séance 9

Pour l'avant dernière séance nous avons fait des maquettes.
 Le principe est simple, on peut faire une forme de volcan grossière avec des boules de journal que l'on scotche à une plaque de carton. On recouvre ensuite de bandes plâtrées que l'on peut trouver en pharmacie, puis avec des bombes de peintures noires et blanches on peut obtenir un bel effet de roche.

Tous ensemble nous avons décoré ces volcans avec de l'herbe à maquette, des buissons à maquette, et la de la peinture bleue pour ceux qui voulaient placer leur volcan près de la mer.

Avec le deuxième groupe nous avons vu une notion physique importante: la densité.
On avait vu que le magma remonte de la chambre magmatique jusqu'au cratère avec la pression créé par le gaz qui s'accumule dans la chambre. C'est en quelques sortes les bulles de gaz qui font remonter le magma.

Mais une fois la chambre magmatique vidée ou en partie vidée, comment fait le magma pour remonter du manteau (cf. séance 6) jusqu'à la chambre magmatique?
 C'est la densité qui le fait remonter. A ces profondeurs le magma est en effet moins dense que les roches qui l'entourent donc il remonte. C'est ainsi qu'il alimente la chambre magmatique.

Nous avons fait des manipulations pour essayer de comprendre par nous même ce qu'était la densité. Nous avons essayé de répondre à cette question: pourquoi un objet flotte ou coule?
La première réponse qui nous vient à l'esprit est: "parce qu'il est plus lourd"
Bien sûr ce n'est pas le cas:
il n'y a qu'à considérer le poids d'un bateau
ou encore:
un bout de plomb très petit et très léger va couler alors qu'un énorme morceau de bois très lourd flottera.

En observant plusieurs objets (fait d'une même matière)  flotter ou couler nous avons compris que pour comparer ces objets il fallait qu'il soit de la même taille.

Le plomb coule parce qu'il est plus dense que l'eau, le bois flotte car il est moins dense.
Pour savoir entre deux matériaux lequel est le plus dense il faut comparer deux objets (faits de ces matériaux) de même taille.
Par exemple si on compare un cube de plomb avec un cube de bois de même taille, on verra que le cube de plomb est beaucoup plus lourd. Le plomb est plus dense que le bois. On peut le voir ainsi: dans un même volume il y a beaucoup plus de poids.

Pour savoir si un matériaux est plus ou moins dense que l'eau il faudrait donc comparer un cube d'eau de même volume qu'un cube de ce matériaux.
Ainsi - si on a un cube d'eau et un cube de plomb de même taille: c'est le cube de plomb le plus lourd.
        - si on a un cube d'eau et un cube de pois de même taille: c'est le cube d'eau qui est le plus lourd.

Séance 8

Aujourd'hui nous avons continué à faire quelques expériences sur les ondes pour être bien sûr que tout le monde ait compris. Nous avons poussé la réflexion un peu plus loin, cette fois ci nous avons essayé de comprendre la forme du signal qui s'affichait à l'écran.

Voici les explications de Jules qui après plusieurs tentative a trouvé la bonne explication et nous la donne:




Ensuite nous avons parlé un moment la tectonique des plaques. Nous avions déjà vu auparavant que la croûte terrestre était constituée de plaques. Aujourd'hui nous avons vu que ces plaques bougent. Elles se forment au milieu des océans et disparaissent quand une plaque passe sous une autre. Nous avons passé un bon moment a essayé de comprendre ce phénomène en commentant plusieurs vidéos comme celle-ci :

Avec cette idée que les plaques bougent nous avons ensuite fait une modélisation de la création d'un archipel (une suite d'îles).

La séance d'avant nous avions vu un point particulier des volcans explosifs, aujourd'hui c'est la formation des volcans effusifs et des archipels que nous avons abordé.

Sachant que les plaques bougent voici comment se forme un archipel volcanique comme celui d'Hawaï.




Le point chaud est la source de lave du volcan, ce point chaud est situé dans l'asthénosphère (partie fixe du manteau). La plaque océanique constituée de la lithosphère (la croûte et la partie du manteau mobile) "glisse" sur l'asthénosphère.
Comme la plaque océanique bouge et que la source de lave reste au même emplacement, si la plaque océanique a bougé entre deux grandes périodes d'activités on a deux volcans à deux emplacements différents.
Cela est caractéristique des volcans effusifs qui, comme on l'avait vu, sont situés au milieu d'une plaque.

 Pour mieux comprendre la formation des archipels nous avons observé sur une  photo l'archipel d'Hawaï et nous avons essayé de le reproduire avec notre propre matériel.
 Cette animation montre la manipulation. En bougeant la plaque au dessus d'une seringue qui reste fixe nous reproduisons une archipel. La seringue représente le point chaud qui reste au même endroit, et le dentifrice qu'elle contient représente la lave.



