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La France d’outre-mer possède des volcans actifs : Le Piton de la Fournaise à la Réunion, Montagne Pelée en Martinique, Soufrière de la Guadeloupe. Quelles sont les caractéristiques des volcans ? Comment fonctionnent-ils ? Comment de la lave peut-elle donner de la roche ?

Activité 1a : Comparons l’activité de deux volcans

Visionne les vidéos suivantes et observe les photographies 

Le Piton de la Fournaise :

Ce volcan se situe dans l'Océan Indien sur l'île de la Réunion. Cette île est consitutée en réaliste de deux volcans : le Piton des Neiges éteint depuis 10 000 ans et qui a construit la partie Nord de l'île et le Piton de la Fournaise qui a 350 000 ans et qui est actif actuellement. Ces volcans portent le nom de "volcans boucliers" en raison de leur forme.

Vue satellite et aérienne du cône volcanique montrant sa forme circulaire de bouclier ainsi que la superposition des coulées de lave ( les plus récentes sont noires et les plus anciennes sont grises) :

Un cône volcanique correspond à une éruption car il est formé par les productions de celle-ci. Parfois, quelques années plus tard, le magma essaie de nouveau de sortir par le même chemin mais comme le cratère est bouché, celui-ci se fissure sur les côtés et laisse s'échapper la lave comme sur la deuxième photographie ci-dessous. A l'endroit du point de sortie un nouveau cône volcanique se formera. Une éruption peut durer de 1 à 3 semaines. La roche obtenue par refroidissement de la lave est une roche sombre riches en cristaux verts appelée "basalte".

Cône volcanique en formation ayant en son centre, une fontaine de lave : les gouttes de lave projetées se refroidissent et retombent sur place formant le cratère. ces projections refroidies sont appelées scories.

Scorie :

Scoria Macro Digon3.jpg, par 

Pengiktirafan-Perkongsian Serupa 2.5 Umum Creative Commons.https://ms.wikipedia.org/wiki/Fail:Scoria_Macro_Digon3.jpg

Parfois les projections sont tellement grosses qu'elles prennent un drôle de forme. On parle de bombe volcanique:

Bombe en chou-fleur

Bombe en fuseau

Au contraire parfois les projections sont tellement fines que les gouttes de lave s'étirent et donnent des fils de verre appelés "cheveux de Pelé". Ces projections très fines flottent au vent et peuvent provoquer des irritations respiratoires et des déchirures de l'appareil digestif si le bétail mange de l'herbe sur laquelle elles sont tombées.

Fontaines de lave et coulées fluides :

Coulée très fluide dont la surface refroidit au contact de l'air mais dont le coeur est encore chaud et s'écoule :

https://www.publicdomainpictures.net/pictures/240000/velka/lava-15105189791Jl.jpg

Coulée de lave refroidie qui présente un aspect cordé : cette lave était extrêment fluide:

Coulée recouverte de scories et qui s'écoule difficilement. Elle a mis 1h pour traverser la route  :

Route reconstruite sur la coulée de lave, 8 mois après l'éruption : 

Vidéos d'éruption :

La Soufrière de Montserrat

Souffrière de Montserrat en vue aérienne : on ne distingue pas de forme de volcan bouclier comme pour le Piton de la Fournaise.

Panache de cendres lors d'une éruption explosive:

Vue 3D de la souffrière de Montserrat : on n'observe pas de cratères mais plutôt un sommet arrondi appelé "dôme"

images googlemaps

Ce volcan a une couleur principalement grise et il est de forme plutôt arrondie car la lave ne s'écoule pas et s'accumule dans le cratère formant ce qu'on appelle un dôme de lave. Quand une nouvelle éruption se prépare on observe des fumerolles de gaz qui s'échappent du volcan. Puis quand l'éruption début, les premières explosions dégagent des panaches de cendres qui montent très haut en altitude.

Fumerolles de gaz:

Échantillonnage de gaz au volcan Augustine à Cook Inlet, en Alaska.

Photo NPS.

https://www.nps.gov/subjects/volcanoes/be-geohazard-aware.htm

Les panaches de cendres suites à de petites explosions de dégazage : 

On distingue sur le volcan, plusieurs traces de coulées de débris volcaniques consécutifs à une explosion. On parle de "nuée ardente". Une nuée ardente   est une masse de gaz et de debris chauds (300°C)  dévalent la pente à parfois 300Km/h ( voir vidéo suivante) provenant de la destruction de l'ancien dôme suite à l'arrivée du magma.

