( gaz de la lave) 3/ Réalise les montages expérimentaux. http://alexandre.artus.free.fr/cartable/quatrieme/activite_interne/modelisation_volcanisme1.html 4/ Déduis des résultats de ton expérience, si ton hypothèse est validée Le mélange coule le long du tube. Le dynamisme éruptif est le même. L hypothèse n est pas validée. Tu as réussi si : - Tu sais quelle hypothèse tu testes. - tu as listé tout le matériel nécessaire, - tu as identifié le facteur à faire varier, - tu as réalisé correctement le montage et le suivi de l expérience, - tu as su utiliser tes résultats pour valider ou invalider ton hypothèse.
Activité pratique : modélisation de l activité volcanique Compétence : pratiquer la démarche expérimentale Expérience 3 matériel à votre disposition 1/ Propose une expérience simple pour tester l hypothèse Les éruptions dépendent de la viscosité du magma 2/ Liste tout le matériel dont tu penses avoir besoin pour réaliser ton expérience. Tube en U, : cheminée Ketchup : lave fluide Ketchup + purée : lave visqueuse Cachet effervescent + eau ( gaz de la lave) 3/ Réalise les montages expérimentaux. http://alexandre.artus.free.fr/cartable/quatrieme/activite_interne/modelisation_volcanisme1.html 4/ Déduis des résultats de ton expérience, si ton hypothèse est validée Le ketchup coule le long du tube. La purée est expulsée par blocs et ne coule pas. La viscosité détermine le type de dynamisme éruptif. L hypothèse est validée. Tu as réussi si : - Tu sais quelle hypothèse tu testes. - tu as listé tout le matériel nécessaire, - tu as identifié le facteur à faire varier, - tu as réalisé correctement le montage et le suivi de l expérience, - tu as su utiliser tes résultats pour valider ou invalider ton hypothèse.
Projections Coulée de lave fluide Cône volcanique Coulée secondaire Magma (cheminée volcanique) Dôme de lave visqueuse solidifiée Nuée ardente Anciennes cendres Magma (cheminée volcanique) Une éruption volcanique correspond à l arrivée en surface de magma. La différence entre les types d'éruption (et donc entre les différents édifices volcaniques qui en résultent) provient de la différence entre les types de magmas et plus précisément de leur viscosité. La viscosité d'un magma est liée à sa teneur en SiO2. On distingue des magmas hyper siliceux (SiO2 / 75%) très visqueux et des magmas hypo siliceux (SiO2 / 50%) fluides. - si un magma est fluide, le gaz s'échappe facilement et le magma remonte tranquillement pour couler le long du volcan. type effusif - si un magma est visqueux, le gaz va rester emprisonné et va s'accumuler ce qui provoque une augmentation de la pression et des éruptions plus violentes. type explosif Quelle est l origine Des éruptions volcaniques?
II) L ORIGINE DU VOLCANISME 1) La formation du magma. VIDEO La matière est constituée d atomes. Quand les atomes sont liés solidement entre eux, la matière est solide. Quand les atomes sont liés faiblement. la matière est liquide. La pression pousse les atomes les uns contre les autres et tend à rendre la matière solide. A inverse, la température tend à écarter les atomes les uns des autres et donc à rendre la matière liquide. Dans l intérieur du globe, pression et température se livrent une lutte formidable, tout en augmentant avec la profondeur. Sur les 3000 premiers kilomètres, c est la pression qui l'emporte. Autrement dit, une roche portée à 1 300 est liquide, fondue à la surface de la Terre. Cette même roche, à la même température de 1 300 C, est solide à une profondeur de 200 km..." Cependant, il arrive parfois, vers100 km de profondeur, la