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LE VOLCANISME.
Introduction : La Terre possède sur les cinq
continents plus de 1500 volcans (et bien
davantage sous les océans) qui sont aujourd’hui
considérés comme actifs ; chaque année en
moyenne 60 d’entre eux entrent en éruption. Ces
éruptions
volcaniques
peuvent
être
spectaculaires mais peu dangereuses comme
celle de l’Etna ou parfois excessivement
violentes et redoutables comme celle du Vésuve
qui détruisit Herculanum et Pompéi en 79 AP
JC.
I ) L’identification de deux types de volcanisme.
1) Les éruptions effusives des volcans "rouges" :
(exemple : Le Piton de la Fournaise).
Piton de la Fournaise
( île de la Réunion ).
Signes
précurseurs.
Séismes
Produits émis
- Gaz.
- Matériaux volcaniques (scories,
bombes volcaniques).
- Coulées de lave fluide.
Piton de la Fournaise
( île de la Réunion ).
Température
des émissions
volcaniques
Vitesse de
progression des
émissions
volcaniques.
Type
d’activité
Lave à plus de 1000 °C
Vitesse de la coulée de lave :
6 Km / jour (= 250 m / h)
EFFUSIF
Le Piton de la
Fournaise est en
éruption quasi
permanente.
Piton de la Fournaise
( île de la Réunion ).
Édifice formé
L’accumulation des produits émis
depuis des centaines de milliers
d’années ont formé un cône.
Piton de la Fournaise
( île de la Réunion ).
Destructions :
habitations
(incendies), infrastructures (routes)
…limitées aux zones des coulées.
Conséquences - Formation d’un cône avec un
sur les paysages. cratère.
- Agrandissement de l’île grâce aux
coulées.
Modifications lentes et
progressives.
Éruption du Piton de la Fournaise (île de la Réunion)
Automne 2006
b) En vous aidant de la photographie d’une coulée de lave en cours de
refroidissement, proposer une hypothèse qui explique les différences
observées à la question précédente.
Coulée de lave en cours de refroidissement.
Projections
Coulée de
lave fluide
Cratère
Cheminée
secondaire
Cône
Cheminée
principale
Activité volcanique .EFFUSIVE.
..............
2) Les éruptions explosives des volcans "gris" :
(exemple : La Soufrière Hills).
Soufrière Hills
(Montserrat)
Signes
précurseurs.
Séismes
Soufrière Hills
(Montserrat)
- Grande quantité de gaz (violentes
explosions).
Produits
émis
- Panache de gaz et de cendres s’élevant
jusqu’à 18 Km d’altitude.
- Nuée ardente (mélange de gaz chauds,
de cendres et de blocs rocheux).
- Lave visqueuse, restant à l’intérieur du
cratère, formant un dôme.
Soufrière Hills
(Montserrat)
Température
des émissions
volcaniques
Vitesse de
progression des
émissions
volcaniques.
Type
d’activité
650 °C (pour la nuée ardente)
150 Km / h (pour la nuée ardente).
EXPLOSIF
Soufrière Hills
(Montserrat)
Édifice formé
- Formation d’un dôme au sommet
par accumulation de lave visqueuse.
- Accumulation de produits
volcaniques sur les pentes.
Soufrière Hills
(Montserrat)
- Destruction d’une ville.
- Dépôts de lapilli et de cendres sur
une grande épaisseur.
Conséquences - Volcan éventré.
sur les paysages. - Nouveau dôme au sommet.
- Zones dévastées par les nuées
ardentes.
Modifications brutales et profondes.
Éruption de la
Soufrière de
Montserrat
Après les
éruptions,
Plymouth est
entièrement
ensevelie sous des
milliers de tonnes
de roches et de
cendres.
Panache de gaz
et de cendres
Nuée ardente
Activité
volcanique
EXPLOSIVE
Dôme de lave
visqueuse
Cheminée
principale
Volcan « ROUGE »
Volcan « GRIS »
EXPLOSIF
FIN
Problème : Comment expliquer les différents dynamismes
éruptifs observés ?
II ) L’origine des éruptions volcaniques.
1) L’origine de la lave.
Activité 2 : Un volcan : un point de sortie du magma.
A2) D’après la réponse à la question D1 de l’activité 1 du chapitre sur les
séismes, que laisse supposer l’absence de séismes à une certaine
profondeur à l’aplomb du volcan sur le doc 1 p 158.
