Envoyer à un ami

Petites expériences sur les Volcans

Cet article rassemble une petite somme d'expériences relativement faciles à mettre en place pour des animations sur la volcanologie. Voir descriptif détaillé

Petites expériences sur les Volcans

Cet article rassemble une petite somme d'expériences relativement faciles à mettre en place pour des animations sur la volcanologie. Voir descriptif détaillé

Menez à bien d'incroyables projets scientifiques !
Des voyages scientifiques qui changent le monde
Des aventures hors du commun, des projets réels pour le développement durable

Accueil > Nos Actions > Références & Supports > Supports Pédagogiques & Techniques > Petites expériences sur les Volcans

Je m'inscris

Ajouter à ma liste de souhait

Le Projet

Expériences animation sur les volcans

Cette fiche a pour but de présenter un certain nombre de petites expériences faciles à mettre en place et permettant la mise en évidence de phénomènes simples.

Cette succession de manipulations permet aux enfants de faire connaissance avec la structure de la terre et avec la phénoménologie en volcanologie. Ils pourront ainsi en une activité de durée relativement réduite sympathiser avec beaucoup de notions essentielles de la géologie et de la volcanologie.

Structure de la Terre et création de magmas

1 - La structure de la terre

Avant toute chose, il faut que les enfants fassent connaissance avec la structure de la Terre. Pour expliquer la mise en place de différentes couches, une expérience simple avec du vinaigre et de l’huile mélangés suffit. Si tout est mélangé au début, on voit apparaître des couches différentes au bout d’un certain temps.

2 - Tectonique des plaques

A l’aide de blocs de polystyrène ou de cartons, on peut illustrer facilement les mouvements relatifs que peuvent avoir des blocs rocheux entre eux. Ceci permet d’introduire la tectonique des plaques et ces mouvements sont facilement comparables à des zones terrestres typiques :
-  Extension : Islande
-  Compression : Himalaya
-  Décrochement : faille de San Andreas

Blocs de faille

Il faut pour cela sculpter trois blocs avant l’animation.

3 - Zones de création de magmas

Après avoir vu les deux notions précédentes, nous pouvons amener les enfants à se demander où le magma est créé sur Terre, sachant que toutes les couches composant le globe sont solides, en dehors du noyau externe. Mais ce dernier est constitué principalement de fer et de nickel, or Or Métal précieux. Dans le cadre du séjour Le TrésOR des MINES nous chercherons de l’or dans le Val d’Anniviers, à la batée. nous n’observons pas de coulées de fer à la surface... D’où viennent les magmas ? Regardons de plus près une carte de répartition des volcans :

Alignement Volcans

Hé oui, les volcans sont alignés, en tout cas, la plupart. Cela veut dire une chose, une chose simple : les volcans ne peuvent pas apparaître n’importe où. Certaines zones sont donc propices à la création de magmas. Quelles sont ces zones, comment faire fondre de la roche ?

Il existe trois moyens pour obtenir la fusion des roches :
On peut diminuer la pression lithostatique (décompression adiabatique, donc sans perte de chaleur), augmenter la température des roches ou encore hydrater les roches chaudes (mais solides) du manteau.

Fondre en augmentant la température :
Prendre un morceau de beurre et le faire fondre dans une casserole

Fondre en hydratant les roches :
Dans une casserole, faites chauffer du sucre et dans une seconde, faites chauffer du sucre en y ajoutant simplement quelques gouttes d’eau (si vous en mettez trop, le sucre va se dissoudre).
Quel miracle, le sucre avec l’eau fond à toute vitesse alors que le sucre sans eau met un temps fou.
Alors là, je pense qu’on peut dire que l’eau permet la fusion de roches chaudes en profondeur, et c’est le cas des roches mantelliques (entre autres) situées au niveau du coin mantellique dans les zones de subduction.

