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.

Séance 2 la structure du volcan

 Extrait de reportage sur Hawaï

Aujourd’hui nous avons vu l’extrait d’un reportage sur Hawaï.  On a vu sur ce reportage que la lave est de la roche en fusion. Lorsque celle-ci refroidit elle redevient de la roche (roche volcanique). A Hawaï les coulées de lave vont du cratère jusqu’à la mer où elles sont brutalement refroidies pour redevenir de la roche.  Le contact de la lave très chaude avec la mer créé de la vapeur d’eau.

On a aussi vu un phénomène tout à fait étonnant du au fait que la lave refroidie et durcie au contact du froid. Lorsqu’une coulée descend les pentes d’un volcan c’est la surface au contact de l’air froid qui  va d’abord se refroidir et se solidifier. On voit parfois des coulées dont la surface est solidifiée mais qui coule sous cette surface, on a alors de véritables tunnels dans lesquels la lave coule. Ces tunnels peuvent se vider et laisser la place à de longs couloirs accessibles aux curieux.

 Schéma du couloir de lave  inspiré par Rayane

 La structure du volcan 

Pour partir sur de bonnes bases on a fait le résumé des parties principales de la structure d’un volcan :

-  la chambre magmatique dans laquelle repose la lave avant les éruption
-  La cheminée magmatique qui est le réseau de fissures par lequel peut remonter la lave jusqu’à la surface
-  Le cratère par lequel la lave sort

On a étudié de plus près le cratère. On a vu dans l’atelier n°1 qu’on pouvait reconnaître un volcan au trou qu’il a en son sommet : le cratère.

Mais il y  a deux types de cratères différents qui n’ont pas la même origine.

cratère volcanique

Les plus petits sont en général des cratères volcaniques créés par le souffle de l’éruption. 

cliquez sur l'animation pour voir la formation du cratère d'explosion.

cratère d'effondrement ou caldeira

Les grands cratères sont souvent des caldeiras qui sont apparus après l’effondrement de la chambre magmatique vidée par l'éruption.

Pour comprendre la différence nous avons simulé la formation de ces deux cratères avec deux expériences différentes.

 expérience 1: les cratères volcaniques
Matériel: un bouteille, deux tuyaux, un cageot et de la semoule.











Lorsque l'on souffle dans le tuyaux latéral la semoule est éjectée par le tuyau vertical.

Le souffle créé la forme du cratère volcanique bien connu, ici comparé au cratère du Piton de la Fournaise à la Réunion.



  expérience 2: les caldeiras ou cratère d'effondrement
Matériel: Farine, ballon de baudruche et une punaise

Une fois le ballon dégonflé la farine s'effondre pour former un trou en forme de chaudron (caldeira en portugais). 



On observe un caldeira comme celle du volcan Katmai en Alaska. Il est courant que la caldeira soit occupée
par un lac.

Séance 1 Montagnes ou Volcan?

Pour cette première séance nous avons parlé des connaissances que nous avions sur les volcans. La question du jour était : quelle est la différence entre un volcan et une montagne ?  Tout le monde sait  que d’un volcan peut sortir de la lave. Mais lorsqu’il est éteint ce n’est pas toujours aussi facile de faire la distinction.

Un volcan peut être reconnu lorsqu'il a une forme conique ou que l'on voit un cratère. Mais pour beaucoup de volcans le cratère n'est pas visible ou la forme n'est pas conique.