Dossier Pédagogique : Des VOLCANS et des PLAQUES

Transcription

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DOSSIER
PEDAGOGIQUE
Des VOLCANS
et
des PLAQUES
Volcans, tectonique des plaques,
tremblements de terre, prévention . . .
INTRODUCTION
p. 3
LES VOLCANS
p. 4
I Comment les volcans fonctionnent-ils ?
p. 4
1. Structure et formes des volcans
2. Les différentes éruptions
p. 4
p. 5
UN PEU D‛HISTOIRE ... La naissance du volcan Paricutin
p. 10
II Quelle est l‛origine des volcans ?
p. 11
1. Les volcans à la limites des plaques tectoniques
2. Les volcans de points chauds
p. 11
p. 13
III Des volcans et des Hommes
p. 14
1. Le danger des volcans
2. Les volcans, source de vie
3. Prédire et prévenir les éruptions, est-ce possible ?
p. 14
p. 16
p. 17
IV Les volcans en quelques chiffres
p. 19
UN PEU D‛HISTOIRE ... La naissance de l‛île de Surtsey
p. 21
LA TECTONIQUE DES PLAQUES
p. 22
I Les plaques tectoniques
p. 22
II Les tremblements de terre
p. 25
ANALOGIE ... Pour mieux comprendre, on peut comparer...
ATELIERS
Atelier
Atelier
Atelier
Atelier
1
2
3
4
:
:
:
:
Qu‛est-ce qu‛un volcan ?
Les éruptions volcaniques
Mise en évidence d‛une chambre magmatique
Les séismes et les plaques tectoniques
p. 26
p.
p.
p.
p.
p.
27
27
30
33
35
GLOSSAIRE (Les termes suivis d‛une * sont définis dans le glossaire)
p. 40
REFERENCES
p. 44
PHOTOGRAPHIES
p. 46
2
INTRODUCTION
Des VOLCANS et des PLAQUES
La Terre est une planète tellurique, c‛est-à-dire solide et constituée de sphères emboitées
(le noyau*, le manteau* et la croûte*). L‛activité de la Terre s‛observe lors des séismes* et
des éruptions volcaniques*. Ceux-ci sont principalement dus aux mouvements des plaques
tectoniques*.
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Fissure Krafla (Islande)
LES VOLCANS
I Comment les volcans fonctionnent-ils ?
1. Structure et forme des volcans
Les volcans sont des reliefs terrestres ou sous-marins
présentant des fissures par lesquelles s‛écoulent différents
matériaux solides, visqueux et gazeux (lave*, tephras*, bombes*
et gaz) issus de la montée du magma* par la cheminée*.
Lorsque le magma remonte dans la cheminée, il subit un
refroidissement rapide : en surface, il donne des roches
volcaniques contenant peu de cristaux et de tailles réduites :
les laves.
Lave : magma
dégazé émis en
surface
Eruption volcanique : libération
de magma à la
surface de la
Terre
Cône : structure
d‛origine
volcanique
formée par
l‛accumulation
de roches
volcaniques
Cratère :
dépression
circulaire qui
se trouve au
sommet ou
parfois sur les
flancs d‛un volcan
Quest-ce que c‛est ... un
magma ?
Le magma est la matière
première des volcans. Il
s‛agit soit du matériau
présent au niveau du
manteau, soit de roches
préexistantes ayant
fondues lors de la
subduction par exemple.
Le magma remonte dans
la cheminée car il est
moins dense que les roches
solides qui l‛entourent.
Généralement, l‛empilement en surface des matériaux forme un cône*
entourant le cratère* mais selon le type de lave* et d‛éruption*, la forme
peut varier :
Le volcan-bouclier. Il correspond à l‛accumulation de coulées de laves* très
fluides pouvant s‛étaler sur plusieurs kilomètres et édifiant ainsi un cône* à
faibles pentes.
Le stratovolcan. Une alternance de coulées de laves et de cendres constitue
le cône*.
Le dôme* ou l‛aiguille*. Ces volcans se forment à partir de laves très
visqueuses ne pouvant s‛étaler.
A ces trois principales formes s‛ajoutent des morphologies particulières
issues d‛évènements exceptionnels :
La caldeira*. Lorsque la chambre magmatique* se vide à la suite de
nombreuses éruptions*, la partie centrale d‛un volcan peut s‛effondrer,
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formant ainsi un cratère* géant : la caldeira*.
Volcans du monde
Les trapps*. Il s‛agit de grands plateaux continentaux constitués par l‛empilement de
coulées de laves* issues d‛un volcanisme fissural. L‛empilement peut atteindre 2000 à 3000
m d‛épaisseur.
Le Mauna Loa, Hawaii, Etats-Unis
Le Mauna Loa est un volcan bouclier des
Iles Hawaii. Il culmine à près de 4200 m
au-dessus du niveau de la mer, et à plus de
9000 m depuis sa base, au fond de l‛océan.
On dénombre 39 éruptions depuis 1832. Ses
laves sont très fluides.
Animation
Atelier : Qu‛est-ce qu‛un volcan ?
résentation d‛un volcan en image : les types de volcans, leur fonctionnement, les différentes
éruptions …
Expérimentation / activité :
Fabrication d‛un volcan en papier mâché (possibilité de construire les trois types de volcans :
stratovolcan, volcan bouclier, volcan en dôme)
Questions à aborder : Pourquoi existe-il différentes formes de volcans ? Retour en images sur les
types de volcans et leur mise en place.
Modélisation de la mise en place d‛un volcan en dôme ; modélisation de la formation d‛une caldeira.
Questions à aborder : Comment se forme un dôme ? Et une caldeira ? Retour en images et étude de
volcans.
2. Les différentes éruptions
On regroupe classiquement les volcans selon le type d‛éruptions, effusive* ou explosive*, et
de laves* :
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Eruption effusive (sans grande explosion, avec des
laves* très fluide)
L‛éruption hawaïenne
(des volcans des îles Hawaï).
Elle se
caractérise
par des laves*
très fluides
qui édifient un
cône* à pentes
faibles typique
des volcans
boucliers. Un
lac de lave
peut occuper le
cratère*. Les
explosion et projections sont peu nombreuses et
l‛on note la présence de fontaines de lave.
Quest-ce que c‛est ... une éruption
volcanique ?
Une éruption volcanique est le
phénomène durant lequel de la
matière en fusion (le magma)
s‛échappe du sol, refroidit et devient
ainsi de la lave. Un volcan naît
généralement d‛une simple fracture
dans le sol d‛où émerge de la lave :
c‛est la première éruption volcanique,
celle qui donne naissance au volcan.
Par la suite, à chaque éruption
volcanique, le volcan s‛agrandit
par l‛accumulation des coulées de
laves et des cendres. Ces éruptions
interviennent lorsque la pression du
magma est trop forte au niveau de
la chambre magmatique : le magma
remonte alors vers la surface, par
la cheminée mais également en
s‛insinuant par toutes les fissures.
Volcans du monde
L‛éruption strombolienne
(du Stromboli, Italie)
.
Elle se distingue par l‛alternance de coulées de lave
et de projections de cendres, lapilli et scories. Ainsi,
le cône est régulier et la forme globale de l‛édifice
volcanique est celle d‛un stratovolcan.
Le tour du monde des volcans...
L‛Etna, Sicile, Italie
L‛Etna est situé en Sicile, Italie. Il s‛agit du
volcan le plus haut d‛Europe (3300m) et l‛un des
plus actifs au monde. Ses éruptions sont souvent
effusives. Néanmoins, des trois cratères
sommitaux de l‛Etna se manifeste une activité
explosive. Cette association de types d‛éruption
confère à ce volcan une forme intermédiaire
entre un volcan bouclier et un stratovolcan.
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Eruption explosive (explosion pouvant être très importante, coulées peu importantes)
L‛éruption vulcanienne
(de Vulcano, Iles Lipari, Italie).
Les laves* sont visqueuses, les coulées peu nombreuses
et fragmentées par de nombreuses explosions.
L‛éruption péléenne
(de la Montagne Pelée, Martinique, France).
Volcans du monde
Les laves*, très visqueuses, ne s‛écoulent pas mais
s‛accumulent et forment un dôme* ou une aiguille*
susceptibles d‛exploser sous la pression des gaz et
constituer ainsi une nuée ardente*.
Le tour du monde des volcans ...
Le Puy de Dôme, France
Le Puy de Dôme domine ses voisins de
la Chaîne des Puys du haut de ses 500
m. Il semble s‛être formé lors de deux
évènements distincts : formation d‛un
dôme, puis destruction explosive d‛une
partie du volcan dans un premier temps ;
croissance d‛un second dôme à l‛intérieur
du cratère dans un second temps.
Certains volcans présentent plusieurs types d‛éruptions selon leur phase d‛activité. A cela
s‛ajoutent les édifices volcaniques sous-marins absents de cette classification. Ainsi, de
nombreux phénomènes volcaniques ne trouvent pas place au sein de ces grands types.
D‛autres types complémentaires sont alors quelque fois proposés :
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L‛éruption plinienne ou vésuvienne
(de Pline le Jeune, et du Vésuve, Italie).
