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SYSTÈME SOLAIRE & SYMÉTRIE Oui

Je ne vois aucune raison particulière qui puisse être de l'ordre d'une loi physique pour établir que ces deux nombres aient un sens généralisable. Je pense qu'il s'agit d'une contingence, liée à la quantité de matière initialement disponible autour du proto-soleil, et sa distribution radiale, mais aussi à l'histoire de la formation des premiers embryons de planètes, qui tendent à "vider" leur orbite et autour, de la matière disponible pour d'autres planètes, puis de l'histoire du début de ce système planétaire, notamment sa stabilité à l'échelle de quelques dizaines à centaines de millions d'années ("Ma" ; voyez pour notre propre système, le "grand remaniement" qui semble avoir eu lieu 400 à 600 Ma après sa formation).

Mais je dois avouer qu'il s'agit plus d'un sentiment que d'un argumentaire scientifique. En effet, sur les quelques systèmes pluri-planétaires autour d'étoiles pas trop lointaines, je ne suis pas sûr qu'il y en ait suffisamment que l'on puisse considérées comme assez bien étudiées, pour lesquelles on pourrait commencer à pouvoir dire qu'on en connaît le cortège planétaire, et ainsi faire des statistiques. Je pense qu'on peut le faire pour ce qui concerne les planètes géantes gazeuses. Il y a certes quelques systèmes planétaires, où quelques « super-terres » ont été détectées. Pas encore assez pour une statistique. Revenez dans 5 à 10 ans, la réponse sera alors là, c'est sûr, vus les efforts réalisés en ce moment. Les résultats peuvent d'ailleurs se suivre, sur tablettes et ordiphones grâce à l'application "ExoPlanets", ou sur le net via le site "The Extrasolar Planets Encyclopaedia" (en partie en français en cliquant sur le drapeau).

Lune Oui

Un point important est de bien comprendre que la Terre tourne sur elle-même beaucoup plus vite que la Lune ne tourne autour de la Terre. Cela signifie que, si vous vous installez sur la Lune, au milieu de la face visible, qui reste toujours avec la Terre dans son ciel, par exemple dans Mare Vaporum (la mer des vapeurs, (localisation)), où la Terre n'est jamais loin du zénith, en 24 heures, vous verrez défiler toute la géographie terrestre. Faîtes ça dans 15 jours, vers le 17 septembre prochain. Sur Terre, la Lune sera alors à son premier quartier. Cela signifie que, en gros, le Soleil qui est très très loin du système Terre-Lune, se trouve dans une direction perpendiculaire à l'axe Terre-Lune. Du coup, vue de la Lune, la situation est analogue à ce moment-là, Soleil en direction perpendiculaire à l'axe Lune-Terre, et de votre position sélène, vous verrez une demie-Terre éclairée. Ceci va vous permettre de répondre à votre question… par exemple pour ce qu'il en sera le lundi 17 sept. à 16h.
Mais avant cela, je "plussoie" à la recommandation de Michel Ouliac : utilisez une maquette. Cela permet de se projeter depuis notre point de vue de terrien vers une position extérieure, de façon à prendre du recul, par exemple depuis la position d'un extraterrestre arrivant du côté de l'étoile polaire, "au-dessus"(*) du Système solaire (*: vision très métropolitainocentrée ; pour nos amis réunionnais, situés dans l'hémisphère sud, il faudra adapter, certaines choses étant, en gros, "inversées"). Donc, on place le Soleil assez loin (un spot lumineux assez fort), puis la Terre (une mappemonde ?) ; pensons à son sens de rotation autour du Soleul, même si sur 24 heures, ce phénomène ne sera pas sensible à l'échelle de la maquette. Positionnons la Lune (une buoule 3,7, disons 4 fois plus petite que la mappemonde si on veut respecter les dimensions. Mais je ne suis pas sûr que cela soit très important ici), donc la Lune en situation de 1er quartier… Elle est alors en fait à la croisée de sa propre orbite (autour de la Terre) et de celle de la Terre (autour du Soleil), du côté "arrière", c'est-à-dire que, "relativement", elle "suit" la Terre. Vérifions qu'il s'agit bien d'une position de premier quartier : matérialisons notre petit terrien sur la mappemonde à l'aide, par exemple, d'une aiguille avec une grosse tête. Tournons la Terre pour que, pour notre bonhomme terrien, il soit midi solaire, puis on tourne encore de 45° (centre anti-horaire pour notre vision "hémisphère nord"), pour qu'il soit 15h solaire. Allumons le spot solaire. Pour notre petit terrien, il fait jour, et il voit la Lune, et elle est bien en 1er quartier.
Maintenant, plaçons-nous sur la Lune, et regardons la Terre. On la voit à moitié illuminée. Où se situe alors la limite jour-nuit ? 45° plus loin, c'est-à-dire à la longitutde de la mer Caspienne. Ce qui fait que, pour nos amis par exemple indiens, il fait encore nuit, mais les insomniaques peuvent admirer aussi ce superbe premier quartier.
Voilà, je pense que ceci répond à votre question, du moins telle que je l'ai comprise.

