Séquence 1 : Volcans

Cette séquence commence par un peu d’étymologie, puis par quelques études documentaires (éruptions passées) débouchant sur une classification des grands types de volcans (rouges / gris). Suivent quelques séances expérimentales destinées à comprendre d’où vient la forme des volcans, quel est le « moteur » d’une éruption, et en quoi les volcans rouges et gris diffèrent (rôle de la viscosité de la lave, rôle des gaz), jusqu’à arriver à une maquette fonctionnelle. L’étude de la localisation des volcans permet de faire le lien avec les plaques tectoniques. Deux séances (sur la durée des éruptions et l’intervalle entre deux éruptions) permettent de s’initier aux notions de base de la statistique. Enfin, la séquence se termine par l’évocation des conduites à tenir pour se protéger du risque volcanique.

Sommaire détaillé :

 


Séance 1-1 : L’histoire du dieu Vulcain

durée

45 min

matériel

Pour chaque élève :
- photocopie de la fiche 1

objectifs

- Savoir que le mot « volcan » vient du nom du dieu Vulcain
- Recueillir les représentations des élèves sur les volcans

compétences

- Repérer dans un texte les informations explicites
- Inférer des informations nouvelles (implicites)

dominante

- Français

Question initiale

L’enseignant demande aux élèves, collectivement, ce qu’est la mythologie, dans le but d’en trouver une définition. Les réponses attendues sont du type « Ce sont des histoires, des légendes, ça parle des dieux… ». Il peut guider la recherche en les questionnant : « Qu’est-ce qu’une légende ? Quand ces histoires ont-elles été écrites ? Pourquoi les a-t-on écrites ? »…
Cette discussion aboutit à une définition collective, qui peut être, par exemple : La mythologie regroupe des légendes écrites par les Grecs et les Romains au cours de l’Antiquité. Ils ont inventé ces histoires pour expliquer leurs croyances et certains phénomènes qu’ils ne comprenaient pas.
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. »

Mise en commun

L’enseignant organise une mise en commun au cours de laquelle les volcans sont évoqués. Il demande alors à la classe d’expliquer quelles sont les différences entre ce que savaient les Romains et ce que l’on sait aujourd’hui des volcans. En cas de difficulté, il peut leur demander à quoi ils pensent quand on parle de volcan.
Il ne s’agit pas forcément d’utiliser les mots écrits dans le texte de la fiche 1, mais de s’exprimer avec spontanéité.
Les réponses sont recueillies au tableau (éruption, catastrophe, destruction, lave, magma, montagne, endormi…), en prenant soin de discuter chaque mot de façon à en identifier les différents sens possibles (on cherche ici à relever les définitions des élèves, pas à établir une définition de la classe). Les désaccords sont pointés (par exemple sur une affiche) et seront résolus plus tard.
L’enseignant encourage un travail oral autour des mots de la même famille que Vulcain (volcan,volcanologie, vulcanologie...).


Classe de CE2/CM1 de Kévin Faix (Le Kremlin-Bicêtre)

Note scientifique
Les termes « volcanologue » et « vulcanologue » sont souvent considérés, à tort, comme synonymes. Si le premier est un scientifique qui étudie les volcans, le second est un ingénieur qui fabrique des pneumatiques ! La vulcanisation est en effet un procédé chimique qui consiste à injecter du soufre à l’intérieur du caoutchouc, permettant ainsi d’améliorer l’élasticité du matériau. La trace écrite précédente peut alors être complétée par un texte du type : Lorsqu’ils assistaient à une éruption volcanique, les Romains avaient très peur. Comme ils ne comprenaient pas ce phénomène, ils l’attribuaient à un dieu : Vulcain. Aujourd’hui, les volcanologues étudient les volcans, on en sait davantage sur ce phénomène et on n’a plus besoin de recourir à la colère des dieux pour l’expliquer.

Conclusion

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.


Classe de CE2/CM1 de Magaly Collee et Anne Clémenson (Chambéry)

Prolongement
Cette séance peut être prolongée par un travail en arts plastiques, par exemple en proposant aux élèves d’illustrer l’histoire de Vulcain, avec des consignes ouvertes comme « représente la chaleur du volcan », « représente la colère du dieu Vulcain » (travailler sur les matières, les couleurs, les expressions)…

 


Séance 1-2 : Qu’est-ce qu’une éruption volcanique ?

durée

1 h 15

matériel

Pour chaque binôme :
- une photocopie, au choix, de la fiche 2 ou de la fiche 3

objectifs


- Savoir qu’un volcan est un point à la surface du globe, ou sous les océans, duquel sort de la lave lors d’une éruption
- Savoir qu’il existe deux catégories d’éruptions volcaniques, les éruptions effusives (volcans « rouges »), calmes et relativement peu dangereuses, et les éruptions explosives, violentes et dangereuses (volcans « gris »)

compétences


- Repérer dans un texte les informations explicites
- Inférer des informations nouvelles (implicites)

dominante

Sciences

lexique

Lave, volcan, bombe, cendre, nuée ardente, cratère, explosif, effusif

Question initiale

L’enseignant reprend l’affiche réalisée lors de la précédente séance et annonce qu’au fil des prochaines séances la classe va étudier ce qu’est un volcan.

 

Recherche (étude documentaire)

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 :

- 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)

- 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)

Dans un premier temps, on repère collectivement les quatre volcans sur le planisphère de la classe. 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 ? » 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. »


Classe de CM1 de Michel Fautrel (Livry-Gargan)

Note pédagogique
Cette consigne a pour 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.

 

Mise en commun

Les dessins sont affichés au tableau et regroupés (on place côte à côte les dessins des mêmes éruptions). Afin de vérifier la fidélité des dessins aux textes, on commence par relire chaque texte et par écrire au tableau les caractéristiques visibles de chaque éruption (ce qu’on doit voir sur chaque dessin).

Piton de la Fournaise

Mont Saint Helens

Kilauea

Montagne Pelée

- Fissures au sommet et à basse altitude
- Fontaines de lave(jets de lave)
- Coulées de lave (lave liquide)

- Colonne de fumée
- Explosion de cendres et de vapeur
- Nuage de cendre
- Avalanche rocheuse
- Pentes abruptes
- Nuée ardente
- Coulée de boue

- Fissures
- Lave très liquide
- Fontaines de lave
- Lac de lave
- Effusion continue de lave
- Pentes douces

- Fumeroles et fumée noire
- Cendres
- Explosions : projection de bombes
- Nuée ardente

Tableau réalisé dans la classe de CM2 de Christine Blaisot (Le Mesnil-Esnard)

La classe évalue chaque dessin en tenant compte de la forme du volcan, la présence ou l’absence de lave liquide, de cendre, de projection de roches…
Cette analyse permet de faire des regroupements. On constate qu’on peut définir deux groupes :
- 1er groupe : éruptions peu violentes, dites rouges ou effusives (essentiellement de la lave qui coule) : Kilauea et piton de la Fournaise ;
- 2e groupe : éruptions violentes, dites grises ou explosives (des projectiles, cendres, poussières, nuées ardentes…) : montagne Pelée et mont Saint Helens.

