Dynamique du volcan et structure de la roche volcanique

Pierron - SVT
Fiche professeur – 4e
CSVT53
Activité 53 : Dynamique du volcan et structure de la roche
volcanique
1. EXTRAITS REFERENTIELS DU BO
Partie : L’activité interne du globe
2. PLACE DE L’ACTIVITE DANS UNE PROGRESSION
Chapitre I. Les séismes
Chapitre II. Les volcans
1. Comment se manifestent les éruptions volcaniques ?
2. Comment expliquer la diversité des éruptions volcaniques ?
3. Comment un volcan se construit-il ?
• Quelle est l’origine de la lave ?
• Comment se forment les roches volcaniques ?
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3. PRESENTATION DE L’ACTIVITE
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Objectifs de connaissances
• Refroidissement par étapes du magma.
• Refroidissement lent et partiel, suivi d’un refroidissement rapide et total du magma.
• Relation entre structure microlithique et vitesse de refroidissement.
• Relation entre vitesse de refroidissement et le fonctionnement du volcan.
Objectifs méthodologiques et/ou technologiques
• Réaliser un protocole expérimental.
• Construction d’une hypothèse et de ses conséquences prévisibles.
• Saisir des informations pour valider l’hypothèse.
• Réaliser une synthèse écrite et graphique.
Liste du matériel
• Lames, lamelles, un scalpel, un cristallisoir avec de l’eau et des glaçons, une bougie
décorative ou lampe à alcool et de la poudre de vanilline pure Réf 01942100
• Vidéogramme présentant le refroidissement de lave dans l’eau de mer et la formation
de pillow lava.
• Microscope polarisant Réf 05742
• Loupes binoculaires Réf 03443
Intégration pédagogique
La leçon précédente a montré que la lave après refroidissement donne un produit solidifié à
l’origine d’une roche volcanique caractérisée par sa structure microlitique.
refroidissement
Roche en fusion
(lave, 1300°C)
Roche volcanique à structure microlithique
solidification
Il s’agit maintenant d’expliquer en quoi la structure microlithique caractérise le fonctionnement d’un volcan,
qu’il soit de type explosif ou effusif. La construction d’une hypothèse à ce problème est à priori complexe
pour un élève de 4e ; c’est ainsi que l’on proposera d’abord d’observer un fait de chimie : le refroidissement
de la vanilline fondue. Les résultats obtenus pourront être l’élément déclencheur de la mise en place d’une
hypothèse : à savoir la relation entre la vitesse de refroidissement et l’aspect du produit solidifié. Cette
approche présente également l’avantage de ne pas assimiler la manipulation précédente à la réalisation d’un
modèle trop éloigné de la réalité.
Comme une hypothèse est une solution provisoire demandant à être validée, nous proposons de confronter la
proposition à un véritable modèle issu du milieu naturel : à savoir le refroidissement de la lave dans l’eau de
mer à l’origine des pillow lavas. Un même magma basaltique est soumis à un refroidissement brutal sur sa
périphérie et à un refroidissement beaucoup plus progressif en son coeur. L’observation comparée des
produits solidifiés en surface et en profondeur sera le banc d’essai de l’hypothèse à valider.
On pourra ainsi associer le développement des cristaux au sein de la roche volcanique à un refroidissement
lent et partiel ; le verre volcanique, non cristallisé, atteste d’une deuxième étape de refroidissement, rapide et
totale. Ce refroidissement par étapes est replacé dans le contexte de l’appareil volcanique. La structure
microlitique rend par conséquent compte du fonctionnement du volcan.
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Prénom :
Classe :
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Evaluation expérimentale S.V.T.
Activité 53 : Dynamique du volcan et structure de la roche
volcanique
Introduction : Les volcans de type explosif ou effusif produisent des roches volcaniques à structure
microlithiques. Ce constat très général suggère que la structure de la roche est à mettre en relation
avec le fonctionnement du volcan.
Problème scientifique : En quoi la structure microlithique de la roche volcanique est-elle en
relation avec le fonctionnement du volcan ?
Pour proposer une tentative d’explication (= construction de l’hypothèse), on rappellera dans un
premier temps les acquis précédents :
Roche en fusion
refroidissement
(lave, 1300°C)
solidification
Roche volcanique à structure microlitique
Dans un 2e temps, on s’appuiera sur les résultats d’une manipulation de chimie : le refroidissement
de la vanilline fondue (voir partie 1)
1. Réalisation d’un protocole manipulatoire
Fiche technique :
-
Prépare 2 lames sur lesquelles tu déposes de la vanilline avec la pointe du scalpel.