Il s‛agit d‛une éruption explosive avec nuée ardente*.
L‛éruption du Vésuve est tantôt strombolienne, tantôt
vulcanienne.
L‛éruption surtseyenne
(de l‛île de Surtsey, Islande).
Volcans du monde
Il s‛agit d‛une éruption explosive ayant lieu à une
centaine de mètres sous la surface de l‛eau et où
l‛on note des projections de vapeur d‛eau, d‛eau
liquide et de cendres mélangées. Si le volcan atteint
la surface, l‛éruption peut alors être effusive ou
explosive en fonction de la viscosité de la lave*.
Crater Lake, Oregon, Etats-Unis
Crater Lake est une caldeira
correspondant à un ancien volcan
effondré. Le cratère est actuellement
occupé par un lac situé à 2100 m
d‛altitude.
Chambre
magmatique :
réservoir
de magma
alimentant le
volcan
Cheminée :
conduit d‛un
volcan par lequel
remonte le
magma
L‛éruption sous-marine.
La lave* s‛écoule et forme des pillow-lavas* (ou laves en coussin)
caractéristiques de la rencontre de la lave* et de l‛eau.
L‛éruption phréatomagmatique.
Si l‛éruption surtseyenne peut être considérée comme phréatomagmatique*,
ce terme est généralement réservé aux phénomènes engendrés par la
8
Animation
Atelier : Les éruptions volcaniques
(Les différentes éruptions auront été présentées lors de l‛atelier 1)
Simulation d‛une éruption volcanique (1) : éruption effusive et explosive (utiliser la maquette de
volcan précédemment construite)
Simulation d‛une éruption volcanique (2) : éruption explosive
Questions à aborder : Quelles sont les différences entre les deux types d‛éruptions ? Pourquoi ?
Retour sur la prévention des risques volcaniques. Retour en images sur les différentes éruptions
volcaniques.
Volcans du monde
Compléter les activités par une présentation de roches volcaniques : pierre ponces, bombes
volcanique, pillow-lavas, …
Le Mont St Helens
Le Mont Saint Helens est un volcan du nord
ouest des Etats-Unis aux éruptions de type
plinienne. En 1980, il entra en éruption et
explosa, provoquant plusieurs nuées ardentes
pouvant atteindre 360° et plus de 1000 km/h.
rencontre entre le magma* et des eaux souterraines (nappe phréatique) ou superficielles
(lacs). Il s‛agit d‛une éruption explosive.
Les volcans sont quelquefois classés en deux grands types selon la « couleur » de leur
éruption :
• les volcans « rouges » : les matériaux émis sont principalement des laves* de
couleur rouge-orangé et les édifices volcaniques se situent dans les zones de points chauds*
et au niveau des dorsales* ; les éruptions sont effusives à lave* fluide.
• les volcans « gris » : les matériaux émis constituent un nuage de cendres qui s‛élève
dans l‛atmosphère : les éruptions sont explosives et la lave* pâteuse.
Il est important de noter qu‛un volcan peut changer de comportement durant sa vie.
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UN PEU D‛HISTOIRE ... UN PEU D‛HISTOIRE ... UN PEU D‛HISTOIRE ... UN PEU D‛HSTOIRE ...
La naissance du volcan Paricutin
Il est rare de pouvoir assister à la naissance d‛un volcan. Pourtant, en 1943, un volcan se
forma près d‛un petit village mexicain.
Dès 1942, un paysan, Dionisio Pulido, découvre un trou de quelques mètres de profondeur
dans son champ de maïs. Quelques mois plus tard, en janvier et février 1943, plusieurs
tremblements de terre se font ressentir dans la région. Le 20 février 1943, alors qu‛il
travaille dans son champ, Dionisio est surpris par des grondements. Il découvre près du
trou une longue fissure par laquelle s‛échappe des cendres qui s‛accumulent et forment un
cône. Au soir du 21 février, celui-ci mesure près d‛une trentaine de mètres de haut et de
la lave commence à s‛épancher. Une semaine plus tard, le sommet du cône atteint près de
120 m ; au bout d‛un mois, près de 150 m.
Aujourd‛hui, Le Paricutín, du nom du hameau voisin qu‛il ensevelit en 1943, culmine à plus
de 400 m de hauteur. Il resta actif jusqu‛en 1952 et ne fit aucune victime.
UN PEU D‛HISTOIRE ... UN PEU D‛HISTOIRE ... UN PEU D‛HIS
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II Quelle est l‛origine des volcans ?
La première éruption volcanique* est celle qui permet à un volcan de naître, mais leur mise
en place ne se fait pas au hasard. La répartition des volcans sur terre n‛est pas uniforme :
elle est localisée à des endroits bien précis comme le montre la carte de répartition des
volcans.
Carte de la localisation des volcans
1. Les volcans à la limite des plaques tectoniques*
Les volcans se répartissent pour la plupart le long de lignes semblant parcourir la surface
de la Terre et constituent les limites de pièces d‛un gigantesque puzzle : il s‛agit des plaques
tectoniques*.
La surface de la Terre ressemble à un immense puzzle.
Dorsale : zone
où naîssent
les plaques
tectoniques
Zone de
subduction :
zone où plongent
les plaquent
tectonique
Chacune des 12 grandes plaques tectoniques* est analogue à une pièce de
ce puzzle. Mais à la surface de la Terre, les plaques bougent les unes par
rapport aux autres et ces mouvements provoquent des tremblements de
terre* et des éruptions volcaniques*. Certaines plaques s‛éloignent de leurs
voisines, s‛écartent (c‛est la divergence*) tandis que d‛autres se rapprochent
et se percutent (c‛est la convergence*).
Rift : zone où la
croùte s‛amincit
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Localisation des plaques tectoniques
Volcans du monde
Les volcans se répartissent au niveau :
• des zones de divergence* (ou zones d‛accrétion) que sont les dorsales* médioocéaniques (naissance des plaques océaniques) et les rifts* continentaux (amincissement de
la croûte* continentale) ; le magma* remonte à la limite de deux plaques en divergence* et
s‛épanche de part et d‛autre.
La ceinture de feu du Pacifique
On appelle ceinture de feu du Pacifique une
ligne bordant les limites de l‛océan Pacifique
où l‛on dénombre de nombreux séismes et
volcans : elle longe le continent sud-américain,
remonte la bordure est des Etats-Unis, du
Canada, rejoint l‛Asie et le Japon et termine
sa course en Indonésie, puis en NouvelleZélande.
• des zones de convergence, qui correspondent à la rencontre entre deux plaques, et
que sont les zones de subduction (une plaque passe sous une autre) ; la plaque qui passe en
dessous fond et la roche devient du magma qui va remonter à travers la plaque chevauchante
et créer des volcans.
Le type de laves et d‛éruptions d‛un volcan est intimement liés à sa localisation.
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2. Les volcans de points chauds
Certains volcans ne se situent pas à la limite des plaques tectoniques* mais au sein même
des plaques. Il s‛agit du volcanisme de point chaud* : du magma* remonte et traverse les
plaques, qu‛elles soient issues de la croûte* océanique comme de la croûte* continentale. Un
point chaud* est fixe alors que les plaques bougent. Le point chaud* va donc percer la plaque
sous laquelle il se situe au-fur-et-à-mesure du déplacement de celle-ci. On observe ainsi une
succession de volcans alignés, formant un chapelet d‛îles lorsque le point chaud* débouche
sous un océan ou une chaîne de volcans si le point chaud* débouche sous un continent*.
A noter qu‛un point chaud* peut amincir la plaque qu‛il traverse et conduire à la formation
d‛un rift*.
Carte de localisation des Points chauds
Animation
Atelier : Mise en évidence d‛une chambre magmatique
La chambre magmatique est un réservoir de magma sous pression. Par analogie, aborder le sujet avec
une bouteille d‛eau gazeuse, un ballon de baudruche …
Mise en place d‛une chambre magmatique, de filon et de dyke* (d‛après, www.sordalab.com)
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Volcan en action.
III Des volcans et des Hommes
Les Hommes entretiennent des liens étroits avec les
volcans depuis des siècles. Qu‛ils soient sources de
vie ou de mort, ils suscitent crainte, peur, défiance ou
respect, et inspirent mythes et légendes.
En Islande, les cendres issues
de l‛éruption du Laki en 1783
provoquèrent une famine en
recouvrant et détruisant les cultures
(photo : fissure Laki, Grimsvötn,
Islande).
1. Le danger des volcans
Les éruptions volcaniques* représentent un réel danger.
a. Les éruptions effusives : le danger est représenté par les coulées de laves*. Cellesci provoquent de nombreux dégâts matériels : routes et voies de chemin de fer coupées,
réseau électrique et canalisations de gaz et d‛eau rompus, habitations détruites …Leur
comportement étant généralement prévisible, les populations ont le temps d‛évacuer. Les
coulées les plus fluides peuvent parcourir plusieurs dizaines de kilomètres en une heure.
b. Les éruptions explosives : de nombreux phénomènes associés aux éruptions explosives
représentent un réel danger.
