Les volcans

Le maître distribue alors à chaque élève une photocopie de la fiche 1, relatant l’histoire du dieu Vulcain. Après une phase de lecture individuelle, au cours de laquelle le maître s’est assuré que le vocabulaire ne pose pas de problème, les élèves sont répartis par binômes et doivent répondre à la question suivante : « à quoi vous font penser les colères de Vulcain ? Identifiez, dans le texte, les mots qui vous y font penser. »

L’enseignant demande à la classe de faire le point sur « les questions que l’on se pose au sujet des volcans ».

Exemple de questions : « Un volcan peut-il se réveiller ? Peut-on prévoir une éruption ? Comment un volcan se forme-t-il ? Y a-t-il des volcans sous l’eau ? » (etc. )
Ces questions sont notées sur une affiche collective, ainsi que dans les cahiers d’expériences.

Les élèves sont répartis en binôme, chaque binôme recevant, au choix, une photocopie de la fiche 2 ou de la fiche 3. Chaque fiche décrit deux éruptions « historiques », l’une éruptive, l’autre explosive (voir plus loin pour la signification de ces termes), l’une en France, l’autre à l’étranger.
Les éruptions étudiées sont :

fiche 2 :

- Kilauea (Hawaï : une éruption « effusive », continue depuis près de 30 ans… soit bien avant la naissance des élèves !)
- Montagne Pelée (Martinique : une éruption « explosive », meurtrière, en 1902)

fiche 3 :

- Le piton de la Fournaise (La Réunion : une éruption « effusive » a lieu presque tous les ans !)
- Le mont Saint Helens (États-Unis, une éruption « explosive », dévastatrice, en 1980)

1) Repérer collectivement les quatre volcans sur le planisphère de la classe.

2) Les élèves doivent ensuite surligner les mots qui décrivent l’éruption de chaque volcan. Le vocabulaire qui pose problème est expliqué collectivement (effusion, précurseur, nuée ardente, lahar…). En cas de difficulté, le maître peut les guider par des questions comme « Comment débute l’éruption ? Que s’échappe-t-il du volcan ? à quelle vitesse coule la lave ? Quelles sont les conséquences de l’éruption ? »

3) Enfin, l’enseignant donne la consigne suivante : « Chacun d’entre vous doit dessiner une des deux éruptions présentées sur votre fiche. Soyez le plus précis possible : on doit pouvoir reconnaître quelle est l’éruption que vous avez dessinée. N’hésitez pas à revenir sur le texte afin de retrouver les caractéristiques du volcan ou de l’éruption. Sur votre dessin, vous ajouterez une légende avec tous les mots que vous avez surlignés dans le texte. »

Objectif de forcer les élèves à être le plus précis possible. Dans le cas contraire, les élèves dessinent ce qu’ils savent (ou croient savoir) des volcans, sans aucun rapport avec ce qui est décrit dans le texte, et tous les dessins se ressemblent (alors que les éruptions décrites sont très différentes). Volontairement, on ne met pas de titre à ce dessin, car celui-ci est censé être assez précis pour qu’on puisse reconnaître de quelle éruption il s’agit.

La conclusion de la classe est élaborée collectivement (sous la dictée des élèves).

Un exemple de conclusion est : Il existe deux grandes catégories d’éruptions volcaniques, les effusives (volcans rouges) et les explosives (volcans gris), plus dangereuses. Noter la conclusion dans le cahier + coller le tableau
Le maître veille à ce que les différents termes utilisés par les élèves, ou présents sur les fiches documentaires, soient définis par la classe, collectivement. Quelques exemples de définition :
- Lave = roche en fusion qui sort à la surface
- Volcan = endroit à la surface de la Terre d’où sort parfois de la lave, lors d’une éruption (à ce stade, on ne cherche pas à connaître la structure d’un volcan : cône, chambre magmatique, etc. )
- Bombe = projectile rocheux (morceau de lave) éjecté par un volcan lors d’une éruption
- Cendre = poudre très fine de roche volcanique
- Nuée ardente = mélange de gaz brûlants, de cendres et de roches qui se déplace à grande vitesse
- Cratère = orifice situé au sommet ou sur les flancs du volcan, par lequel sort la lave et les projections

Ces définitions sont notées dans le cahier d’expériences.

