Manuel scolaire sur le volcanisme
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2Le volcanisme PEGORMMARl’origine p Connaissancesle devenir • Le volcanisme est l’arrivée en surface de magma La derniè et se manifeste par deux grands types d’éruption. volcanism Les manifestations volcaniques sont des émissions pas nra guxedttner de lave et de gaz. Les matériaux émis constituent l’édifi ce volcanique.vpoelucta naism • donne mas aL’arrivée en surface de certlors naissance à des coulées de lavaien, sl ’amrrivgée d’autres La durée l as caractéétude déta tmaantg dmes mesattériaux.risée par des explosions proje-typologie d Le magma contenu dans un réservoir magmatiquede maniè localisé à lusi de profondeur est déLleeéslm areonmcth saesitsèop rlveiodlecmseaei unntrié sq rdukieaelle ss go mpaern.èzor ftvieue ssnionne nvtédhiuc urleafrnoti ddiess- cvàdo vhoolllancpccaa tniànr sid e qéeeuètt a gen sement du magma. Le refroidissemremnte pdaer cértiastpaeus xd u magmrra,e ,s da solidi-mgapm engéretnad fication sous fo et de ve onnentélèv nLaai ssstraunccteu raeu xd re olcah erso cvhoel ccaniques.la tracei’snlci sonn,coateues p onserve de ses qu conditions de refroidissement.o s’avérer u • Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe.L’elxlpeérim Sur les continents, des volcans principalement autour de l’océaacnti fPsascoinfitqauliegentélse,d tmeiaaltiao dealvdsee long de grandes cassures.n Dans les océans, les zones volcaniques se situent leurs prin dans l’axe des dorsales océaniques.dqeu il’èamcteu, al
OBJECTIFS XUÉNARGÉ DU REPATIHC Ce second chapitre, consacré à l’étude du volca-nisme,poursuit l’étude des manifestations de l’activité interne du globe. Le constat de la réparti-tion des volcans actifs du globe complète celui de la répartition des séismes et prépare à la construction du modèle de la tectonique des plaques. Par ailleurs, et dans un souci d’éducation à la citoyenneté, ce chapitre se prolonge naturellement par l’étude de la prévention des risques volcaniques (chapitre 4). C’est dans cet esprit que les deux grands types d’éruptions sont ici opposés, leur dangerosité étant liée à la spécificité de leurs magmas. On privilégiera, comme pour l’étude des séismes, unedémarche d’investigation. Après avoir observé les manifestations du volcanisme effusif et celles du volcanisme explosif, on recherche l’origine des matériaux émis lors des éruptions. Une fois établie
rofonde des magmas, on s’interroge sur de la lave pendant son refroidissement. re activité du chapitre montre que le e n’est pas réparti au hasard, et que les ds types de volcanisme ne se rencon-aux mêmes endroits. L’importance du e effusif le long de l’axe des dorsales être soulignée. imitée de cette étude ne permet ni une illée de telle éruption historique ou une es appareils volcaniques, ni d’envisager re approfondie les rapports entre les les paysages. L’objectif essentiel de ce st de faire comprendre le phénomène e, la naissance d’un volcan étant liée se localisée d’un magma. On s’attache ruire la représentation mentale, souvent , de l’existence d’une couche continue a. Le recueil des conceptions que les vent avoir du fonctionnement d’un vol- pourront confronter ensuite avec les nstruites au cours des activités, peut tile à cette fin. entation établissant une relation entre la cristaux et la vitesse de refroidissement permet de comprendre le mode de for-s roches volcaniques, et ainsi d’identifi er cipales caractéristiques. Le principe lisme ayant été défi ni en classe de cin-es élèves doivent alors être capables d’interpréter les indices d’un volcanisme ancien à partir de roches trouvées dans une région. Laplace de la modélisation analogique et ses limites dans une démarche scientifique rigoureuse,constituent ici des objectifs méthodologiques.