Les projections de débris : lorsqu‛un volcan explose, de nombreuses débris provenant de
l‛édifice volcanique sont projetés. En retombant, ces débris (bombes volcaniques*, scories*
…) peuvent blesser et tuer les habitants et animaux vivant à proximité du volcan.
les cendres volcaniques : souvent sous-estimés, les dommages causés par les cendres
volcaniques sont pourtant forts nombreux. Très fines, elles provoquent de nombreux
problèmes respiratoires. Elles peuvent même asphyxier si elles sont respirées en grandes
quantités. Les cendres peuvent recouvrir des régions entières lorsqu‛elles sont expulsées
par des panaches volcaniques. La végétation (et donc les cultures) est alors littéralement
étouffée sous des épaisseurs de cendres pouvant atteindre plusieurs mètres et provoquant
des famines et l‛effondrement des toits des habitations. Les fragments les plus fins obstruent
les moteurs des véhicules, compliquant
ainsi l‛évacuation des populations, et
Volcan en action.
perturbant l‛aviation. Enfin, des lahars
peuvent se former en cas de pluie.
Le 24 Juin 1982, les quatre réacteurs du
Boing 747, un avion assurant le vol Singapour
– Sydney, s‛arrêtèrent les uns après les autres
obstrués par des cendres volcaniques du volcan
Galunggung alors en éruption. Les pilotes
réussirent à remettre les moteur en marche
après une chute libre de près de 7500 m !
(photo : volcan Galunggung, Java, Indonésie)
les lahars* : il s‛agit de coulées boueuses
formées essentiellement de cendres,
chaudes ou froides, et d‛eau, pouvant
charrier des bombes, blocs rocheux,
troncs d‛arbres, véhicules … Les
lahars* peuvent survenir des mois à des
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Volcan en action.
années après une éruption et être
déclenchés par de fortes pluies ou
de la neige fondue.
Les nuées ardentes* : il s‛agit sans
doute du phénomène volcanique le
plus redouté. Les nuées ardentes*
sont des nuages composés de gaz
et de débris brulants issus de
l‛effondrement d‛un dôme* ou d‛une
aiguille* volcanique. Elles dévalent
les pentes d‛un volcan à des vitesses
pouvant atteindre plusieurs centaines
Le 26 août 1883, le volcan Krakatoa, situé en
Indonésie, entra en éruption. Son explosion créa un
tsunami qui déferla principalement sur les côtes de Java
et de Sumatra, mais la violence de la vague fut telle
qu‛une oscillation anormale des eaux fut enregistrée
par les marégraphes jusque dans le golf de Gascogne
et dans la Manche, à 18 000 km du lieu de l‛éruption !
L‛explosion du Krakatoa et le tsunami qui suivit tua
plus de 36 000 personnes (photo : volcan Krakatoa,
Indonésie)
de kilomètres / heures et à température atteignant plusieurs centaines de degrés.
Volcan en action.
Le 8 Mai 1902, une nuée ardente issue
de la Montagne Pelée (Martinique, France)
détruisit la ville de Saint-Pierre et causa
le décès de près de 30 000 personnes. Il
n‛y eu que 2 survivants … (photos : nuée
ardente émise par la Montagne Pelée lors
de l‛éruption de 1902)
Les glissements de terrain : le cône* volcanique
peut se déformer, s‛effondrer et dévaler la
pente du volcan.
Les tsunamis* (ou raz de marée) : ils peuvent
être engendrés à la suite d‛une éruption sousmarine, d‛un glissement de terrain …
Les gaz volcaniques : extrêmement dangereux,
ils peuvent être émis sans aucun autre signe
d‛activité volcanique.
Les Jökulhlaups (ou débâcle glaciaire) : lorsqu‛un volcan entre en éruption et qu‛il est
surmonté d‛un glacier, la glace fond et provoque une coulée.
Les tremblements de terre (ou séisme*) : la remontée du magma* dans la cheminée* provoque
fréquemment des tremblements de terre*. A cela s‛ajoute les séismes* qui suivent les vidanges
de la chambre magmatique* : le volcan s‛effondre alors sur lui-même et forme une caldeira*.
L‛acidification des lacs : l‛acidification d‛un lac peut tuer
toutes formes de vie des eaux et de leurs abords, y
compris les populations riveraines.
Hivers climatiques : certains volcans projettent de très
grandes quantités de cendres, de gaz et de poussières
dans l‛atmosphère. Ces gigantesques nuages de cendres
parcourent le monde en réduisant la luminosité
Volcan en action.
En 1985, la ville colombienne
d‛Armero et ses 23000 habitants
furent engloutis par un lahar formé
par les cendres du volcan Nevado del
Ruiz (photo : vue aérienne de la ville
d‛Armero, après la catastrophe).
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Volcan en action.
En 1986, une nappe de CO2 sortie du
lac Nyos, au Cameroun, et dévala les
pentes du volcan. Le gaz tua 1700
villageois et plusieurs milliers de tête
de bétail par asphyxie. (photo : lac
Nyos, Cameroun)
naturelle. Le dioxyde de soufre émis renvoie une
partie du rayonnement solaire. Lorsque les volumes
de gaz émis sont importants, on note une baisse
significative de la température à la surface du
globe (été froid et hiver rigoureux).
2. Les volcans, source de vie
L‛Homme entretient une relation paradoxale avec les volcans. Ces derniers apportent
dévastation et mort lorsqu‛ils rentrent en éruption, mais vie et prospérités quelques
semaines, mois ou années après la catastrophe.
Matériaux de constructions : il est fréquent que le
basalte (roche volcanique issue du refroidissement d‛un
magma*) soit utilisé comme matériaux de construction
(ex. nombreux bâtiments historiques de ClermontFerrand). Par exemple, la pouzzolane, roche volcanique
projetée hors du volcan et solidifiée dans l‛air (à
distinguer des laves* qui sont fluides), est utilisée en
jardinerie, pour la fabrication de certains ciments,
bétons ou encore des routes.
Volcan en action.
A Bali (Indonésie), au pied des
volcans, les sols sont si riches qu‛ils
autorisent 3 récoltes de riz par an
contre 1 seule habituellement (photo
: volcan Batur, Bali, Indonésie).
Fertilité des sols : les cendres sont riches en soufre, potassium, magnésium, calcium, sodium
ou encore phosphore et constituent de véritables engrais naturels pour l‛agriculture. Les
sols ainsi recouverts sont très fertiles et les populations vivant de l‛agriculture demeurent
aux pieds des volcans.
L‛énergie géothermique : l‛énergie géothermique est l‛énergie utilisant la chaleur de la
Dôme : lave
visqueuse
accumulée au
sommet d‛un
volcan
Plaques
tectoniques :
morceau de
croûte océanique
ou continentale
délimité par
les dorsales et
les zones de
subduction
terre. Plus l‛on s‛enfonce dans le sol, plus la température augmente. En
règle générale, l‛augmentation est de 3°C tous les 100 m. Dans les zones
volcaniques, la température augmente de 15° à 30° C tous les 100 m !
Cette caractéristique permet de produire de l‛électricité, de chauffer des
bâtiments, piscines, serres de cultures …). Des centrales géothermiques
sont installées en Islandes, au Japon, en Italie, Russie, Nouvelle-Zélande, …
Métaux, minéraux et pierres précieuses : les volcans fournissent un grand
nombre de pierres précieuses utilisées en bijouterie (opale, améthyste,
diamant …), mais également des métaux moins nobles mais tout aussi
recherchés (fer, étain, zinc, cuivre …). Enfin, le soufre entre dans la
composition de nombreux explosifs, médicaments ou encore fertilisants.
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Volcan en action.
Thermalisme, tourisme et art : les
sources thermales font remonter
à la surface de la Terre des eaux
ou boues riches en minéraux. Selon
leur composition, elles permettent
de soulager les rhumatismes,
affections respiratoires, maladie de
peau, maladie rénales … Les volcans
contribuent également au tourisme
en proposant de nombreuses
randonnées et panoramas. Enfin, les
édifices volcaniques inspirent depuis
toujours les artistes.
Le 8 juin 1783, les cratères du Laki (Islande) entrèrent
en éruption. Après une succession de phases explosives
et effusives, des gaz sulfuriques furent émis durant
8 mois, ce qui provoqua une baisse globale de la
température dans l‛hémisphère nord durant l‛hiver
1783-1784. A cela s‛ajoute des pluies de cendres au
Royaume-Uni au court de l‛été 1783, des brouillards
d‛acide sulfurique provoquant de nombreux décès en
Europe et une succession d‛évènements météorologiques
catastrophiques durant les mois qui suivirent (inondations,
grêles, orages …)
(photo : cratère Lakagigar, Islande).
3. Prédire et prévenir les éruptions, est-ce possible ?
Observer un volcan permet de réduire les risques. Malheureusement, de nombreux volcans,
endormis depuis longtemps, ne sont pas répertoriés comme volcans actifs. C‛est de cette
catégorie de volcans que vient le plus grand danger. Quels sont les différents moyens de
prévention pour les volcans à risques ?
Installer des observatoires : de nombreux observatoires ont été mis en place pour la
majorité des volcans à haut risque. Ils permettent d‛étudier et de surveiller l‛activité
volcanique en permanence. Il existe environ 70 observatoires à travers le monde.