Pyroclastic flows at Mayon Volcano-2010-20-08.jpg par Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano.jpg via wikimédia commons, Domain public, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano-2010-20-08.jpg?uselang=fr

vidéo : 

Dôme de lave visqueuse : 

Ce dôme de lave visqueux ne s'écoule pas et en refroidissant sur place bouche le cratère qui devient alors peu visible. Lors de la prochaine arrivée de magma, ce dôme refroidi explosera ce qui sera à l'origine d'un nouveau panache de cendre et d'une nouvelle nuée ardente. Un volcan explosif présente donc une succession d'éruptions explosives partant toutes du même cratère.

Voici une photographie d'un autre volcan explosif, le Mont ST Helens aux USA. Dans son cratère on observe le dôme formée lors de la dernière éruption. Il explosera lors de la prochaine arrivée de magma.

Image par Jim Axtell de Pixabay via Pixabay, pixabay licence, https://pixabay.com/fr/photos/montagne-st-helens-mont-st-helens-423577/

Les projections peuvent allez très loin comme le montre cette carte des projection du Mont ST Helens (en jaune) :

St Helens map showing 1980 eruption deposits fr.jpg par User:Traroth via wikimédia commons, domaine public, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:St_Helens_map_showing_1980_eruption_deposits_fr.jpg?uselang=fr

Comparaison de l'activité de 2 volcans

Consigne : Compare ces deux volcans. Quelle est la principale différence dans leur activité ?

Réponse : ………………………

Activité 1b : Classons des volcans

Consignes : Dans le tableau suivant, passe au fluo jaune les noms des volcans explosifs et au fluo orange ou rose les noms des volcans effusifs

Activité 1c : L’édification des volcans 

Voici les étapes de mise en place d’un volcan :

1. Remets les étapes dans l’ordre :  1 =……………2 =…………….3= …………………4= …………….

2. De quelle sorte de volcan s’agit-il ? explosif ou effusif ? entoure la bonne réponse

3. Complète le titre de chaque image ci-dessous avec le bon adjectif : explosif ou effusif.

Volcan ……………                                                                                                                          Volcan ………………….

4. Saurais-tu reconnaître quels sont les volcans explosifs et quels sont les volcans effusifs ?

Bilan 1 :  Le volcanisme correspond à l’arrivée en surface de magma (mélange de roche fondue et de gaz). Des fissures apparaissent dans le sol sous l'effet du bombement du volcan. Le magma s'échappe par cette fissure et met en place un volcan : on parle d'éruption volcanique. Il existe deux grands types d’éruptions volcaniques :

• Une éruption volcanique EFFUSIVE se caractérise par l’émission d’une lave fluide (= qui coule facilement) formant des coulées, de gaz et de projections volcaniques. Les coulées de lave et les différentes projections s’accumulent et forment le CÔNE volcanique avec présence d’un cratère. La lave refroidie donne une roche appelée basalte. À une éruption correspond un cône volcanique. Quand l'éruption est terminée, le cratère et la fissure se bouchent définitivement. Lors d'une prochaine arrivée de magma, ce dernier sortira bien souvent par une autre fissure. On distingue donc souvent un cône principal et de nombreux cônes secondaires. Exemple : le massif volcanique du Piton de la Fournaise

• Une éruption EXPLOSIVE se manifeste par de violentes explosions qui projettent en altitude des panaches de cendres et de gaz. Ces éruptions sont également à l’origine de lourds nuages de gaz chauds chargés de débris, dévalant la pente du volcan à grande vitesse et appelées « nuées ardentes ». L'accumulation des projections volcaniques forme le volcan. Au fond du cratère, la lave visqueuse ne s'écoule pas et reste prisonnière du cratère. Elle se solidifie, constitue un DÔME qui bouche le cratère. Celui-ci est ainsi camouflé. Le dôme mis en place explosera à la prochaine éruption. Un volcan explosif peut effectuer plusieurs éruptions par le même cratère contrairement à un volcan effusif pour lequel c'est très rare. Exemple : La Soufrière de Montserrat.

Volcan effusif :

 ©RS.2002

Volcan explosif :

Les deux catégories de volcans:

Quand on observe le Piton de la Fournaise du ciel, on remarque que ce volcan est recouvert de plusieurs coulées de laves qui n’ont pas toutes la même couleur. Les plus récentes sont noires alors que les plus vieilles sont grises, recouvertes de lichens. Son activité volcanique dure donc dans le temps. On parle de massif volcanique car dans un même secteur il y a eu au cours du temps plusieurs éruptions.