-
Allume la bougie ou la lampe à alcool et fait fondre la vanilline. Sa température de fusion est
de 80°C.
-
Dépose une lamelle sur chacune des lames avec la vanilline fondue et appuie légèrement.
-
Une des 2 lames refroidira progressivement à l’air libre (situation N°1) ; l’autre sera
immergée à plat dans un cristallisoir contenant de l’eau glacée (situation N°2).
-
Dans les deux cas, on attendra que la vanilline soit revenue à l’état solide sous forme d’un
dépôt blanc entre lame et lamelle.
-
Les 2 lames seront examinées au microscope au faible grossissement.
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Questionnaire associé :
-
Quel est le facteur expérimental que l’on fait varier entre les 2 manipulations ?
-
Quel est l’aspect microscopique de la vanilline solidifiée dans la première situation (voir
cliché 1) ?
-
Quel est l’aspect microscopique de la vanilline solidifiée dans la deuxième situation (voir
cliché 2) ?
-
Ecris la relation entre la variable expérimentale et l’aspect de la vanilline solidifiée.
Cliché 1
Cliché 2
2. Construction d’une hypothèse
- Rappel du problème scientifique : en quoi la structure microlithique de la roche volcanique
est-elle en relation avec le fonctionnement du volcan ?
- On sait que le basalte est constitué de _______________ dispersés dans un _________ :
c’est à dire une partie _______________ .
- On se rappelle les résultats de la manipulation réalisée dans la partie 1.
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La mise en relation de ces différentes données permet de faire une proposition de réponse. Tu
rédigeras l’hypothèse explicative en complétant le texte suivant à l’aide des termes proposés.
Lent, rapide, partiel, total, en plusieurs étapes.
• On propose que le basalte est issu d’un refroidissement du magma _______________ : un
refroidissement _____________ et ____________ avec formation de cristaux dans le
magma encore liquide ; un refroidissement ____________ et ______________ conduisant
à l’apparition d’un verre volcanique autour des cristaux. Ceci expliquerait la structure
microlithique.
Une hypothèse est une solution provisoire qui doit être validée par des informations
complémentaires (voir partie 3).
3. Saisir des informations nouvelles par un modèle naturel pour valider l’hypothèse
précédente.
Si l’hypothèse précédente est correcte, on peut s’attendre aux conséquences prévisibles suivantes :
• Un même magma basaltique, selon la vitesse de refroidissement –aura – n’aura pas –
(entoure la bonne réponse) le même aspect après solidification.
Il existe dans la nature une situation de ce type, à savoir l’émission de lave basaltique très
chaude dans l’eau de mer froide. Après solidification, on obtient ce qu’on appelle des
laves en coussin dit pillow lavas en anglais. Observez attentivement le film proposé
montrant la mise en place des pillow lava.
• Complétez la phrase et le cliché suivant :
Au contact de l’eau, la partie périphérique de la lave refroidit _________________ . Le
cœur du pillow lava quant à lui refroidit _________________ .
Après solidification, les 2 parties sont visibles sur une coupe de pillow lava. Complète le
cliché page suivante (cliché 1) pour distinguer ces deux parties et précise le type de
refroidissement.
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Coupe transversale dans un fragment de pillow lava (Cliché 1)
• Si l’hypothèse précédente est correcte, alors la partie périphérique du pillow lava
montrera un verre volcanique – fortement ou faiblement – développé ; la partie centrale
du pillow lava montrera un verre volcanique – fortement ou faiblement – développé
(entourer les bonnes réponses).
Pour vérifier ces résultats attendus, on réalisera une observation microscopique de la
partie périphérique et de la partie centrale du pillow lava.
Observation microscopique d’un pillow lavapartie périphérique (cliché 2)
Grossissement X 40
Observation microscopique d’un pillow
lava-partie centrale (cliché 3)
Grossissement X 40
Compare les résultats obtenus (clichés 2 et 3) et dit s’ils sont conformes aux
résultats attendus. Précise la relation entre formation des cristaux, formation
d’un verre et vitesse de refroidissement
Il s’agit maintenant de replacer ces relations dans le contexte du
fonctionnement du volcan.
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4. Réaliser une synthèse écrite et graphique pour répondre au problème posé.
-
Rappel du problème scientifique : En quoi la structure microlithique de la roche
volcanique est-elle en relation avec le fonctionnement du volcan ?
