41-07 - SVT Dijon

TITRE : VOLCANS EXPLOSIFS / EFFUSIFS FICHE PROFESSEUR ème

classe :4 durée : 1 heure la situation-problème Guillain, un élève passionné de géologie, a récemment vu à la télévision un documentaire sur l’éruption du Mont Pelé le 8 mai 1902 qui détruisit la ville de Saint Pierre, alors préfecture de la Martinique. Surpris devant les dégâts provoqués par l’éruption volcanique, il demande à Edwina ce qui est responsable d’éruptions violentes pour certains volcans (= volcans explosifs), alors que dans d’autres cas, les éruptions se manifestent par des coulées de lave beaucoup moins violentes (= volcans effusifs). Edwina lui répond que la différence principale entre les deux types d’éruptions volcaniques est à rechercher dans le comportement différent du magma vis-à-vis des gaz qui assurent sa remontée vers la surface…

le(s) support(s) de travail Un tube en U contenant du ketchup, un tube en U contenant du ketchup et de la purée (tubes déjà préparés), eau du robinet, deux moitiés d’un cachet effervescent, compte-gouttes, deux bouchons (à maintenir en place). Document 2 : Texte sur la qualité des magmas. Photographies et schémas interprétatifs d’éruptions effusive et explosive. le(s) consigne(s) donnée(s) à l’élève A l’aide des documents et du matériel disponibles sur votre paillasse, aider Edwina à montrer quelle caractéristique du magma permet d’expliquer les deux types d’éruptions volcaniques vues en cours. Pour cela, Edwina doit utiliser une démarche expérimentale. Proposer une démonstration qui s’inscrive dans une démarche expérimentale. Celle-ci doit comporter une manipulation et un schéma récapitulatif permettant à Edwina d’expliquer que certaines éruptions volcaniques sont effusives et d’autres sont explosives.

dans la grille de référence les domaines scientifiques de connaissances • L’univers et la Terre : La planète Terre présente une structure et des phénomènes de dynamique interne

Pratiquer une démarche scientifique ou technologique

les capacités à évaluer en situation

les indicateurs de réussite

• Observer, rechercher et organiser les informations.

Extraire des informations d’un texte, d’une expérience.

• Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes.

Réalisation d’un schéma.

• Raisonner, argumenter, démontrer.

Proposer une démarche expérimentale de résolution.

Toutes les informations utiles sont extraites des documents (texte, photographies, schémas), en accord avec le sujet. Pas de hors-sujet. Les informations sont exactes. Le schéma représente fidèlement (exactitude) les expériences, il indique la totalité des étapes (pertinence). Il est correctement légendé et titré Le problème soulevé par Edwina est extrait et correctement rédigé. L’hypothèse est en relation avec le problème posé et correctement rédigée. Le protocole proposé est en lien avec l’hypothèse testée (pertinence). L’expérience proposée permet de mettre à l’épreuve l’hypothèse (témoin et test) Des résultats observables sont

Proposer une expérience.

Exploiter les résultats

Pratiquer une démarche scientifique ou technologique

les capacités à évaluer en situation

Proposer une démarche expérimentale (suite et fin). • Communiquer à l’aide de langages ou d’outils scientifiques ou technologiques.

Expliquer à l’écrit les étapes d’une démarche.

dans le programme de la classe visée les connaissances

les indicateurs de réussite obtenus (efficacité). Les résultats sont correctement exploités (exactitude). Validation ou non de l’hypothèse. La conclusion est correctement rédigée. Organisation des données dans un ordre logique, celui de la démarche expérimentale. Présentation de l’observation des documents. Présentation de l’expérience réalisée sous forme d’un schéma. Démarche correctement rédigée (grammaire, orthographe, écriture, soin…).

les capacités

Le volcanisme est l'arrivée en surface de magma et se manifeste par deux grands types d’éruptions.

Formuler des hypothèses sur les causes des éruptions volcaniques différentes.

Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz. Les matériaux émis constituent l’édifice volcanique.

Participer à la conception d’un protocole et le mettre en œuvre avec le matériel mis à disposition. Valider ou invalider les hypothèses formulées. Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour expliquer les éruptions volcaniques différentes à partir d’observations et d’expériences.

les aides ou "coups de pouce" aides à la démarche de résolution : Pour aider Edwina vous devez : Mettre en relation les informations tirées du texte avec les consignes. (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 2 = niveau confirmé). Mettre en relation les informations tirées du texte avec le matériel mis à disposition : repérer le seul paramètre à tester (seule différence entre les deux expériences). (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau expert). Présenter les différentes étapes d’une démarche expérimentale (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau expert). Proposer un protocole expérimentale (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 3 = niveau expert). Effectuer un geste technique : réaliser une expérience. (Si vous y arrivez sans aide : Niveau 2 = niveau confirmé).

apports de savoir-faire : Si vous ne parvenez pas à trouver les informations utiles du texte, vous pouvez utiliser « l’Aide à la lecture du texte » (Niveau 1 = niveau débutant). Pour adopter une démarche expérimentale (Niveau 2 = niveau confirmé), vous pouvez utiliser la fiche méthode « Démarche expérimentale ». ! Etapes précises de la démarche expérimentale si l’élève n’y parvient toujours pas (Niveau 1 = niveau débutant), vous pouvez utiliser la fiche « La démarche expérimentale à utiliser pour aider Edwina ». Pour rédiger le problème, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la rédaction du problème ». Pour rédiger l’hypothèse, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la rédaction de l’hypothèse ». Pour proposer un protocole expérimental (Niveau 2 = niveau confirmé), penser à réaliser deux expériences (un témoin et un test). Les deux ne diffèrent l’une de l’autre que par un seul facteur.