Si on observe un volcan effusif, on remarque que la sortie de la lave ne se fait pas toujours à partir du cratère principal. Le cône volcanique est fissuré et laisse la lave s’échapper par des fissures. Il est donc constitué d’un empilement de coulées de laves.?

Activité 2a : Une réserve de magma

L’enregistrement des séismes liés à l’éruption du 2 avril 2007 est présenté ci-dessous :

Les volcanologues peuvent enregistrer des petits séismes provoqués par la fissuration des roches sous l’effet de la remontée du magma. Ce « bruit sismique » est appelé « le trémor ». Il dure tout le temps de l’éruption en raison des bulles de gaz et des blocs de roches qui percutent la cheminée volcanique. Quand il n’y a plus de remontée de magma et que l’éruption s’arrête, alors le trémor s’arrête. Les ondes sismiques se déplacent très mal dans les matériaux liquides mais très bien dans les matériaux solides. Ainsi, la localisation des séismes sous le volcan permet aux volcanologues de repérer les zones de circulation du magma.

Consigne :

1) Complète les phrases suivantes avec les mots proposés : liquides, réserve de magma, continu, peu profond, remonte, très profonds.

On constate que les séismes les plus récents sont ……………………….. et les moins récents sont ………………….

On peut donc supposer que du magma …………………………… sous le volcan.

On constate que le trajet des séismes n’est pas ……………………………….

On sait que les ondes ne circulent pas dans les milieux ……………………………...

On en déduit que la zone sans séismes sur le document correspond à une …………………………

2. Dans chaque case, inscris le numéro de la légende correspondante et proposée ci-dessous :

Activité 2b : Une sortie sous pression

1. Une expérience pour bien comprendre :

Matériel : une bouteille de soda ou d’eau gazeuse à secouer, un tablier, un plateau

Les fabricants de soda enrichissent leur boisson en un gaz : le dioxyde de carbone. Celui se dissout dans l’eau. C’est le même gaz que celui du magma des volcans. Quand on secoue la bouteille, le gaz sort de l’eau et s’accumule sous le bouchon. Dès que tu ouvres la bouteille c’est l’explosion ! Le gaz sort entraine la boisson avec  lui et tout coule ! C’est le même mécanisme qui se passe dans un volcan.

2. Les étapes d’une éruption

Remets les 4 phrases suivantes dans l’ordre afin de reconstituer les étapes d’une éruption.

1. Brusque dégazage à l’origine de l’éruption
2. Formation de magma par fusion partielle d’une roche
3. Remontée du magma dans la cheminée du volcan
4. Accumulation de magma appelée “réservoir magmatique”

Réponse : …………………………….

3) Les géologues peuvent indiquer si oui ou non du magma remonte dans un volcan car celui-ci "gonfle". On repère le gonflement grâce à des appareils appelés "inclinomètres" qui détectent un changement d'inclinaison des pentes du cône volcanique et des balises de repérage qui enregistrent un allongement entre leurs positions. 

Activité 2c : Comment expliquer la différence d’activité ?

Démarche scientifique

Observation : pour le volcanisme explosif, la lave ne coule pas. Elle s’accumule au point de sortie et forme un dôme qui explosera plus tard. Pour le volcan effusif, la lave coule.

On sait que le magma est constitué de roche fondue et de gaz

Hypothèse : Il y a une différence de viscosité du magma ce qui fait qu’il ne doit pas réagir de la même façon à la poussée des gaz. Le volcan effusif a une lave fluide qui coule bien laissant les gaz s’échapper : l’éruption n’est pas violente. Le volcan explosif  a une lave visqueuse qui ne coule pas ne laissant pas les gaz s’échapper et transformant le volcan en bouteille de champagne !?

Expérience :

Testons la viscosité du magma sur la sortie des gaz.

Matériel : purée épaisse et fluide/ comprimés effervescents /tubes en U/ cuvette.

Volcan effusif : Il a une lave fluide

La purée remonte lentement entraînée par les gaz qui la traversent et finit par s'écouler le long du tube

Volcan explosif : il aurait une lave visqueuse

La purée remonte poussée par les gaz qui s'accumulent sous elle. La purée sort en bloc et ne s'écoule pas formant un bouchon au tube.