Et voici un de nos archipels:

Séance 7

Aujourd'hui nous avons vu deux thèmes différents.

Les éruptions des volcans explosifs:

Nous avons d'abord parlé des volcans explosifs et de leurs éruptions. On remarque  que ces volcans, appelés aussi "volcans gris", peuvent exploser en projetant de grandes quantités de cendres et de débris volcaniques.

Mais ces éruptions peuvent avoir deux formes un peu différentes.

Parfois ces cendres dévalent les pentes du volcans: on appelle cela une nuée ardente ou un flux pyroclastique.

En revanche lorsque ces cendres remontent en colonne de fumée on appelle cela un panache de fumée.

Les deux cas de figures peuvent être observé lors de la même éruption.

 Des flux pyroclastiques (ou nuées ardentes) sur le Merapi, Indonésie.

Un panache de fumée sur Santiaguito, Guatemala.

Nous avons fait une petite expérience pour comprendre pourquoi parfois on avait une nuée ardente et parfois un panache de fumée.
Le matériel: un bac à remplir d'eau, un tuyau souple, un entonnoir, du talc et de la semoule.
Cette animation explique l'expérience:

cas 1 type panache de fumée.



cas 2 type nuée ardente.

Nous avons deux cas de figures comme pour les volcans explosifs. La poudre (talc ou semoule) monte dans l'eau du bac, ou bien sort du tuyau en s'écroulant rapidement.
Nous avons fait ensemble plusieurs manipulations pour déterminer quels étaient les paramètres qui donnaient le cas 1 et quels étaient ceux qui donnaient le cas 2.
On a remarqué deux choses:
- si on lève le tuyau moins haut (si H est plus petit sur l'animation) la poudre s'élève moins dans le bac d'eau.
  Ce paramètre est la vitesse. Plus on lève le tuyau plus la poudre utilisée prend de la vitesse.
-si on utilise une poudre différente on a un comportement différent. La poudre monte  très facilement lorsque celle ci  est  du talc. Lorsque c'est de la semoule, on observe que celle ci ne monte pas très haut et s'effondre très vite.
Ce paramètre c'est la densité de la poudre.

La mesure des ondes sismiques:

Aujourd'hui nous avons continué un thème abordé dans la séance précédente. Nous avons repris la notion d'onde en revoyant le principe de propagation avec les ressorts marchant.
Nous avons ensuite étudié la propagation d'une onde dans un solide (comme les ondes sismiques dans le sol) en installant un capteur de vibration sur une table.
(c'est un capteur piézoélectrique qui est branché  sur la prise de jack de l'ordinateur, les vibrations sont alors traitées comme pourrait l'être un son, on peut alors les afficher sur un logiciel d'audio: audacity.)

Nous avons fait plusieurs essais en frappant sur la table en différents endroits:
- sans capteur on sent déjà en posant ses mains que la vibration se transmet à toute la table.
- avec le capteur on peut observer l'allure de la vibration quand elle passe sous le capteur. Le signal qu'on observe ressemble à ce que peuvent observer les scientifiques avec des sismomètres.
-  avec le signal de la vibration affiché à l'écran on peut également observer que le signal arrive très peu de temps après avoir frappé sur la table: on voit bien qu'il s'agit là d'une onde qui se propage.

       L'image du signal enregistré par le capteur.         

On a marqué grâce à un curseur (1) l'instant où un volontaire tape sur la table. En (2) on observe le signal qui met un certain temps avant  d'arriver au capteur.

Ces ondes qui se propagent dans la table sont de même nature que les ondes qui circulent dans la Terre.
Nous allons maintenant revenir à la question que nous nous étions posée lors de la séance 6:
Il est impossible de creuser à plus de 20 km  de profondeur, et le centre de la Terre se situe à environ 6400 km de profondeur. Qu'est ce qui a donc  permis de comprendre comment était fait l'intérieur de la Terre?

On a commencé à répondre à cette question pendant la séance d'avant : ce sont les ondes qui proviennent des grands séismes qui permettent aux chercheurs de faire des déductions sur la structure de la Terre.

Pour comprendre cela nous avions commencé à voir un exemple simple avec des dessins. 

Il y  a certaines ondes sismiques qui se ne se propagent pas dans les liquides ( donc si elles rencontrent un liquide elles ne le traversent pas). Hors lors de grand séismes des ondes qui étaient  censées se propager d'un bout à l'autre de la Terre n'ont pas été enregistrées en certains points du globe. Les scientifiques ont en déduit que ces ondes avaient du être arrêtées par du liquide : on ainsi  découvert que le noyau était liquide.

