Corrigé du dossier - Vulcania Education

 Corrigé du dossier
Réponses aux questions
Raconte-moi la terre !
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I - Planètes et Volcans
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1 - La Voie Lactée. On parle également de « la Galaxie » (avec un G majuscule), pour la
distinguer des milliards d’autres galaxies. En effet, la Voie Lactée, à proprement parler,
n’est que la trace dans le ciel du plan principal de notre Galaxie, là où les étoiles sont
les plus nombreuses.
2 - Le Système solaire est né dans un vaste nuage de gaz et de poussières tournant sur luimême, il y a environ 4,6 milliards d’années. Rapidement, il prend la forme d’une grande
galette de matière et de gaz (« nébuleuse ») tournoyant autour d’une région centrale
de plus en plus dense, lumineuse et chaude. C’est là qu’est né le Soleil, concentrant
plus de 99 % de la matière de la nébuleuse. Par une série de réactions thermonucléaires
transformant sur tout l’hydrogène en hélium, notre astre dégage une quantité de chaleur
et d’énergie colossale. Simultanément, dans le disque de poussières et de gaz en rotation,
des corpuscules se regroupent, donnant ainsi naissance aux planètes. Les matériaux les
plus légers, créant les planètes géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).
Les matériaux les plus lourds ont formé les planètes rocheuses, plus proches du Soleil
(Mercure, Vénus, la Terre et Mars).
3 - La Terre est la planète bleue puisque l’essentiel de sa surface est recouverte d’eau.
Son atmosphère est riche en vapeur d’eau, comme en témoignent les nuages. C’est la
présence de grandes quantités d’eau liquide qui distingue la Terre des autres planètes
du Système Solaire
4 - Vrai
5 - Oui. Les volcans ont permis le dégazage de la planète et la formation de l’atmosphère
primitive. La vapeur d’eau s’est condensée, provoquant des précipitations gigantesques
qui sont à l’origine des océans. Le volcanisme a également « ensemencé » les océans
avec des molécules diverses, dont certaines constituent les composants élémentaires
indispensables à la vie (C, H, O, N, etc.).
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1. ensemencement de la Terre primitive par des molécules venues de l’espace.
2. dégazage de la planète et formation d’une atmosphère.
3. formation des continents.
4. dérive des continents et le « confinement » des espèces.
5. grands cataclysmes (impacts météoritiques, trapps, glaciations et
changements climatiques, etc.)
6. action de l’homme (depuis une centaine d’années).
Cette liste est loin d’être exhaustive.
7 - Asthénosphère (n°8), Manteau supérieur (n°1), Croûte continentale (n°5), Croûte océanique
(n°6), Noyau externe (n°3), Noyau interne (n°4), Lithosphère (n°7), Manteau inférieur (n°2).
8 - En s’appuyant sur les méthodes indirectes suivantes : étude de la propagation des
différentes ondes sismiques*, mesures globales de la Terre (flux de chaleur, densité moyenne,
gravimétrie, géomagnétisme, tomographie sismique…), parfois au moyen de satellites
(télédétection), planétologie et étude des météorites, étude des enclaves de péridotites
remontées par le magma, pétrologie expérimentale (enclumes Hautes Pressions, …), etc…
L’étude de la variation de la vitesse de la propagation des ondes sismiques a permis
d’identifier différentes enveloppes concentriques à l’intérieur de la Terre. En règle
générale, plus la densité du milieu traversé est grande, plus la vitesse de l’onde est élevée.
Lors du déclenchement d’un séisme, trois types d’onde se propagent, qui ont chacune leurs
particularités :
- les ondes P sont des ondes de compression longitudinale. Les plus rapides
peuvent atteindre une vitesse de 14 km/s dans les milieux solides. Leur vitesse
diminue en traversant un milieu liquide.
- les ondes S sont des ondes de cisaillement, perpendiculaires à la
direction de propagation. Ces ondes sont moins rapides que les précédentes et
sont absorbées par les milieux liquides, ce qui permet de mettre en évidence
la présence de matériaux en fusion.
- les ondes de surface, combinaison entre les ondes P et les ondes S, sont
les plus lentes mais aussi les plus destructrices.
* Lors du déclenchement d’un séisme, il y a propagation d’ondes.
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a)
10 - Lithosphère : solide
- Asthénosphère/manteau inférieur : ductile (solide déformable)
- Noyau externe : liquide
- Noyau interne : solide
L’intérieur de la Terre est donc essentiellement solide, à l’exception du noyau externe
(qui n’a pas encore eu le temps de cristalliser) et de minuscules « poches de magma »
situées dans le manteau supérieur et la croûte.
b)
- La croûte continentale (20 à 70 km d’épaisseur) est composée essentiellement
de roches granitiques, de roches métamorphiques et de roches sédimentaires.
- La croûte océanique (5 à 10 km d’épaisseur), plus dense que la croûte
continentale, est composée principalement de basaltes et de gabbros.
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- Faux. Une partie du manteau supérieur (partie cassante) et la croûte forme la
lithosphère.
- Vrai.
- Vrai.
- Faux. Composé essentiellement d’un alliage fer-nickel, le noyau interne est
solide.