Notez qu'à partir d'une telle maquette, il y a d'autres phénomènes qui peuvent être simulés. Toutefois, il me semble essentiel de considérer qu'avant d'aborder les explications avec la maquette, il serait plus profitable de réaliser des observations, « en vrai ». Par exemple, on peut assez facilement montrer que la Lune tourne autour de la Terre plus lentement que la Terre ne tourne sur elle-même. J'en ai rédigé le protocole (pour le faire au moment du futur 1er quartier mi-septembre, mais cela sera adaptable à une autre phase, plus ou moins facilement selon les constellations présentes en fond de ciel…). Comme c'est un peu long, et que finalement, cela ne répond pas à la question, je l'ai enlevé. Mais si ça intéresse quelqu'un, que cela puisse inspirer l'envie d'explorer un peu des « mystères » du ciel nocturne… :-)

Force d'attraction du soleil sur la terre Oui

Voici, en vidéo, une expérience qui vous monte que la cinématique ("l'histoire") de la chute d'un objet dans le vide, ne dépend pas de sa masse. En fait, il s'agit de la fameuse expérience de Galilée, ici réalisée dans un vide poussé, de chute de deux masses très différentes. La vidéo est malheureusement en anglais, mais les images parlent d'elles-même : https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs
(le commentaire écrit de Sciences et Avenir peut aider http://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/20141104.OBS4029/video-qu-est... )
Cette expérience a historiquement été réalisée sur la Lune par les cosmonautes d'Apollo https://www.youtube.com/watch?v=vb2GDgTGa3g
Elle peut se mettre assez simplement en oeuvre avec une bonne cloche à vide ; par ex. https://www.youtube.com/watch?v=EevMOYosNsU https://www.youtube.com/watch?v=_XJcZ-KoL9o

neige Oui

Un court article, très récent : « La formation des flocons de neige » de Marion Guillaumin, étudiante en Master Communication Scientifique et Technique à Grenoble suite au podcast signalé juste ci-dessus.
Et sur le même site d'ÉchoSciences-Grenoble, un autre article plus ancien « ISSW : un rendez-vous international sur la neige et les avalanches » , de Marion Bisiaux, alors étudiante du même Master après une thèse en glaciologie aux États-Unis. Surtout intéressant pour la très belle image, et les liens qui donnent à lire l'état des recherches dans le domaine. En cliquant sur son nom, d'autres de ses articles "montagnards" pourront peut-être vous intéresser, bien que pas directement sur le sujet des cristaux de neige.

neige Oui

Une ressource intéressante en ce qui concerne les flocons de neige : ce podcast récent du webmag scientifique « [Parlons peu parlons science] », URL "http://www.parlonspeuparlonscience.com/spip.php?article169", qui entre autres, renvoie sur le site (anglophone) "http://www.snowcrystals.com/" de Kenneth Libbrecht, prof. à CalTech ("http://www.its.caltech.edu/~atomic/").