OEVUERUTR DE TRPIHACE La photographie d’une éruption de l’Etna (Sicile) montre à la fois des coulées et des projections de lave, ainsi que l’existence d’un édifi ce volcanique. On peut signaler la fréquence des éruptions de ce volcan et consulter à ce sujet le site http://rivie-rec.club.fr/nouvellepage1.htm. Le spectacle des éruptions les plus récentes, assez peu explosives, en a parfois fait une attraction touristique. Mais on peut évoquer aussi les destructions causées par certaines éruptions historiques, comme celle de 1669, qui, très explosive, détruisit une grande partie de la ville de Catane.
Chapitre 2•Le volcanisme29
Donne tes idées sur…
Les documents proposés sont des supports pour faire surgir les conceptions initiales des élèves sur les volcans. L’éruption de l’Etna montre l’image familière d’un volcan en activité. Le document sur le puy de Dôme et le puy de Pariou permet d’interroger les élèves sur la nature de l’appareil volcanique. L’application du principe de l’actualisme peut leur faire rapprocher ce document du précédent. Lapremière questionmobilise les représentations des élèves sur l’origine de la lave. Beaucoup imagi-nent un modèle de réservoir planétaire de magma sous l’écorce terrestre. Quelques-uns attribuent au magma une origine locale, voisine de celle proposée par Buffon (voir exercice 4), d’autres la situent au cen-
30Partie 1 : L’activité interne du globe
Les volcans
tre de la Terre. Par ailleurs, avec les réponses à cette première question, on peut aussi se rendre compte que l’édifice volcanique lui-même n’est pas néces-sairement interprété comme une conséquence du volcanisme : certains élèves pensent que le volcan est une montagne qui préexiste à l’activité volcanique. Laseconde questionpermet de se rendre compte que, si la majorité des élèves pensent aux formes des édifices volcaniques, peu font appel aux carac-téristiques des roches qui le constituent. Quelques-unes des représentations proposées par des élèves sont présentées ci-dessous (ces dessins ont été recueillis auprès d’élèves de 4en’ayant pas encore étudié le volcanisme).
Les conceptions des élèves peuvent être soumises à la classe afin de rechercher en commun les investigations à mener pour valider ou non les idées qu’ils s’étaient faites du volcanisme. Par exemple, si pour tous les élèves un volcan est caractérisé par un édifi ce rejetant de la lave, l’ori-gine de cette lave et la nature de l’édifi ce diffèrent beaucoup. Ces deux derniers points serviront donc à poser les nouveaux problèmes à étudier.
Observer et s’interroger
Ledocument 1compare l’île de Surtsey à sa nais-sance, en 1963, à son aspect actuel. Le cratère ini-tial peut être localisé en haut de la vue aérienne de l’île actuelle, ce qui met en évidence son extension. Le problème de l’origine des matériaux ayant édifi é cette île peut alors être posé. En fait, l’éruption avait commencé bien avant que l’île ne devienne visible, engendrant des panaches de cendres et de vapeur d’eau. Au mois de janvier 1964, l’édifi ce vol-canique restait immergé et atteignait une hauteur de 480 mètres au-dessus du plancher de l’océan. Au mois de novembre 1966, l’éruption cessait après l’émission de 270 millions de m3de lave. Ledocument 2présente les conséquences d’une nuée ardente lors de l’éruption du volcan Mérapi en 2006 (le déroulement de cette éruption est étudié au cours de l’activité 1). L’observation de l’accumu-lation des cendres, dont l’épaisseur atteint les toits
Le document sur l’île de Surtsey (page 33) et l’activité 2 permettent de remettre en cause les conceptions erronées sur l’origine de la lave et de l’édifice volcanique. Les réponses à la seconde question pourront initier l’activité 3 et la modéli-sation expérimentale de la formation des roches volcaniques.
Différentes manifestations du volcanisme des maisons, et des destructions causées dans une région éloignée du volcan qui est visible en arrière plan, pose le problème de manifestations volcaniques d’un type différent de celles qui ont été observées jusque-là. On peut déjà envisager l’existence des deux types de volcanisme, et moti-ver ainsi la première activité. Problèmes scientifiques à résoudre – Quelles sont les manifestations des éruptions volcaniques ? – D’où proviennent les matériaux émis par un volcan ? – Comment la lave devient-elle une roche volca-nique ? – Comment le volcanisme est-il réparti sur le globe ?