Le tableau peut alors être complété par tous les éléments qui avaient été ignorés car non visibles (gaz toxiques, petits tremblements de terre…).

 

Conclusion - traces écrites

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.
Cette conclusion est ensuite notée dans le cahier d’expériences, tout comme le tableau réalisé lors de la mise en commun.
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.

Prolongement multimédia
La première animation multimédia créée pour ce projet s’intitule« Vivre avec le risque ». Il s’agit d’un film d’animation racontant l’histoire des catastrophes naturelles passées, et les moyens qu’ont trouvés les hommes pour s’en protéger.

 

 


Séance 1-3 : Classons les volcans du monde

durée

30 min

matériel

Pour chaque élève :
- une photocopie de la fiche 4, si possible en couleurs

Pour la classe :
- une version agrandie (ou une vidéoprojection) de cette fiche 4

objectifs

- Revenir sur la classification des volcans rouges / gris
- Savoir qu’un volcan a une forme à peu près conique et que ce cône est très étalé(pente faible) chez les volcans rouges, et plus pentu et accidenté chez les volcans gris

compétences

- Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner
- Mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents

dominante

Sciences

Note pédagogique
Cette séance peut être vue comme une séance de consolidation, voire d’évaluation formative : on reprend la classification établie précédemment, et on l’applique à des volcans, en éruption ou non, afin de vérifier si elle est bien maîtrisée par les élèves. Par ailleurs, cette séance met en évidence le lien entre la forme d’un volcan et le type de ses éruptions. Ce lien sera exploré plus en détail ensuite.

 

Question initiale

La séance commence par un rappel de la classification établie précédemment : il y a deux types d’éruptions : les effusives et les explosives… ou, dit autrement, il y a deux types de volcans, les rouges et les gris.

Notes scientifiques
- La classification en deux types de volcans (rouges / gris) est simplifiée à l’extrême, mais nous semble cependant préférable pour cette séance et les suivantes, car elle est facilement interprétable par les élèves, notamment à travers les activités expérimentales qui vont suivre cette séance. Une classification plus fine (en cinq types : hawaïen, strombolien, vulcanien, péléen, plinien) est abordée dans l’animation multimédia « Les volcans » que nous avons développée avec Universcience pour ce projet.
- Par ailleurs, certains volcans peuvent évoluer sur le long terme et passer progressivement du type« rouge » au type « gris ». Ceci peut éventuellement être mentionné aux élèves afin de nuancer la classification élaborée, mais ne doit pas faire l’objet d’une étude spécifique.

L’enseignant demande aux élèves : « D’après-vous, à quoi ressemble un volcan rouge, et à quoi ressemble un volcan gris ? »
Il s’agit cette fois de décrire, non pas l’éruption, mais la forme du volcan « au repos ». Cette discussion est menée collectivement, les élèves ayant peu d’indices leur permettant de répondre avec précision. Quelques indices peuvent être trouvés dans le descriptif de leurs éruptions (voir la séance précédente) : pentes douces ou abruptes, montagne décapitée…

 

Recherche (étude documentaire)

Les élèves sont répartis par binômes et reçoivent une 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 ?
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)

 

Mise en commun

Lors de la mise en commun, différents groupes viennent exposer leur classification. Elle permet de se rendre compte que les caractéristiques morphologiques d’un volcan
« trahissent » le type de ses éruptions. Un volcan rouge aura une forme conique à très faible pente, tandis qu’un volcan gris aura une pente plus importante, et portera la marque d’explosions (effondrements).
Ci dessous, le « corrigé », avec le nom et le type de chaque volcan. On remarque qu’un même volcan est présenté deux fois, une fois en éruption, une fois au repos (Mayon). Cette redondance permet de s’assurer que l’éruption explosive correspond à une pente abrupte.


 

Notes pédagogiques
- Des agrandissements ou une vidéoprojection de la fiche 4, en couleurs, facilite grandement cette mise en commun
- Les photos de volcan peuvent également être comparées aux dessins produits par les élèves à la séance précédente.

 

Conclusion

Un volcan a une forme à peu près conique. Cette forme dépend du type de ses éruptions : pour les 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 ?

Note scientifique :
La faible pente d’un volcan rouge est due à une lave très fluide, qui s’écoule facilement, tandis que la pente plus marquée d’un volcan gris est due à une lave plus visqueuse, qui s’écoule moins facilement. La viscosité et son influence sur la forme des volcans, ainsi que l’origine de la forme conique seront étudiées dans les séances suivantes.

 


Séance 1-4 : L’origine du cône volcanique

durée

1 h 30

matériel

Pour chaque groupe :
- une paille coudée ou un tuyau flexible
- un récipient cylindrique (gobelet, pot à yaourt…)
- un carton
- de la semoule fine
- une vrille (pour percer le récipient) Pour chaque élève :
- une photocopie de la fiche 5

objectifs

- Comprendre l’origine du cône volcanique (accumulation de matériaux émis lors des éruptions)

compétences

- Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter
- Exprimer et exploiter les résultats d’une recherche en utilisant le vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral
- Inférer des informations nouvelles (implicites)

dominante

Sciences

 

Question initiale

L’enseignant revient sur la question évoquée à la fin de la séance précédente : « On a vu qu’un volcan avait une forme de cône plus ou moins aplati : comment se forme ce cône ? »
Les élèves travaillent individuellement, et notent leurs idées dans leur cahier d’expériences.

 

Mise en commun

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.

 

Recherche (étude documentaire)

Chaque élève reçoit une photocopie de la fiche 5, qui décrit la formation du volcan Paricutín (1943, Mexique). Ce texte raconte comment un fermier mexicain a vu naître un volcan sur ses terres, avec d’abord quelques fumeroles, puis des éjections de cendres et de pierres. C’est l’un des seuls volcans du monde dont on a pu suivre en direct la formation.
Les élèves lisent ce texte et y cherchent des indices permettant de répondre à la question posée en début de séance (« Comment se forme le cône volcanique ? »).

 

Mise en commun

L’histoire du Paricutín montre que le cône volcanique se forme par l’accumulation des pierres, laves et cendres rejetées par le volcan.
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.

 

Modélisation (par groupe)

Le récipient est percé afin d’y introduire la paille. Attention ! il faut le percer « sur le côté, vers le bas », mais pas « en dessous », car sinon la paille se bouche.
Un trou est réalisé sur le carton posé dessus (diamètre : 1 cm). Le pot est rempli de semoule fine, à ras bord ou presque. En soufflant dans la paille, on fait sortir la semoule par le trou du couvercle. En retombant sur le carton, la semoule forme un édifice conique (avec, au centre, un « cratère »).


Classe de CM1-CM2 de Virginie Ligère (Antony)

Note pédagogique
Une vidéo de cette expérience est disponible ici. L’enseignant veille à ce que les élèves fassent bien le lien entre le modèle et la réalité telle qu’elle a été décrite dans le document (fiche 5, formation du Paricutín) : la semoule représente les cendres, les poussières et les roches éjectées par le volcan, le gobelet représente la cheminée du volcan…

 

Conclusion

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 conclusionest rédigée collectivement, et notée dans les cahiers d’expériences.
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.