neige Oui

Étant scientifique et non pédagogue, les quelques éléments de réponse qui suivent ne seront asurément pas adaptés à une utilisation directe en classe. Néanmoins, j'espère qu'ils pourront être utiles.
La relation entre la pluie et la neige n'est pas directe, dans le sens qu'il ne s'agit pas d'un simple changement d'état au sens de la physiue des états de la matière. Que la pluie soit de l'eau liquide ne devrait pas poser beaucoup de difficulté : il suffit d'en collecter dans un système à entonnoir, par exemple.
La relation entre la glace et la neige est tout au contraire extrêmement ardue. La neige accumulée ne devient naturellement glace que par une transformation, un "métamorphisme", qui est loin d'être une chose simple (un des centres de recherche voisins de mon propre labo, est l'unité de recherche de Météo-France qui s'appelle "centre d'étude de la neige", sur le domaine universitaire de Grenoble). En fait, je suggère que passer outre cette complexité en remarquant que dans les zones où l'on trouve beaucoup de neige, les montagnes et les terres de hautes latitude, se forment les glaciers ou les calottes : la neige naturellement accumulée devient glace. Et si l'on a la chance d'avoir un épisode neigeux au bon moment, on peut faire l'expérience de collecter de la neige... /pas trop froide/, de la tasser au plus dur que l'on peut à la main (sans gant, c'est mieux, un peu de chaleur douce aide÷), puis de tasser le tout dans une bassine, par exemple avec une planche, si possible dans une endroit pas trop froid ! On finit par avoir un matériau assez dur, qui n'est pas loin d'une glace d'eau obtenue par gel, sinon que cela contiendra encore pas mal d'air. Et si on a accès à de la neige fraîche, ne pas manquer de la regarder à la loupe, de voir les cristaux… de glace, arrangés en une superbe architecture jamais deux fois identique. On peut compléter par quelques photos collectées sur internet (article "flocon de neige" de Wikipédia, par exemple, ou la photo en fausses couleurs de l'article "neige" de Vikidia)… On y voit les flocons agrégat très ordonnée d'une collection des microcristaux de glace. Mais pas plus qu'un tas de pièces de puzzle, même en piles joliement disposées, ne fait pas le puzzle, ces flocons, bien que composés de microcristaux de glace ne sont pas de la glace. La conformation de l'assemblage qu'est le flocon suit des règles, et au final cela donne à la neige des propriétés mécaniques, optiques, etc. qui ne sont pas du tout celles de ce qu'on l'on appelle de la glace.