Dans ces observatoires, les scientifiques s‛emploient à scruter les moindres changements
d‛activités des volcans. Pour cela, ils utilisent différentes méthodes :
• relevés de températures, de volumes de cendres et de fumées émises par le
cratère*,
• relevés d‛activité sismique (quand le magma* monte, il provoque des petites
secousses),
• rayons lasers et géodimètres*, inclinomètres (pour relever les variations de pentes
Volcan en action.
Le premier observatoire a été construit
en 1841 sur le Vésuve. Aujourd‛hui,
l‛observatoire du Piton de la Fournaise
prévoit systématiquement les éruptions, qui
se succèdent actuellement à un rythme de
2 à 3 par an (photo : volcan Piton de la
Fournaise, Réunion, France).
des volcans),
• observation des fumerolles* qui
peuvent changer en fonction de l‛activité,
• prélèvements et analyses des eaux
des sources périphériques qui drainent l‛édifice
volcanique,
• suivi satellitaire pour les volcans
difficilement accessibles (exemple dans les
Andes).
17
Volcan en action.
En 1669, pour l‛Etna, les hommes
s‛attaquèrent à la lave avec des piques
et des pioches. Ils firent un trou sur
un côté déjà refroidi de la coulée et
réussirent à dévier le flot (photo :
volcan, Etna, Italie).
Eduquer la population : le manque d‛information
aux populations vivant à proximité des volcans
est responsable d‛un grand nombre de morts.
Le rôle des scientifiques est d‛expliquer les
dangers liés aux volcans afin que les populations
puissent se préparer aux éruptions. Dans les
régions volcaniques dangereuses, des panneaux
décrivent les risques et les lieux à éviter. Ils
indiquent souvent quels types de signaux sonores
retentiront en cas d‛évacuation, ils indiquent aussi les consignes de sécurité (écouter les
instructions à la radio, rassembler quelques vivres, eau potable et vêtements, ne pas aller
chercher les enfants à l‛école car on s‛occupe d‛eux, ne pas surcharger inutilement le réseau
téléphonique, …) et l‛emplacement des abris sûrs.
Volcan en action.
Organiser
les
évacuations
et préparer des équipes de
Après la catastrophe du Nevado del Ruiz en 1985 (aucune
secours : les plans d‛alerte
évacuation décidée, résultat 22 000 morts), M. et K.
de secours et d‛évacuation
Krafft décidèrent de s‛atteler à la réalisation d‛une
sont établis par les autorités
cassette sur les risques volcaniques (sons, images, montrant
civiles (en France, plan ORSEC,
les différents dangers encourus lorsqu‛on vit au pied des
organisation des secours). Les
volcans). En 1991, quelques jours seulement après leur
équipes médicalisées doivent
disparition à l‛Unzen, la projection de cette cassette à la
pouvoir intervenir sur les types
TV permit aux autorités des Philippines de convaincre les
de traumatismes suivants :
populations vivant près du Pinatubo d‛évacuer, ainsi des
graves brûlures de la peau et
milliers de personnes furent sauvés (photo : volcan Pinatubo,
des muqueuses, œdèmes des
Indonésie)
yeux et des poumons, infections
des blessures, obstructions des
voies respiratoires et digestives par les cendres.
Vidanger les lacs (gaz carbonique ou acides) : certains lacs de cratère peuvent stocker du
gaz carbonique (CO2) en grande quantité. Il arrive parfois que ces lacs libèrent brutalement
le gaz et provoquent l‛asphyxie de tous les êtres vivants. En prévention, certains lacs sont
vidangés.
Volcan en action.
Le lac du volcan Pinatubo a été
drainé en 2001 grâce à un canal
creusé. Le drainage pris 5 heures
(24 millions de mètres cubes) (photo
: volcan Pinatubo, Indonésie).
Réaliser des exercices : les exercices d‛évacuation
permettent de préparer les populations vivant à
proximité d‛un volcan en cas de catastrophe.
Détourner des coulées de boue (lahars*) : des barrières
peuvent dévier les coulées de boue les plus modestes.
18
Quelquefois, elles peuvent être dirigées par des canaux artificiels afin de protéger les cultures
et les habitations. Malheureusement, aucune construction n‛a pu résister à des lahars* de grande
ampleur.
Détourner ou arrêter des coulées de lave* : lorsque les
coulées sont peu épaisses et de faible débit, on peut tenter
de les détourner avant qu‛elles n‛atteignent les habitations
et les cultures. Ainsi, marteaux piqueurs, bulldozers,
camions, hélicoptères lâchant des gros blocs de béton,
explosifs, sont régulièrement employer dans le but de
détourner les petites coulées.
Volcan en action.
Au Japon, un exercice
d‛évacuation a lieu une fois par
an au pied du volcan Sakurajima
(photo : volcan Sakurajima,
Japon)
IV Les volcans, en quelques chiffres
Quel est le plus haut volcan ?
Si l‛on prend comme base du volcan le plancher océanique, il s‛agit du Mauna Kea (Hawaii,
Etats-Unis) qui s‛élève à 4 205 m au-dessus du niveau de la mer, et à plus de 10 200 m depuis
le plancher océanique. Sinon, il s‛agit du Nevado Ojos del Salado (Chili) qui culmine à 6 887
m.
D‛autres planètes du système solaire possèdent des édifices volcaniques. Le plus haut volcan
du système solaire est l‛Olympus Mons, sur Mars : sa base mesure plus de 600 km et son
altitude est de 27 000 m (27 km) !
Quelle est la plus grande éruption volcanique connue ?
En volume de matériaux éjectés, il s‛agit sans doute de l‛éruption du supervolcan Toba
(Ile de Sumatra, Indonésie) il y a 74 000 ans ayant émis près de 2 800 km3 de roches
volcaniques. Cette éruption s‛est achevée par l‛effondrement du volcan et la formation de la
plus grande caldeira terrestre qu‛occupe aujourd‛hui un lac de 100 km de long sur 30 km de
large. L‛énergie libérée fut équivalente à celle de 40 millions de bombes atomiques du type
Hiroshima !
Quel est le volcan le plus actif ?
En fait, il y en a deux : le Kilauea (Hawaii, Etats-Unis) et le Piton de la Fournaise (La Réunion,
France) sont les deux volcans les plus actifs avec une éruption tous les ans à un an et demi.
Quel est le plus jeune volcan ?
Il s‛agit de l‛Ardoukoba, un volcan de Djibouti (Afrique), qui s‛est mis en place en novembre
1978. Rappelons qu‛en 1963, l‛Ile de Surtsey apparait au large de l‛Islande, et qu‛en 1943, le
Paricutin « pousse » dans le champ d‛un agriculteur mexicain.
Quel est l‛éruption la plus meurtrière ?
Le 10 avril 1815 a eu lieu l‛éruption volcanique considérée comme la plus violente et la
19
plus meurtrière de l‛histoire humaine : le Tambora (Ile de Sumbawa, Indonésie) explosa
et provoqua directement la mort de plus de 11 000 personnes. Les tsunamis, famines et
épidémies qui sévirent sur la région à la suite de l‛éruption tuèrent plus de 49 000 personnes.
Le total avoisinerait donc pour la région 60 000 morts (même si certains avancent les
chiffres de 90 000 à 117 000 morts !). Mais il faut rajouter les 200 000 victimes de famine
en Europe : les cendres envoyées dans l‛atmosphère ont conduit à une baisse importante
de la température de 0,5 à plus de 1°C) dans l‛hémisphère nord. L‛été 1816 fut le plus froid
jamais enregistré en Europe. Au total, le Tambora a causé la mort de 260 000 à 317 000
personnes selon les estimations.
A titre de comparaison, le Krakatoa (Indonésie) tua en 1883 officiellement 36 417 personnes
et la Montagne Pelée (Martinique, France) près de 30 000.
Quel est le plus grand volcan actif en Europe ?
Il s‛agit de l‛Etna (Sicile, Italie) qui s‛élève à plus de 3 340 m.
Quelle est la plus longue coulée de lave ?
La coulée volcanique la plus longue est celle d‛Undara (Australie) estimée à 160 km de long.
Quelle est l‛éruption la plus bruyante ?
Il s‛agit sans doute de l‛éruption du Krakatoa (Indonésie) le 27 Août 1883 qui fut entendue
jusqu‛à l‛île Rodrigue, soit à 4811 km du lieu de l‛explosion (l‛île Rodrigues se situe à 500 km
à l‛est de l‛île Maurice).
Locaisation du volcan Krakatoa et de l‛île Rodrigue (près de l‛ile de la réunion et de Madagascar)
20
La naissance de l‛île de Surtsey
En novembre 1963, 20 ans après la naissance du Paracutin, un volcan sous-marin
émergea au large de l‛Islande et forma une nouvelle île, l‛île de Surtsey, et un nouveau
volcan terrestre.
L‛éruption débuta alors que la surface du volcan se trouvait à faible profondeur. Des
explosions, mélangeant eau, vapeur et cendres, eurent alors lieu. La lave continua à
s‛épandre jusqu‛à l‛émergence du volcan. Puis de nouvelles éruptions intervinrent une
fois que le volcan devint terrestre.