Les dessins de Rayane et Kaci qui montrent des ondes qui se propagent dans la Terre mais qui sont arrêtés en certains endroits pas le noyau liquide.

séance 6

notion physique: les ondes

Pour la sixième séance nous avons fait un petit voyage au centre de la terre. Pour comprendre le volcanisme il est important de connaître l'intérieur de la terre. Nous avons donc appris quelles étaient ses différentes couches: la croûte (entre 30 et 70 km d'épaisseur), le manteau ( qui va de 70km de profondeur à 2900km de profondeur environ), le noyau liquide (à partir de 2900 km de profondeur) qui contient la graine qui elle est solide( entre 5100 km et 6400 km de profondeur).

On croit souvent que la lave provient du centre de la terre, du noyau, qui est liquide. Ce n'est pas le cas. La lave se forme entre 100 et 200 km de profondeur dans une zone où les conditions de pression et de température permettent la fusion des roches du manteau. C'est cette roche en fusion qui vient alimenter
la chambre magmatique.

Nous nous sommes aussi posé la question suivante: Les scientifiques ont pu forer au maximum à 12 km de profondeur, comment ont ils donc pu déduire la structure interne de la Terre?

Pour répondre à la question nous avons commencé par parler de la notion d'onde. Pour comprendre ce qu'est une onde nous avons manipulé des ressorts marchants.

Ces ressorts permettent de bien saisir la notion d'onde. Le ressort est tenu et tendu par deux personnes qui tiennent chacune une spire. L'une d'elle doit se saisir de deux ou trois spires au lieu d'une. En lâchant ces spires (sauf une pour ne pas faire tomber le ressort) on voit qu'une onde se déplace entre les deux volontaires.
On remarque que les spires se transmettent le mouvement de proche en proche mais que le ressort lui reste globalement dans la même position. C'est le principe d'une onde.

On comprendra dans  l'atelier suivant que l'on observe des ondes également dans le sol qui sont à l'origine des séismes. Ce sont ces ondes qui ont permis aux scientifiques de comprendre la structure interne de la Terre.

séance 5

Les volcans peuvent parfois être dangereux. On pense tous à l'éruption du Vésuve de l'an 79 qui a enseveli Pompéi.
Aujourd'hui nous avons  parlé de la catastrophe volcanique qui a eu lieu en 1902 à Saint Pierre en Martinique. Saint Pierre en Martinique était à l'époque surnommée "le petit Paris des Antilles", c'était la plus grande ville de Martinique et la plus dynamique.
Le 8 mai 1902 au matin une nuée ardente (un nuage de cendre qui dévale les pentes des volcans explosifs) balaye la ville et ses 26 000 habitants sans laisser de survivants.
La montagne Pelée dont le cratère est situé à 6 kilomètres du centre urbain montrait de forts signes d'activité depuis le début de l'année. Plusieurs événements précédents l'éruption avaient apeuré la population qui avait été rassurée par les autorités publiques.Le gouverneur était alors conseillé par des scientifiques qui avaient encore trop peu de connaissances en volcanologie pour anticiper une telle catastrophe.

http://www.zananas-martinique.com/martinique-saint-pierre/eruption-mont-pele.htm

 La montagne Pelée est un volcan explosif ( ou "volcan gris"), sa lave est donc visqueuse. L'activité de la montagne Pelée a duré jusqu'en 1905. En novembre 1902 un phénomène particulier est observé par les volcanologues venus étudier le volcan. Une aiguille de lave visqueuse se forme au niveau du cratère.

 

 

L'aiguille de la montagne Pelée atteint 265 mètre en juin 1963, une taille impressionnante.

Nous avons réalisé une expérience qui permet de comprendre un peu comment de la lave visqueuse poussée par les gaz peu en venir à former une aiguille.

Il s'agit de mettre dans un tuyau de l'eau et au dessus un peu de purée qui représente de la lave visqueuse.
Il suffit ensuite de placer un cachet effervescent dans l'eau par l'extrémité inférieure du tuyau de boucher fort avec son doigt. Le gaz que forme le cachet effervescent va pousser la purée par le haut du tuyau. Celle ci  a du mal à sortir et forme "une petit colonne de purée" qui rappelle l'aiguille de la montagne Pelée formée elle par de la lave visqueuse.

Séance 4

thème: Le mécanisme de  l'éruption et les deux types de volcanisme
notion scientifique: La viscosité

Aujourd'hui nous avons approfondi ce que nous avions vu à la séance précédente. On avait découvert qu'il y avait deux types de volcans: les volcans explosifs et les volcans effusifs.