Reste la relation entre l'eau liquide et l'eau solide, la glace. Là, on a bien un "simple" changement d'état. Un vase maintenu à 1*C (et pression atmosphérique, de même qu'on n'utilisera bien que de l'eau "pure", type eau du robinet), un vase (en verre transparent, cela permet l'observation de tout le monde ; en fer blanc, genre boîte de conserve recyclée = nettoyée en rendue non coupante, ce sera plus efficace), donc un "vase" maintenu à 1°C ne peut contenir que de l'eau liquide ; la glace y fond puis disparaît. De l'autre côté, un vase maintenu à -1°C ne peut contenir que de l'eau glace, l'eau liquide qu'on y verse gèle. Plus tard, on comprendra que les mots importants dans les phrases précédentes, ce sont les deux "maintenue". Comment maintenir (une température constante) ? une opération… pas forcément simple à mettre en œuvre. Que se passe-t-il quand on "maintient" (une température constante) ? l'explication en est la clé de compréhension /physique/. Avant cela, une autre expérience : prenons de l'eau "assez" froide, et autant de glaçons, et on les met ensemble dans un vase de verre ou de fer selon le nombre et la distance des observateurs. La quantité idéale devrait être de l'ordre d'un quart de litre de chaque, un demi-litre en tout pour un récipient d'un litre (en gros, adaptable). On entoure le vase d'une petite laine ou d'une polaire, histoire de bien l'isoler, qu'il n'attrape pas chaud, ni froid. Et on attend 15 mn, le temps que la température s'homogénéise dans le vase. (Pendant ce temps, relire dans le "petit livre jaune", « La main à la pâte. Histoire des sciences à l'école primaire », 1998, présenté par G.Charpak, chez Flammarion, l'anecdote du glaçon et du pull (de mémoire, il y a aussi un "cancre"…). Ensuite, nous y voilà : il s'agit d'apporter de la chaleur au contenu du vase, et de montrer que de la glace fond, mais que la température, homogénéisée, reste bien à 0°C tant qu'il y a encore de la glace. En toute rigueur, il faut faire l'expérience réciproque, qui est d'enlever de la chaleur au contenu du vase, de constater que la quantité de glace augmente, mais que tant qu'il reste de l'eau liquide, la température, homogénéisée, reste bien à 0°C. Apporter de la chaleur est facile : un sèche-cheveu, ou tremper le récipient (surtout s'il est en fer) dans une eau tiède. Retirer de la chaleur est plus compliquer. Il faut faire par exemple un mélange eau + glace de congélateur pillée + pas mal de gros sel, en fait environ un cinquième de la quantité d'eau+glace (l'idéal = 22%) ; on peut avoir ainsi une eau saumâtre à une température de l'ordre de -15°C à -20°C (cf. article "NaCl" sur Wkipédia, § "salage des routes en hiver"). Mais je conçois que cela puisse être une gène didactique pour les enfants que de voir « de l'eau » à si basse température quand on essaie de leur apprendre les changemetns d'été de l'eau pure. Aussi, peut-être qu'en cachant cette saumure dans une bouillote au moins dans un premier temps, s'évite-t-on le risque de confusion. Une conclusion de cette expérience qu'apporter de la chaleur au mélange eau-glace à 0°C modifie leurs proportions, une espèce, un état au détriment de l'autre, mais ne change pas la température. IEnfin, si on veut boucler l'expérimenttion, il est facile avec l'eau liquide, et plutôt très dur avec la glace, de montrer qu'un apport ou un retrait de chaleur se convertit en élévation ou baisse de la température, sans qu'aucune nouvelle phase n'apparaisse, sauf si on arrive au 0°C du changement de phase.
Voilà. En conclusion, cette trasnition de phase, qui n'est qu'un élément de la relation entre pluie et neige, tout deux produits d'une même source, la vapeur d'eau atmosphérique, cette trasnition de phase fait intervenir des échanges de chaleur, qui se traduisent soit par une variation des abondances relatives d'eau liquide et glace à température constante, ce qui est la transition de phase, soit par une variation de température, quand on est d'un côté ou de l'autre de cette transition.
Après cela, il reste beaucoup de travail de pédagogie, scénario et mise en scène. D'autres sauront mieux vous conseiller que moi. Bon courage

glace et température ambiante Non

J'en rajoute une dose sur la question chaleur versus température, totalement essentielle. La température mesure une "forme" de l'état du matériau eau, mais il ne mesure pas la qualité de cet état, solide ou liquide. La quantité d'eau étudiée atteint un état particulier parce qu'il échange avec son environnement de la chaleur (avec une loi qui veut que /naturelmt/, la chaleur "circule" du point chaud vers le point froid). Pour passer de 20°C à 0°C, il faut retirer de votre eau liquide, en gros, deux fois plus de chaleur que pour passer de 20°C à 10°C. Puis, il faut continuer à retirer de la chaleur pour passer (progressivement) de 100% d'eau liquide à 100% d'eau solide. L'indicateur d'avancement du processus n'est plus la température mais la proportion eau liquide-eau glace. Ensuite, une fois atteint 100% de glace, on peut continuer à retirer de la chaleur, et à nouveau la température rebaisse, avec une 1ère (?) complication que la quantité de chaleur pour passer de -5°C à -15°C n'est pas la même que pour passer disons de +15°C à +5°C. Une fois constaté les évolutions de la température dans les différents cas, on peut illustrer l'importance de l'aspect transfert de chaleur en utilisant des isolations. Il me semble qu'on trouve des tasses à café à double-paroi en matériau plastique thermo-résistant transparent (en verre aussi, c'est sûr), qui permettent de faire une expérience comparative, même quantité d'eau à la même température dans chaque récipient, disons 5°C, les deux partiellmt immergés /de la même façon/ dans une grande casserole d'eau à 15°C pour constater des vitesses de réchauffement très différentes, puis de même dans un bloc de glace préparé à -18°C (autre idée ; mettre les deux récipients dans un petit congélo ou un freezer, et suivre avec une webcam ? Faut juste manager le souci de la buée qui gèle sur l'objectif en refroidissant la webcam dans le compartiment bien avant l'expérience. Il faut sûrement aussi un éclairage LED avec des piles neuves).