Chapitre 2•Le volcanisme
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Activité1
L’activité volcanique
Quelles sont les manifestations des éruptions volcaniques ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE L’objectif de cette activité est d’identifi er lesprincipales manifestations du volcanisme. La comparaison des éruptions du piton de la Fournaise et du Mérapi, toutes deux la même année, permet de défi nir à la fois : – les caractères communs aux deux types d’éruption (émission momentanée de lave et de gaz) ; – les différences entre le volcanisme effusif (coulées de laves fl uides et projections limitées) et le volcanisme explosif (dôme de lave visqueuse et nuées ardentes). La comparaison des deux types d’éruption se prête à unexercice de communication scientifi que: la présen-tation des données sous la forme d’un tableau (saisie des données pertinentes, choix des lignes et des colonnes). Elle permet aussi unepremière approche du risque volcanique, étudié au chapitre 4. Le traitement différent de l alerte volcanique pour les deux éruptions peut être souligné, afi n de montrer l’intérêt d’adopter une attitude ’ responsable face aux risques liés à l’environnement.
Exploitation Les documents proposés dans cette activité per-mettent dedécouvrir les caractéristiques de deux volcans différents: un volcan detype effusif, le piton de la Fournaise (document 3), et un volcan detype explosif, le Mérapi (document 4). Ledocument 3montre de longues coulées de lave (document 3a ssure), leur émission le long d’une fi (document 3b) et des projections sur une vingtaine de mètres de haut (document 3c). L’exploitation de ces trois documents révèle les principales caractéristiques du volcanisme effusif : fl uidité de la lave, émission de gaz, jaillissement de fontaines de lave. On observe également le passage de la lave à la roche volcanique, très rapide dans le cas des projections de scories. Remarque :L’actualité des éruptions du piton de la Fournaise peut être consultée sur le site http://www. fournaise.info/. L’éruption du Mérapi (document 4) permet d’étu-dier un volcanisme explosif sans évoquer de catas-trophe planétaire, telles les explosions du mont Saint-Helens (1980), du mont Pinatubo (1991) ou de la Soufrière de Montserrat (1997), dont l’ampleur même pourrait occulter les autres manifestations de ce volcanisme. Ledocument 4présente la montée d un dôme de ’ lave (document 4a) nécessairement visqueuse, et
32Partie 1 : L’activité interne du globe
une nuée ardente (document 4b) provoquée par la destruction partielle du dôme sous la poussée des gaz. La chronologie de l’éruption jusqu’au retour des populations vivant à proximité du volcan (document 4c) permet de dégager les principales caractéristiques du volcanisme explosif : viscosité de la lave, importance des gaz, dangerosité pour la population et les constructions. Dans le cas de l’éruption de 2006, la fréquence des nuées arden-tes a pu éviter une catastrophe, dans la mesure où le dôme de lave a été périodiquement détruit au fur et à mesure qu’il grandissait. En absence de celles-ci, on pouvait craindre une explosion de grande ampleur, comme en 1930 (1 369 morts) ou en 1994 (plus de 60 morts). On peut aussi évoquer les éruptions d’autres volcans indonésiens, comme celle du Tambora, qui fit 60 000 morts en 1815, ou l’explosion du Krakatoa le 27 août 1883, dont les conséquences sur le climat furent planétaires. Remarque : peut suivre la chronologie et les On images de l’éruption de 2006 du Mérapi sur le site http://geolepwww.epfl .ch/coursgeologie/merapi/ merapi.html.
Réponses aux questions 1. Lesdocuments 3 et 4permettent de préciser que les volcans rejettent de la lave, sous forme de coulées ou de projections, et des gaz. En refroidis-sant, la lave forme des roches volcaniques.