 A2) Les séismes indiquent des ruptures de roches
à l’état solide, une zone dépourvue de séismes indique que
cette zone est constituée de matériaux à l’état liquide :
c’est un réservoir de magma situé en profondeur sous
l’édifice volcanique.
B2) À l’aide des docs 2 et 3 p 158 et des informations du texte cidessous compléter le schéma :
L’édifice volcanique (cône ou dôme) n’est que la partie
superficielle d’un appareil qui s’étend en profondeur. Sous
presque tous les volcans, à une profondeur variant entre 10 et
30 Km se trouve une chambre magmatique (réservoir rempli
de magma situé à l’aplomb du volcan). Le magma qui prend
naissance en profondeur par fusion partielle d’un volume
restreint de roches, monte jusqu’à ce réservoir. Il y séjourne un
certain temps, parfois plusieurs siècles, avant le
déclenchement de l’éruption. Une éruption volcanique
correspond donc à la reprise de l’ascension du magma, depuis
la chambre magmatique jusqu’à la surface via un réseau de
fractures, de réservoirs superficiels et de cheminées.
Cratère
Cheminée
Chambres magmatiques
superficielles
Fractures
10 à 35 Km
70 à 200 Km
Chambre magmatique
profonde
Schéma de la structure interne
du Piton de la Fournaise.
C2) Tracer à l’aide de flèches rouges le chemin emprunté par le magma
depuis son lieu de formation jusqu’à son lieu d’épanchement en surface.
10 à 35 Km
70 à 200 Km
La lave qui s’épanche en surface lors
des éruptions provient d’un magma formé en
profondeur à partir de la fusion d’une petite
quantité de matière minérale ; le magma peut
s’accumuler dans des réservoirs qui
alimentent les volcans.
Problème : Comment le magma remonte - t’il à la surface ?
2) Le moteur de l’éruption.
Activité 3 : Le moteur des éruptions volcaniques.
Dans la chambre magmatique, la forte pression maintient les gaz
dissous dans le magma (de même, dans une bouteille de soda fermée, le
liquide est sous pression, on ne voit pas de bulles : les gaz sont dissous
dans le liquide).
Lorsque le magma remonte lentement vers la surface, la pression
diminue et les gaz dissous quittent le magma en formant des bulles.
Ce dégazage accélère la montée du magma et entraîne la sortie de la lave
à la surface (de même, après ouverture de la bouteille de soda, des bulles
de gaz apparaissent sous l’effet de la décompression et entraînent le
liquide hors de la bouteille).
Lors de la remontée du magma, les bulles piégées explosent en
libérant leur gaz.
Nous avons étudier dans le I ) deux types d’activités volcaniques très
différentes : les éruptions effusives et les éruptions explosives ; dans les
deux cas, la quantité de gaz initialement présente dans le magma est la
même alors : Comment expliquer des activités volcaniques si
différentes ?
Hypothèse : C’est la différence de viscosité entre les 2 types
de magma (visqueux ou fluide) qui explique les différences
entre les 2 types d’activités volcaniques (explosive ou
effusive).
Expérience : Mettre sur un plan incliné une goutte de mélange Ketchup
+ eau et une goutte de purée. Lequel descend le plus rapidement le plan
incliné ? : Le mélange ketchup + eau.
Schématisez l’expérience réalisée sur le bureau :
Schématiser l’expérience réalisée sur le bureau :
Bouchon
Mélange
Ketchup +
eau
Cachet
effervescent
+ eau
Tube en
verre
Tube 1
Bouchon
Bouchon
Purée
Cachet
effervescent
+ eau
Tube en
verre
Tube 2
Résultats : Comparer le comportement des bulles de gaz et du contenu
du tube dans les deux cas :
Tube 1 : Les bulles progressent facilement dans le mélange
et permettent son ascension rapide dans le tube et son
écoulement.
Tube 2 : Les bulles n’arrivent pas à progresser facilement,
elles s’accumulent sous la purée, ce qui augmente la
pression sur le bouchon de gauche et le font sauter
brutalement puis la purée sort difficilement du tube.
Interprétation : Chercher à quoi correspond chacun des éléments utilisé
dans l’expérience dans la réalité des volcans. Noter ces équivalences à
l’aide du signe ⇔ sur le schéma de l’expérience.