Fondre en diminuant la pression :
Obtenir un liquide en décompressant un solide à la surface est quasiment impossible. Nous pouvons simplement faire comprendre ce phénomène aux enfants en ouvrant une bouteille contenant un liquide quelconque sous pression (oxygène, hélium, gaz... heu...). Secouez la bouteille : on entend du liquide dedans. Le liquide contenu dans la bouteille sortant sous forme gazeuse, on assiste là à un changement d’état du fait de la baisse de pression. C’est le même phénomène au niveau du manteau supérieur dans les zones en extension, sauf que l’on passe d’un état solide à un état liquide. Le principe est le même.

4 - Le déplacement des magmas dans la croûte

Maintenant que nous avons nos magmas en profondeur, comment peut-on représenter leur création et leur déplacement au sein de la croûte avant d’arriver à la surface ? Prenez du monoï, faites le chauffer de façon à l’avoir liquide et versez le dans un tube pour obtenir une épaisseur d’environ 1 cm.
Posez le tube au frigidaire quelques heures afin de le solidifier. Sortez-le et versez quelques cm d’eau froide par-dessus.
Faites chauffer de l’eau dans une bouilloire et versez doucement cette eau chaude dans le tube de façon à atteindre la température de fusion du monoï.

La surface de la semelle de monoï se gondole. On voit bientôt apparaître une boule de monoï qui se détache progressivement de la semelle pour ensuite se propager dans l’eau jusqu’à la surface. Vous avez devant vous un magma traversant la croûte.
Incroyable. Cette expérience, si vous n’avez pas de monoï, peut être réalisée avec du beurre ou de la végétaline. Mais ces produits gras rendent l’eau trouble pendant l’expérience et les produits de la fusion se voient un petit peu moins bien.

Ceci met en évidence, plus encore que la propagation, que les magmas se déplacent dans la croûte par différence de densité, le monoï liquide étant moins dense que l’eau.

La phénoménologie sur les volcans

Nos magmas sont donc arrivés proche de la surface... Que se passe-t-il ensuite ?

1 - La décompression des magmas

Une petite expérience connue et facile à mettre en place permet de comprendre le rôle des gaz dans les éruptions volcaniques : il s’agit de l’expérience au bicarbonate de soude.

Dans un verre ou un tube de pellicule photo, versez du bicarbonate et un peu de liquide vaisselle. Ensuite, rajoutez du vinaigre blanc. Une réaction chimique a alors lieu, produisant beaucoup de bulles dans un liquide pâteux. Ce liquide, sous l’effet de la formation des bulles monte dans le verre et finit par déborder.

Quand un magma arrive près de la surface, les gaz dissous dans le magma s’expriment et forment des bulles qui entraînent le magma à la surface, donnant ainsi naissance à une éruption volcanique.

Mais tous les magmas ne se comportent pas de la même façon... Faisons un peu de cuisine...

2 - Magma pâteux et magma fluide

Dans cette expérience, nous allons montré que les magmas visqueux et fluides ne se comportent pas de la même façon.

Prenez deux casseroles, nous allons manger de la purée. Dans l’une d’entre elle, préparez une purée super fluide et dans l’autre une purée super visqueuse. Faîtes chauffer le tout.

Dans la première casserole, les bulles de gaz se déplacent facilement dans la purée et s’échappent sans faire de dégâts. Dans la deuxième casserole, les bulles de gaz se formant ont du mal à sortir (ha oui, éloignez-vous) et quand elles sortent, elles provoquent une explosion de purée arrosant tous les observateurs.

La silice (principal composant de la croûte terrestre) dans le magma joue à peu de chose près le même rôle que les flocons de pomme de terre dans l’eau : plus vous en mettrez, plus ce sera pâteux. Les magmas traversant une croûte terrestre d’épaisseur « normale » ont le temps de s’enrichir en silice et deviennent de plus en plus pâteux au cours de leur ascension. C’est le cas dans les zones de subduction. Au contraire, dans les zones en extension (rifting le plus souvent), la croûte est désépaissie et les magmas traversent une faible couche de croûte et restent fluides jusqu’à leur arrivée à la surface. Ce dernier cas est également valable pour les points chauds qui perforent la croûte terrestre à la manière d’un chalumeau.