 

Prolongement

Pour certains élèves, le fait d’utiliser de la semoule dans l’expérimentation peut poser problème (ils pensent à la lave, liquide). On peut alors proposer une autre expérience, très parlante (et qui plaît beaucoup !) : fabriquer un volcan en chocolat.
L’introduction de cette expérience est très simple, il suffit de demander aux élèves quel matériau, qu’ils connaissent bien, est liquide quand il est chaud et devient solide en refroidissant. Le chocolat est proposé immédiatement.
L’expérience peut être menée collectivement, en utilisant une poche ou un sac en plastique qu’on presse pour faire monter le chocolat « par en dessous » (plutôt que le faire couler en le versant par le dessus). Avant de réaliser une coulée, il est nécessaire de laisser refroidir la coulée précédente (1 heure au réfrigérateur). Il est tout à fait envisageable d’effectuer la manipulation en laissant refroidir les coulées à température ambiante ; il suffit alors de l’étaler sur deux journées.
On peut faire varier la viscosité du chocolat en lui ajoutant plus ou moins d’eau. Il faut compter sur une tablette de chocolat par coulée.


Classe de CM1-CM2 de Virginie Ligère(Antony)

Cette expérience permet non seulement de modéliser la formation d’un volcan par superposition de coulées successives, mais également d’approcher la notion de viscosité (cf. séance suivante). Elle modélise très bien la solidification de la lave. En revanche, elle ne permet pas d’évoquer le rôle des gaz, contrairement à la précédente (où l’on souffle dans la paille). Cette expérience avec le chocolat peut donc s’ajouter à la première, mais pas la remplacer. à la place du chocolat, on peut aussi utiliser de la paraffine.

 


Séance 1-5 : Forme du volcan et viscosité du magma

durée

1 h 30

matériel

Pour chaque groupe :
- les liquides suivants : eau, shampoing, miel
- ces mêmes liquides mélangés à de la semoule
- d’autres liquides éventuellement (cf. le déroulement de la séance)
- une planche en mélaminé, éventuellement percée pour certains groupes

Pour certains groupes (cf. le déroulement de la séance) :
- un chronomètre
- une grosse seringue

objectifs

- Comprendre que la différence de forme des volcans rouges et gris s’explique par une différence dans la viscosité de la lave (les volcans rouges émettent une lave moins visqueuse que les volcans gris)
- Savoir qu’il existe des liquides plus ou moins visqueux (c. -à-d. qui s’écoulent plus ou moins facilement)

compétences

- Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter
- Exprimer et exploiter les résultats d’une recherche en utilisant le vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral

dominante

Sciences

lexique

Viscosité

 

Question initiale

L’enseignant fait un bilan provisoire : « Nous comprenons l’origine de la forme conique du volcan. Parmi les questions que l’on s’était posées, il y a : pourquoi certains cônes sont plus pentus que d’autres ? ». Cette question est posée collectivement, et donne lieu à une discussion de toute la classe. Les idées qui émergent le plus souvent sont :
- Plus le volcan émet une grande quantité de lave, plus son cône est pentu.
- Plus la lave coule sur une grande distance, plus le cône est étalé (moins il est pentu).

Il demande 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.

 

Recherche (expérimentation)

Les élèves sont répartis en petits groupes. Chaque groupe réalise une expérience permettant de tester l’une ou l’autre des hypothèses évoquées.
La première hypothèse donne lieu à une expérience très rapide à réaliser, qui permet de constater que l’angle du cône reste toujours le même, quelle que soit la quantité de semoule utilisée. La conclusion est alors que la pente du volcan ne dépend pas de la quantité de lave émise.
La seconde hypothèse peut donner lieu à plusieurs expériences différentes (qui peuvent être réalisées successivement ou dans des groupes distincts) :


Classe de CE2/CM1 de Magaly Collee et Anne Clémenson (Chambéry)

- Dans l’une, on verse un peu de liquide en haut d’un plan légèrement incliné (30° par exemple), et on mesure la distance parcourue par ce liquide en un temps donné (5 secondes par exemple). Cette expérience n’est pas toujours très concluante, car certains liquides s’étalent sur la planche mais ne coulent pas véritablement. Néanmoins, elle est systématiquement proposée par les enfants et mérite d’être testée.


Classe de CE2/CM1 de Kévin Faix(Le Kremlin-Bicêtre)

- Dans une autre expérience (qui donne de meilleurs résultats), on verse une quantité (fixe) de liquide sur une surface horizontale, et on observe l’étalement de ce liquide sur la surface : quel est celui qui s’étale le plus ?


Classe de CE2/CM1 de Magaly Collee et Anne Clémenson (Chambéry)

- Dans une autre, enfin, on modélise la formation d’un volcan en injectant par le bas un liquide à travers une surface horizontale (percée). C’est l’équivalent de la manip de la séance précédente, mais en remplaçant la semoule par le liquide étudié. Le liquide est « poussé » vers le haut par une seringue. Suivant le liquide employé, on va former un cône plus ou moins étalé. Cette expérience est sans doute celle qui donne les meilleurs résultats, et qui a l’avantage de permettre une conclusion immédiate, grâce à sa ressemblance avec un vrai volcan.

 


Classe de CE2/CM1 de Kévin Faix(Le Kremlin-Bicêtre)

Note pédagogique
Comme dans toute expérience, il faut ici ne faire varier qu’un seul paramètre (la nature du liquide), tous les autres étant identiques, en particulier la quantité du liquide versé. On gagnera un temps considérable au cours de cette séance si l’on a préparé à l’avance des petites « fioles » de même quantité pour les différents liquides étudiés, et ce pour chaque groupe.


Note scientifique
Il est important de prendre des matériaux non poreux en guise de surface (horizontale ou plan incliné) pour ne pas que le liquide pénètre : il doit couler. Le même matériau doit être utilisé pour les différents liquides (variation d’un seul paramètre à la fois). Un bon matériau : une planche en mélaminé (bois recouvert d’une couche plastique).

 

Mise en commun

Chaque groupe désigne un rapporteur qui vient présenter son expérience à la classe entière, ainsi que les résultats obtenus.
- 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
- 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.
- 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.
- 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).

 

Conclusion

La classe élabore collectivement une conclusionen forme de synthèse, comme par exemple : Une lave est dite visqueuse quand elle s’écoule lentement. Les volcans rouges émettent une lave moins visqueuse que les volcans gris. Cette lave s’écoule plus facilement, ce qui explique la forme plus « étalée » des volcans rouges.

Prolongement
Le prolongement de la séance précédente (fabriquer un volcan en chocolat) peut tout aussi bien être mené ici, après cette séance sur la viscosité. Il suffit de demander aux élèves s’ils connaissent un ingrédient qui peut être plus ou moins visqueux en fonction de la température (la température est un paramètre que nous avons ignoré dans cette séance, par souci de simplicité… mais on peut le rajouter sans problème, cela rendra la comparaison avec la lave plus « naturelle »). Le chocolat est immédiatement proposé. On peut réaliser plusieurs petits volcans avec des chocolats de viscosités différentes (en jouant sur la température et la quantité d’eau).