Les volcans effusifs émettent beaucoup de lave liquide lors d'une éruption qui coule le long des flancs du volcan. Ce sont ces volcans qui permettent de bien observer la lave rouge incandescente que l'on imagine le plus souvent sortir d'un volcan.

Les volcans explosifs sont les plus dangereux. Leurs éruptions se manifestent généralement par une explosion violente qui  projette de la cendre volcanique et des débris du cône. Les "nuages de fumées" (terme que l'on a utilisé ensemble au début) que l'on observe sont donc en fait de la lave pulvérisée: de la cendre volcanique.
Cette lave pulvérisée est un mélange des débris du cône et de la lave jeune qui en remontant provoque l'explosion.

 

Pour comprendre pourquoi il y  a deux types d'éruption différentes nous avons fait nous même une série d'éruptions avec des maquettes de volcans.

 Expérience 1:
La première expérience a pour but de comprendre quel est le moteur principale de l'éruption.
On donc fait une éruption en faisant réagir du bicarbonate de soude et du vinaigre. Cette réaction fait remonter le vinaigre des cratères de nos volcans miniatures.  Les enfants ont du trouver par eux mêmes ce qui faisaient remonter le vinaigre (qui joue ici le rôle de lave). Certains ont vu qu'il y avait beaucoup de bulles.

C'est en effet les bulles de gaz qui font remonter le vinaigre. La réaction chimique entre cet acide et cette base provoque l'apparition d'une petite quantité de dioxyde de carbone. Ce gaz tend à remonter sous forme de bulles et remonte avec lui  le vinaigre.

C'est ce qui se passe lors d'une éruption. La lave qui stagne dans la chambre magmatique subit des changements chimiques qui provoque l'apparition de gaz. Celui ci prend alors plus de place que lorsqu'il était dissous et fait donc augmenter la pression dans la chambre ce qui va provoquer l'éruption.
 

Expérience 2: 
Cette expérience va nous faire découvrir une propriété physique qui détermine le type d'éruption.
Nous avons réalisé plusieurs coulées de la lave le long des pentes de nos volcans. Notre lave était de la paraffine (cire de bougie) chauffée et mélangée à de la farine.

Les enfants ont remarqué que plus on ajoute de farine plus notre "lave" (mélange paraffine/farine) coule doucement.
Cette tendance des liquides à couler moins facilement (comme le miel) s'appelle: la viscosité.

On a ensuite essayé de comprendre pourquoi une lave visqueuse provoquait des éruptions explosives et une lave fluide des éruptions effusives.
Explosif: En se rappelant le gaz qui fait remonter le vinaigre de l'expérience 1  ont a compris que lorsque la lave est  visqueuse le gaz a du mal à l'éjecter du volcan. Si cette lave est très visqueuse le gaz va s'accumuler sous cette lave visqueuse jusqu'à ce que la pression fasse exploser ce bouchon (de la lave visqueuse). Cela ressemble à l'expulsion du bouchon d'un bouteille de champagne.
Effusif: la lave est fluide est remonte naturellement avec le gaz (comme l'expérience du vinaigre).

Séance 3

Aujourd’hui nous avons exploré les volcans du monde. Avec une carte  nous avons pu les localiser. En même temps avec des images  et des vidéos nous avons observé quelles types d’éruption les caractérisaient.  On a pu distinguer deux types d’éruptions : les éruptions des volcans explosifs et les éruptions des volcans effusifs.

On a  localisé les deux types de volcans avec deux types de  punaises pour le type explosif et le type effusif.

On a remarqué que les volcans effusifs étaient au milieu des océans (exemple :le Kilauea à Hawaï) ou des continents(ex : le Nyiragongo en Tanzanie) tandis que les volcans explosifs sont en bordure de continents (ex:  le Santuiguito au Guatemala ou le Mont Fuji au Japon).

On comprendra dans les séances suivantes que les volcans effusifs  sont au milieu des plaques tectoniques (océaniques ou continentales) et les volcans explosifs en bordure de ces plaques.

A la fin de la séance chacun est reparti avec une fiche volcan pour aller faire une petite recherche chez lui et nous parler de son volcan à la prochaine séance.

Voici les volcans que nous avons vu dans l'ordre: le Kilauea à Hawaï, le Krakatoa en Indonésie, le Kilimandjaro en Tanzanie, l'Etna en Sicile, le Mont Fuji au Japon, Le Nyaragongo au Congo, le Piton de la Fournaise sur l'île de la Réunion,le Rinjani en Indonésie,le Santiaguito au Guatemala et enfin les volcans d'Auvergne en France métropolitaine.