2. Tableau comparatif des caractéristiques de deux volcans différents (documents 3 et 4) : Éruptions de 2006 MérapiPiton de la Fournaise
Aspect de la lave
Vitesse de la lave
Importance des projections
Importance des gaz
Très fluide Très visqueuse 2 à 3 mètres par seconde, soit Vitesse des coulées pyroclastiques : moins de 10 kilomètres par heure 100 à 300 kilomètres par heure Fontaines de lave et projections de Cendres projetées à 3 kilomètres scories sur une hauteur de 20 à 30 Nuées ardentes sur 7 kilomètres mètres (doc. 2 p. 33) Faible pression Forte pression
Activité2La structure et le fonctionnement d’un volcan D’où proviennent les matériaux émis par un volcan ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE Après avoir identifié les matériaux émis au cours d’une éruption, le problème de leur origine doit être posé. Cette activité permet d’atteindre plusieurs objectifs cognitifs concernant le phénomène volcanique : – l’édifice volcanique est construit par les matériaux émis au cours des éruptions successives ; – le magma provient d’un réservoir localisé sous l’édifi ce volcanique lui-même ; – l’ascension du magma est due à la pression exercée par les gaz sur la matière minérale en fusion ; – la genèse du magma résulte de la fusion des roches à très grande profondeur. L approche historique proposée permet de détruire la conception, encore fréquente chez de nombreux élèves, ’ d’un volcanisme relié à l’existence d’une couche continue de magma, afi n de mieux construire avec eux un modèle explicatif à l’aide des données scientifi ques actuelles. Cette approche développe la curiosité des élèves pour les causes des phénomènes naturels, tout en exerçant leur esprit critique face à une représentation contredite par les connaissances scientifi ques actuelles. La saisie de données pertinentes, la réalisation d’un schéma, la formulation des notions construites dans un langage scientifi quement et grammaticalement correct, constituent des objectifs méthodologiques de cette activité.
Exploitation Afin de faire découvrir la nature d’un édifi ce vol-canique et son origine, c’est l’exemple du puy de Lemptégy, en Auvergne, qui a été retenu. L’exploi-tation de ce volcan pour extraire notamment la pouzzolane (utilisée comme matériau de construc-tion) permet de découvrir la constitution de l’édifi ce volcanique. Ledocument 5permet de voir une che-minée constituée d’une roche dure et compacte, entourée de scories rejetées lors de plusieurs éruptions. L’histoire complexe de ce volcan n’est pas envisagée au cours de cette activité. Remarque : Pour plus de renseignements sur ce volcan, qu’il est possible de visiter avec des élèves, on peut consulter le site du puy de Lemptégy (http://
www.auvergne-volcan.com) et celui de l’académie de Clermont (http://www3.ac-clermont.fr/etabliss/ tremonteix/lemptegy/historie.htm). Afin de faire évoluer les représentations des élè-ves sur l’origine de la lave et des gaz émis par un volcan, l’approche historique a été retenue. Ainsi, ledocument 6présente une illustration anonyme pour « L’écorce terrestre » d’Emile Whit. Elle pré-sente la conception dominante du volcanisme au XIXesiècle, comme l’explique Alexandre Bertrand en 1845 :« Les volcans sont des soupiraux par le moyen desquels quelques parties des matières en fusion qui forment la masse interne s’échappent avec violence pour venir se répandre à la surface du globe […] Toutes les autres hypothèses, rapportant
Chapitre 2•Le volcanisme33
les éruptions à des causes purement locales, ne peuvent rendre raison de la singulière ressemblance qui existe entre les produits volcaniques rejetés aux extrémités les plus éloignées du globe. » Pour évoquer les conceptions antérieures, fondées au contraire sur une origine localisée à l’intérieur de l’édifice volcanique lui-même, on peut se référer au texte de Buffon de l’exercice 4 page 46.Une conception plus ancienne, non scientifi que, celle de Kircher en 1665, supposait un foyer central relié aux volcans de surface par des conduits de feu avec des réserves intermédiaires. Différentes représentations historiques de la structure interne du globe, peuvent être consultées sur le site http://web.upmf-grenoble. fr/SH/PersoHist/deparis/Histoirevision.htm. Ledocument 7, quant à lui, permet de réfuter ces conceptions anciennes. Pour le piton de la Fournaise, on peut remarquer plusieurs chambres