Schéma des expériences : Maquette effusive à gauche et explosive à droite 

Bilan 2 : Le magma se forme en profondeur par fusion des roches. Il est constitué de roches fondues, de morceaux de roches non fondues et de gaz.  Le type d’activité volcanique dépend de la viscosité du magma. Un magma peu visqueux est à l’origine d’éruptions effusives caractérisées par de coulées fluides et longues. Un magma très visqueux est à l’origine d’éruptions explosives caractérisées par des explosions et la formation d’un dôme de lave visqueuse. Les gaz contenus dans le magma sont « sous pressions » et cherchent à s’échapper : ils remontent en surface entraînant avec eux le magma. Ce sont donc les « moteurs » des éruptions. Arrivés en surface, les gaz sont « expulsés » du magma. La lave correspond donc au magma dégazé.?

Activité 3a : Comparons les roches produites par les deux volcans.

Lorsque la lave refroidit, elle durcit et se transforme en roche. La lave correspond à « une soupe » d’éléments chimiques. Si ces éléments ne s’associent pas, cela forme une pâte appelée « verre ».

Parfois baignant au milieu de cette pâte on observe des grains de couleur visibles : ce sont des cristaux. Les cristaux sont des minéraux qui ont cristallisé avec une forme géométrique particulière.

Consigne : Sers-toi du tableau pour identifier les roches n°1 et 2.

Réponse :

Roche n°1 = …………….

Roche n°2 =…………….

Activité 3 b : Pourquoi existe-t-il des cristaux de tailles différentes ?

La chaleur empêche les éléments chimiques de s’associer entre eux et de former ainsi des cristaux. Tant que le magma est chaud, les cristaux ne peuvent donc pas se former. Quand le magma se refroidit, certains éléments chimiques vont s’associer pour former des cristaux. Dans le magma à l’origine d’un basalte, les premiers cristaux à se former sont les cristaux d’olivine de couleur verte.

On peut en classe observer la formation de cristaux de vanilline, molécule que l’on trouve dans la vanille et qui peut cristalliser. Quand le refroidissement est brutal, les éléments chimiques n’ont pas trop le temps de s’associer et les cristaux sont vraiment petits. Plus le refroidissement est lent, plus les éléments chimiques auront le temps de s’associer et les cristaux seront gros.

Observation au microscope de vanilline refroidie brutalement  à gauche et lentement à droite :

Tu peux observer la formation des cristaux en vidéo : 

Activité 3c : Dans quelle partie du volcan les cristaux de forment-ils ?

La chaleur permet aux éléments chimiques de s’organiser en cristaux. Ainsi plus le magma restera chaud et fondu longtemps, plus les éléments chimiques auront le temps de s’organiser pour former de beaux cristaux.

On appelle « verre », de la matière minérale fondue qui n’a pas eu le temps de s’organiser car le magma a refroidi brutalement.

On appelle « microlite », un petit cristal : il n’a pas eu beaucoup de temps pour se former car le magma a vite refroidi.

On appelle « phénocristal », un cristal visible à l’œil nu : il s’est formé dans un magma resté chaud suffisamment longtemps pour que les éléments chimiques s’organisent en cristal de grande taille.

1. Complétez les légendes de droite du schéma représentant la structure d’un volcan : réservoir magmatique, cône volcanique, cratère, cheminée, fissures, coulée volcanique, projections.
2. A l’aide de flèches vertes, dessinez le trajet du magma.
3. A l’aide de lettres « T majuscule » écrites en rouge et de taille plus ou moins importante, signalez à quels endroits se trouvent la température moyenne, la plus forte et la plus faible.
4. D’après vos connaissances sur les conditions de cristallisation des minéraux, complétez les cadres pour indiquer sur le schéma :

• Où se forment les phénocristaux ( gros cristaux visible sà l'oeil nu)
• Où se forme le verre ( pâte non cristallisée)
• Où se forment les microlites ( cristaux visibles au microscope

Bilan 3 : En refroidissant, les laves fluides peuvent former des basaltes et les laves visqueuses des andésites. Ces roches volcaniques sont constituées de cristaux de tailles différentes et de verre volcanique : c'est une structure microlitique. Un refroidissement lent du magma (en profondeur) donne naissance à de gros cristaux. Un refroidissement rapide en surface donne naissance à des microlites et du verre.

https://youtu.be/qDZ6RJNxCyM

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