1. Plan du cours

I. Les éruptions volcaniques

A. Les éruptions effusives du type Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion)
et site internet.

Une lave fluide est émise par une fissure qui devient un cratère. Lorsqu'elle déborde, elle forme des coulées qui empruntent les vallées. La vitesse de déplacement et la longueur de la coulée dépendent principalement, de la pente et de la fluidité de la lave. La plupart des éruptions (75%) durent moins d'un mois. Les coulées refroidissent plus vite en surface alors que la lave continue de couler au-dessous : cela peut engendrer la formation d'une "peau plissée" en surface, on parle de lave cordée. Des fontaines de laves produisent les cônes de scories qui s'accumulent autour du cratère. Les scories résultent du refroidissement rapide des lambeaux de lave projetés. Un cône volcanique peut ainsi être formé d'une alternance de coulées refroidies et de strates de scories.

Fontaines de lave du Kilauea (HawaÏ) très riches en dioyde de soufre (photographie U.S. Geological Survey)

Autres éruptions

• Les érution effusives du volcan Tolbachik en juin 2013 au Kamchatka -Trés belle image satellitale - NASA

B. Les éruptions explosives du type Montagne Pelée (Martinique - Antilles) - Monserrat
Film CRDP Martinique. Carte des Antilles
La soufrière de Montserrat des images repères pour fixer les séquences du film.

La lave est très visqueuse et ne produit que peu ou pas de coulées. Elle construit une édifice nommé dôme. Les gaz et vapeurs accumulés dans le magma cherchant à s'échapper, la pression à l'intérieur de l'édifice augmente jusqu'à rupture : c'est l'explosion La quantité de matériaux projetés est impressionante. Vapeurs et gaz toxiques brûlants et à très haute pression Les blocs et cendres retombant sur des dizaines de kilomètres et sur des épaisseurs de plusieurs mètres Fines cendres projetées dans la haute atmosphère et pouvant rester en suspension plusieurs années. Les gaz transportant les cendres et blocs à des vitesses pouvant dépasser 100 km/h forment une nuée ardente qui descendent les flans du volcan ou retombent par la gravité. Les cendres fraîchement déposées et non compactées peuvent être déstabilisées par des émissions d'eau d'origine volcanique ou par de fortes pluies en climat tropical. Cela donnera des coulées de boues nommées lahars.

La Soufrière de Monserrat Une nuée ardente dévalant la vallée de cendres explosives

Autres éruptions

• Le souvenir d'une autre éruption monstrueuse : le volcan Katmai en Alaska du 6 au 8 juin 1912 - Earth Observatory
• Le Mont St. Helens (18 mai 1980) - Vue actuelle en 2015 - EarthObservatory

C. Ce qui caractérise une activité volcanique

• L'apparition d'un nouveau volcan ou la réactivation d'un volcan peuvent être soudaines. Il en est de même en ce qui concerne l'arrêt de cette activité (Piton de la Fournaise, 27 août 2003, une importante éruption se met en place qui s'arrête 4 jours plus tard). Une éruption est donc difficilement prévisible.
• Des productions (coulées, projections, édifices) qui viennent se superposer au sol et aux roches qui affleurent. Les productions volcaniques forment des dépôts toujours plus récents que ce qu'ils recouvrent ou enrobent.
• L'activité volcanique remodèle les paysages, en surface.
• L'activité volcanique est le résultat d'une activité interne du globe : formation de magma en profondeur.
• Le moteur de l'activité volcanique est en grande partie l'échappement des vapeurs et gaz emprisonnés dans le magma.
• Un hydrothermalisme fréquent constitué d'émissions de vapeurs, de gaz, d'eau chaude riche en éléments dissous.
• Tout comme pour les séismes, les effets de l'activité volcanique sont impressionnants et sont longtemps restés mystérieux. Ils ont donc un fort impact sur les populations mais se révèlent moins meurtriers que d'autres catastrophes.

II. Les roches volcaniques

Les différents types d'activité sont-ils identifiables au niveau des roches observées à l'échelle macro et microscopique des roches ?