 


Séance 1-6 : Le rôle des gaz, construction d’une maquette de volcan

durée

2 heures (en 2 fois 1 heure)

matériel

Pour la classe :
- un verre transparent
- du vinaigre blanc
- du liquide vaisselle
- du bicarbonate de sodium

Pour chaque groupe :
- pour fabriquer le cône volcanique

- au choix : de la terre, du papier mâché…

ou le matériel suivant :

› 1 kg de farine blanche
› 500 g de sel
› de l’eau
› 4 cuillères à soupe d’huile végétale› du colorant vert (ou de la peinture à l’eau)

- pour modéliser l’éruption

- de l’eau
- du colorant rouge (ou de la peinture à l’eau)
- 100 ml de vinaigre
- 50 g de bicarbonate de soude
- 30 ml de produit vaisselle
- un saladier
- une cuillère à soupe
- une cuillère à café
- un verre
- un support (grand plat, carton, plateau, planche…)
- une bouteille vide de 25 cl
- un entonnoir

objectifs

- Savoir qu’un volcan contient une cheminée et une chambre magmatique.
- Comprendre que la pression des gaz est le moteur principal d’une éruption volcanique
- Comprendre que plus la pression des gaz est élevée, plus l’éruption est explosive

compétences

- Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter
- Exprimer et exploiter les résultats d’une recherche en utilisant le vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral
- Mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents

dominante

Sciences

lexique

Pression

Question initiale

L’enseignant revient sur les travaux précédents : « Nous avons montré que le cône volcanique était formé par l’accumulation des matériaux éjectés lors de l’éruption (et, ensuite, que la viscosité de la lave expliquait l’étalement plus ou moins prononcé de ce cône). Pour faire fonctionner notre modèle, nous avons soufflé dans une paille : c’est donc l’air soufflé qui a poussé la semoule. »
« Et dans la réalité : y a-t-il de l’air, ou d’autres gaz, émis par le volcan ? »
La classe revient collectivement sur la description des éruptions de la séance 1-2, et on constate qu’en effet des gaz sont émis, et sortent par le même endroit que la lave (le cratère). Ce qui nous permet de nous interroger sur le rôle de ces gaz : est-il possible que ces gaz « poussent » la lave vers l’extérieur ? Afin de permettre une investigation expérimentale, on s’intéresse à des gaz et liquides plus accessibles :
« Connaissez-vous des cas où des gaz sont “mélangés” à des liquides ? »
On parle des boissons gazeuses. L’enseignant demande ce qui se passe quand on secoue une bouteille de boisson gazeuse avant de l’ouvrir. Il demande des précisions : « Qu’est-ce qui déborde ? du gaz ? du liquide ? les deux ? »

Note pédagogique
- Cette expérience est triviale (tous les enfants savent ce qui va se passer)… on peut donc se contenter d’en parler, sans la faire.
- Pour ce travail, nous n’avons pas besoin d’approfondir le concept de dissolution, ni celui de pression : la connaissance empirique des élèves est parfaitement suffisante.

La discussion permet de s’accorder sur le fait qu’il y a des bulles et que ces bulles, une fois répandues sur la table (ou les vêtements…), vont mouiller cette table. Cela signifie que du liquide a été éjecté : le gaz est capable d’entraîner le liquide vers le haut.
L’enseignant veille à ce que tous les élèves fassent bien le parallèle avec le volcan : le gaz est capable de pousser la lave à l’extérieur. Il faut beaucoup de gaz pour faire sortir ces tonnes de lave.

 

Recherche (expérimentation)

Le maître annonce qu’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 puis réfléchissent sur ce qui pourrait permettre de la rendre explosive. « Il faudrait plus de gaz », « plus de pression ».
L’expérience est alors renouvelée en ajoutant plus de vinaigre, plus de bicarbonate.


Classe de CM1-CM2 de Virginie Ligère (Antony)

Note pédagogique
Une vidéo de cette expérience est disponible ici. Si on a pris un pot à moutarde plutôt qu’un verre, on peut ajouter un couvercle et constater que le couvercle saute jusqu’au plafond (excitation des élèves garantie). Cette expérience permet de montrer que pour faire sortir un magma visqueux il faut beaucoup de gaz, et que cela entraîne des éruptions plus explosives.

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. »

Note scientifique
Le gaz produit par cette réaction est le CO2, le même gaz que celui contenu dans les boissons gazeuses. C’est aussi un des principaux gaz émis lors des éruptions volcaniques.

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.

 

Fabrication de la maquette du volcan

Les différentes propositions sont comparées au tableau.
Voici un exemple de maquette. La lave sera produite comme dans l’expérience précédente, mais à l’intérieur d’une bouteille. Autour de cette bouteille, on construit un cône volcanique (soit en empilant de la terre, du papier mâché… soit en fabriquant une sorte de « pâte à modeler », comme décrit ci-dessous).

1- fabrication de la pâte pour le cône volcanique
On mélange 1 kg de farine, 500 g de sel, 4 cuillères à soupe d’huile végétale dans un saladier ; à part, on mélange 30 cl d’eau, un peu de colorant ou de peinture pour obtenir une teinte marron vert.
On ajoute ensuite cette eau colorée au mélange précédent. On mélange le tout à la main, jusqu’à ce que la pâte obtenue ne soit plus collante. Si la pâte est encore trop collante au bout de quelques minutes, il suffit de rajouter un peu de farine.

Note pédagogique
- L’enseignant qui souhaite gagner du temps peut préparer cette pâte à l’avance. Si elle est préparée la veille, elle gardera une bonne souplesse le lendemain (malléabilité plus proche de la pâte à modeler que de la pâte à sel).
- Si l’on réalise le cône en terre plutôt qu’en pâte à modeler, on peut mélanger un peu de plâtre àcette terre, et l’humidifier, pour la rendre plus solide.


Classe de CM1 de Michel Fautrel(Livry-Gargan)

2 - fabrication du cône volcanique
La bouteille est posée sur un support qui permettra de transporter la maquette. On entoure la bouteille avec la pâte obtenue, de façon à former un cône pas trop pentu (au besoin, on peut augmenter la quantité de pâte nécessaire, ou d’abord faire un cône en papier, qu’on recouvre de pâte). Seul le goulot de la bouteille doit affleurer.
La maquette est prête : il faut la laisser sécher une nuit avant de provoquer l’éruption.

 

Le lendemain : déclenchement de l’éruption

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 !


Classe de CE2/CM1 de Kévin Faix(Le Kremlin-Bicêtre)

Note pédagogique
- On peut enrichir cette séance et comparer différents mélanges, modélisant ainsi des éruptions plutôt effusives ou plutôt explosives. Pour cela, on peut jouer sur deux paramètres :
 * La quantité de liquide vaisselle (30 ml, 60 ml, 90 ml) : plus on en verse, plus la lave est visqueuse.
 * La quantité de bicarbonate de soude (50 g, 100 g) : plus on met de bicarbonate, plus le dégazage est important.
- On peut aussi imaginer qu’un des volcans soit surmonté d’un bouchon, qui sautera en raison de la pression des gaz (surtout si l’on a mis beaucoup de bicarbonate de soude). Avec une « lave » très fluide, on n’a pas le temps de placer le bouchon. En revanche, on peut le faire avec une lave plus visqueuse (grande quantité de liquide vaisselle). Dans ce cas, il y a une accumulation préalable de pression qui donne un caractère explosif à l’éruption.