Rappel du schéma de l’appareil volcanique :
-
Explosions
Gaz
Cratère
Dynamique volcanique
Projections de
paquets de lave
1
REFROIDISSEMENT =
SOLIDIFICATION DE LA LAVE
Cône volcanique
Coulées de lave
Roche volcanique
Cheminée volcanique
2
Quelques kilomètres
Fissure
Réservoir magmatique
avec roches en fusion
(1300°C)
3
Questionnaire associé :
- Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement lent
et progressif du magma ?
-
Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement
rapide et total de la lave ?
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-
Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement à
vitesse intermédiaire ?
-
Après correction des questions précédentes replace ces informations sur le schéma de
l’appareil volcanique (colonne de droite).
-
Construire collectivement avec le professeur une récapitulation du phénomène reliant
fonctionnement du volcan et formation de la roche volcanique.
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FICHE ELEVE CORRIGEE
Activité 53 : Dynamique du volcan et structure de la roche
volcanique
Introduction : Les volcans de type explosif ou effusif produisent des roches volcaniques à structure
microlithique. Ce constat très général suggère que la structure de la roche est à mettre en relation
avec le fonctionnement du volcan.
Problème scientifique : En quoi la structure microlithique de la roche volcanique est-elle en
relation avec le fonctionnement du volcan ?
Pour proposer une tentative d’explication (= construction de l’hypothèse), on rappellera dans un
premier temps les acquis précédents :
Roche en fusion
refroidissement
(lave, 1300°C)
solidification
Roche volcanique à structure microlitique
Dans un 2e temps, on s’appuiera sur les résultats d’une manipulation de chimie : le refroidissement
de la vanilline fondue (voir partie 1)
1. Réalisation d’un protocole manipulatoire
Fiche technique :
-
Prépare 2 lames et dépose de la vanilline avec la pointe du scalpel.
-
Allume la bougie ou la lampe à alcool et fait fondre la vanilline. Sa température de fusion est
de 80°C.
-
Dépose une lamelle sur chacune des lames avec la vanilline fondue et appuie légèrement.
-
Une des 2 lames refroidira progressivement à l’air libre (situation N°1) ; l’autre sera
immergée à plat dans un cristallisoir contenant de l’eau glacée (situation N°2).
-
Dans les deux cas, on attendra que la vanilline soit revenue à l’état solide sous forme d’un
dépôt blanc entre lame et lamelle.
-
Les 2 lames seront examinées au microscope au faible grossissement.
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CSVT53
Questionnaire associé :
-
Quel est le facteur expérimental que l’on fait varier entre les 2 manipulations ?
La vitesse de refroidissement
-
Quel est l’aspect microscopique de la vanilline solidifiée dans la première situation (voir
cliché 1) ?
La vanilline est totalement cristallisée
-
Quel est l’aspect microscopique de la vanilline solidifiée dans la deuxième situation (voir
cliché 2) ?
La vanilline se présente sous l’aspect d’un produit homogène et non cristallisé.
-
Ecris la relation entre la variable expérimentale et l’aspect de la vanilline solidifiée.
Selon la vitesse de refroidissement, le produit fondu se solidifie sous des aspects différents :
- avec formation de cristaux lorsque le refroidissement est lent
- avec formation d’un produit homogène et non cristallisé lorsque le refroidissement est
rapide
Cliché 1
Cliché 2
2. Construction d’une hypothèse
- Rappel du problème scientifique : en quoi la structure microlithique de la roche volcanique
est-elle en relation avec le fonctionnement du volcan ?
- On sait que le basalte est constitué de cristaux dispersé dans un verre : c’est à dire une
partie non cristallisée.
- On se rappelle les résultats de la manipulation réalisée dans la partie 1.
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La mise en relation de ces différentes données permet de faire une proposition de réponse. Tu
rédigeras l’hypothèse explicative en complétant le texte suivant à l’aide des termes proposés.
Lent, rapide, partiel, total, en plusieurs étapes.
• On propose que le basalte est issu d’un refroidissement du magma en plusieurs étapes : un
refroidissement lent et partiel avec formation de cristaux dans le magma encore liquide ;
un refroidissement rapide et total conduisant à l’apparition d’un verre volcanique autour
des cristaux. Ceci expliquerait la structure microlitique.
Une hypothèse est une solution provisoire qui doit être validée par des informations
complémentaires (voir partie 3).
3. Saisir des informations nouvelles par un modèle naturel pour valider l’hypothèse
précédente.
Si l’hypothèse précédente est correcte, on peut s’attendre aux conséquences prévisibles suivantes :
• Un même magma basaltique, selon la vitesse de refroidissement –aura – n’aura pas –
(entourer la bonne réponse) le même aspect après solidification.