3 - Fonctionnement des différents dynamismes

Comme nous l’avons dit ci-dessus, tous les magmas ne sont pas les mêmes et les dynamismes associés sont donc également différents, et les édifices résultant de ces éruptions diffèrent.

Cette expérience est de plus grande ampleur que toutes les précédentes. Il s’agit ici de monter un véritable volcan à base de sable.

Ce système permet de montrer clairement la façon dont se forment les cônes volcaniques. On peut également, en rajoutant un peu d’eau dans le tuyau, à la sortie du sable avec une pipette ou une petite bouteille, simuler une éruption phréato-magmatique, ce qui en général, fait beaucoup rire les enfants.

Ce système permet également d’illustrer différents dynamismes volcaniques si on l’équipe d’un robinet permettant de moduler l’arrivée d’air comprimé dans le tuyau.

4 - Coulées de lave

Pour cette expérience là encore, il nous faut du temps et des moyens. Le but est de reconstruire Prabouré en faisant une maquette. Maquette sur laquelle nous pourrions créer des coulées de lave (le mélange eau farine colorant y suffit). Les enfants, dotés de barrages, auront quelques secondes pour réagir et tenter de sauver le centre du liquide visqueux.

A partir de cette expérience ludique, nous pouvons constater que les coulées de lave ne peuvent pas être arrêtées, elles ne peuvent être que déviées.

5 - Nuées ardentes

Dans une cuve de plexiglas large de 5 à 10 cm, longue d’au moins un mètre et haute de 30 cm, nous pouvons recréer des phénomènes de coulées pyroclastiques (autrement dit nuées ardentes). Dans la partie refermée par le clapet sur la figure ci-dessous, mettez du sable fin, du carbure de silicium ou du talc et remuez jusqu’à obtenir une colonne relativement homogène. Soulevez le clapet et hô miracle, un écoulement dense se produit et avance au fond de la cuve. Cette expérience peut aussi être faite avec de l’eau salée et colorée.

Il s’agit ici d’illustrer ce qu’est une nuée ardente : constituée de blocs, de cendres et de gaz, elle se déplace sous l’effet de son propre poids quand on remonte le clapet. Nous pouvons également mettre un obstacle au fond de la cuve sur le trajet de l’écoulement pour observer que ce phénomène destructeur se joue des reliefs. Les nuées ardentes sont effectivement capables de passer au-dessus de montagnes et peuvent aussi se propager sur l’eau. Le tout à plusieurs centaines de degrés et plusieurs centaines de km/h.

Tout ceci n’est qu’une proposition de conduite d’atelier. Chaque type d’expérience peut être pris à part entière. Cette succession n’a rien de formelle.

Le volcan de sable et la cuve de plexiglas peuvent faire l’objet d’activités de construction avec les enfants. Si la cuve ne devrait nécessiter que très peu de temps à partir du moment où nous avons à disposition du plexiglas et de la colle, la réalisation du volcan de sable demande lui certainement plus de temps.

D’autres expériences sont disponibles sur www.osi-explorearth.org/Univers-Pet...]

A lire également : La découverte du volcanisme et des volcans d’Auvergne, les super éruptions volcaniques et leurs impacts

Si vous souhaitez découvrir des volcans actifs, le programme de Recherche et d’Education Minéo et Objectif Sciences International organisent chaque année des séjours de Recherche Participative et des séjours linguistiques de journalisme scientifique sur plusieurs volcans, en France, en Italie, en Islande, aux Etat-Unis et bien d’autres. Pour plus d’informations consultez le site www.vacances-scientifiques.com/-Geo...

Nos partenaires

Voir également