A noter que dès l‛été 1965, la vie s‛installa sur l‛île de Surtsey.
21
Coulée de la ve du volcan Kilauea (Etats-Unis)
LA TECTONIQUE DES PLAQUES
I Les plaques tectoniques
La Terre n‛est pas homogène mais constituée de différentes couches successives. On peut
la comparer à une pêche. A l‛image du fruit, le centre de la Terre est occupé par un noyau*
(en l‛occurrence, un noyau de fer). Le manteau* est la seconde couche et peut être comparé
à la chair de la pêche. Enfin, la croûte* (semblable à la peau) recouvre le manteau*.
Mais à la différence de la peau d‛un
fruit, la croûte terrestre* (ou écorce
terrestre) est fragmentée en plusieurs
morceaux formant un gigantesque
puzzle : ce sont les plaques tectoniques*.
Les plaques dérivent à la surface du
manteau, se frottent et se tamponnent les
unes contre les autres. Ce sont ces chocs
qui sont à l‛origine des tremblements de
terre (ou séismes). Par conséquent, ces
séismes* sont uniquement le long des
frontières entre les plaques.
Les plaques sont constituées par la
matière refroidie qui provient du
manteau*. Certaines zones de ce dernier
sont plus chaudes et la matière fond :
le magma* provenant de ces zones est
moins dense et remonte alors vers la
surface. Une fois à la surface, la matière
refroidit progressivement et devient
donc plus dense : elle replonge alors dans
le manteau*. Ce phénomène est appelé
convection mantellique*.
22
On appelle dorsale* la zone où remonte la matière, et zone de subduction* les endroits où
la matière plonge dans le manteau*. A la surface, la matière remontée est translatée depuis
les dorsales vers les zones de subduction*. Les limites de plaques* sont donc constituées
par des zones de remontée et de redescente de la matière.
La plupart des volcans se répartissent le long des limites de plaques*, au niveau des zones
de divergences* et des zones de subductions*, appelées également zones de convergence*.
Ces zones correspondent à la rencontre de deux plaques se rapprochant l‛une de l‛autre. La
plaque la plus froide, et donc le plus dense, plonge alors sous la plaque la moins dense. En
plongeant, la matière de la plaque la plus dense fond sous l‛effet de la chaleur alors qu‛elle se
trouve sous la plaque la moins dense : le magma* remonte alors sous la plaque la moins dense,
la traverse et forme des volcans.
Représentation de la mise en place et de la disparition des plaques tectoniques
Les zones de divergence* sont les dorsales* et les rifts*.
Un rift* est un amincissement de la croûte* continentale créant un fossé
d‛effondrement*.
Il est dit actif si cet amincissement est causé par une remonté de magma* (appelé panache*)
qui érode la base de la croûte*, conduit à l‛installation de volcans et à la mise en place d‛un
fossé d‛effondrement*.Il est dit passif si cet amincissement est dû à un étirement de la
croûte*. On observe alors la mise en place de fossé d‛effondrement*, puis, quelquefois, de
volcan (la croûte* amincie permettant à la matière de remontée).
Sous l‛effet de l‛amincissement, la croûte* continentale peut se rompre : le rift devient*
alors une dorsale* par laquelle s‛épanche le magma* qui, une fois refroidi, constituera la
croûte* océanique. La dorsale* devient alors une limite entre deux nouvelles plaques.
23
Tectonique en action.
La chaine himalayenne résulte de la collision entre la plaque indienne et la plaque
eurasienne. Ces 2 plaques étaient séparées par un ancien océan appelé Téthys.
Il y a 60 millions d‛années, ces deux plaques ont commencé à se rapprocher. La
fermeture de la Téthys entre l‛Inde et l‛Asie intervint il y a 40 millions d‛années.
La plaque indienne percuta alors la plaque asiatique. Le mouvement perdure à la
vitesse de 5 centimètres par an. L‛Inde continue à s‛enfoncer difficilement sous
l‛Asie, créant ainsi de nombreux séismes et provoquant l‛élévation de l‛Himalaya et
l‛élargissement du plateau tibétain.
La plaque indienne se comporte comme un poinçon qui percute et déforme l‛Asie en
éjectant la matière de part et d‛autre de celle-ci : cette matière constitue une
partie des innombrables îles de l‛Asie du sud-est.
Animation
ANIMATION Atelier : Les séismes et les plaques tectoniques
Présentation des plaques tectoniques : structure en oignon de la terre (notion de couches
superposées) ; la terre « bouge » : pourquoi ? ; visualisation des dorsales, rift … : analogie avec un
tapis roulant ; les dorsales impliquent les zones de subduction (la terre ne grossit pas ; donc la roche
doit « disparaître » quelque part) …
Présentation des séismes.
Observation de la carte du monde et des tremblements de terre ; chercher les corrélations.
Simuler des courants de convection : à l‛aide de deux bouteilles d‛eau, il est possible de modéliser
les courants de convection qui permettent à la matière en fusion du manteau (donc moins dense) de
remonter à la surface et aux plaques tectoniques constituées de matière refroidie (donc plus dense)
de plonger.
Questions à aborder : sur terre, à quel endroit la matière (magma) moins dense remonte-t-elle ? Et
où plonge-t-elle ?
Modéliser le déplacement des plaques tectoniques : l‛expérience consiste à simuler le déplacement des
plaques tectoniques, la remontée de la matière au niveau d‛une dorsale, l‛extension et la subduction
qui en découlent.
Modéliser des séismes : simuler un tremblement de terre et observer le résultat sur un tas de
24
farine.
Question à aborder : Comparer cette observation avec des photographies de dégâts causés par un
séisme.
Modéliser la naissance d‛un rift : l‛extension de la croûte provoque la mise en place d‛un rift et d‛un
fossé d‛effondrement.
D‛un point de vue morphologique, une dorsale* est un bombement sous-marin du fait de la
remontée du magma*.
Il arrive qu‛une plaque passe très difficilement sous une autre : elles entrent alors en
collision*. Il en résulte de ce fait une chaîne de montagne.
II Les tremblements de terre
Les
séismes*
(ou
tremblements de terre)
sont
généralement
localisés sur des failles
et peuvent quelque fois
être d‛origine volcanique.
Environ 100 000 séismes*
sont enregistrés chaque
année : il y a donc de
nombreux tremblements
de terre tous les jours,
Tectonique en action.
Le séisme le plus puissant jamais enregistré est celui du Chili,
le 22 mai 1960. Il a atteint la magnitude de 9,5 sur l‛échelle
ouverte de Richter. Il n‛a fait « que » 5 700 victimes. Les
séismes de magnitude supérieure à 9 sont exceptionnels. A titre de
comparaison, les scientifiques dénombrent près de 8 000 séismes
par jour ayant une magnitude inférieure à 2 … (photo : éruption du
volcan Cordon Caulle (Chili) à la suite du tremblement de terre)
mais la plupart ne sont pas ressentis par les Hommes. On établit la puissance d‛un volcan par sa
magnitude* sur une échelle appelée échelle ouverte de Richter.
Un séisme* se déroule en profondeur, dans la croûte terrestre. Le point de départ du tremblement
de Terre est appelée hypocentre* et sa projection à la surface de la Terre épicentre*.
25
Pour mieux comprendre, on peut comparer...
... Un volcan à une bouteille d‛eau gazeuse !
Dans les deux cas, des gaz sont sous pression :
Au départ, dans la bouteille d‛eau, les gaz sont dissous dans l‛eau (pour les enfants,
on ne voit pas de bulles) ; dans le magma, les gaz sont également dissous.
Lorsque l‛on secoue la bouteille, les gaz sont moins solubles (pour les enfants, on voit
des bulles apparaitre) et la bouteille gonfle car la pression augmente dans la bouteille
; lorsqu‛il y a un tremblement de terre ou que le magma s‛accumule dans la chambre
magmatique, la pression augmente sur les parois de la chambre, de la cheminée et du
bouchon du cratère. Le volcan gonfle également.
Lorsque l‛on débouche doucement la bouteille d‛eau gazeuse, la pression diminue (pour
les enfants, on entend « pschitt »), les bulles de gaz remontent vers le haut de la
bouteille (car le gaz est plus léger que l‛eau) et un peu d‛eau peut déborder ; sous
la pression, le magma s‛insinue dans les fissures et remonte par la cheminée (pour
les enfants, on voit de la fumée sortir du cratère ou des parois du volcan avant une
éruption). Lorsque la remonté du magma est lente, le dégazage n‛est pas brutal et l‛on
observe une fontaine de lave, puis de coulée (éruption effusive).
Lorsque l‛on débouche rapidement la bouteille, les gaz remontent très vite en
emportant le liquide qui jaillit brutalement ; lorsque le magma remonte brutalement,
le dégazage est brutal : le magma est pulvérisé (éruption explosive).
… la tectonique des plaques à un système de tapis roulant !
La matière qui est translatée des dorsales aux zones de subduction fonctionne comme
un tapis roulant : elle monte d‛un côté et redescend de l‛autre. La matière remonte et
s‛étale de part et d‛autre des dorsales. Par analogie, il est possible de comparer ce
mécanisme à deux tapis roulant dos à dos : les 2 tapis remontent, sont translatés vers
la droite pour l‛un vers la gauche pour l‛autre avant de plonger.