 

Trace écrite et conclusion

Les élèves dessinent leur maquette dans le cahier d’expériences, et en expliquent le fonctionnement.
L’enseignant veille à ce que les élèves fassent bien le rapport entre le modèle et la réalité. La discussion collective permet de conclure que plus la quantité de gaz est importante, plus l’éruption est explosive. Si l’on ajoute la conclusion de la séance précédente (sur la viscosité de la lave), on peut conclure : Une éruption est d’autant plus explosive que la lave est visqueuse et qu’elle contient beaucoup de gaz.
Cette conclusion est notée dans les cahiers d’expériences.

Classe de CM1-CM2 de Virginie Ligère (Antony)

Note pédagogique
Cette séance est riche… et longue. Si l’on n’a pas le temps de réaliser la trace écrite et la conclusion, ça n’est pas grave, on peut le faire lors de la séance suivante, très courte. On comparera alors le schéma de la maquette que l’on a réalisée avec le schéma d’un « vrai » volcan.

Prolongements
Si possible, étudier des échantillons de différentes roches volcaniques. Comparer des scories et basaltes pleins de cavités (petites bulles contenues au départ dans le magma) à des échantillons plus massifs (rhyolites, obsidiennes). Le ramassage de ces échantillons peut faire l’objet d’une classe de découverte dans le Massif central par exemple…

 


Séance 1-7 : Anatomie d’un volcan

durée

45 minutes

matériel

   

objectifs

- Connaître l’anatomie d’un volcan : cône, cheminée, chambre magmatique

compétences

- Exprimer, exploiter les résultats d’une mesure ou d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral

dominante

Sciences

lexique

Magma, chambre magmatique, cheminée

Cette séance sert de bilan sur la structure et l’activité d’un volcan.

Question initiale

L’enseignant explique que la maquette réalisée précédemment avait pour but de reproduire une éruption. La classe n’a pas cherché à représenter fidèlement l’intérieur du volcan.
Les élèves, individuellement, réalisent donc un schéma en coupe de volcan, tel qu’ils se le représentent.

Mise en commun

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).


Classe de CE2/CM1 de Kévin Faix (Le Kremlin-Bicêtre)

 

Il reproduit au tableau le schéma de la maquette réalisée lors de la séance précédente et dessine, à côté, un volcan en coupe, en nommant ses différents éléments : cône, cratère, cheminée, chambre magmatique, magma, lave, cendres…
Une fois ce schéma terminé, la classe retrace le déroulement d’une éruption. Pour faire ce bilan récapitulatif, le maître guide les élèves par des questions du type :
- D’où vient la lave ?
- Comment sort-elle ?
- Par où sort-elle ?
- Que devient la lave qui est sortie ?
- Comment se forme le cône volcanique ?
- Etc.

 


Séance 1-8 : Où sont situés les volcans ?

durée

1 heure

matériel

Au choix :
- une salle informatique reliée à Internet (1 ordinateur par binôme)
- ou, pour toute la classe : un ordinateur + un vidéoprojecteur
- ou, s’il n’y a pas d’équipement informatique, pour chaque binôme, la photocopie des fiches 6, 7 et 8, ainsi qu’un planisphère

objectifs

- Savoir que la croûte terrestre est constituée de plaques en mouvement les unes par rapport aux autres, et que la plupart des volcans sont situés aux frontières de ces plaques
- Savoir qu’on trouve aussi quelques volcans qui ne sont pas situés sur ces lignes. On les appelle alors des volcans de « point chaud ». Ce sont des volcans rouges
- Savoir qu’il existe aussi des volcans sous-marins (conséquences du fonctionnement des dorsales océaniques)

compétences

- Exprimer et exploiter les résultats d’une recherche en utilisant le vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral
- Connaître les principaux caractères géographiques physiques, les repérer sur des cartes à différentes échelles
- Lire et utiliser des cartes

dominante

Sciences

Notes pédagogiques préalables
- Cette séance s’appuie sur une animation multimédia, conçue par La main à la pâte et Universcience, qui peut être téléchargée depuis l’espace « élève » du site Internet dédié au projet. Cette séance est très similaire à la séance 2-4 portant sur la localisation des séismes. Elle peut être menée en autonomie (un binôme par écran), ou de façon collective, à l’aide d’un vidéoprojecteur.
- Si les élèves sont devant l’écran, ils auront besoin d’un cadrage fort (dans le cas contraire, ils« jouent » avec le multimédia, sans être réellement attentifs, et sans rien apprendre).
- Si la séance est menée collectivement, il convient de bien l’animer, de s’arrêter souvent, de demander aux élèves d’anticiper (« à votre avis, que va-t-il se passer si… ») de façon à ce qu’ils ne soient pas passifs.
- Une variante est proposée plus bas (sous forme d’étude documentaire) dans le cas où l’utilisation du multimédia n’est pas possible. Les deux variantes ne sont pas exclusives.

 

Mise en place et déroulement de la séance

Avant de démarrer l’animation, l’enseignant demande aux élèves où sont situés les volcans, et recueille leurs réponses.

Les élèves sont répartis en petits groupes, idéalement en binômes, chaque groupe ayant un ordinateur à sa disposition, avec l’animation à l’écran.
L’animation interactive se compose de plusieurs éléments permettant de visualiser :


Animation « La planète Terre »

- les couches internes de la Terre ;
- les plaques tectoniques (on peut, en particulier, suivre leur déplacement depuis la Pangée) ;
- la localisation des séismes sur Terre (à ce stade du projet, on peut sauter cette partie, qui sera étudiée dans la séquence 2) ;
- la localisation des volcans, que l’on peut comparer avec le tracé des plaques tectoniques.

Mise en commun et conclusion

Après avoir utilisé l’animation, les élèves mettent en commun ce qu’ils ont appris :
- La croûte terrestre est constituée de plaques en mouvement les unes par rapport aux autres.
- On trouve la plupart des volcans aux frontières de ces plaques : ce sont les volcans gris ou rouges.
- Cependant, il existe aussi des volcans qui ne sont pas situés sur ces lignes. On les appelle alors des volcans de « point chaud ». Ce sont des volcans rouges.
- Il existe aussi des volcans sous-marins (conséquences du fonctionnement des dorsales océaniques). Ce sont des volcans rouges.

Variante

Si cette animation multimédia ne peut être utilisée en classe par manque d’équipement, une séance similaire peut être menée en utilisant des cartes (fiche 6, fiche 7, fiche 8) ainsi qu’un planisphère. L’étude de la fiche 6 montre que les volcans ne sont pas répartis n’importe où : la plupart sont sur des « lignes ». En s’interrogeant sur la signification de ces lignes, on introduit la 2nde carte (fiche 7, qui montre les plaques tectoniques)… et on constate que ces lignes correspondent aux frontières entre les plaques tectoniques.
On demande alors aux élèves de décalquer les contours de l’Amérique du Sud sur un planisphère, puis de placer ce calque sur un planisphère en essayant d’accoler l’Amérique du Sud à l’Afrique. Les élèves remarquent que les deux continents « s’emboîtent » puis formulent des hypothèses pour rendre compte de ce constat. Une explication possible est que ces plaques se déplacent, et qu’à une certaine époque les deux continents n’en formaient qu’un. Le même travail peut être fait avec l’Arabie et l’Afrique pour arriver à un constat et des hypothèses identiques. L’enseignant introduit alors la fiche 8, qui explique la dérive des continents, et propose aux élèves de remettre dans l’ordre différentes étapes depuis la Pangée. Pour plus de facilité, on peut commencer par colorier les continents (afin de mieux les suivre).


