41-07 - SVT Dijon

TITRE : VOLCANS EXPLOSIFS / EFFUSIFS
FICHE PROFESSEUR
ème
classe :4
durée : 1 heure
la situation-problème
Guillain, un élève passionné de géologie, a récemment vu à la télévision un documentaire sur l’éruption du Mont Pelé le
8 mai 1902 qui détruisit la ville de Saint Pierre, alors préfecture de la Martinique. Surpris devant les dégâts provoqués
par l’éruption volcanique, il demande à Edwina ce qui est responsable d’éruptions violentes pour certains volcans
(= volcans explosifs), alors que dans d’autres cas, les éruptions se manifestent par des coulées de lave beaucoup moins
violentes (= volcans effusifs).
Edwina lui répond que la différence principale entre les deux types d’éruptions volcaniques est à rechercher dans le
comportement différent du magma vis-à-vis des gaz qui assurent sa remontée vers la surface…
le(s) support(s) de travail
Un tube en U contenant du ketchup, un tube en U contenant du ketchup et de la purée (tubes déjà
préparés), eau du robinet, deux moitiés d’un cachet effervescent, compte-gouttes, deux bouchons (à
maintenir en place).
Document 2 : Texte sur la qualité des magmas.
Photographies et schémas interprétatifs d’éruptions effusive et explosive.
le(s) consigne(s) donnée(s) à l’élève
A l’aide des documents et du matériel disponibles sur votre paillasse, aider Edwina à montrer quelle caractéristique du
magma permet d’expliquer les deux types d’éruptions volcaniques vues en cours.
Pour cela, Edwina doit utiliser une démarche expérimentale.
Proposer une démonstration qui s’inscrive dans une démarche expérimentale. Celle-ci doit comporter une
manipulation et un schéma récapitulatif permettant à Edwina d’expliquer que certaines éruptions volcaniques sont
effusives et d’autres sont explosives.
dans la grille de référence
les domaines scientifiques de connaissances
• L’univers et la Terre : La planète Terre présente une structure et des phénomènes de dynamique interne
Pratiquer une démarche
scientifique ou
technologique
les capacités à évaluer en
situation
les indicateurs de réussite
• Observer, rechercher et organiser
les informations.
Extraire des informations d’un texte,
d’une expérience.
• Réaliser,
manipuler,
mesurer,
calculer, appliquer des consignes.
Réalisation d’un schéma.
• Raisonner, argumenter, démontrer.
Proposer
une
démarche
expérimentale de résolution.
Toutes les informations utiles sont
extraites des documents (texte,
photographies, schémas), en accord
avec le sujet. Pas de hors-sujet.
Les informations sont exactes.
Le schéma représente fidèlement
(exactitude) les expériences, il
indique la totalité des étapes
(pertinence).
Il est correctement légendé et titré
Le problème soulevé par Edwina est
extrait et correctement rédigé.
L’hypothèse est en relation avec le
problème posé et correctement
rédigée.
Le protocole proposé est en lien avec
l’hypothèse testée (pertinence).
L’expérience proposée permet de
mettre à l’épreuve l’hypothèse
(témoin et test)
Des résultats observables sont
Proposer une expérience.
Exploiter les résultats
Pratiquer une démarche
scientifique ou
technologique
les capacités à évaluer en
situation
Proposer
une
démarche
expérimentale (suite et fin).
• Communiquer à l’aide de langages
ou
d’outils
scientifiques
ou
technologiques.
Expliquer à l’écrit les étapes d’une
démarche.
dans le programme de la classe visée
les connaissances
les indicateurs de réussite
obtenus (efficacité).
Les résultats sont correctement
exploités (exactitude).
Validation ou non de l’hypothèse.
La conclusion est correctement
rédigée.
Organisation des données dans un
ordre logique, celui de la démarche
expérimentale.
Présentation de l’observation des
documents.
Présentation de l’expérience réalisée
sous forme d’un schéma.
Démarche
correctement
rédigée
(grammaire, orthographe, écriture,
soin…).
les capacités
Le volcanisme est l'arrivée en surface de magma et se
manifeste par deux grands types d’éruptions.
Formuler des hypothèses sur les causes des éruptions
volcaniques différentes.
Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave
et de gaz. Les matériaux émis constituent l’édifice
volcanique.
Participer à la conception d’un protocole et le mettre en
œuvre avec le matériel mis à disposition.
Valider ou invalider les hypothèses formulées.
Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour
expliquer les éruptions volcaniques différentes à partir
d’observations et d’expériences.
les aides ou "coups de pouce"
aides à la démarche de résolution :
Pour aider Edwina vous devez :
Mettre en relation les informations tirées du texte avec les consignes. (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 2 = niveau
confirmé).
Mettre en relation les informations tirées du texte avec le matériel mis à disposition : repérer le seul paramètre à tester
(seule différence entre les deux expériences). (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau expert).
Présenter les différentes étapes d’une démarche expérimentale (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau
expert).
Proposer un protocole expérimentale (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau expert).
Effectuer un geste technique : réaliser une expérience. (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 2 = niveau confirmé).
apports de savoir-faire :
Si vous ne parvenez pas à trouver les informations utiles du texte, vous pouvez utiliser « l’Aide à la lecture du texte »
(Niveau 1 = niveau débutant).
Pour adopter une démarche expérimentale (Niveau 2 = niveau confirmé), vous pouvez utiliser la fiche méthode
« Démarche expérimentale ».
! Etapes précises de la démarche expérimentale si l’élève n’y parvient toujours pas (Niveau 1 = niveau débutant), vous
pouvez utiliser la fiche « La démarche expérimentale à utiliser pour aider Edwina ».