… le comportement de la croûte qui s‛étire au cours de la mise en place d‛un rift à un
carambar que l‛on étire.
Qui ne s‛est pas amusé à étirer un carambar ! Le comportement de ce caramel est
assez caractéristique : lorsqu‛on l‛étire par les deux extrémités, il s‛amincit au centre
jusqu‛au moment où il se casse en deux. Par analogie, on peut comparer le comportement
de la croûte continentale à celui d‛un carambar : sous l‛effet de l‛extension, la croûte
s‛étire, s‛amincit et rompt si le mouvement se poursuit.
ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGI
ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGI
ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANA
ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANALOGIE ... ANA
26
ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIER ... ATELIERS ... ATELIERS ... A
ATELIERS
Atelier 1 : Qu‛est-ce qu‛un volcan ?
Présentation d‛un volcan en image : les types de volcans, leur fonctionnement, les
différentes éruptions …
Fabrication d‛un volcan en papier mâché
(possibilité de construire les trois types
de volcans : stratovolcan, volcan bouclier,
volcan en dôme).
Matériel nécessaire :
• carton (pour le socle). La
taille est variable : plus la base est
importante, plus le volcan sera grand (25
x 25 ; 40 x 40 ; 30 x 40 …).
• papier journal (forme du volcan).
Pour fabriquer des boules de papier qui
donne la forme du volcan.
• papier mâché (surface du
volcan), pour fabriquer le papier mâché,
utiliser eau, farine et papier journal.
• petite bouteille d‛eau pour la
cheminée volcanique (ou tout autre petit
récipient : petite bouteille d‛alcool à 90°,
…)
• eau
• récipient pour préparer le
papier mâché
• scotch
• colle blanche
Durée approximative pour une base de
25 x 25 : 40 min (hors séchage)
Protocole expérimental :
Découper un carton de 25 cm x 25 cm.
Scotcher la petite bouteille d‛eau sur le carton (pour plus d‛esthétisme, la
placer près d‛un côté).
ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIERS ... ATELIE
27
Verser de la colle blanche sur le carton.
Former des boules de papier et les coller
sur le carton tout autour de la bouteille.
A l‛aide de grands rubans de scotch,
fixer les boules de papier afin qu‛elles ne
se déplient pas.
Former des bandes de papier
irrégulières à l‛aide du papier journal.
Tremper les bandes dans la colle (farine
+ eau) et étaler les bandes sur les
boules de papier en formant une pente
irrégulière.
Laisser sécher.
Questions à aborder : Pourquoi existe-il
différentes formes de volcans ? Retour
en images sur les types de volcan et leur
mise en place.
Modélisation de la mise en place d‛un volcan en dôme ; modélisation de la
formation d‛une caldeira.
_ sable légèrement humidifié
_ ballon de baudruche
_ pompe à vélo ou pompe à pied
_ récipient (assiette ou plat creux)
(1) Le dôme :
Fixer un ballon à une pompe à pied.
Déposer le ballon au fond d‛un récipient.
Recouvrir le ballon de sable humidifié.
Bien tasser en formant un cône.
Tenir le tuyau de la pompe à pied.
Gonfler le ballon lentement
28
Observation :
Le tas de sable enfle.
Interprétation :
Le ballon en se remplissant d‛air
prend plus de place à l‛image.
(2) La caldeira :
Fixer un ballon à une pompe à
pied.
Déposer le ballon au fond d‛un
récipient.
Gonfler le ballon.
Recouvrir le ballon de sable
humidifié.
Bien tasser en formant un cône
aplati au sommet.
Dégonfler le ballon.
Observations :
Le sommet du tas de sable s‛écroule.
Interprétation :
En se vidant, le ballon prend moins de place sous le sable. La dépression créée
conduit à l‛effondrement du tas de sable.
Questions à aborder : Comment se forme un dôme ? Et une caldeira ? Retour en
images et étude de volcans.
29
Atelier 2 : Les éruptions volcaniques
(Les différentes éruptions auront été présentées lors de l‛atelier 1)
Simulation d‛une éruption volcanique (1) : éruption effusive et explosive (utiliser
la maquette de volcan précédemment construite).
• bicarbonate de soude
• vinaigre (blanc ou rouge)
• colorant alimentaire (si vinaigre blanc)
• liquide vaisselle
• marc de café, semoule ou cendre
• sable
Verser dans le volcan du bicarbonate de
soude (1 ou 2 cuillères à soupe).
Rajouter du marc de café afin de figurer
des roches volcaniques.
Ajouter quelques gouttes de colorant
alimentaire rouge dans le vinaigre blanc.
Verser un peu de liquide vaisselle
incolore dans le volcan (plus il y de
liquide vaisselle, plus l‛éruption est lente
et effusive).
Verser le vinaigre dans le volcan (1 verre
minimum).
Disposer du marc de café et du sable
sur les pente du volcan pour tenter de
simuler une coulée de boue.
Observation :
De la mousse sort du cratère et
s‛épanche sur les pente du volcan
Interprétation :
La mousse représente la lave d‛un volcan.
Il est difficile de prévoir l‛écoulement de
la lave et les zones qui seront affectées.
30
Simulation d‛une éruption volcanique (2) : éruption explosive
• sachet de purée
• plaque chauffante
• colorant alimentaire
• eau
• casserole
• récipient transparent en verre pouvant être chauffé
Préparer de la purée plutôt liquide et
la colorer en rouge.
Préparer de la purée pâteuse blanche.
Installer la purée liquide rouge au
fond du récipient transparent.
Verser par-dessus la purée pâteuse
blanche (la couche doit faire quelques
centimètres).
Chauffer le récipient en verre.
Observation :
De la vapeur sort sur les bords du
récipient. La purée colorée est
éjectée sur les bords et l‛on note
quelques projections de purée rouge
sur la surface de la purée blanche. Si
l‛on perce la purée blanche au centre,
la purée rouge est projeté en l‛air et
retombe sur la purée blanche.
Interprétation :
En chauffant le récipient, l‛eau liquide
s‛est transformée en vapeur. Celle-ci
remonte vers la surface (car moins
dense) en emportant avec elle de la
purée.
Il est possible de laisser refroidir
la purée, puis de la mettre au
congélateur. Une fois gelée, couper le
bloc de purée en passant par le trou :
la coupe obtenue permet d‛observer
31
la cheminée de purée rouge à travers la purée blanche et les différentes
tentatives de remontée de la purée rouge à la base de la couche de purée
blanche.
Questions à aborder : Quelles sont les différences entre les deux types
d‛éruption ? Pourquoi ? Retour sur la prévention des risques volcaniques. Retour
en images sur les différentes éruptions volcaniques.
32
Atelier 3 : Mise en évidence d‛une chambre magmatique
La chambre magmatique est un réservoir de magma sous pression. Par analogie,
aborder le sujet avec une bouteille d‛eau gazeuse, un ballon de baudruche …
Mise en place d‛une chambre magmatique, de filon et de dyke (d‛après,
www.sordalab.com)
• 2 plaques de plexiglas (150 x 150mm et 140 x 150mm)
• 1 seringue
• 1 tuyau souple pré percé
• 4 pinces de fixation
• 1 pince de blocage
• sable
• colorant alimentaire rouge
• huile (exemple : huile d‛arachide) - eau déminéralisée
• 1 récipient (1 verre par exemple)
Placer le tuyau en U sur la plaque de 150 x
150mm.
Veiller à positionner l‛orifice situé sur le
tuyau pré percé vers le haut.
Placer la 2ème plaque sur la première.
Disposer les pinces régulièrement (les
pinces basales peuvent servir de « pied »
à la maquette comme sur le schéma page
suivante).
Remplir de sable l‛espace laissé entre les 2
fentes.
Humidifier le sable sur toute son épaisseur à
l‛aide de la seringue.
Aspirer l‛excédent éventuel d‛eau.
Dans un récipient, mélanger huile et colorant.
Remplir la seringue d‛huile.
Relier la seringue au tuyau et fermer l‛autre
(d‛après, www.sordalab.com)
extrémité du tuyau avec la pince de blocage.
Presser lentement la seringue afin d‛observer le déplacement de l‛huile sous
pression dans le sable.
33
Poursuivre l‛injection d‛huile.
Observations :
Le sable se fracture puis l‛huile s‛accumule dans une poche qui n‛existait pas
auparavant. L‛huile sort alors par une fissure précédemment absente.
Interprétation :
La pression de l‛huile, que l‛on peut comparer au magma, a permis la création
d‛une poche qui correspond à la chambre magmatique. Puis l‛huile est remontée,
avant de sortir par une fissure à l‛image de la lave qui s‛épanche. Cette
expérience montre que la chambre magmatique n‛est pas réellement une grande
cavité vide à l‛origine : c‛est le magma qui crée cette poche.
34
Atelier 4 : Les séismes et les plaques tectoniques
Présentation des plaques tectoniques : structure en oignon de la terre (notion
de couches superposées) ; la terre « bouge » : pourquoi ? ; visualisation des
dorsales, rift … : analogie avec un tapis roulant ; les dorsales impliquent les
zones de subduction (la terre ne grossit pas ; donc la roche doit « disparaître »
quelque part) …
Présentation des séismes.