Le corrigé est donné ci-dessous (Quaternaire = aujourd’hui) :

La séance se termine par une discussion collective au cours de laquelle le maître explique le lien entre les mouvements des plaques et le volcanisme.

 


Séance 1-9 : Quand peut-on dire qu’un volcan est éteint ?

durée

1 heure

matériel

Pour chaque binôme :
- une photocopie de la fiche 9

objectifs

Un volcan peut être en activité ou non. Au-delà de 10 000 ans sans éruption, on dit que le volcan est inactif ou éteint

compétences

- Organisation et gestion de données :
- lire, interpréter et construire quelques représentations simples : tableaux, graphiques
- savoir organiser des informations numériques ou géométriques, justifier et apprécier la vraisemblance d’un résultat

dominante

Mathématiques

 

Question initiale

La classe, jusqu’à présent, s’est interrogée sur les différents types d’éruption volcanique, ainsi que sur la répartition des volcans. Mais tous les volcans ne sont pas actifs. Plusieurs types de questions sont possibles :
- Est-ce qu’un volcan est toujours en éruption ?
- Combien de temps y a-t-il entre différentes éruptions ?
- On entend parfois dire que certains volcans sont éteints, ou endormis : qu’est-ce que cela veut dire ?
- Les volcans d’Auvergne peuvent-ils entrer en éruption ?

Les réponses des élèves sont notées au tableau. Certains pensent qu’un volcan « éteint » peut à nouveau entrer en éruption, d’autres qu’un volcan éteint est un volcan qui a été actif mais que cette activité est définitivement terminée ; d’autres encore pensent qu’on ne peut pas le savoir.
La durée qui doit séparer différentes éruptions fait l’objet, elle aussi, d’un désaccord (1 an, 1 siècle, 1 000 ans, « ça dépend des volcans »…).

 

Recherche (étude documentaire)

Les élèves sont répartis en binômes et reçoivent une photocopie de la fiche 9. Ce document contient les données suivantes :
- Dates d’éruption du Vésuve, en Italie, avant l’Antiquité.
- Dates des dernières éruptions de la montagne Pelée, en Martinique (cf. étude documentaire de la séance 1-2).
- Date des dernières éruptions de la chaîne des Puys, en Auvergne.

La consigne donnée dans le document les guide pas à pas dans l’analyse de ces données.

Notes pédagogiques
- Le calcul des intervalles de temps peut poser problème, en particulier avec certaines dates« négatives ». Cette difficulté peut se résoudre à l’aide d’une frise chronologique (qu’on peut distribuer aux élèves ou leur faire construire). Après avoir placé les dates sur la frise, on s’aperçoit que, pour calculer l’écart entre l’an - 1660 et l’an +79, il faut d’abord calculer l’écart entre - 1660 et 0 (1660 ans), et entre 0 et 79 (79 ans). L’écart total est la somme des deux : 1660 + 79 = 1739 ans. On procède de même pour l’écart entre - 4700 et aujourd’hui.
- On peut aussi demander aux élèves de calculer des valeurs approchées, car ce qui nous intéresse ici ce sont des ordres de grandeur.
- On peut aussi étudier d’autres données, comme par exemple les dates des éruptions de l’Etna entre l’Antiquité et le 17e siècle : 252, 812, 1329, 1536, 1610 et 1614. Ce qui donne des écarts de 560, 517, 207, 74 et 4 ans.


Classe de CM1 de Michel Fautrel (Livry-Gargan)

 

Mise en commun

L’enseignant recueille les résultats des élèves, et les fait discuter par toute la classe. La première question montre que l’intervalle séparant deux éruptions successives du Vésuve peut aller jusqu’à 8 000 ans. Ce qui signifie que, même si un volcan n’a pas connu d’éruption pendant des siècles ou des millénaires, il peut à nouveau entrer en éruption.
La seconde question montre que la montagne Pelée n’a pas connu d’éruption depuis un peu plus de 80 ans : il est quasi certain qu’elle entrera en éruption à nouveau (cf. résultat précédent). C’est d’ailleurs la raison pour laquelle elle fait l’objet d’une intense surveillance.
La troisième question montre que la dernière éruption constatée dans la chaîne des Puys date de près de 7 000 ans. Peuvent-ils entrer à nouveau en éruption ? C’est possible (mais nettement moins certain que pour la montagne Pelée).
Le maître explique alors que, pour les volcanologues, un volcan est considéré comme éteint (c. -à-d. qu’il n’entrera plus en éruption) si sa dernière éruption date de plus de 10 000 ans. Ce critère est arbitraire (on aurait pu prendre 50 000 ou 200 000 ans !), mais pratique car compatible avec ce que l’on sait des éruptions passées : il est très rare que deux éruptions successives d’un volcan aient été espacées de plus de 10 000 ans.
Par opposition, un volcan qui n’est pas éteint est dit « actif ». Il peut alors être en éruption ou en « sommeil » (c. -à-d. entre deux éruptions).
Le maître demande aux élèves de déterminer si les volcans de la chaîne des Puys, en Auvergne, peuvent être considérés comme éteints ou non. La réponse est qu’ils sont en sommeil… ce qui veut dire qu’ils pourraient, peut-être, se réveiller.

Note scientifique :
Nous avons choisi d’étudier non pas « un » volcan d’Auvergne en particulier, mais une chaîne (la chaîne des Puys). La raison est que, dans cette région, on a souvent affaire à des volcans « mono - éruptifs » : ils ne connaissent qu’une éruption. Mais la région reste active : l’éruption suivante se déroule quelques kilomètres plus loin et forme un nouveau volcan.

 

Conclusion et traces écrites

La classe rédige une conclusion collective, qui peut ressembler à : Un volcan est considéré comme éteint s’il n’a pas eu d’éruption depuis 10 000 ans. Sinon, on dit qu’il est en sommeil… ce qui veut dire qu’il peut se réveiller.

Prolongement
On peut prolonger cette séance par une recherche documentaire : Quels sont les volcans présents en France ? Sont-ils éteints (comme le massif du Cantal ou le Mont-Dore en métropole, ou le piton des Neiges à la Réunion) ou actifs (chaîne des Puys, et de nombreux exemples en Martinique, Guadeloupe et à la Réunion) ?