Pour rédiger le problème, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la rédaction du problème ».
Pour rédiger l’hypothèse, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la rédaction de l’hypothèse ».
Pour proposer un protocole expérimental (Niveau 2 = niveau confirmé), penser à réaliser deux expériences (un témoin et
un test). Les deux ne diffèrent l’une de l’autre que par un seul facteur.
!Si vous ne voyez vraiment pas comment rédiger votre protocole expérimental (Niveau 1 = niveau débutant), vous
pouvez utiliser la fiche d’aide : « Protocole des expériences ».
Il faudra tout de même réaliser le schéma et y rajouter les résultats.
Pour effectuer correctement un geste technique, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la réalisation d’une expérience »
apports de connaissances :
On observe deux types d’éruptions volcaniques à la surface de la Terre : les éruptions effusives et les
éruptions explosives.
Le moteur de l’ascension du magma des profondeurs de la Terre vers la surface est le gaz contenu dans le
magma, qui, en remontant vers la surface, entraine avec lui le magma.
les réponses attendues
Problème soulevé par Edwina : Comment expliquer que certaines éruptions volcaniques soient explosives et
d’autres soient effusives ?
Hypothèse explicative tirée du texte : le type d’éruption d’un volcan dépend de la viscosité du magma qui remonte vers
la surface : plus le magma est fluide, plus l’éruption sera effusive, plus le magma est visqueux, plus le gaz remontera
difficilement vers la surface, entrainant une augmentation de la pression et une éventuelle explosion.
Pour montrer que cette hypothèse est vraie, on se propose de réaliser les expériences suivantes :
Expérience témoin
Expérience test
Ketchup
Mélange purée et
(même quantité)
ketchup
Seul paramètre différent =
présence de purée conférant
une forte viscosité
Schémas présentant les
expériences réalisées
pour montrer
l’influence de la
viscosité du magma
dans le type d’éruption
volcanique
Eau du robinet avec moitié de cachet effervescent (même quantité)
Expérience témoin
Ketchup
Le ketchup sort du tube en U en
coulant le long de la paroi (=
volcan effusif)
Expérience test
Mélange purée et ketchup (même quantité)
Le mélange purée ketchup sort du tube en U,
sous forme d’une « aiguille » ou de « dôme »
(= volcan explosif)
Eau du robinet avec moitié de cachet effervescent (même quantité)
Résultats :
Expérience 1 (=témoin) : Avec le ketchup seul, les gaz libérés par la moitié de cachet effervescent
provoquent un écoulement du ketchup le long de la paroi du tube en U. La sortie du ketchup est « effusive ».
Expérience 2 (=test) Avec le ketchup et la purée, les gaz libérés par la moitié de cachet effervescent provoquent une
sortie « en aiguille » du mélange. La sortie du mélange est « explosive », comme pour l’éruption du Mont Pelé en
1902.
Le seul facteur différent entre ces deux expérience est la présence de la purée plus visqueuse dans l’expérience 2, c’est
donc la viscosité du magma qui est responsable du type d’éruption volcanique : l’hypothèse est validée.
Conclusion : On déduit de notre manipulation, que le magma visqueux provoque des éruptions explosives, et un magma
plus fluide provoque des éruptions effusives lors de la remontée du magma vers la surface de la Terre.
Photographie de O¶éruption GHO¶(WQD(=volcan
effusif)
Photographie de « O¶DLJXLOOHGHODYH » sortant du
FUDWqUHSUpFpGDQWO¶pUXSWLRQGX0RQW3HOp
(=volcan explosif VRXVO¶HIIHWGHO¶DXJPHQWDWLRQGHOD
SUHVVLRQGHVJD]O¶DLJXLOOHGHODYHTXLVHFRPSRUWHFRPPH
XQERXFKRQDSURYRTXpO¶H[SORVLRQG¶XQHSDUWLHGXYROFDQ
6FKpPDLQWHUSUpWDWLIG¶XQHpUXSWLRQHIIXVLYH
6FKpPDLQWHUSUpWDWLIG¶XQHéruption explosive
8QH pUXSWLRQ YROFDQLTXH FRUUHVSRQG j O¶DUULYpH HQ VXUIDFH GH PDJPD &RPPH OH FRPSULW O¶DEEp
Spallanzani (1729-1799) à la fin du XVIIIème siècle, la différence entre les types d'éruption (et donc entre
les différents édifices volcaniques qui en résultent) provient de la différence entre les types de magmas et
plus précisément de leur viscosité*.
La viscosité d'un magma est liée à sa teneur en SiO2. On distingue des magmas hyper siliceux (SiO2 /
75%) très visqueux et des magmas hypo siliceux (SiO2 / 50%) fluides.
- si un magma est fluide, le gaz s'échappe facilement et le magma remonte tranquillement pour
couler le long du volcan. /¶pUXSWLRQSUHQGXQFDUDFWqUHeffusif : il se forme des fontaines de lave ;
- si un magma est visqueux, le gaz va rester emprisonné et va s'accumuler ce qui provoque une
augmentation de la pression et des éruptions plus violentes. La lave émise est alors visqueuse.
*Viscosité pWDWG¶XQOLTXLGHGRQWO¶pFRXOHPHQWHVWSOXVRXPRLQVGLIILFLOH$GM : visqueux.
Document 2 : H[SOLFDWLRQKLVWRULTXHGHODGLIIpUHQFHGHVGHX[W\SHVG¶pUXSWLRQYROFDQLTXH