Je voudrais tenter une transposition métaphorique qui vaut ce qu'elle vaut et est très sûrement améliorable (elle est peut-être même très ringarde, mes enfants venant de quitter le nid et ne lisant plus cette littérature depuis longtemps). Picsou, quand il a tous ses sous, est rieur, debout à sautiller ou sinon en train de nager dans sa piscine à pièces. Quand il n'en a plus beaucoup, "ruiné", il est juste allongé par terre à pleurer et taper du poing et des pattes. Quand les Rapetous lui retirent un peu de son argent, il ne s'en aperçoit pas, et son humeur évolue peu, mais on peut imaginer qu'elle est sensible à la hauteur du tas d'or. Il va arriver un moment où le tas ayant visiblement baissé en dessous d'une quantité critique, il se met à trépigner au sol d'autant plus souvent que le niveau est bas, jusqu'à ce que trop bas, il est tout le temps au sol... Bon c'est très imparfait, surtout avec cette notion de niveau du tas qui peut faire penser à celui du thermomètre, et ne pas aider à éclairer la différence entre température, indicateur d'état "interne", forme physique, solide ou liquide, marquant l'état "externe", et la notion de quantités de chaleur échangées (et puis c'est très... dysnéen). À améliorer sinon à oublier :-)

Remarque : si qlq1, au hasard un enfant, posait la question des glaces ("icecreams") qui sont encore molles même très froides sortant du congélo, une manip. faisable est eau+glycérine (à vérifier les questions de sécurité, mais je pense que c'est ok, sinon on doit pouvoir trouver autre chose, peut-être une saumure de sel de cuisine ou un sirop de sucre concentré -- pour éviter CH3-CH2OH :o) malgré l'application aux "eiswein" --, les "deltas de température solidus-liquidus" (solidus=que du solide, liquidus=que du liquide, delta=différence) pouvant être en pratique trop faibles), pour constater que la solidification ne se fait plus à température constante. Différence entre comportement simple d'un corps pur et celui d'un composé, qui n'explique pas vraiment la tendreté des "icecreams", mais en donne une idée /dans le bon sens/. Cette fois, les quantités de chaleur transférées affectent à la fois l'état solide/liquide et la température, et c'est ça qui est important : le concept de quantités de chaleur échangées est la base des explications. Il n'est du coup peut-être pas utile de parler ici d'énergie, a fortiori d'énergie interne. Quant à la surfusion, elle aborde un autre degré de complexité conceptuelle, avec la métastabilité, ou la différence qualitative entre la problématique des équilibres et celle de la dynamique d'évolution entre états d'équilibre...

Faire fondre un glacon Oui

Quelques idées : - une lampe avec une ampoule rouge-orangée ; - une ohotographie du Soleil (image n'est pas réalité) ; - un litre d'eau très chaude ("bouillante" avec les précautions d'usage) dans un vase à double paroi et ± fermé, dans un vase en verre type Dewar, analogue transparent d'une bouteille thermo : le glaçon posé devant, voire contre la paroi externe du Dewar (se trouve dans certains magasins de matériel de cuisine, probablement suite à la vague de la cuisine moléculaire) ; - plus difficile à trouver et demandant aussi des précautions (ou peut-être un interventant extérieur) : de l'air liquide ; si on y trempe le glaçon, cela se met à bouillir ! Sinon, creuser du côté de la neige carbonique. Dans un cas comme dans l'autre, le 1er problème sera celui de votre approvisionnement (proximité d'un labo de recherche, d'une entreprise de froid, etc.), le coût du produit étant alors quasi nul. Mais il faut des instruments de manipulation et de protection, d'où peut-être l'intérêt d'un intervenant externe qui pourrait les apporter.Bonnes manips