Forte pression
⇔
Magma
fluide
⇔
Bouchon
Mélange
Ketchup +
eau
Cachet
effervescent
+ eau
⇔
Tube en
verre
⇔
Gaz dissous
dans le
magma
Cheminée
Tube 1
Bouchon de lave = Dôme
⇔
⇔
Forte pression
Bouchon
Bouchon
Cachet
effervescent
+ eau
⇔
Purée
⇔
Magma
visqueux
Tube en
verre
⇔
Gaz dissous
dans le
magma
Cheminée
Tube 2
Conclusion :
Les gaz contenus dans le magma sont les éléments
moteurs d’une éruption : ils entraînent avec eux le magma
vers la surface.
Lors d’une éruption effusive : le magma est fluide
donc les gaz remontent sans peine vers la surface où la lave
s’épanche facilement en coulées de lave.
Lors d’une éruption explosive : le magma est
visqueux donc les gaz se trouvent piégés et s’accumulent
dans des poches d’où l’activité explosive qui projette des
matériaux.
Dans le réservoir, les gaz sous pression
entraînent la montée du magma, qui s’épanche à la
surface sous forme de lave.
Les gaz s’échappent facilement des magmas
fluides d’où les coulées, mais plus difficilement des
magmas visqueux provoquant ainsi des explosions.
Toute lave arrivant en surface donne, en se refroidissant, une
roche volcanique. Quelles sont les caractéristiques communes à ces
roches à différentes échelles ? Les différents constituants d’une roche
volcaniques se forment-ils en même temps ?
III ) Du magma à la roche.
1) Observation macroscopique (à l’œil nu) de
roches volcaniques.
Activité 4 : Étude macroscopique de deux roches volcaniques.
• Doc 1 p 160 : Au Piton de la Fournaise, les longues coulées de laves
fluides sont à l’origine de roches sombres : les basaltes.
À la Soufrière Hills, le dôme de lave très visqueuse donne une
roche plus claire : l’andésite.
Basalte provenant d’une coulée de lave fluide du Piton de la Fournaise.
Certains cristaux sont visibles à l’œil nu.
Andésite provenant du dôme de la Soufrière Hills.
Problème : Comment peut-on expliquer l’existence de roches
volcaniques différentes ?
A4) Proposer une hypothèse à ces différences.
 A4) Les compositions chimiques différentes des
magmas sont à l’origine de roches volcaniques différentes.
B4) À l’aide de vos observations à l’œil nu des deux roches remplir le
tableau ci-dessous.
► Couleur et aspect de l’échantillon.
► Couleur et répartition des minéraux.
Remarque : on appelle phénocristal, les grands cristaux
(« grain ») visibles à l’œil nu.
basalte
Type de magma
d’origine
Aspect de la roche
andésite
Fluide
Visqueux
(éruption effusive)
(éruption explosive)
Pâte homogène avec des cristaux
visibles
Couleur de la roche
Noire
Gris clair
Présence de bulles =
vacuoles.
Beaucoup de
vacuoles
Très peu de
vacuoles
Cristaux visibles à l’œil
nu
= Phénocristaux
Phénocristaux
Phénocristaux
Le refroidissement de laves plus ou moins
fluides, donc de composition différente, donne des
roches différentes : les laves fluides donnent des
roches sombres comme le basalte, les laves
visqueuses donnent des roches claires comme
l’andésite.
Les roches volcaniques renferment des grains
appelés cristaux noyés dans une pâte homogène.
2) Observation microscopique de roches volcaniques.
Activité 5 : Observation des lames minces des deux roches
volcaniques au microscope. Doc 2 p 160.
► Les roches volcaniques peuvent contenir :
- Des PHÉNOCRISTAUX , cristaux de grande taille, visibles à l’œil
nu.
- Des MICROLITES, petits cristaux allongés, invisibles à l’œil nu.
- Du VERRE , qui est une partie non cristallisée de la roche (le fond
de la roche est noir).
Phénocristal
Microlite
Verre
Lame mince de basalte observée au microscope
polarisant. Grossissement : x 40.
