Les volcans

2.1/ Les édifices volcaniques et leurs manifestations

Analyse des photographies suivantes.

 

On constate que les édifices volcaniques possèdent des formes variables. Certains ont un cratère ouvert, alors que d'autres ne semblent pas présenter de cratères. La taille et la forme du cône peut aussi être très variable. Nous pouvons donc nous poser la question de savoir si les différentes formes de volcans correspondent à différents types de volcanisme.

 

2.2/ Les différents types de volcanismes

En cherchant dans notre imaginaire et/ou en regardant les informations on constate que certains volcans sont de types explosifs et d'autres effusifs. Les éruptions sont donc probablement très différentes. Regardons un peu des vidéos pour voir les différences.

Eruption du M^t S^t Helens aux états unis le 18 mai 1980

Eruption du M^t S^t Helens aux états unis le 18 mai 1980

Eruption du Krakatoa le 1er novembre 2010

Eruption du piton de la fournaise à l'île de la réunion en octobre 2010

Eruption du piton de la fournaise à l'île de la réunion le 14 octobre 2010

Lors de l'éruption du mont S^t Helens ou du Krakotoa on voit beaucoup de cendres et de cailloux projetés en l'air, ainsi que des coulées de cendres. Dans le cas du S^t Helens une partie de la montagne est détruite dès les premiers moment de l'éruption générant une importante coulée de boue. Dans les 2 cas les cendres s'étalent sur des centaines de kilomètres carés. L'explosion du piton de la fournaise est elle totalement différente. On voit de la lave incadescente exploser et se déverser sur les flancs de la montagne. La lave coule le long de la montagne et se déverse en un flot quasi continu. En revanche on ne voit pas beaucoup de cendres et roches envoyées en l'air. Ces 2 types de volcanismes sont en fait des volcanismes très différents les 2 premiers volcans sont des volcans dit explosifs, alors que le troisième est un volcan de type effusif.

Comparons les différents types de volcans et leur particularités.

	Volcan explosif	volcan effusif
Nom commun	volcan gris	volcan rouge
Type de magma	visqueux	Liquide
Température du magma	900°C	1200°C
Pression des gaz	très importante	moyenne
composition du magma en silice	44 à 53%	52 à 60%
Coulées de lave	faibles	importantes
Nuées ardentes	importantes	non
Bombes pyroclastiques	fréquentes	rares
Cendres	beaucoup	peu
Bouchon	souvent	rare
Pentes du volcan	abrupte	pente faible
Dangerosité	très élevée	faible

Différence entre lave et magma?

Magma : roche en fusion à l'intérieur du volcan pouvant avoir des compositions chimiques différentes (principalement c'est la teneur en silice qui va changer). Le magma est issu de la fusion partielle des roches en profondeur.

Lave : lorsque le magma s'écoule à l'extérieur du volcan on ne parle plus de magma mais de lave. La lave est donc du magma dégazé (sans gaz) qui est en contact avec l'air.

2.3/ la structure des volcans

On suppose que la structure d'un volcan est fonction de son type d'éruption. Nous avons vu en introduction que les volcans peuvent avoir diverses formes. En fait la forme pyramidale classique que nous dessinions enfant n'est vraie que pour quelques exceptions. Toutefois, si on regarde attentivement les 2 types de volcan on constate que les volcans explosifs et les volcans effusifs ont souvent des caractéristiques spécifiques.

Les volcans explosifs se caractérisent par une pente relativement prononcée. La caldeira (le cratère du volcan) n'est pas toujours visible car elle peut être obstruée par un bouchon. Entre 2 éruptions les volcans explosifs sont toujours fermés par un bouchon solide. Plus les éruptions sont espacées dans le temps, plus le sommet du volcan ressemblera à une montagne classique à cause de l'érosion. Avant l'entrée en éruption le volcan va commencer à gonfler et des séismes seront mesurables avec une amplitude et une fréquence croissante. Lors de l'éruption une partie du volcan explose projetant des tonnes de cendres et de roches. On trouve de nombreuses coulées pyroclastiques (avalanche de cendres et de roches qui dévalent le volcan à plus de 800 km/h) des nuées ardentes (nuage de pierres brûlantes entre 600 et 800 °C qui dévalent le volcan à plus de 400 km/h). Les cendres sont projetées très haut dans les airs et vont recouvrir des centaines de kilomètres autour du volcan (en fonction de la direction du vent).

Les volcans effusifs se caractérisent par une pente plus douce que celle des volcans explosifs. Le cratère est souvent visible et occupé par un lac de lave. Les éruptions se caractérisent par un débordement du volcan et la lave va s'écouler le long des flancs du volcan. Lors d'une éruption le magma peut faire fondre une partie de l'édifice volcanique créant ainsi une ou plusieurs cheminées secondaires.

Les 2 types de volcans ont donc des propriétés très différentes. Afin de mieux comprendre les mécanismes à l'origine des différents types d'éruptions volcaniques nous avons décidé de réaliser des expériences pour comprendre le moteur des éruptions volcanique, mais aussi des expériences qui pourraient expliquer le comportement différents des volcans.