Binômes + photocopie de la fiche 4 montrant des photos de volcans rouges ou gris, en éruption ou non.
A partir de ces photos, ils tentent de reconstruire une classification. Peuvent-ils reconnaître les rouges et les gris ?

Dégager des points communs.

Les deux photos de volcans en éruption sont facilement reconnaissables (d’un côté, un nuage de cendres et de poussières… de l’autre, une coulée de lave). On peut deviner la forme des volcans (pente raide pour le premier, douce pour le second) et extrapoler aux autres photos.
S’ils n’arrivent pas à faire ce lien spontanément, peuvent-ils trouver un autre critère de classement ? (par exemple : pente raide, pente douce)

Un volcan a une forme à peu près conique.

Cette forme dépend du type de ses éruptions : pourles volcans « rouges », le cône est très étalé et la pente est faible; pour les volcans « gris », le cône est moins étalé et la pente est raide, le cône est également plus accidenté.
De ce constat, on peut se poser deux questions :
- D’où vient cette forme en cône ?
- Qu’est-ce qui fait que certains cônes sont plus aplatis que d’autres ?

L’enseignant recueille les différentes hypothèses émises par les élèves. Par exemple :
- le volcan s’est formé à partir d’une montagne préexistante ou d’un amoncellement de pierres emportées par le vent ;
- le cône volcanique résulte d’une déformation du sol sous l’effet d’une poussée exercée vers le haut (confusion avec la formation d’une chaîne de montagnes) ;
- le cône volcanique s’est formé progressivement, par l’accumulation et le refroidissement des matières éjectées lors de l’éruption.

Il encourage les élèves à argumenter pour justifier leurs réponses, et prend à partie le reste de la classe (est-ce possible ? qu’en pensez-vous ? qui est d’accord ?).
La troisième hypothèse est la bonne, comme le montre la suite de cette séance.

L’histoire du Paricutín montre que le cône volcanique se forme par l’accumulation des pierres, laves et cendres rejetées par le volcan.
1) L’enseignant demande aux élèves d’imaginer une expérience permettant de vérifier que des matériaux éjectés forment un cône en retombant.
Plusieurs pistes sont proposées ; on cherche collectivement un matériau qui pourrait convenir (il faut qu’il soit solide, mais aussi qu’il puisse s’écouler). Rapidement, les élèves proposent du sable, du sucre, de la semoule (on se met d’accord sur la semoule, puisqu’on en dispose dans la classe)…

En général, les élèves proposent deux types d’expérience :
- dans la première, il suffit de lâcher la semoule d’une certaine hauteur et d’observer la forme obtenue : c’est un cône ;
- dans la seconde, il faut faire sortir la semoule « par en dessous » pour mieux représenter ce qui se passe dans un vrai volcan. Il suffit, pour cela, de souffler dans une paille pour éjecter la semoule. Ci-dessous, on décrit cette seconde expérience (la première n’est pas décrite, mais peut bien sûr être menée en classe !).

• Au cas où les élèves n’auraient pas d’idée, il suffit de leur présenter le matériel disponible : très rapidement, la seconde expérience est proposée.

L’histoire du Paricutín et la modélisation réalisée par les élèves montrent toutes deux qu’un cône volcanique se forme par l’accumulation des matériaux éjectés par le volcan.
Cette conclusion est rédigée collectivement, et notée dans les cahiers d’expériences. dessiner l'expérience
La modélisation effectuée avec la semoule permet de poser les questions suivantes :

« Dans la nature, comment ces matériaux sont-ils éjectés ? Qu’est-ce qui souffle ? ».
Par ailleurs, la typologie des volcans mise en évidence précédemment pose une autre question : comment expliquer que certains cônes sont très étalés, et d’autres pas ?
Ces deux questions vont guider les prochaines séances portant sur le rôle des gaz dissous dans le magma, et sur la viscosité de celui-ci. Elles sont donc écrites sur une affiche afin que l’on puisse s’y référer à nouveau plus tard.