!Si vous ne voyez vraiment pas comment rédiger votre protocole expérimental (Niveau 1 = niveau débutant), vous pouvez utiliser la fiche d’aide : « Protocole des expériences ». Il faudra tout de même réaliser le schéma et y rajouter les résultats. Pour effectuer correctement un geste technique, vous pouvez utiliser la fiche « Aide à la réalisation d’une expérience »

apports de connaissances : On observe deux types d’éruptions volcaniques à la surface de la Terre : les éruptions effusives et les éruptions explosives. Le moteur de l’ascension du magma des profondeurs de la Terre vers la surface est le gaz contenu dans le magma, qui, en remontant vers la surface, entraine avec lui le magma.

les réponses attendues Problème soulevé par Edwina : Comment expliquer que certaines éruptions volcaniques soient explosives et d’autres soient effusives ? Hypothèse explicative tirée du texte : le type d’éruption d’un volcan dépend de la viscosité du magma qui remonte vers la surface : plus le magma est fluide, plus l’éruption sera effusive, plus le magma est visqueux, plus le gaz remontera difficilement vers la surface, entrainant une augmentation de la pression et une éventuelle explosion. Pour montrer que cette hypothèse est vraie, on se propose de réaliser les expériences suivantes :

Expérience témoin

Expérience test

Ketchup

Mélange purée et (même quantité)

ketchup

Seul paramètre différent = présence de purée conférant une forte viscosité

Schémas présentant les expériences réalisées pour montrer l’influence de la viscosité du magma dans le type d’éruption volcanique

Eau du robinet avec moitié de cachet effervescent (même quantité)

Expérience témoin Ketchup Le ketchup sort du tube en U en coulant le long de la paroi (= volcan effusif)

Expérience test Mélange purée et ketchup (même quantité) Le mélange purée ketchup sort du tube en U, sous forme d’une « aiguille » ou de « dôme » (= volcan explosif)

Eau du robinet avec moitié de cachet effervescent (même quantité) Résultats : Expérience 1 (=témoin) : Avec le ketchup seul, les gaz libérés par la moitié de cachet effervescent provoquent un écoulement du ketchup le long de la paroi du tube en U. La sortie du ketchup est « effusive ». Expérience 2 (=test) Avec le ketchup et la purée, les gaz libérés par la moitié de cachet effervescent provoquent une sortie « en aiguille » du mélange. La sortie du mélange est « explosive », comme pour l’éruption du Mont Pelé en 1902. Le seul facteur différent entre ces deux expérience est la présence de la purée plus visqueuse dans l’expérience 2, c’est donc la viscosité du magma qui est responsable du type d’éruption volcanique : l’hypothèse est validée. Conclusion : On déduit de notre manipulation, que le magma visqueux provoque des éruptions explosives, et un magma plus fluide provoque des éruptions effusives lors de la remontée du magma vers la surface de la Terre.

Photographie de O¶éruption GHO¶(WQD(=volcan effusif)

Photographie de « O¶DLJXLOOHGHODYH » sortant du FUDWqUHSUpFpGDQWO¶pUXSWLRQGX0RQW3HOp (=volcan explosif VRXVO¶HIIHWGHO¶DXJPHQWDWLRQGHOD SUHVVLRQGHVJD]O¶DLJXLOOHGHODYHTXLVHFRPSRUWHFRPPH XQERXFKRQDSURYRTXpO¶H[SORVLRQG¶XQHSDUWLHGXYROFDQ

6FKpPDLQWHUSUpWDWLIG¶XQHpUXSWLRQHIIXVLYH

6FKpPDLQWHUSUpWDWLIG¶XQHéruption explosive

8QH pUXSWLRQ YROFDQLTXH FRUUHVSRQG j O¶DUULYpH HQ VXUIDFH GH PDJPD &RPPH OH FRPSULW O¶DEEp Spallanzani (1729-1799) à la fin du XVIIIème siècle, la différence entre les types d'éruption (et donc entre les différents édifices volcaniques qui en résultent) provient de la différence entre les types de magmas et plus précisément de leur viscosité*. La viscosité d'un magma est liée à sa teneur en SiO2. On distingue des magmas hyper siliceux (SiO2 / 75%) très visqueux et des magmas hypo siliceux (SiO2 / 50%) fluides. - si un magma est fluide, le gaz s'échappe facilement et le magma remonte tranquillement pour couler le long du volcan. /¶pUXSWLRQSUHQGXQFDUDFWqUHeffusif : il se forme des fontaines de lave ; - si un magma est visqueux, le gaz va rester emprisonné et va s'accumuler ce qui provoque une augmentation de la pression et des éruptions plus violentes. La lave émise est alors visqueuse. *Viscosité pWDWG¶XQOLTXLGHGRQWO¶pFRXOHPHQWHVWSOXVRXPRLQVGLIILFLOH$GM : visqueux.

Document 2 : H[SOLFDWLRQKLVWRULTXHGHODGLIIpUHQFHGHVGHX[W\SHVG¶pUXSWLRQYROFDQLTXH