2.4/ Formation du magma et moteur des éruptions

On le sait tous le magma se forme en profondeur, sous la croûte terrestre. Il doit donc se passer quelque chose sous la surface de la terre qui va permettre la formation du magma. On a vu en cours que le magma c'est de la roche en fusion. Or la roche c'est difficile à faire fondre, que se passe-t-il lorsqu'on descend vers l'intérieur du globe terrestre. On sait qu'il y a 2 facteurs importants pour la fusion d'un corps, c'est la température et la pression.

Une des réponses nous vient de la plongée sous-marine. Au fur et à mesure que nous descendons en profondeur, la pression augmente, le même phénomène existe aussi dans la Terre. Plus nous nous approchons du centre de la Terre plus le pression augmente. L'autre facteur, la température, est modifié avec la profondeur. La réponse à la modification de la température avec la profondeur nous a été donné en 2010 lors d'un accident dans une mine au Chili. Les mineurs au fond de la mine devaient endurer une chaleur de plus de 40°C alors qu'en surface la température était de 0°C. Donc la température augmente quand la profondeur sous la terre augmente.

En résumé : Pression et Température augmentent avec la profondeur.

Le magma est donc formé par la fusion partielle des roches en profondeurs suite à l'augmentation de la température et de la pression. Lors de la formation du magma, l'eau contenue dans les roches, ainsi que d'autres molécules sont vaporisées. Ces gaz vont donc s'accumuler dans des poches et exercer une pression vers la surface pour s'échapper. Les gaz vont donc créer des chemins et entraîner dans leur remontée le magma nouvellement formé. Le magma remontant moins vite que les gaz il va souvent s'arrêter avant et créer ainsi une réserve, le réservoir magmatique où il va s'accumuler jusqu'à ce que la pression des gaz soit suffisante pour l'entraîner vers la surface.

Le moteur des éruptions est donc les gaz.

 

2.5/ Composition du magma et type de volcan

Les études menées sur les divers volcans ont démontré que la teneur en silice du magma variait entre les 2 grands types de volcans. Les chercheurs ont pu montré que la teneur en silice faisait varier la viscosité du magma. Afin de mieux comprendre le rôle de la viscosité du magma dans les différents types d'éruptions volcaniques nous avons décidé de réaliser une expérience

Hypothèse : On suppose que la viscosité du magma est responsable des différents types de volcan

Expérience : On va utiliser de la purée pour modéliser le magma. On va donc créer une purée liquide et une purée solide. Pour représenter les gaz on va utiliser du bicarbonate de sodium auquel on va rajouter du vinaigre blanc (la réaction bicarbonate de sodium + vinaigre blanc provoque un fort dégagement de gaz carbonique). Puis on va placer ceci dans un tube en U et observer les réactions.

Résultats :

On observe qu'en fonction de la viscosité de la purée, elle ne s'échappe pas de la même manière du tube en U.

Interprétation : on sait que la viscosité va modifier le passage du gaz. Plus un liquide est visqueux, plus le gaz va avoir de la difficulté à le traverser. 

Conclusion : la viscosité est responsable des différents types d'éruptions volcaniques.

 

2.6/ Vie auprès du volcan et prévention des risques

Depuis toujours l'Homme c'est installé à proximité des volcans. Mais pourquoi s'installer dans des zones aussi dangereuses? C'est que ces zones présentes de nombreux avantages. Les bienfaits des volcans sont les suivants:

- Terre fertile

- Matériaux de construction abondant et de bonne qualité (la roche volcanique est un bon isolant)

- Possibilité de récupérer l'énergie des volcans (géothermie)

- Bienfait pour la santé (eaux thermales, pierre ponce, ...)

A l'inverse les risques sont faibles. A l'échelle humaine les volcans ont peu d'éruption et finalement le rapport bénéfice sur risque est largement en faveur du bénéfice. Toutefois quelques accidents tragiques et l'évolution des connaissances ont permis d'établir des mesures de prévention afin de limiter les accidents liés à une éruption volcanique. Les systèmes de prévention sont les suivants:

- Mise en place de cartes de risques (comme pour les avalanches)

- Système d'alerte (signaux sonores, radio, télé, etc...)

- Surveillance constante des volcans. L'éruption d'un volcan est prévisible donc les chercheurs vérifient l'activité sismique, la quantité, la température et la composition des gaz émis et pour les volcans explosifs il est aussi mesuré la pente du volcan. Toute modification d'un de ces facteurs et un signal de l'activité volcanique.

Les moyens modernes ont permis de limiter les risques des éruptions volcaniques.

 

L'émission c'est pas sorcier sur les volcans:

 

2.6/ Des volcans et des roches

Les volcans n'étant pas les mêmes on se doute que les roches à proximité ne sont pas les mêmes. On l'a dit en introduction la composition du magma n'est pas exactement la même entre les différents types de volcans, mais les différentes roches qu'on trouve à proximité d'un volcan ont des compositions quasi identique. Les principales différences proviennent de la structure cristalline de ces roches.

Le basalt : roche qu'on trouve essentiellement à proximité des volcans effusifs elle est issues d'un refroidissement lent du magma, ce qui permet la formation de gros cristaux. La roche est souvent dense et noire. Elle est compacte car la lave liquide a permis un dégazage rapide et il y a donc peu de gaz contenu dans la roche.

L'andésite : roche caractéristique des volcans explosifs. Elle est constituée de petit cristaux dut à un refroidissement rapide de la lave. La roche contient souvent de nombreuses cavité d'air (pierre ponce) car le gaz a été piégé dans la lave lors de son refroidissement brutal.

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