température l emporte sur la pression. C est à ce niveau, à plusieurs dizaines de kilomètres sous nos pieds, que les roches fondent, mais pas complètement : on parle de fusion partielle (5% de la roche). Le liquide formé, appelé magma, est un mélange de roche fondue (lave), de gaz et parfois de cristaux en suspension. Sa composition est différente selon la nature de la roche en fusion. Le magma est de la matière minérale en fusion contenant des matériaux solides et des gaz. Il provient de la fusion partielle de certaines roches en profondeur (-70 à 200 km)
Que devient ce magma? A coller Une éruption est précédée de certains signes : activité sismique importante et gonflement du volcan. Ces signes traduisent de fortes pressions dans les réservoirs magmatiques superficiels et une monté du magma. Une éruption est due à 2 phénomènes : En profondeur, le magma qui se forme est moins dense que la roche solide qui lui a donné naissance. Il a donc tendance à s'élever vers la surface et à constituer un ou plusieurs réservoirs magmatiques sous le volcan. Sur les derniers kilomètres Les différents gaz présents dans le magma entraînent avec eux vers la surface la matière minérale fondue. (voir Activité pratique : modélisation de l activité volcanique )
En arrivant à la surface les laves sont à l origine de roches volcaniques. Comment se forment les roches volcaniques? III) DES LAVES AUX ROCHES VOLCANIQUES Cartable SVT - quatrième Activité - Interne du globe - structure microlitique ACTIVITE CE QUE NOUS APPRENNENT LES ROCHES VOLCANIQUES Observer 2 roches volcaniques et les comparer à une roche magmatique non volcanique (le granite) Observe-leS. Roche de volcanisme effusif Nom : BASALTE Roche de volcanisme Roche magmatique «de explosif profondeur» ANDESITE GRANITE vacuoles : gaz roche plus claire grains visibles à l oeil nu Observée à l œil nu : vacuoles : gaz roche sombre grains visibles à l oeil nu Observée au Mica microscope : (x18) Quartz Feldspath ( Feldspath Grand cristal Grand cristal structure microlitique microlite Pâte non cristallisée : verre
Les cristaux observés, notamment ceux de grande taille ne sont pas les mêmes. Les 2 roches diffèrent par la nature de leurs cristaux et par conséquent par leur composition chimique. Ces 2 roches sont issues de magmas différents, mais : Qu il s agisse du basalte ou de l andésite, la roche est faite d une partie non cristallisée (le verre) dans laquelle sont dispersés des cristaux de petite et de grande taille. Une explication de la structure des roches volcaniques Deux échantillons de basaltes sont prélevés dans une coulée refroidie : l un à la surface (échantillon 1), l autre au cœur de la coulée (échantillon 2). Les croquis ci-dessous ont été réalisés à partir de l observation au microscope d une lame mince de l échantillon 1 ( à gauche) et de l échantillon 2 ( à droite). 4-Comparer la vitesse de refroidissement du basalte à la surface de la coulée et au cœur de la coulée (1f).(j utilise «plus que ) La vitesse de refroidissement du basalte est plus rapide à la surface de la coulée qu au cœur de la coulée. 5-Compléter le tableau suivant en vous aidant des croquis des lames minces des échantillons 1 et 2 (3f). 6-Proposer une hypothèse pour expliquer la présence de cristaux de différentes tailles (gros cristaux et microlites) dans les roches volcaniques (3b). (j utilise «je pense que» et ma phrase se termine par un point) Je pense que la taille des cristaux dépend de la vitesse de refroidissement, plus elle est élevé et plus les cristaux sont petits et inversement.