Observation de la carte du monde et des tremblements de terre ; chercher les
corrélations.
Simuler des courants de convection : à l‛aide de deux bouteilles d‛eau, il est
possible de modéliser les courants de convection qui permettent à la matière en
fusion du manteau (donc moins dense) de remonter à la surface et aux plaques
tectoniques constituées de matière refroidie (donc plus dense) de plonger.
• 4 bouteilles en plastique vides
• de l‛eau chaude
• de l‛eau froide
• colorant alimentaire rouge
• récipient
35
• 1 feuille de papier
• 2 élastiques
Remplir 2 bouteilles en plastique d‛eau chaude et numéroter les 1 et 2.
Rajouter un colorant alimentaire rouge dans les bouteilles 1 et 2 ; bien
homogénéiser.
Remplir 2 bouteilles d‛eau froide et numéroter les 3 et 4.
Placer la bouteille d‛eau froide 3 et la bouteille d‛eau chaude 1 dans le récipient.
Placer un morceau de papier sur le goulot de la bouteille d‛eau chaude rouge 2
ainsi que sur la bouteille d‛eau froide 4.
Fixer les deux morceaux de papier à l‛aide des élastiques.
Retourner la bouteille d‛eau chaude rouge 2 et la placer goulot contre goulot audessus de la bouteille d‛eau froide 3 ; puis, retourner la bouteille d‛eau froide 4
et la placer goulot contre goulot au-dessus de la bouteille d‛eau chaude rouge 1.
Couper l‛élastique et retirer le papier en le faisant glisser entre les 2 goulots
des bouteilles 2 et 3.
Faire de même avec l‛élastique et le papier entre les 2 goulots des bouteilles 1
et 4.
Observations :
Un panache d‛eau chaude rouge provenant de la bouteille 1 remonte à l‛intérieur
de la bouteille d‛eau froide 4. Par contre, il n‛y a aucun échange entre les
bouteilles 2 et 3.
Interprétation :
L‛eau chaude rouge, moins dense, remonte vers la surface tandis que l‛eau
froide, plus dense, a tendance à plonger.
Questions à aborder : sur terre, à quel endroit la matière (magma) moins dense
remonte-t-elle ? Et où plonge-t-elle ?
Modéliser le déplacement des plaques tectoniques : l‛expérience consiste à
simuler le déplacement des plaques tectoniques, la remontée de la matière au
niveau d‛une dorsale, l‛extension et la subduction qui en découlent.
• 1 aquarium
• Tapioca
36
• Poivre
• Plaque de lasagne
• Biscuits secs ou plaques de polystyrène
• Eau
• Casserole
• Plaque chauffante
Préparer la bouillie de tapioca et la verser dans l‛aquarium.
Saupoudrer de poivre.
Faire cuire la plaque de lasagne.
Poser la plaque de lasagne sur la bouillie de tapioca.
Déposer également des gâteaux secs de part et d‛autre de la plaque de lasagne.
Initier le plongeon de la plaque de lasagne par une légère pression sur un bord
de la plaque.
Observations :
Lorsque la plaque de lasagne plonge dans la bouillie de tapioca, les biscuits
secs se déplacent. On observe une zone de subduction (plongée de la plaque de
lasagne) et des zones d‛extension (mouvement des biscuits secs).
Interprétation :
En plongeant, la plaque de lasagne permet un mouvement des biscuits.
Modéliser des séismes : simuler un
tremblement de terre et observer le
résultat sur un tas de farine.
• Farine
Faire un tas de farine sur une table en
essayant de lui donner une forme de
brique.
Frapper le dessous de la table, sous la
brique de farine.
Observations :
Etat de la brique de farine après 3
coups sous la table
37
Certaines parties du tas de farine se sont
effondrées ; des fissures sont apparues.
Interprétation :
Le choc produit sous la table s‛est répandu
et a déstabilisé le tas de farine.
Question à aborder : Comparer cette
observation avec des photographies de
dégâts causés par un séisme.
Etat de la brique de farine après 10
coups sous la table
Modéliser la naissance d‛un rift : l‛extension de la croûte provoque la mise en
place d‛un rift et d‛un fossé d‛effondrement.
• pâte à modeler
• farine
• 2 feuilles de papiers
Protocole expérimental (1) :
Donner à la pâte à modeler une forme de
brique plate.
Recouvrer toute la pâte à modeler d‛une
couche de quelques centimètres de farine.
Etirer la pâte à modeler.
Etape initiale
Observations :
La pâte à modeler s‛amincit. La couche
de farine « s‛effondre » au centre de la
brique étirée.
Protocole expérimental (2) :
Poser à plat sur une table les deux feuilles
de papier dans le sens de la longueur en
faisant en sorte qu‛elles se superposent de
quelques centimètres.
Verser la farine au niveau de la
superposition en forant un tas légèrement
aplati.
Tirer les deux feuilles dans des sens
Etape 1
Etape 2
38
opposés.
Observations :
Le tas de farine s‛effondre au centre.
Interprétation :
Dans les deux expériences, un fossé d‛effondrement s‛est créé du fait de
l‛extension de la pâte à modeler ou des feuilles de papier.
Etape 3
Etape 4
Etape 3 suite
Etape 5
39
GLOSSAIRE
Aiguille : masse de lave ne pouvant s‛épancher et s‛accumulant au sommet du volcan en
prenant la forme d‛une aiguille.
Bombe volcanique : fragment de lave de plus de 64 mm éjecté hors d‛un volcan ; il refroidit
et prend sa forme en l‛air avant de retomber.
Caldeira : dépression au sein d‛un édifice volcanique créée à la suite de l‛effondrement de
la chambre magmatique.
Chambre magmatique : réservoir rempli de magma qui alimente un volcan via la cheminée
volcanique.
Cheminée : conduit d‛un volcan par lequel remonte le magma.
Collision : affrontement entre deux plaques continentales.
Cône : structure d‛origine volcanique formée par l‛accumulation de roches volcaniques
(tephras).
Continent : relief émergé, formé par l‛accroissement de la croûte continentale pendant
près de 4 milliards d‛années par adjonction de chaîne. de montagnes nées dans les zones de
subduction et de collision entre plaques.
Convection : mouvement de matière entre deux zones de température différente.
Cratère : dépression circulaire qui se trouve au sommet ou parfois sur les flancs d‛un
volcan
Croûte terrestre : partie superficielle de la Terre ; elle est constituée de la croûte
océanique (environ 10 km d‛épaisseur) formée par le magma refroidi et émi au niveau des
dorsales, et de la croûte continentale (environ 30 km d‛épaisseur).
Dôme : il s‛agit d‛une masse de lave trop visqueuse pour pouvoir s‛épancher sur les flancs du
volcan ; elle s‛accumule ainsi au sommet de la cheminée. Le terme de « dôme » fait référence
à la forme de cet amas de lave et non à sa constitution.
Dorsale : bombement sous-marin correspondant à la zone de naissance des fonds océaniques ;
le magma est émis au niveau des dorsales et constitue ainsi les plaques tectoniques.
Dyke : il s‛agit de roches magmatiques infiltrées dans une fissure du sol et remontant vers
la surface.
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Echelle ouverte de Richter : il s‛agit de l‛échelle de magnitude proposée par le scientifique
Charles Richter en 1935 pour mesurée l‛énergie libérée lors d‛un séisme. Le terme « ouverte »
vient du fait que l‛échelle n‛a pas de limite supérieure connue.
Epicentre (ou foyer) : projection à la surface de la Terre de l‛hypocentre, lieu de naissance
du tremblement de terre en profondeur.
Eruption volcanique : libération de magma à la surface de la Terre au niveau d‛un édifice
volcanique ; les éruptions peuvent être effusives ou explosives.
Eruption phréatomagmatique : éruption volcanique caractérisé par un magma rencontrant
de l‛eau. Au contact de le la chaleur, l‛eau est vaporisée augmentant ainsi la pression et
provoquant l‛explosion du volcan.
Faille : fracture ou cassure de l‛écorce terrestre avec déplacement de roche.
Fossé d‛effondrement : dépression créé lors de l‛extention de la croûte
Fumerolle : trou ou fissure d‛origine volcanique par lequel s‛échappe des gaz.
Géodimètre : appareil permettant de mesurer la distance entre deux points.
Hypocentre : il s‛agit du point de départ d‛un séisme en profondeur, dans la croûte
terrestre
Lapilli : cf. tephras.
Lave : magma dégazé émis en surface et donnant des roches volcaniques en refroidissant.
Limite de plaque : il s‛agit des zones où se frottent, naissent et disparaissent les plaques
tectoniques ; elles correspondent aux dorsales, zones de subduction et failles
Magma : roche fondue contenant des gaz et formant une masse pâteuse en profondeur ; il
se forme dans le manteau au niveau de zone plus chaude.