Demander aux élèves, collectivement, s’ils peuvent imaginer une ou plusieurs expériences permettant de tester ces hypothèses. En cas de difficulté, il peut les guider de cette façon :

- 1ère hypothèse : en s’inspirant de la manip réalisée à la séance précédente, il leur montre un cône formé avec de la semoule, et leur demande si le cône sera plus pentu en rajoutant de la semoule. Il leur demande également comment faire pour mesurer cet angle (par exemple, on peut utiliser des « chapeaux chinois »). Cette expérience, très simple et très rapide, peut être menée collectivement, ou par groupes.
- 2nde hypothèse : il leur demande s’ils connaissent des liquides qui s’écoulent très facilement (comme l’eau par exemple), ou plus difficilement (comme le miel). Il leur demande ensuite de réfléchir à une expérience qui pourrait mettre en évidence le fait que certains liquides s’écoulent facilement, et d’autres non. Plusieurs manips sont possibles (voir plus bas).
Pour la seconde hypothèse, le maître leur présente plusieurs liquides de viscosités différentes (au moins : eau, shampoing, miel… auxquels on peut ajouter d’autres liquides comme : ketchup, huile, peinture, sirop, liquide vaisselle, lait concentré…) ainsi que certains de ces liquides mélangés à de la semoule.

Il leur demande de les classer selon la facilité avec laquelle ils coulent. Ce classement est noté dans le cahier d’expériences, et sera confronté aux résultats, en fin de séance.

Chaque groupe désigne un rapporteur qui vient présenter son expérience à la classe entière, ainsi que les résultats obtenus.
1) La première expérience (cône de semoule) montre que l’angle d’un tas ne dépend pas de la quantité de grains. De la même manière, ça n’est pas la quantité de lave qui explique la forme des cônes volcaniques
2) L’expérience du plan incliné montre que certains liquides coulent moins vite que d’autres : on dit qu’ils sont visqueux quand ils s’écoulent lentement. Le miel est plus visqueux que le shampoing, lui-même plus visqueux que l’eau. En ajoutant de la semoule au miel ou au shampoing, on augmente encore la viscosité.
3) L’expérience du plan horizontal montre que les liquides les plus visqueux sont également ceux qui s’étalent le moins. On remarque que les liquides peu étalés forment un édifice plus haut que ceux qui se sont étalés.
4) L’expérience du plan horizontal et de la seringue montre que les liquides plus visqueux donnent naissance à un cône plus pentu.

L’enseignant veille à ce que le parallèle soit fait avec les pentes du volcan : les volcans explosifs (gris) émettent une lave plus visqueuse que les volcans effusifs (rouges).

Il existe un moyen de faire beaucoup plus de bulles avec du vinaigre et du bicarbonate de sodium.

Il prépare une expérience avec :
- un gobelet ou un verre transparent, rempli (à 1/4 environ) par du vinaigre ;
- une coupelle avec 1 cuillère à soupe de bicarbonate de sodium.

L’expérience est réalisée collectivement (il s’agit plus d’une démonstration que d’une expérience) : lorsqu’on verse le bicarbonate de sodium dans le verre, les élèves observent

Ce qui se passe : fort dégazage (on entend l’effervescence), formation de grosses bulles…

Après un premier essai, les élèves sont interrogés sur le type d’éruption représentée ; ils parlent d’éruption effusive.

Que faudrait-il pour  la rendre explosive ? « Il faudrait plus de gaz », « plus de pression ».
L’expérience est alors renouvelée en ajoutant plus de vinaigre, plus de bicarbonate ajouter le couvercle si on veut

Chacun écrit un compte rendu sur son cahier d’expériences, ainsi que la conclusion élaborée ensemble : « C’est le gaz contenu dans le magma qui le fait sortir. »

Le maître demande ensuite aux élèves d’utiliser ce qu’ils ont appris pour concevoir une maquette de volcan. Les élèves travaillent par groupes, et dessinent leur maquette dans leur cahier d’expériences.

Il faut d’abord préparer la lave : seul le vinaigre doit être ajouté à la fin.
On mélange 50 ml d’eau tiède à 50 g de bicarbonate de soude. On ajoute quelques gouttes de colorant rouge, ainsi que 30 ml de liquide vaisselle, et on mélange légèrement (sans faire mousser).
A l’aide de l’entonnoir, on verse ce mélange dans le volcan. Quand tout est prêt, on verse 100 ml de vinaigre dans le volcan : l’éruption commence !

L’enseignant compile les différents schémas au tableau, et demande aux élèves de les comparer (points communs et différences). Cette comparaison permet de mettre en évidence les éléments qui doivent être présents sur un schéma de volcan (cf. ci-après).

Les élèves remplissent la fiche élève 1 avec les "bonnes informations".

Définition : Le magma roche en fusion et de gaz (à ajouter)