Phénocristal
Microlite
Verre
Lame mince d’andésite observée au microscope
polarisant. Grossissement : x 40.
basalte
andésite
Phénocristaux
Phénocristaux
Phénocristaux
Microlites
Microlites
Microlites
Matière
minérale non
cristallisée =
verre
Verre
Verre
Structure
► La STRUCTURE d’une roche est la disposition des minéraux les uns
par rapport aux autres :
La roche est hémicristalline quand elle est formée de cristaux
et de verre.
Si la roche comprend surtout des microlites, la structure est qualifiée de
microlitique.

La roche est holocristalline quand elle est constituée
entièrement de cristaux :
- qualifiée de grenue si elle est composée uniquement de
phénocristaux.
- qualifiée de microgrenue si les cristaux sont invisibles à l’œil nu.

À l’aide de ces informations, déterminer la structure de chacune
des roches volcaniques.
basalte
andésite
Phénocristaux
Phénocristaux
Phénocristaux
Microlites
Microlites
Microlites
Matière
minérale non
cristallisée =
verre
Verre
Verre
Structure
Hémicristalline Hémicristalline
microlitique
microlitique
Les roches volcaniques sont constituées :
- de cristaux visibles à l’œil nu = phénocristaux.
- de cristaux microscopiques = microlites.
- d’une partie non cristallisée = le verre.
On dit que leur structure est hémicristalline.
Problème : Comment expliquer la structure hémicristalline commune
à toutes les roches volcaniques alors que celles-ci sont issues de
magmas de compositions chimiques différentes ?
3) Formation des roches volcaniques.
Activité 6 : Refroidissement des laves et formation des roches
volcaniques.
Observation : En cours, nous avons vu que les roches volcaniques ont
une structure particulière : la structure hémicristalline (la roche
volcanique est formée en partie de cristaux et en partie de matériel non
cristallisé = le verre).
Problème : À quoi est due cette structure hémicristalline propre aux
roches volcaniques ?
A6) Aspects d’un basalte selon sa position à l’intérieur d’une coulée
refroidie.
Deux échantillons de basalte sont prélevés au niveau d’une
coulée refroidie et solidifiée : l’échantillon A au cœur de la coulée et
l’échantillon B en surface de la coulée.
Coulée de basalte refroidie : on prélève un échantillon A
au cœur de la coulée et un échantillon B en surface.
B
A
B
A
Échantillon B en
surface de la coulée :
Quelques cristaux
noyés dans une pâte.
Échantillon A au cœur de la
coulée : de nombreux
cristaux noyés dans une
pâte.
a) Observer les deux lames minces tirées de ces échantillons et
comparer leurs constituants (nombre : de phénocristaux, de microlites ;
abondance du verre). Remplir le tableau (++ : très abondant ; + :
abondant ; 0 : absence).
Lame mince de basalte A
Lame mince de basalte B
(cœur de la coulée)
(surface de la coulée)
Basalte A (cœur de
la coulée).
Basalte B (surface
de la coulée).
Phénocristaux
+
=
+
Microlites
++
>
+
Verre
+
<
++
Hypothèse : la vitesse de refroidissement du basalte plus
rapide en surface (la lave forme une croûte) qu’au cœur de
la coulée doit agir sur la formation des minéraux.
B6) La cristallisation de la vanilline : une modélisation de la
cristallisation des roches volcaniques.
Implication vérifiable : si la structure hémicristalline est due à
des différences de températures lors du refroidissement des laves alors je
dois observer des différences dans la taille des cristaux de vanilline selon
la température de refroidissement.
a) L’expérience (Doc 4 p 161) : représenter précisément les dispositifs
expérimentaux et les résultats des 3 expériences de refroidissement
(lent, rapide et très rapide).
Refroidissement très lent ( température de 25°C)
Refroidissement assez lent (température de 20°C)
Refroidissement assez rapide (10°C)
Refroidissement rapide (5°C)
Refroidissement très rapide (avec un bloc de froid très froid)
b) Proposer une interprétation de vos résultats.
 B6) b) Lorsque le refroidissement est lent, les gros
cristaux ont le temps de se former, lorsque le
refroidissement est rapide seuls les petits cristaux ont le
temps de cristalliser. Quand le refroidissement est
très rapide, les cristaux n’ont pas le temps de se former, on
obtient une pâte homogène = verre.
c) Rédiger une conclusion en relation avec l’hypothèse de la question
A6) b).
 B6) c) La vitesse de refroidissement influence la
formation et la croissance des cristaux.