 


Séance 1-10 : Combien de temps dure une éruption ?

durée

1 heure

matériel

Pour chaque binôme :
- une photocopie de la fiche 10

objectifs

Savoir qu’une éruption peut durer quelques heures à plusieurs années

compétences

- Organisation et gestion de données :
- lire, interpréter et construire quelques représentations simples : tableaux, graphiques
- savoir organiser des informations numériques ou géométriques, justifier et apprécier la vraisemblance d’un résultat

dominante

Mathématiques

lexique

Variabilité, moyenne

Note pédagogique
Cette séance s’adresse plutôt aux élèves de CM2, voire de collège, et se veut une initiation (très basique) au « mode de pensée statistique dans le regard scientifique sur le monde » (Ceci fait l’objet d’un thème de convergence du collège. Ici, pour l’école primaire, on se limite à une approche « à petits pas »). Ce regard, indissociable de la démarche expérimentale, aide à l’analyse et à la synthèse des données de l’observation.
Bien souvent, enfants comme adultes ont le même réflexe quand ils sont confrontés à un grand nombre de données qu’il faut synthétiser : ils calculent une valeur moyenne. Cette moyenne est en général très pertinente… mais pas toujours. En particulier, quand on est confronté à des données très « dispersées », la moyenne ne veut pas dire grand-chose. C’est le cas ici : la moyenne de la durée des éruptions volcaniques n’a pas beaucoup de sens. C’est le but de cette séance que de s’en rendre compte, et de trouver une façon alternative de répondre à la question « Combien de temps dure une éruption volcanique ? ». On verra qu’une façon pertinente d’y répondre (autre que « ça dépend » !) est : la moitié des éruptions durent moins de XXX jours. Cette notion, en statistique, s’appelle la médiane. On approche cette notion, sans toutefois la nommer ni expliquer comment elle se calcule (heureusement, il existe un moyen très simple de la définir, sans calcul !).

Question initiale

Le maître demande aux élèves combien de temps dure une éruption volcanique. Ces derniers sont invités à relire les documents étudiés lors de la séance 1. 2 (fiche 2 et fiche 3). On y trouve des éruptions de durées variées : 9 heures, 26 jours, 2 mois… et 29 ans (cette dernière durée, 29 ans, n’est qu’indicative : l’éruption n’est toujours pas terminée !).

Recherche (étude documentaire)

Les élèves sont répartis en binômes et reçoivent une photocopie de la fiche 10, qui liste différentes éruptions de différents volcans (et, pour certains volcans, plusieurs éruptions différentes afin de voir la variabilité entre les volcans… mais aussi, pour un même volcan, entre les éruptions).
La consigne, pourtant très simple (« Combien de temps dure une éruption ? ») n’est pas sans difficulté. L’intérêt de cette consigne réside surtout dans le fait que les élèves doivent chercher comment répondre. Il y a plusieurs stratégies possibles :
- « ça dépend des volcans » ;
- « ça dépend des volcans et des éruptions » ;
- « la durée moyenne d’une éruption est de … » (calcul de la moyenne) ;
- « une éruption peut durer entre … et … jours » ;
- etc.

 

Mise en commun

L’enseignant recueille au tableau les réponses des élèves. Certains ont peut-être pensé à calculer la moyenne : dans ce cas, l’enseignant demande pourquoi avoir fait ce calcul, et ce qu’il signifie.
Il invite les élèves à calculer la durée moyenne d’une éruption, ce qui nécessite, d’abord, d’avoir traduit les durées dans une même unité. Par exemple, en jours. Cette conversion peut être faite collectivement pour gagner du temps.
Le calcul donne une durée moyenne de 493 jours.
L’enseignant demande alors : « Combien d’éruptions ont une durée proche de cette valeur moyenne ? » Une seule… toutes les autres en sont très éloignées (d’un facteur 2, 10, 100 ou plus !).

Notes scientifiques
- Le calcul d’une valeur moyenne est très sensible aux valeurs extrêmes. Ici, la durée de l’éruption du Kilauea, 29 ans, soit environ 10 585 jours, « tire » complètement la moyenne des 25 données vers le haut.
- On notera aussi qu’une valeur extrême influe d’autant plus sur la moyenne qu’il y a peu de données : d’une manière générale, il est toujours préférable de préciser de combien de données on a calculé la moyenne.
- Lorsque la moyenne n’est pas une valeur autour de laquelle se regroupent de nombreuses données de la série, cette moyenne n’est pas un indicateur pertinent pour décrire la série. Il est préférable de calculer une autre grandeur, comme la médiane par exemple. C’est le but de l’activité qui suit.
- La moyenne, comme la médiane, ne rendent pas compte de l’ampleur de la variabilité des données dont on dispose. Il convient donc d’accompagner la moyenne ou la médiane d’un indicateur qui rende compte de la variabilité : il y a de nombreux choix que l’on peut faire pour parler d’une série de nombres, mais il est important de donner à la fois une mesure de « tendance centrale » (médiane ou moyenne par exemple) et un indicateur de variabilité. La manière la plus simple de parler de la variabilité consiste à donner la plus petite et la plus grande valeur observées, et leur différence (appelée l’étendue de la série). L’enseignant veille à ce que tous les élèves aient conscience du peu d’« utilité » qu’a cette valeur moyenne ici. Il leur demande alors comment on peut répondre à la question.
Si aucun élève ne pense à répondre « on pourrait dire que la moitié des éruptions dure moins de xxx jours », le maître introduit cette idée. Il peut dire, par exemple : « Est-ce qu’on pourrait répartir les éruptions en deux groupes équitables ? »

Recherche (détermination de la médiane)

Pour savoir quelle est la durée qui sépare les éruptions en deux (la moitié des éruptions sont plus courtes, l’autre moitié des éruptions sont plus longues), il faut d’abord classer les éruptions dans l’ordre de leur durée (de la plus courte à la plus longue).
La valeur médiane est celle qui se trouve alors au milieu du tableau. On trouve : 17 jours.

Mise en commun

Le maître, après avoir recueilli les résultats des élèves, discute avec eux du sens de cette valeur. Cela signifie que la moitié des éruptions étudiées sont plus longues que 17 jours et l’autre moitié sont plus courtes. Cette information, même si elle reste imprécise, a néanmoins plus de sens que la moyenne pour ce type de données. Notes pédagogiques
- Le plus souvent, la durée d’une éruption volcanique varie de quelques heures à quelques jours.
- On ne cherche pas, ici, à définir mathématiquement la médiane (ce qui est largement hors programme), mais simplement à approcher intuitivement cette notion.
- Il est préférable de ne pas chercher à représenter graphiquement les données, car un tel graphique supposerait des échelles logarithmiques (à moins de tasser toutes les données d’un côté du graphique, pour un seul point à l’autre extrémité), en raison de la grande dispersion des durées. Une telle forme de représentation est difficile à interpréter par des élèves de cycle 3. Le tableau est, par ailleurs, largement suffisant.

Conclusion

La conclusion de cette séance est double :
- Quand on a beaucoup de données, on ne peut pas toujours répondre par un chiffre unique. Parfois, la moyenne est une bonne indication, parfois non.
- La durée d’une éruption volcanique est très variable. Une éruption peut durer quelques heures, quelques jours, quelques mois… ou même plusieurs années.