A. Etude comparée de deux roches volcaniques
Fiche T.P.

1. Le basalte, roche volcanique caractéristique d'un volcanisme effusif
2. Le trachyte, roche volcanique caractéristique d'un volcanisme explosif

Observations de la roche	BASALTE (trapps de la région Afar)	TRACHYTE (Massif central)
• à l'œil nu	Roche sombre présentant des cristaux sombres dispersés, de très petite taille (comparée au granite). Des amas de cristaux blancs plus gros parsèment la roche. De fines cavités sont perceptibles (bulles).	Roche claire présentant des cristaux gris à peine discernables.
• à la loupe	La partie sombre de la roche qui ne brille pas est une pâte (un verre). Les cristaux sombres dispersés sont de l'olivine (vert sombre). Des amas de cristaux blancs sont de la calcite formée à posteriori par les flux hydrothermaux qui ont traversé la roche.	La partie claire de la roche qui ne brille pas est une pâte (un verre). Des cristaux gris sont mieux visibles mais l'observation au microscope confirmera leur présence.
• au microscope - lame mince en lumière polarisée et analysée. Dans les schémas ci-contre, le verre n'est pas représenté en noir mais en transparent.		Dans un trachyte, le verre est moins abondant que dans le basalte, les phénocristaux sont assez rares.
Compléments: la microscopie en lumière polarisée	En lumière polarisée et analysée : le feldspath se présente sous forme de cristaux allant du très clair au gris. l'olivine prend des couleurs vives contrastées (vert, jaune, bleu), le pyroxène présente des cristaux gris à brun rouille le verre ne déviant pas les rayons reste noir (éteint)

Minéralogie facile - minéraux au microscope polarisant. : Très bon logiciel d'entraînement indispensable pour reconnaître les minéraux et interpréter les lames minces :
http://www.ac-grenoble.fr/svt/SITE/prof/outils/mineralo/menuprincipal.htm
On peut télécharger les pages Web depuis la page d'accueil pour utilisation hors connexion
ATTENTION APRÈS TÉLÉCHARGEMENT ET DÉCOMPRESSION ! Noter que certaines images manquent (probablement en cours de réalisation) et que la page "Calcite" doit être sortie du répertoire "Images" pour être placée avec les autres pages HTML dans le répertoire principal "Mineralogie".

B. Ce qui caractérise les roches volcaniques
Bilan du T.P.

1. Les points communs. Les roches volcaniques sont constituées (attention, elles ne contiennent pas toujours tous ces éléments, elles ne peuvent être par exemple qu'un verre comme l'obsidienne ou certaines ponces) :
   • d'une pâte amorphe ou verre qui reste éteinte en lumière polarisante.
   • de microcristaux ou microlites nombreux dispersés dans le verre
   • de phénocristaux souvent visibles à l'œil nu ou à la loupe, dont les proportions sont variables.
   • Remarque : les microlites et les phénocristaux dévient la lumière polarisée et sont ainsi repérables en lumière analysée.
2. Ces roches d'origine magmatique, formées d'un verre contenant une majorité de microlites, sont dites microlitiques.
   • Remarque : certaines roches volcaniques comme l'obsidienne sont entièrement vitreuses.
3. Le basalte, roche volcanique caractéristique d'un volcanisme effusif :
   • est relativement riche en phénocristaux
   • est généralement constituée d'un verre sombre
4. Le trachyte, roche volcanique caractéristique d'un volcanisme explosif
   • est relativement pauvre en phénocristaux
   • est généralement constitué d'un quantité très importante de microlites baignant dans un verre assez clair (quoiqu'il existe des trachytes noirs).

III. Les volcans anciens ou comment identifier les manifestations volcaniques du passé.

La chaîne des Puys en Auvergne

Fiche T.P. Corrigé réalisé à partir de documents et d'un vidéogramme

Exemple de coulées fluides de type hawaïen (cheires ou "aa") comparables à celles des Puys de la Vache et Lassolas : http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/asal/6champla.html

IV. Du magma aux édifices et produits volcaniques

Les différents types d'activité sont-ils identifiables au niveau des roches observées à l'échelle macro et microscopique des roches ?

A. Les roches volcaniques présentent des proportions différentes de verre, de microlites et de phénocristaux
Fiche T.P 3. d'après une fiche de I. Huriot, http://www.ac-reims.fr/datice/SVT/docpedagacad/college/sciencterre/modelisat/cristalmagm/vanilline.htm
Correction d'après la travail des élèves de la classe (photographies prises en classe).

1) Quel(s) facteur(s) provoque(nt) la formation de cristaux dans le magma ?