Le système solaire Oui

Benjamin Cordier: Si vous avez une paire de jumelles (un télescope serait l'idéal, mais les possesseurs sont plutôt rares), observation des tâches solaires. ATTENTION ! Dit ainsi, cela me fait un peu BEAUCOUP peur. La règle, pour des adultes, est de NE JAMAIS regarder le Soleil avec un instrument optique quelconque. Avec des élèves, je pense que la règle devrait être encore plus stricte : jamais d'instrument optique "à disposition", "libre" et pouvant pointer le Soleil ; en cas d'utilisation de jumelles, surtout pas d'observation directe (filtres solaires en mylar très fragiles, donc danger ; tout autre dispositif genre verre fumé strictement à proscrire...), seule utilisation = dispositif de projection sur écran, avec verrouillage pour ne pas pouvoir mettre un œil ou autre à l'oculaire.Tout ceci est peut-être extrêmement évident, mais le rappeler ne mange pas de pain, et tant pis si j'ai perdu un peu de temps à lapalisser (lapalissader ?). Y compris prendre du temps à bien l'expliquer aux enfants, me semble-t-il (l'expérience de brûler du papier avec une petite loupe me semble assez facile à réaliser, à discuter et probablement très parlante si l'on pense rétine à la place du papier...).Tout ceci dit et bien gardé en conscience, il existe un dispositif d'observation directe, le Coronado, et une façon simple et pas chère mais "virtuelle", numérique, d'observer le disque solaire, qui sont les sites web d'observatoires, au sol, orbitaux ou spatiaux, dont certains mettent à disposition des images solaires en léger différé. Beaucoup sont en anglais...Quant au Coronado, instrument assez onéreux, les clubs d'astro assez fortunés commencent à s'en équiper. Il s'agit d'un petit télescope équipé d'un filtre "interférentiel" qui permet de sélectionner "une couleur pure", monochromatique, i.e. une très étroite bande fréquentielle ; la couleur est ici choisie pour correspondre à une des émissions de l'hydrogène, l'élément de loin le plus abondant dans le Soleil ; en relation avec le jargon de la physique, cette "couleur" s'appelle la raie “H-alpha", H comme Hydrogène, et alpha, comme la 1ère lettre grecque. Pour comprendre la physique de l'observation et surtout sa différence avec une observation d'image projectée, qui est par essence polychromatique, on peut utiliser des filtres colorés rouge, vert, bleu et regarder par exemple une nature morte : selon le filtre, on discernera mieux ou moins bien, différentes nuances, divers objets. Ici, en H-alpha, on ne verra pas la lumière << correspondant à la chaleur >>, mais celle produite << par la matière >>, en l'occurrence l'hydrogène exclusivement. Votre grande surprise peut-être, la mienne en tout cas lors de ma 1ère observation, viendra d'une patiente observation de quelques minutes : quel choc de voir notre étoile "respirer", "bouger", "s'activer" ! Si vous avez de la chance d'avoir une arche solaire au limbe du disque, voir son aspect se modifier quelques minutes... wouah ! Évidemment avec des enfants, c'est plus délicat, mais peut-être qu'à partir d'un dessin réalisé assez rapidement par quelqu'un, le professeur éventuellement, et agréé par les élèves, puis une nouvelle observation 10-15 mn plus tard à l'oculaire et comparaison...Bonnes observations de notre astre préféré

Origine des lacs volcaniques Oui

Un maar résulte d'une éruption explosive par contact prolongé entre
le magma remontant dans la croûte terrestre et l'eau liquide de
surface (rivière, zone humide) ou d'aquifères.
La vaporisation de
cette eau est la cause de l'éruption phréatomagmatique qui résulte
souvent en un anneau d'éjectats mêlant de la lave et de la roche
encaissante. L'éruption dure probablement longtemps, de plusieurs heures
à plusieurs jours.
La cuvette ainsi dégagée pendant l'éruption va
soit se remplir de magma puis devenir une bouche éruptive, voire un
volcan, ou bien si celui-ci n'est pas assez abondant, se remplir de
ce qui va "tomber dedans" : de l'eau s'il y en a encore de
disponible, la roche encaissante qui s'éboule, les éjectats accumulés
autour qui glissent...
De toute façon, les pluies finiront sûrement
par venir s'accumuler dans la dépression, et la remplir.
Voici notre lac (gour de Tazenat, lac Pavin, lac d'En-Haut à la Godivelle, lac de
Saint-Front, lac du Bouchet), notre étang ou notre marécage (maar de
Beaunit, maar de la Sauvetat, maar de Chaudeyrolles, narse
d'Espinasse, marais de Limagne, tous maintenant comblés, cf. la
suite...), quelques mois ou années après que le calme magmatique soit
revenu.
Ensuite... la dépression finira par se combler ! C'est une
histoire de décennies, de siècles ou de millénaires.