Prolongement

Cette séance peut être prolongée par une exploration plus systématique des notions de moyenne et de médiane à travers l’étude de différentes données (dans tous les cas, il faut le plus grand nombre de données possible, et au moins plusieurs dizaines) :

  • Cas où la moyenne et la médiane devraient être sensiblement identiques :
    - Mesurer la distance parcourue en 10 pas de marche naturelle par différents élèves.
    - Demander aux élèves de couper « à l’œil » un bout de ficelle de 20 cm après avoir observé une règle de 20 cm, puis mesurer les longueurs obtenues
  • Cas où la moyenne et la médiane devraient être différentes :
    - Mesurer le temps pris par les élèves pour remplir une grille de sudoku.
    - Mesurer le temps d’attente d’un autobus, d’une rame de métro…

 


Séance 1-11 : Comment se protéger du risque volcanique ?

durée

1 heure

matériel

Documents (non fournis : recherche libre) ou connexion Internet

objectifs

- Il est possible de prévoir les éruptions volcaniques et de préparer les populations
- En cas d’éruption, il faut évacuer la zone à risque

compétences

Effectuer seul des recherches dans des ouvrages documentaires (livres, produits multimédias)

dominante

Français

Note pédagogique
Pour gagner du temps, il est préférable que l’enseignant ait prévu d’emprunter de nombreux livres, magazines ou DVD à la bibliothèque.

Question initiale

L’enseignant revient sur tout ce qui a été vu précédemment, notamment sur les conséquences des éruptions pour les populations.
Il demande aux élèves comment se protéger de ce risque. La discussion collective permet de dégager trois axes bien différents :
- Peut-on prévoir les éruptions ?
- Peut-on les empêcher, les contenir ou les canaliser ?
- Si une éruption a lieu, comment se protéger ?

Quelques exemples de réponses d’élèves : « il faut éviter d’habiter près des volcans », « il faut entraîner les populations », « il faut installer des sirènes », « il faut construire des barrages pour stopper la lave »… L’enseignant leur demande comment vérifier que ces propositions sont correctes, et la classe se met d’accord sur la nécessité de chercher dans des documents.

Recherche documentaire

La classe est divisée en plusieurs groupes, chacun ayant pour objectif d’explorer ces différents axes de réponse par une recherche documentaire : livres, Internet, vidéos…
Lors du travail sur la prévision des éruptions, on recherchera des informations sur les observatoires volcaniques : qui y travaille ? pour observer quoi ? où sont ces observatoires ?
Il est possible de prévoir les éruptions volcaniques, et donc de préparer les populations et de les évacuer le cas échéant. Des scientifiques se relaient 24h/24 dans des observatoires volcaniques, et enregistrent les vibrations du sol (une éruption est parfois précédée de petites secousses sismiques), le débit et la température des fumerolles (qui peuvent changer avant une éruption), la géométrie du volcan (les parois gonflent de quelques millimètres à quelques centimètres avant une éruption), le dégazage, etc. Il est parfois possible de détourner les coulées (par des digues ou des bombardements), de les freiner (en les arrosant) et ainsi faciliter l’évacuation des populations. On trouve de très bons exemples pour certains villages autour de l’Etna…
Le troisième axe concerne les plans de protection civile (protection des populations face au risque volcanique). De nombreux exemples de PPMS (Plan particulier de mise en sûreté.) d’écoles en région sismique sont disponibles en ligne sur ce site . Par exemple, celui des écoles des Antilles françaises.
Enfin, un des aspects essentiels de la protection est l’information de la population, qui doit savoir quand évacuer, où aller, quand revenir…

Mise en commun et conclusion

Les résultats des différentes recherches documentaires sont mis en commun et synthétisés sous la forme d’une ou plusieurs affiches.


Classe de CE2/CM1 de Magaly Collee et Anne Clémenson(Chambéry)

 

L’enseignant veille à ce que les messages-clés soient bien assimilés : « Il est possible de prévoir les éruptions volcaniques, et de préparer les populations. En cas d’éruption, il faut évacuer la zone à risque. »
Ceci peut constituer une conclusion à noter dans le cahier d’expériences.

Prolongement expérimental

Cette séance peut être prolongée et enrichie d’une expérience très simple à réaliser, qui permet de constater qu’on peut prévoir l’arrivée imminente d’une éruption volcanique :
- Insérer une paille dans un ballon de baudruche, recouvrir le ballon d’un petit tas de sable.
- Souffler dans la paille pour envoyer de l’air dans le ballon, puis laisser l’air ressortir. Quand le ballon se gonfle, le tas de sable se déforme et des fissures apparaissent à sa surface.

Cette expérience illustre le fait que le magma, en remontant et en remplissant la chambre magmatique, déforme légèrement les parois du volcan. Cette déformation est mesurable, et peut servir à anticiper une éruption.

Prolongement : production d’écrit

Ce travail sur les volcans peut être communiqué à l’extérieur (autres classes, familles…), de différentes façons :
- Préparer un diaporama sur les volcans, qui sera montré, et commenté, aux autres classes.
- Écrire des articles dans le journal de l’école. On peut, outre les phénomènes scientifiques et les aspects préventifs, aborder certains thèmes plus récréatifs, comme par exemple des recettes de cuisine (faire un volcan en chocolat).
- Organiser un « forum volcan » sous forme d’ateliers expérimentaux, dans lesquels des élèves de la classe guident d’autres élèves, ou les parents (journée « portes ouvertes »), dans la compréhension de certains concepts étudiés auparavant.

 


Séance 1-12 : Bilan multimédia

durée

45 min

matériel

Salle informatique

objectifs

- Comprendre comment la variation de certains paramètres (viscosité de la lave, pression des gaz) permet de générer des éruptions volcaniques plus ou moins effusives ou explosives
- Connaître quelques exemples de volcans à travers le monde

compétences

- Lire un document numérique
- Exprimer, exploiter les résultats d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit ou à l’oral

dominante

Sciences

 

Question initiale

Cette séance s’appuie sur l'animation multimédia suivante, conçue par La main à la pâte et Universcience :


Animation « Les volcans »

Mise en place et déroulement de la séance

Les élèves sont répartis par petits groupes, idéalement par binômes, chaque groupe ayant un ordinateur à sa disposition. L’animation interactive se déroule en plusieurs phases :
- Dans un premier temps, l’élève peut faire varier deux paramètres (viscosité de la lave et quantité de gaz dissous), et voir à quel type de volcan cela correspond.
- Ensuite, il peut déclencher et suivre l’éruption de ce volcan, et visualiser les dégâts occasionnés.

A chaque étape, des informations sont données sur la dangerosité de ce type de volcan, les attitudes préventives et les conduites à tenir en cas d’éruption.

Mise en commun et conclusion

Après avoir utilisé l’animation, la classe revient sur ce qui a été vu tout au long de cette séquence et réalise une affiche synthétique sur les types de volcans, leurs formes, leur localisation, leurs éruptions, et les moyens de s’en protéger. La rédaction de cette affiche permet également de revenir sur celle réalisée lors de la première séance (ce qu’on sait, ce qu’on croit savoir… tous les mots auxquels on pense quand on parle de volcans), et ainsi de faire un bilan final sous la forme : « Qu’a-t-on appris ? Reste-t-il des questions en suspens ?…. »

Prolongement multimédia

La dernière animation multimédia créée pour ce projet est un quiz, dont certaines questions traitent des éruptions volcaniques.

 

 

 

 

Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte ESA CASDEN Universcience Prévention 2000 AFPCN Editions Le Pommier