Magnitude : c‛est l‛énergie libérée durant un tremblement de Terre. Il est important de
noter qu‛à chaque unité ajoutée, l‛énergie libérée est multipliée par 10 : par exemple, un
tremblement de Terre de magnitude 7 est 10 fois plus fort qu‛un séisme de magnitude 6, 100
fois plus fort qu‛un séisme de magnitude 5, 1 000 fois plus fort qu‛un séisme de magnitude
4, etc.
Manteau : zone comprise entre l‛écorce (la croûte) et le noyau jusqu‛à 2900 km de
profondeur ; il est en réalité divisé en 3 parties.
41
Noyau : partie la plus profonde du globe terrestre située sous le manteau (à 2900 km de la
croûte), dont le rayon atteint 3500 km.
Nuée ardente : nuage de cendres accompagnées de gaz à haute température qui émane
d‛un volcan et qui dévale ses flancs à très grande vitesse.
Panache : remontée de matériaux chauds depuis les profondeurs de la Terre qui
s‛accumulent à la base de la croûte.
Pillow lava (ou lave en coussin) : lave émise par un volcan sous-marin : au contact de l‛eau,
la lave prend la forme de boules ressemblant à des coussins. On peut observer des pillow
lava dans les Alpes, au sommet du Chenaillet, qui témoignent que les Alpes sont issues de
l‛ouverture, puis de la fermeture d‛un ancien océan, la Téthys.
Plaque tectonique : partie de la croûte constituée de roches rigides et limitée par des
zones sismiques. Les plaques peuvent être océaniques, continentales ou les deux à la fois.
Point chaud : volcan qui est situé à l‛intérieur des plaques (Hawaii, La Réunion). Ces volcans
sont dus à des panaches de chaleur provenant du manteau. Ces panaches permettent la
remontée d‛énormes quantités de magma qui soulèvent la croûte terrestre. Ces points
chauds peuvent rester stables sous des plaques qui, elles, se déplacent.
Rift : (de l‛anglais «fente, fissure»), il s‛agit d‛une zone s‛amincissant sous l‛effet d‛une
extension et d‛une remontée d‛un panache ; un fossé d‛effondrement est généralement
associé à un rift.
Scorie : cf. tephras
Séisme (ou tremblement de Terre) : série d‛ondes qui se propagent à l‛intérieur de la
Terre et qui provoquent des secousses qui ébranlent le sol.
Tectonique des plaques (ou tectonique globale) : il s‛agit d‛un modèle expliquant le
fonctionnement interne de la Terre : la surface de la Terre est découpée en plaques
résultant de la remontée du magma vers la surface ; ces plaques se déplacent les unes par
rapport aux autres.
Tephras (ou ejecta, pyroclastes) : fragments de roches solides éjectés en l‛air pendant
l‛éruption d‛un volcan. Les tephras regroupent les cendres, les lapilli, scories, pierres ponces,
bombes volcaniques et bloc. Les tephras, solides, se distinguent des laves, fluides.
Trapps : épanchement de lave en surface à partir de fissures et formant des marches
d‛escaliers (ou trapps).
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Tsunami (ou raz-de-marée) : vague puissante qui se propage à la surface de l‛eau et qui est
dû à un séisme sous-marin ou à une explosion volcanique.
Volcans effusifs : volcan situé dans les zones d‛écartement des plaques. La lave fluide
en coulées de ces volcans les rend relativement paisibles. On les nomme parfois «volcans
rouges» du fait de la couleur des coulées de laves.
Volcans explosifs : volcan situé dans les zones de rapprochement des plaques, le long des
fosses océaniques (Japon, Indonésie, Andes, Alaska, Guadeloupe et Martinique). La lave
est plus visqueuse et sous pression ; les gaz ont des difficultés à atteindre la surface.
L‛activité volcanique est, le plus souvent, violente : cendres, nuées ardentes, coulées de
boues. Ces volcans sont parfois nommés «volcans tueurs» parce qu‛ils sont dangereux ou
«volcans gris» du fait de l‛importance des émissions de cendres.
Zone de convergence : zone où les plaques se rapprochent (collision, zone de subduction).
Zone de divergence (ou d‛expansion) : zone où les plaques s‛écartent (dorsale) ; la vitesse
est lente, de 1 à 2 cm par an, dans la dorsale Atlantique et la vitesse est rapide, de 10 cm et
plus par an, dans la dorsale Pacifique - Est.
Zone de subduction : zone où une plaque océanique plonge sous une autre plaque pour
rejoindre en profondeur le manteau.
43
REFERENCES
http://petit-bazar.unige.ch/www/z-home.htm
(rubrique « Sciences » ; puis « Les volcans »)
http://www.espace-sciences.org/
(rubrique « RESSOURCES » ; puis « ressources en ligne »)
http://www.volcano.si.edu/
(site sur les volcan)
http://docs.ac-toulouse.fr/col-haut-lavedan/opac_css/index.php?lvl=categ_
see&id=206542
(possibilité de télécharger des films de présentation sur les volcans et réalisés par Maurice
et Katia Kraft)
http://www.science.gouv.fr/index.php?qcms=dossier,view,2151,archives,154,6
(site du Ministère de l‛Enseignement Supérieur et de la Recherche ; présentation des
volcans)
http://jl.franchomme.free.fr/Index.htm
(site regroupant des photos de géologie libres de droit pour tout usage pédagogique)
http://www.surtsey.is/index_eng.htm
(site Internet de la Surtsey Research Society)
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/photossql/photos.php?TopicID=volcans
(site regroupant des photos de volcans libres de droit pour tout usage pédagogique)
http://asterweb.jpl.nasa.gov/gallery.asp?catid=10
(images satellites de volcans provenant de la NASA)
http://www.monanneeaucollege.com/photo-geol.htm
(site regroupant des photos de géologie libres de droit pour tout usage pédagogique)
http://www.volcano.si.edu/
(site du Smithsonian National Museum of Natural History consacré aux volcans)
http://lettres-histoire.ac-rouen.fr/histgeo/toba.htm
(site internet d‛un lycée professionnel de l‛académie de Rouen)
http://www.imagesdevolcans.fr/
(site du Conservatoire Régional de l‛Image – Nancy/Lorraine)
44
http://volcans.free.fr/joomla/
(site d‛information sur les volcans)
http://www.curiosphere.tv/ressource/11945-la-formation-des-volcans-animation#
(site de France 5 traitant des volcans ; divers documents libre de droit et utilisable en
classe)
http://www.dijon.iufm.fr/spip.php?article245#1
(aides pour les enseignants : comment aborder les séismes et les éruptions volcaniques à
l‛école primaire)
http://eost.u-strasbg.fr/pedago/fiche1/magnitude.fr.html
(explication du calcul de la magnitude)
http://www.culture.gouv.fr/culture/actualites/celebrations2002/montpelee.htm
(historique et photographie de la catastrophe du mont Pelée de 1902)
http://www.sordalab.com/documents/kit_volcanisme.pdf
(détail d‛une expérience sur la mise en place d‛une chambre magmatique)
http://vulcan.wr.usgs.gov/home.html
(site de la United States Geological Survey (USGS) consacré aux volcans)
http://mysteresdelanature.free.fr/surtsey_.html
(page Internet consacrée à l‛île de Surtsey)
http://www.univ-orleans.fr/sciences/GEOLOGIE/res_ped/volcano/pelee2002/index.htm
(site consacrée à la catastrophe de la Montagne Pelée de 1902)
http://www.ac-nancy-metz.fr/Pres-etab/Lapicque/tpe/studer/la_tectonique.htm
(page du site de l‛académie de Lorraine consacré à la tectonique)
http://www.geopolis-fr.com/art31-3-volcan-volcans.html
(page de la Confédération Française des Acteurs des Sciences de la Terre consacrée aux
risques volcaniques)
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-introtectonique-plaques.xml
(page du site Planète-Terre consacrée à la tectonique des plaques)
http://fr.wikipedia.org/wiki/Accueil
et Google Earth
45
PHOTOGRAPHIES
Volcan Galunggung (Indonésie)
Eruption du volcan Mont St Helens
(Etats-Unis)
Eruption de la fissure Laki (Islande)
Eruption du volcan Montagne Pelée (France)
Volcan Krakatoa (Indonésie)
Lac Nyos (Cameroun)
46
Volcan Batur (Indonésie)
Volcan Piton de la Fournaise (France)
Lahar du Nevado del Ruiz (Colombie)
Fiussure Laki (Islande)
Volcan Sakurajima (Japon)
Eruption du volcan Pinatubo (Indonésie)
Lac du volcan Pinatubo (Indonésie)
47
Vue satellite de l‛Himalaya (NASA)
Eruption du volcan Cordon Caulle (Chili)
Bombe volcanique (France)
Eruption du volcan Piton de la Fournaise (France)
48
Volcan Puy de Dôme (France)
Volcan Olympus Mons (Mars)
Volcan Mont St Helens (Etats-Unis)
49
Volcan Etna (Italie)
Volcan Piton de la Fournaise (France)
Volcan Tambora (Indonésie)
Eruption du volcan Mayon (Philippines)
Coulée de lave du volcan Kilauea
(Etats-Unis)
Eruption du volcan Nyamuragira (Zaire)
50
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Kasciopé
Science & Culture, Innovation en Drôme
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