magmatiques, relativement proches de la surface, qu’il faut distinguer des régions profondes où a lieu la fusion partielle. Il s’agit ici d’un volcanisme de point chaud. On doit conclure à la genèse très localisée de magmas en profondeur,ce qui réfute l’idée d’une couche continue de roches en fusion. Le magma migre et s’accumule progressivement dans une ou plusieurs chambres magmatiques avant d’arriver en surface lors d’une éruption. Les études sismiques qui sont à l’origine de cette représentation ne peuvent être appréhendées en classe de 4e. Réponses aux questions 1. L’édifice volcanique du puy de Lemptégy est formé de roches volcaniques : scories et roches plus dures au niveau des cheminées volcaniques. Il est donc formé de roches issues du refroidisse-ment des produits émis par le volcan. Les renseignements fournis par ledocument 5 permettent d’établir le schéma suivant : QSPKFDUJPO EF TDPSJFT FU EF CPNCFT BDDVNVMBUJPO EF TDPSJFT FU EF DPVMÏFT EF MBWFT DIFNJOÏF EV WPMDBO 34Partie 1 : L’activité interne du globe
2. Actuellement, on sait que la lave et les gaz rejetés lors des éruptions volcaniques ne pro-viennent pas d’une couche interne continue de roches en fusion, mais de chambres magmatiques délimitées. 3. Les informations apportées par le texte du document 8complètent celles du schéma du document 7On peut attendre des élèves qu’ils. reconstituent l’histoire suivante : Fusion des roches en profondeur→Migration du magma vers les chambres magmatiques→Déga-zage lié à une diminution de la pression→Ascension du magma vers la surface au cours d’une éruption volcanique. Remarque :Il faut faire saisir que le dégazage du magma est à l’origine de son ascension. 4. On peut proposer, par exemple : « Unvolcan est composé d’unédifice volcaniqueformé par les matériaux rejetés au cours des éruptions successi-ves, et d’une ou de plusieurschambres magmati-ques, dans lesquelles s’accumule lemagmané en profondeur. Celui-ci est formé de matière minérale en fusion et degazqui entraînent son ascension vers la surface en provoquant une éruption. »
Activité3
La formation des roches volcaniques
Comment la lave devient-elle une roche volcanique ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE À l’issue de cette activité, les élèves doivent : – savoir reconnaître l’origine volcanique d’une roche à partir de l’observation de sa structure ; – établir une relation entre les tailles différentes des cristaux d’une roche volcanique et les conditions de son refroidissement. Lesobjectifs méthodologiquessont iciessentiels: – observer des lames minces de roches au microscope et réaliser un dessin d’observation ; – formuler une hypothèse quant aux conditions de formation des roches volcaniques ; – participer à la réalisation d’un modèle analogique, et éventuellement à sa conception ; – critiquer la validité du modèle en le comparant au réel.
Exploitation Lesdocuments 9 et 10permettent la comparaison de la structure de deux roches volcaniques d’origine différentes : le basalte, lié à un volcanisme effusif, et l’andésite, liée à un volcanisme explosif. On ne manquera pas de faire travailler en classe les élè- ves sur des échantillons de basalte et d’andésite, les documents fournis dans le manuel permet-tant par exemple de compléter les observations réalisées. Le choix a été fait pour ledocument 9ade montrer la transformation d’une coulée de lave en une roche noire, le basalte, de façon à pouvoir inter-roger les élèves sur les origines de cette roche et sur le type de volcanisme auquel elle est liée. Les différents aspects de la surface d’une coulée ne sont pas ici des objectifs. Ledocument 10a montre l’aspect macroscopi-que d’une andésite, de couleur plus claire que le basalte, et surtout dont les vacuoles peuvent être mises en relation avec la viscosité de la lave qui lui a donné naissance. Conformément au programme, le questionnement ne porte pas sur les différences entre les deux roches, mais uniquement sur leurs caractères communs, tels qu’ils peuvent être dégagés sur lesdocuments 9b et 10b. Dans les deux cas, on observe des phénocristaux, des microlites et un verre volcanique. Les noms des cristaux peuvent être utiles pour expliquer le phénomène de cristal-lisation, mais, dans la mesure où la reconnaissance de telle ou telle roche volcanique est exclue, ils ne peuvent constituer une connaissance exigible des élèves.