Il existe dans la nature une situation de ce type, à savoir l’émission de lave basaltique très
chaude dans l’eau de mer froide. Après solidification, on obtient ce qu’on appelle des
laves en coussin dit pillow lavas en anglais. Observe attentivement le film proposé
montrant la mise en place des pillow lavas.
• Compléte la phrase et le cliché suivant :
Au contact de l’eau, la partie périphérique de la lave refroidit rapidement. Le cœur du
pillow lava quant à lui refroidit lentement.
Après solidification, les 2 parties sont visibles sur une coupe de pillow lava. Complète le
cliché page suivante (cliché 1) pour distinguer ces deux parties et précise le type de
refroidissement.
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Coupe transversale dans un fragment de pillow lava (Cliché 1)
Partie périphérique : refroidissement rapide
Partie centrale : refroidissement lent
• Si l’hypothèse précédente est correcte, alors la partie périphérique du pillow lava
montrera un verre volcanique – fortement ou faiblement – développé ; la partie centrale
du pillow lava montrera un verre volcanique – fortement ou faiblement – développé
(entourer les bonnes réponses).
Pour vérifier ces résultats attendus, on réalisera une observation microscopique de la
partie périphérique et de la partie centrale du pillow lava.
Observation microscopique d’un
pillow lava – partie périphérique
(cliché 2) Grossissement X 40
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Observation microscopique d’un
pillow lava – partie centrale
(cliché 3) Grossissement X 40
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• Compare les résultats obtenus (clichés 2 et 3) et dites s’ils sont conformes aux
résultats attendus. Précisez la relation entre formation des cristaux, formation
d’un verre et vitesse de refroidissement.
Dans le cliché 2 (partie périphérique) le verre est largement développé. Dans le cliché
3 (partie centrale) le verre est peu développé, par contre les cristaux sont très
abondants. Ces observations sont conformes aux résultats attendus. Les cristaux se
développent dans un contexte de refroidissement lent et progressif ; le verre correspond
à un épisode de refroidissement rapide. L’hypothèse (partie 2) est par conséquent
validée par l’observation du réel sur le terrain.
Il s’agit maintenant de replacer ces relations dans le contexte du fonctionnement du
volcan.
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4. Réaliser une synthèse écrite et graphique pour répondre au problème posé.
-
Rappel du problème scientifique : En quoi la structure microlitique de la roche
volcanique est-elle en relation avec le fonctionnement du volcan ?
Rappel du schéma de l’appareil volcanique :
-
Explosions
Gaz
Cratère
Dynamique volcanique
Projections de
paquets de lave
1
- refroidissement
brutal de la partie
encore liquide de la
lave
- formation d’un
verre volcanique
autour des cristaux
déjà formés
REFROIDISSEMENT =
SOLIDIFICATION DE LA LAVE
Cône volcanique
Coulées de lave
Roche volcanique
Cheminée volcanique
2
Quelques kilomètres
Fissure
Réservoir magmatique
avec roches en fusion
(1300°C)
3
- remontée du magma
le long de la cheminée
- refroidissement plus
ou moins rapide avec
formation de petits
cristaux (= les
microlites).
- refroidissement lent et
progressif (plusieurs
années)
- cristallisation
partielle dans le
magma liquide et
apparition de gros
cristaux
Questionnaire associé :
- Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement
lent et progressif du magma ?
Dans la chambre magmatique
-
Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement
rapide et total de la lave ?
A l’extérieur du volcan
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-
Dans quelle partie de l’appareil volcanique peut-on envisager un refroidissement à
vitesse intermédiaire ?
Dans la cheminée volcanique
-
Après correction des questions précédentes replace ces informations sur le schéma
de l’appareil volcanique (colonne de droite).
-
Construire collectivement avec le professeur une récapitulation du phénomène
reliant fonctionnement du volcan et formation des roches volcaniques.
Roche en fusion
1300°C Magma
Refroidissement
lent et partiel
1ère étape
Réservoir et cheminée
Magma liquide
contenant des
cristaux
Refroidissement
± rapide et total
2ème étape
Développement ±
important de la partie
verre volcanique
extérieur
Après solidification : roche à structure microlitique
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PISTES D’EVALUATION
PARTIES
OBJECTIFS
RESULTATS
BAREME
1.1
Savoir suivre un protocole manipulatoire
3
1.2
Savoir utiliser le microscope et faire une
mise au point au grossissement demandé
3
1. 3
Saisir des informations et les mettre en
relation
3
2
Savoir construire une hypothèse
4
3
Saisir des informations et les mettre en
relation pour tester une hypothèse
3
4
Savoir réaliser une synthèse pour répondre
au problème scientifique
4
TOTAL
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