11 - La chaleur interne a plusieurs origines, les plus importants étant :
- la désintégration d’éléments radioactifs contenus dans notre planète
- la chaleur primitive présente depuis le moment de la formation de la Terre
- la chaleur dégagée par cristallisation du fer dans le noyau externe
C’est la lente dissipation de cette énergie interne qui explique que la Terre rayonne plus
d’énergie qu’elle n’en reçoit du Soleil.
12 - la lithosphère  conduction et l’asthénosphère  conduction et convection.
13 -
- Le manteau supérieur est principalement constitué de péridotites.
- Les roches du manteau inférieur nous sont inconnues. Leur composition
est probablement similaire à celle des péridotites, mais la pression ambiante
est telle que ce sont d’autres minéraux qui y sont exprimés. L’interface
manteau-noyau pourrait être constitué d’un mélange de minéraux silicatés
et d’alliages métalliques similaires à certaines météorites appelées pallasites.
- On pense que le noyau est constitué d’un alliage de fer-nickel (> 90%
Fe, liquide pour le noyau externe et solide pour le noyau interne),
probablement associé à d’autres éléments (Si, C, S, O, U, …).
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14 - L’Inde est entrée en collision avec l’Eurasie. La conséquence géologique est
la formation d’une chaîne de montagnes : l’Himalaya
15 -
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N° 2 : Les zones de subduction : lieu où deux plaques
s’affrontent, au moins l’une des deux étant de nature
océanique. Deux situations peuvent se présenter :
a) une plaque océanique plonge sous une
plaque continentale, ce qui génère une
chaîne de volcans sur le continent (ex :
la Cordillère des Andes) : c’est ce que l’on
appelle une marge continentale active
b) une plaque océanique plus ancienne plonge sous une plaque océanique plus jeune,
ce qui est à l’origine d’un arc insulaire (ex : l’archipel des Antilles)
N° 3 : Les zones de collision : lieu où deux plaques
continentales se rencontrent et aboutissent à la
formation d’une chaîne de montagne (ex : les Alpes
ou l’Himalaya).
16- Le mouvement des plaques tectoniques crée différents contextes géodynamiques à
la surface de la Terre:
N° 1 : Les zones d’accrétion : lieu où deux plaques
s’écartent. Le fond des océans est ainsi parcouru
de dorsales le long desquelles du magma remonte
du manteau supérieur et s’épanche, aboutissant
à un renouvellement permanent de la croûte
océanique (ex : la dorsale médio-Atlantique).
Quand deux plaques coulissent l’une contre l’autre,
c’est le long d’une faille transformante. Donnez-en
un exemple : la faille de San Andreas.
17- Le volcanisme de point chaud a pour origine la remontée d’un panache thermique
depuis des régions très profondes (parfois à la limite entre le noyau et le manteau,
à 2 900 km de profondeur). Ce panache se comporte comme un point fixe par rapport
à la dérive des plaques superficielles. Un volcan qui perce en surface se retrouve donc
progressivement « déraciné » du panache qui l’alimente, et un nouveau volcan se forme à
l’aplomb du panache. Ainsi, des volcans en chapelets se forment au cours des millions d’années, d’autant plus jeunes qu’ils sont proches de la « tête » du panache.
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23 - Ce sont les gaz contenus dans le magma qui constituent le moteur principal des
éruptions volcaniques. En effet, un peu à la manière d’une bouteille de boisson gazeuse,
d’où le liquide jaillit lorsqu’on l’ouvre, la décompression du magma, pour des raisons
diverses, provoque la séparation des gaz : la formation des bulles, l’augmentation de volume de l’ensemble (magma + gaz) et la remontée des bulles entraîne le magma vers la
surface.
18 - Le plus grand volcan du Système Solaire :
Nom : le Mont Olympus
Hauteur (en km) : 26
Planète : Mars
19 - Contrairement à la planète Mars, la Terre est une planète « vivante ». La dérive
superficielle des plaques empêche l’accumulation de gros volumes de magma sur une
même verticale. En conséquence des volcans géants, comme le Mont Olympus, ne peuvent pas se développer sur Terre.
24 - La viscosité du magma dépend d’une part de sa composition chimique
(plus il est riche en silice et pauvre en fer et en magnésium, plus il est visqueux, ce qui
aura pour conséquence de rendre le volcan plus explosif), d’autre part de sa température
(plus la température est élevée, plus le magma est fluide).
II - Dragon Ride
25 - Lorsque le magma séjourne dans la chambre magmatique, il se refroidit et certains
minéraux cristallisent. Les premiers à se former sont riches en fer, magnésium et,
plus denses que le liquide, « coulent » et s’accumulent au fond du réservoir. Le magma
résiduel est alors appauvri en ces éléments et se trouve donc enrichi en d’autres éléments
(en particulier la silice). L’évolution de la composition chimique du magma est à l’origine
du changement de sa viscosité. C’est le processus de cristallisation fractionnée.
20 - L’eau, l’air, le feu et la terre.