Remarque :La partie désignée comme étant du verre volcanique, donc non cristallisée, est en fait la mésostase, dont une partie importante peut être très finement cristallisée. La distinction entre la partie réellement vitreuse et la partie microcristalline ne pouvant être faite avec un microscope usuel, la mésostase est assimilée ici à un verre. Dans les activités précédentes, les élèves ont appris que les roches volcaniques provenaient du refroidissement d’une lave plus ou moins vis-queuse. Afin de comprendre l’origine des cris-taux de différentes tailles observés sur les lames minces de basalte et d’andésite, on peut recourir à l’utilisation d’un modèle analogique. Plusieurs modèles analogiques peuvent être proposés, comme celui du refroidissement de la vanilline fondue, à réaliser sous hotte aspirante. Ledocument 11propose un modèle expérimental qui permet d’obtenir des cristaux de sulfate de cuivre. Ce modèle présente les avantages de mon-trer de beaux cristaux aisément observables à la loupe, et d’être fréquemment utilisé en sciences physiques dans le but de montrer la présence d’eau cachée à l’intérieur d’un minéral. En effet, on uti-lise du sulfate de cuivre pentahydrate, de couleur bleu vif, qui devient blanc ou bleu très pâle lorsqu’il est déshydraté par chauffage. Cette propriété fait qu’on doit en pratique partir d une solution saturée ’ de sulfate de cuivre pentahydrate : en chauffant le produit pur, on le déshydrate et son point de fusion est alors trop élevé pour espérer l’obtenir en classe. Quelques gouttes d’eau ajoutées au sul-fate de cuivre déshydraté suffi sent pour abaisser son point de fusion. Pour les élèves, on peut ne pas signaler la présence d’eau. Dans la pratique,
Chapitre 2•Le volcanisme35
on prépare à l’avance 165 g de (CuSO4, 5H2O) enRéponses aux questions poudre dans 200 mL d’eau distillée, que l’on porte1. Dans les deux cas, on observe des cristaux à ébullition en classe. On verse le liquide bouillant dans les tubes des élèves, en prenant garde de d’assez grande taille, des microlites et un verre ne pas provoquer d’éclabou L’ob ationSeule l’andésite possède des cavités. Levolcanique. ssures. serv des cristaux peut se faire à la fi n d’une séance de basalte est plus riche en cristaux de grande taille. travaux pratiques.2. La vitesse de refroidissement est plus élevée dans le tube A que dans le tube B et dans le tube B On constate qu’il y a un lien entre la taille des cris- que dans le tube C. On constate que les cristaux taux et la vitesse de refroidissement de la solution saturée de sulfate de cuivre (la température étant la sont de beaucoup plus grande taille dans le tube C, même initialement quand on remplit les tubes). lqeuse cdraisntsaluex tsuobnet Bl,e se tpqluuse cp’eetsittsd.aOnns lpeetuutbdeoAn cq ueen Comme pour tout modèle analogique, il est néces-conclure que la taille des cristaux de sulfate de saire de discuter avec les élèves des limites de cuivre est liée à la vitesse de refroidissement du validité du modèle (voir la 6fiche méthode n°sulfate de cuivre fondu : plus le refroidissement page 255). Par exemple ici, le sulfate de cuivreet plus les cristaux sont gros. est lent fondu ne peut pas vraiment être assimilé au3. Si une localisation précise est hasardeuse, on magma, ni même à de la lave, qui est composée depeut attendre des élèv situent la forma- ’ils es qu plusieurs espèces minérales et non d’une seule. tion des phénocristaux au niveau de la chambre Les résultats et conclusions obtenues à partir du magmatique, où ils se forment lentement entre modèle analogique servent à élaborer des hypo-deux éruptions, et celle du verre à la surface de la thèses explicatives pour ce qui se passe en réalitécoulée, par un refroidissement très brutal. lors de la formation des roches volcaniques.Localiser la formation des microlites est plus déli-Afin de permettre aux élèves d’énoncer plus préci- cat. Ils peuvent se former lors de l’ascension de la sément leurs hypothèses explicatives sur la struc-lave au sein de la cheminée volcanique, mais les ture du basalte et de l’andésite, ledocument 12laves basaltiques étant fl uides, elles restent peu précise, de façon bien évidemment approximative,de temps dans la cheminée et peu de microlites les températures au sein d’un volcan ; ces valeurspeuvent se former (document 9a). Des microlites sont déduites de l’ordre de cristallisation de Bowense forment encore au sein de la coulée qui refroi-(voir le site http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/ dit. Au contraire, de nombreux microlites ont le bourque/s2/orig.mineraux.html). temps de se former au sein d’une lave visqueuse (document 10b), laquelle progresse lentement à l’intérieur du volcan.