Hypothèse formulée : c'est le processus de passage de l'état de fusion (lave) à l'état solide (roche) qui est responsable de la formation des cristaux. Expérimentation On chauffe la vanilline entre lame et lamelle. La vanilline est une substance qui entre en fusion à 80°C. On laisse refroidir sur la platine du microscope. L'observation microscopique, en continue de la lame de vanilline se refroidissant montre successivement un état vitreux (le champ reste éteint), l'apparition de cristaux de formes polygonales striées en rayons, qui dévient la lumière polarisée. Les cristaux sont de tailles très différentes, les tailles pouvant varier d'un coefficient supérieur à dix (IMAGE 1). Cette expérience confirme que c'est lors du refroidissement de la matière en fusion que se forment les cristaux. Des observations complémentaires : deux lames minces de basalte	IMAGE 1
Comparaison d’une lame mince de basalte de coulée effusive (séance précédente) et d’une lame mince de basalte de lave en coussins provenant des couches superficielles des coussins. Dans la lame mince de basalte en coussins, on remarque l'absence de phénocristaux. Les cristaux sont des microlites tous de même taille. 2) Quel(s) facteur(s) explique(nt) la variations de taille des cristaux dans un basalte ? Nouvelle hypothèse : la vitesse de refroidissement est responsable du fait qu'un basalte (en coussins) soit quasiment uniquement formé de microlites et qu'un autre basalte (coulées aériennes) contienne des microlites et des phénocristaux. Expérience à réaliser On utilise le même protocole expérimental que précédemment, mais au lieu de laisser refroidir la vanilline à température ambiante (20 à 25°C) sur la platine du microscope, la lame est placée aussitôt au congélateur (-18°C), pendant cinq minutes.	Travaux de Louise Charpy et Jessica Cuyvers IMAGE 2. Noter que l'échelle de cette image est différente de celle de l'image 1.
Les cristaux obtenus sont tous de plus petite taille que précédemment et surtout tous de taille presque identique (IMAGE 2).

3) Bilan

La formation des cristaux dépend de l'écart de température et de la vitesse du refroidissement de la matière en fusion.

B. Le magma acquiert ses propriétés dans la chambre magmatique

• Très souvent, le magma prend naissance dans un même milieu à l'intérieur du globe . Sa composition d'origine est donc probablement assez voisine. Pourtant la lave qui sort présente une grande diversité d'un volcan à l'autre mais aussi lors des éruptions successives d'un même volcan.
• Lors de son séjour dans la chambre magmatique, le magma subit une différenciation liée
  • aux conditions de pression et de température de la chambre,
  • aux apports pouvant provenir du milieu encaissant,
  • de la durée du séjour dans la chambre,
  • à présence d'eau devenant vapeur,
  • à libération sous forme de bulles des gaz dissous,
• Il en résulte une variété des laves émises d'un volcan à l'autre mais aussi lors des activités successives d'un même volcan.

• Le magma apparaît en profondeur, dans des conditions particulières qui correspondent à un déséquilibre par rapport aux conditions "normales" dans une région de l'intérieur du globe (les conditions seront étudiées dans les prochains chapitres). La formation de magma est donc un phénomène exceptionnel.
  • Le magma se présente probablement sous forme de "grosses gouttes" qui montent à travers les réseaux de fissures pour se rassembler dans un ou plusieurs chambres et réservoirs successifs.
  • Cette ascension est généralement lente jusqu'à la chambre magmatique principale.
  • Dans la chambre les gaz dissous sont libérés sous forme de bulles, l'eau si elle est présente (nappes traversées) devient vapeur. Ces gaz sont les moteurs de l'ascension finale : ils sont responsables des projections (à comparer aux gouttelettes de liquide projetées du goulot de la bouteille lorsqu'on ouvre brutalement une bouteille de soda préalablement agitée).

V. La répartition mondiale des volcans

Résultats du TP sous forme d'une animation (document de 350 Ko)

VI. Le volcanisme des dorsales océaniques

• Visiter l'ouverture d'un futur océan : le rift Asal-Ghoubbet à Djibouti. Cette région est exceptionnelle par le fait qu'un rift qui devrait déjà se situer sous le niveau de la mer se retrouve soulevé au-dessus du niveau de la mer, ce qui facilite son observation. Deux rifts sont présentés :
  • Un premier rift, celui du Qaid, dit 'avorté" car son ouverture s'est arrêté. Son plancher plat et les compartiments effondrés sont bien visibles.
    • http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/asal/2qaid.html
    • http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/asal/2qaidpl.html
  • Un deuxième rift celui d'Asal-Ghoubbet dont le plancher présente de nombreux édifices et coulées volcaniques basaltiques.
    • http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/asal/7brift.html
    • http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/asal/6ginbad4.html (avec vue sur le maar d'un volcan à éruption phréato-magmatique, en premier plan)