C6) Refroidissement du magma au cours de sa remontée vers la
surface.
En arrivant à la surface, le magma est déjà en partie cristallisé,
signe qu’il s’est déjà refroidit lors de sa remontée. Le refroidissement
d’un magma s’effectue en trois principales étapes qui conduisent aux
trois principaux constituants de la structure hémicristalline des roches
volcaniques. Doc 3 p 161.
Remarques : - le magma peut séjourner plusieurs années dans la
chambre magmatique.
- lors de sa remontée, le magma se trouve au
contact des parois de la cheminée qui sont relativement plus froides que
lui.
Présenter vos conclusions sur le schéma ci-dessous en utilisant
les informations obtenues d’après la cristallisation de la vanilline et les
remarques ci-dessus.
Surface
Vitesse de refroidissement
TRÈS RAPIDE
Cheminée
RAPIDE
Chambre
magmatique
LENT
Surface
Structure de la roche
Verre
Cheminée
Magma
Microlites
Chambre
magmatique
Phénocristal
Magma
La structure hémicristalline des roches
volcaniques est le résultat d’un refroidissement par
étapes du magma :
- d’abord lent, en profondeur, qui entraîne la
formation de gros cristaux.
- puis rapide (lors de la remontée dans la cheminée)
qui est à l’origine des microlites et d’un verre (se
formant en surface) englobant tous les cristaux
déjà formés.
La structure des roches conserve donc la trace
des conditions du refroidissement.
Nous avons vu que les séismes ne sont pas répartis au hasard à la
surface de la Terre.
Problème : Comment se répartissent les différents volcans actifs à
l’échelle du globe ?
IV) La répartition des volcans actifs à la surface
du globe.
Elève lance Smithsonian Exibit Version
Activité 7 : La répartition du volcanisme à la surface de la
Terre.
A7) Repérer à l’aide du planisphère doc 2 p 174
chaque type de
volcanisme (effusif et explosif).
D’une façon générale, où trouve-t’on des volcans actifs ? :
. . . . . . . . .et
. . dans
. . . . . .les
. . .océans.
...........
sur les continents
Comparer la position des volcans effusifs et explosifs avec la carte
des reliefs à la surface de la Terre (doc 4 p 185
):
Quelques volcans sont isolés mais la répartition des volcans ne se fait
pas au . . . . . hasard
. . . . . . . . . . . . , les deux types de volcanisme (effusif ou
explosif) sont .distincts
. . . . . . . . géographiquement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .: . . . . . :
• Les volcans effusifs (basaltiques) sont surtout situés au niveau
de
. . .dorsales
. . . . . . . . océaniques,
. . . . . . . . . . . . au
. . . fond
. . . . . .des
. . . océans.
.............
l’axe des
Doc 2 p 172 de
: longues
La lavefissures
s’épanche
par . . . . . . . . des
. . coussins
. . . . .de. lave
. . .(=. pillows-lavas)
. . . . . . . . en
formant . . un
. . . refroidissement
. . . . . . . . . . . . . . . .ultra
. . . . .rapide.
....................
dus à . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• Les volcans explosifs (andésitiques) sont surtout situés
sur continents en
. . alignement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,l’Océan
à la périphérie
les
de . . .Pacifique
. . . . . . . . . .( .=. .ceinture
. . . . . . . . .de
. . .feu
. . . ),
. . . . . . . . . . . ., à proximité
des fosses océaniques. . . . . . . . . . . . .chaînes
. . . . . . . .de
. . .montagnes.
. . . et des . . . . . .
..................
La plupart des volcans sont alignés, seuls
quelques uns sont isolés. Le volcanisme explosif est
situé principalement en bordure de continents, à
proximité des fosses océaniques et des chaînes de
montagnes.
Le
volcanisme
effusif
basaltique
est
principalement situé au fond des océans au niveau
des dorsales océaniques.
CONTRÔLE LE :
7 200 m
me
s
i
é
s
s
n
Zone sa
Éruptions volcaniques de 1960 à nos jours.
Le volcanisme de dorsale n’est pas figuré.
Carte des reliefs à la surface de la Terre.
L’histoire du magma : du réservoir magmatique à la
surface.
DOCUMENTS
NUMÉRISÉ S
Distancemètre
Extensomètre
Magnétomètre
Sonde à radon.
Sismomètre.