36
Partie 1 : L’activité interne du globe
Activité4
Les régions volcaniques du globe
Comment le volcanisme est-il réparti sur le globe ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE Cette activité vise deux objectifs cognitifs : – la localisation du volcanisme explosif essentiellement autour de l’océan Pacifi que, et du volcanisme effusif soit au niveau des continents soit isolé au niveau d’un océan ; – l’existence d’un important volcanisme effusif sous-marin au niveau des dorsales océaniques. Ces deux objectifs doivent être atteints pour qu’il soit possible de construire ensuite avec les élèves un modèle cohérent de tectonique globale. Les compétences acquises précédemment sont ici réinvesties et constituent les objectifs méthodologiques à privilégier au cours de l’activité : – saisir des données pertinentes pour résoudre un problème ; – mobiliser ses connaissances et argumenter à partir des faits observés.
Exploitationles basaltes en coussins. En effet, personne n’a Afi n de faciliter par la suite la comparaison de la eninvceoarue dp’uu noeb sdeorrvsearl eu ;n eo né rduopittiodno nsco upsr-ocméadrienr ep aaur répartition des séismes et celle du volcanisme analogie avec ce qui se passe lorsqu’ coulée aérien, le même support cartographique est utiliséune pour localiser quelques-uns des volcans actifs de lave pénètre dans l’eau de mer. Ledocument du monde (document 13) et les épicentres des b1a4saund’n ioce al ertntarténépdansque au d l’elaitlet mee er,modooucléuem deen tl a1v4eb séismes (document 16 page 23). t u Les documents fournis permettent de constater nsoécn eéstsaitt efir npaol.u rL lae fso érlmèvaetiso un ndee es xppillilcoawti-olanv :a lsa plaeve que le volcanisme explosif, représenté par une étant brutalement refroidie, une bordure fi gée de nuée ardente du Mérapi, est localisé autour de l’océan Pacifique et au nord de l’océan Indien, plusrtseilèmofmrs estane inmenttanéerp aL .xe noisspae céerav llar ogresse e qui pr àelquesquil m exactement à proximité des fosses océaniques.l’intérieur de la coulée fracture cette bordure fi gée, Cette disposition sera ultérieurement associée au phénomène de subduction.lbao lradvuer es ’fié gpéaen cshe ef opramr ece…tt:e fi ssure et une nouvelle Le volcanisme effusif ne présente un alignement qu’au niveau des rifts africains. Cette réparti-tion pourra être interprétée plus tard comme lesDSPßUF WJUSJmÏF prémices de l’ouverture d’un océan, et on pourra CPSEVSF mHÏF
alors assimiler ce volcanisme au magmatisme des dorsales. Les autres volcans effusifs paraissent isolés dans un océan (piton de la Fournaise) ou sur une dorsale (Krafla). L’existence des points chauds n’étant pas un objectif de la classe de 4e, on ne peut que se limiter au constat d’un volca-nisme isolé sur les continents, ou sur une île au milieu d’un océan. En ce qui concerne le volcanisme du fond des EF DPVDIFBWBODÏF QBS mTTVSBUJPO vooclécaanniss, moen enffeu spife uatc tcuoenl càl ul’raex eà dl’ees xidsotresnacle s dq’uun EF MB CPSEVSF mHÏF EÏCSJT QFUJUT si on insiste sur l’absence de sédients eet si oen EF DSPßUF WJUSJmÏFTPVT MB QSFTTJPO utilise le raisonnement par analogie pm rpréterour int IZBMPDMBTUJUFT
EF MB MBWF e
Chapitre 2•Le volcanisme37