Afin de vérifier votre hypothèse, vous disposez d une substance chimique appelée vanilline qui se présente sous forme de cristaux et fond a environ 80 C. Quand elle se refroidit, son comportement est voisin de celui d un magma qui se refroidit : elle vous servira de modèle. Le matériel suivant est à votre disposition pour l expérience : -un microscope pour observer les cristaux formés, -des lames et des lamelles,-un flacon de vanilline : R22 Nocif en cas d ingestion, S24 Éviter le contact avec la peau, S25 Éviter le contact avec les yeux.,. Le professeur distribue à chaque élève la quantité nécessaire à l expérience (une très faible quantité suffit). -un bec électrique réglé sur 82 C. -une pipette contenant de l antigel liquide à 18 C ou une bombe à froid. 1ère manipulation (3c)(j e suis un protocole expérimental dans le calme) a-faire déposer par le professeur un peu de poudre de vanilline au centre de la lame. b-recouvrir d une lamelle. c-porter la lame au-dessus d un bec électrique. Retirer sans attendre la lame lorsque la fusion de la vanilline est réalisée d-observer «en direct»au faible grossissement du microscope. 2ème manipulation (2 ème lame) a- Faire déposer par le professeur un peu de poudre de vanilline au centre de la lame. b-recouvrir d une lamelle. c-porter la lame au-dessus d un bec électrique. Retirer sans attendre la lame lorsque la fusion de la vanilline est réalisée d-observer «en direct» au faible grossissement du microscope et dès que les premiers cristaux apparaissent, vaporiser toutes les 5 secondes un jet d'air froid sur la lame. e-observer «en direct» au faible puis au moyen grossissement. Remarque : pour gagner du temps et éviter les vapeurs irritantes le professeur peut préparer des lames à l avance (lame avec ruban adhésif métallique) : passer donc directement au point c. 6-Complétez le tableau
l Si la vitesse de refroidissement est faible les cristaux formés sont de grande taille Si la vitesse de refroidissement est élevée les cristaux formés sont de petite taille Il apparaît simultanément plus de cristaux sur la lame «froide». Ils sont donc plus petits dans la lame ayant refroidi avec la bombe. 8-Compléter le texte suivant à partir de vos résultats (3h). La structure microlitique des roches volcaniques est le résultat d un refroidissement lent, qui entraîne la formation de gros cristaux, puis d un refroidissement rapide, qui est à l origine de microlites et d un verre qui englobe les cristaux déjà formés.. La vitesse de refroidissement semble donc intervenir dans la formation de cristaux de tailles différentes au sein d un basalte, mais il est évident que la réalité est plus complexe que le modèle. Un magma a une composition chimique plus complexe que la vanilline. Il contient plusieurs «espèces minérales» qui ont chacune leurs caractéristiques de cristallisation. Refaire l expérience à la maison : http://www.editions-breal.fr/svt_college/4eme/vanilline/main.htm
Blocage n 1 : L'expérience en elle même ne modélise pas l'apparition du verre, qui marque la fin de cristallisation du basalte mais pas celle du gabbro. Ce verre est absent des deux lames de vanilline, pourtant l'une d'elle devrait au moins correspondre à ce qui se passse dans le basalte..."pourquoi n'y a t'il pas que de petits cristaux à la place du verre volcanique dans le basalte? " Blocage n 2 : Il concerne la composition chimique des roches qui n'est pas vue dans le modèle vanilline. Une question revient souvent : " Si le magma à l'origine des basaltes a bien refroidi rapidement comme l'a fait la vanilline sur la glace, pourquoi n'y trouve t'on pas que des petits cristaux, plutôt que quelques gros et une majorité de petits? " Difficile de répondre rapidement aux deux dernières questions sans noyer ceux qui pensaient avoir compris jusque là et surtout sans aborder le délicat sujet de la cristallisation fractionnée des magmas (hors programme en quatrième). On peut alors tenter une parade avec les quelques éléments de réponses classiques : la vanilline n'est qu'un modèle avec tout ce que cela implique, le magma a une composition chimique complexe et contient plusieurs espèces minérales qui ont chacune leurs caractéristiques de cristallisation, les écarts de température dans la classe n'ont rien à voir avec les conditions qui existent dans une chambre magmatique, un refroidissement trop rapide du magma fige la roche avant même que des cristaux aient eu le temps de se former. Mais pour l'ensemble de la classe, une explication visuelle sera plus parlante (animation), il est de toute façon préférable d'aborder cet aspect lors d'une autre séance. Nous retiendrons que : Le magma refroidit par étape. Sa solidification sous forme de cristaux de tailles différentes et de verre donne naissance aux roches volcaniques. Ces roches ont un structure caractéristique : la structure microlitique qui conserve la trace des conditions de refroidissement. Complète le schéma avec la légende suivante (un terme peu apparaître 2 fois): Lent, rapide, brutal, microlithes, phénocristaux, verre, chambre, édifice, surface, profondeur, magma, faille.
IV) LA REPARTITION DU VOLCANISME. TECTOGLOB Localisation des éruptions volcaniques dans le monde Objectif : Etre capable de situer les zones éruptives à l échelle mondiale A C B volcanisme Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe. Sur des continents des volcans actifs sont alignés, principalement autour de l océan pacifique (ceinture de feux) et le long de grandes cassures. Dans les océans les zones volcanique se situent dans l axe des dorsales océaniques.