III - Sur la Piste des Volcans et Magma
Explorer
21 - Les conditions nécessaires à l’apparition des geysers :
- La présence d’un circuit souterrain où l’eau qui s’infiltre dans le sol peut
circuler puis remonter à la surface
- Un réservoir, où cette eau peut s’accumuler
- La proximité d’une source de chaleur qui réchauffe l’eau.
22 - Le magma terrestre se forme par fusion partielle de roches, en majorité des
péridotites, constituant la partie supérieure du manteau terrestre. Cette fusion
est un phénomène superficiel (selon les contextes, entre 20 et 200 km de profondeur) et
très localisé. Ainsi, à l’exception du noyau externe qui est composé de métal fondu, la
Terre est essentiellement solide et il n’existe pas d’océan de magma sous nos pieds, comme
le dit la rumeur. Notons que le magma peut aussi provenir de la fusion partielle de roches
de la partie inférieure de la croûte (on parle d’anatexie crustale).
IV – SERRE et vallée extérieure
26 - Les plantes « primitives » (qui existaient déjà sur Terre il y a quelques centaines
de millions d’années) qui poussent sous la verrière de Vulcania sont des fougères
arborescentes.
27 - Il s’agit de plantes provenant de Nouvelle-Zélande et vivant en moyenne montagne
sous un climat tempéré humide. En raison du climat auvergnat, ces plantes ne peuvent
pas pousser ici à l’état naturel. En revanche, elles se sont parfaitement acclimatées sous
la verrière de Vulcania.
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28 -
-Schéma 1 = Etape N°4 : La coulée de lave est refroidie, on distingue trois
partie bien visible pour celle-ci : une semelle scoriacée, une partie centrale
rocheuse massive et une surface scoriacée assez épaisse (cheire).
-Schéma 2 = Etape N°1 : Le socle granitique est recouvert d’une végétation
arborée de lande et forêt qui au contact de la roche a formé un sol.
-Schéma 3 = Etape N°5 : Altération de la roche volcanique (action du climat).
-Schéma 4 = Etape N°6 : Installation des végétaux pionniers (lichens et mousses)
et début de formation d’un nouveau sol.
-Schéma 5 = Etape N°3 : La coulée de lave chaude progresse dans le sens
de la pente. La végétation a totalement disparu.
-Schéma 6 = Etape N° 7 : La végétation a entièrement colonisé le milieu.
La lande et la forêt existent à nouveau sur le site.
-Schéma 7 = Etape N° 2 : Arrivée d’une coulée de lave et destruction
de la végétation existante. Possibilité de rubéfaction du paléosol.
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32 - En cas d’un risque majeur, ce sont, notamment en France, les autorités politiques
qui ont la charge de prendre les décisions nécessaires. Cette prise de décision se fait
(normalement) en concertation avec les scientifiques.
VI - Réveil des Géants d’Auvergne
33 - Les aléas volcaniques présentés dans le film et qui pourraient menacer la ville
de Clermont-Ferrand et ses environs sont les coulées de lave et les nuées ardentes.
Les explosions modérées de type strombolien pourraient elles aussi être dangereuses
si le volcan se formait non loin d’une zone habitée. On peut parler du risque dans la mesure
où il y a à la fois l’existence d’un aléa (phénomène naturel possible, même s’il est peu
probable) et d’une vulnérabilité (présence de populations et de constructions).
V – tunnel des nuées ardentes
VII – Terre en Colère
29 - Le Mont St. Helens n’avait pas eu d’éruption depuis 123 ans. Le 18 mai 1980,
il est entré en éruption sous forme d’une violente explosion. Les arbres de la forêt aux
alentours ont été soufflés et couchés sur une superficie de 600 km2, en quelques minutes.
C’est pratiquement 6 fois la surface de la ville de Paris (100 km2). Malgré la puissance
de l’explosion, il n’y a eu que 57 victimes. Par contre, près de 7000 mammifères (ours,
chevreuils, écureuils etc.) ont disparu lors de cette éruption.
34 - Les phénomènes naturels à cocher sont à choisir dans la liste proposée.
Dans l’animation « La Terre en Colère », vous êtes confrontés à trois scénarii différents
d’une séance à l’autre selon les choix que vous faites dans la salle.
30 - Les signes précurseurs d’une éruption volcanique :
- tremblement de terre
- dégazage
- gonflement des flancs du volcan
- changement de composition des eaux des nappes phréatiques…
31 - Tout dépend de l’état de connaissance du volcan et les moyens utilisés dans sa
surveillance. Généralement, les volcanologues ne peuvent prévoir avec exactitude
ni le moment, ni la puissance d’une éruption. En revanche, dans certains cas, ils peuvent
annoncer qu’une éruption va se produire, voire comment une éruption risque d’évoluer.
35 - Les vents peuvent atteindre des vitesses de 400 km/h dans une tornade.
Dans un cyclone, la vitesse des vents est moindre (jusqu’à 250 km/h), mais le phénomène
est beaucoup plus étendu (plusieurs centaines de kilomètres de diamètre).
36 - La quantité des matériaux émis lors d’une éruption d’un supervolcan peut dépasser
1 000 km3.
Conception et réalisation :
service éducatif de Vulcania / Rectorat de l’Académie de Clermont-Ferrand
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