La place ne permet pas de montrer de nombreux sites de laves en coussin, à l’axe de toutes les dorsales océaniques. Dans la mesure où cela est possible en classe, cette approche permet d’en-visager l’importance de la production de magmas au niveau des dorsales. Par ailleurs, si on doit mobiliser les connaissan-ces acquises sur les conditions de formation des roches volcaniques, il faut se garder d’une trop grande simplification. Les phénocristaux sont for-més au sein de la chambre magmatique et peuvent donc se rencontrer à l’extérieur du pillow comme dans son cœur, et les microlites se forment au cours du refroidissement lent du cœur du pillow et non dans sa bordure fi gée. Celle-ci ne présente pas de cristaux visibles. On peut consulter à ce sujet le site de l’ENS Lyon (http://www.ens-lyon. fr/Planet-Terre/Infosciences/Terrain/Echantillon/ Articles/bord-pillow.htm). Réponses aux questions 1. On constate sur la carte dudocument 13 que le volcanisme explosif est localisé autour de l’océan Pacifique et au nord de l’océan Indien, plus exactement à proximité des fosses océaniques. Le
S
C I E N T I F I Q U
Expérimenter
E
Modéliser une éruption volcanique
La manipulation proposée peut être réalisée en classe, mais aussi à la maison, selon que l’expé-rimentation est demandée aux élèves, ou que des élèves curieux souhaitent la réaliser spontanément. Les élèves doivent comprendre ce que représente chaque élément du modèle, et en particulier le rôle joué par la levure chimique. Pour cela, on peut les amener à relire les documents de l’activité 2. On doit là encore souligner les limites du modèle, qui ne saurait représenter la totalité d’un volcan : on ne modélise ni la chambre magmatique, ni la fusion partielle des roches en profondeur. Le bocal ne peut pas représenter un édifi ce volcanique, car il préexiste à l’éruption et n’est pas formé par la purée elle-même…
38Partie 1 : L’activité interne du globe
volcanisme effusif présente un alignement au niveau des rifts africains ; il apparaît ponctuellement au niveau des dorsales océaniques, ou encore de façon isolée dans un océan (piton de la Fournaise). 2. La similitude établie entre les basaltes en cous-sin observés sur la dorsale de l’océan Pacifi que (document 15a) et les laves en coussins formées après le refroidissement d’une coulée au large des îles Hawaï (document 14b), constitue un argument pour dire que les basaltes en coussins des dorsales proviennent bien du refroidissement d’un magma de nature basaltique. D’autre part, la structure de la roche visible sur la lame mince réalisée au cen-tre d’un coussin de basalte de dorsale (document 15b) montre une structure microlitique permettant de dire que l’on a ici une roche volcanique. 3. vol- Les « :On peut proposer, par exemple cans ne sont pas répartis au hasard sur le globe terrestre. Les volcans explosifs sont localisés à proximité des fosses océaniques, principalement autour de l’océan Pacifi que. Les volcans effusifs sont isolés sur les continents, à l’origine d’une île au milieu de l’océan, ou au niveau des dorsales océaniques. »
A U Q U O T I D I E N
En fait, on se contente de montrer comment la libé-ration des gaz (CO2dégagé par la levure chimique sous l’effet de la chaleur) provoque l’ xpulsion de e la purée, et que l’aspect de l’édifi ce qu’elle forme dépend de sa viscosité.
Se documenter
Des éruptions historiques
Les documents concernant l’éruption de la mon-tagne Pelée, à la Martinique, peuvent stimuler la curiosité des élèves. Parmi les éruptions qui ont marqué l’histoire, beaucoup ont été explosives, ce qui explique leurs effets catastrophiques. Cepen-dant, des éruptions d’autres types ont pu avoir des conséquences importantes. C’est le cas de l’érup-tion du Laki, en 1783 en Islande, qui correspond à une importante éruption de type effusif ; elle n’a fait aucune victime humaine, bien que 24,5 millions