Voici une suggestion d'expérience (très) analogique pour montrer la
formation d'une structure en << tromblon >> de type maar (le terme
géologique est "diatrème") :

  • Remplir un tube type boîte à pellicule (comment va-t-on faire après leur extinction en masse pour cause de photo numérique ? :-)) d'un mélange "réactif" de bicarbonate de soude et d'acide tartrique en poudre.
  • Éventuellement, resteindre très légèrement l'ouverture avec un bouchon largement percé. Dans le fond d'un récipient genre petit aquarium de 15-20 cm de diamètre, enterrer entièrement cette << intrusion magmatique >> dans de la terre ou un autre matériau perdu ...
  • Attention à ne pas mouiller le mélange réactif ! Couvrir de plusieurs centimètres de sable plus ou moins grossier, plus ou moins argileux.
  • >

  • Ensuite faire démarrer << l'éruption >> en mettant doucement assez d'eau pour qu'elle s'infiltre, et vienne dans "l'intrusion" provoquer la réaction chimique dont l'intérêt est de produire "assez rapidement" et "assez vigoureusement" la "bonne" quantité de gaz << volcanique >> pour que celui-ci et la mousse qui en résulte entraîne le sable autour de la bouche d'éruption.
  • Entrenir l'éruption en rajoutant de l'eau... Quelques essais sont nécessaires pour obtenir le bon effet !

    Autre expérience, donnant plus facilement formation à une structure
    en entonnoir avec une "dune" circulaire d'éjectats autour de la
    dépression
    (anneau ou croissant, pas d'autre terme spécifique, sinon
    leur traduction en anglais : "ring" ou "tuff-ring") :

  • Dans un aquarium, on enterre un tuyau en plastique souple d'une diamètre de 1 à 2 mm (une paille rallongée ou un gros catérer...) sous plusieurs centimètres de sable (8-10cm), et on couvre le tout d'autant d'eau.
  • Puis on souffle dans le tuyau sans violence et continûement (plus
    facile peut-être : un ballon de baudruche gonflé puis "branché" à
    l'autre extrémité du tuyau, qu'on laisse se dégonfler plus ou moins
    doucement, en contrôlant son dégonflement).

Bien évidemment, il me semble important de rappeler qu'une fois
l'expérience analogique réalisée, en avoir observé les aspects qui
ressemblent au phénomène qu'on cherche à illustrer, d'en dire aussi
les limites, ce qui ne ressemble pas, ce qui n'est pas basé sur les
mêmes principes physico-chimiques.

Dans le cas d'un maar, il s'agit de la transformation d'eau en vapeur
en présence d'une source très abondante de chaleur et d'une quantité
tout aussi importante d'eau. La rencontre se fait en profondeur dans
le sous-sol, peut-être à quelques dizaines ou centaines de mètres, ce
qui freine la mise en contact, la "modère", lui permet de durer.
Le
cas inverse de la lave arrivant brutalement sur de l'eau est aussi
connu, et a même été observé : coulées arrivant dans l'océan comme à
Hawaii ou à la Réunion, ou "enjambant" une rivière (probablement le
cas du "creux de Soucy", derrière la lac Pavin), provoquant des
explosions courtes.

Dans nos expériences, ce qui est mis en évidence, c'est le rôle de la
phase gazeuse créant l'ouverture dans le sol. En revanche, dans le premier cas, il s'agit d'une réaction chimique, qui produit du gaz
carbonique.

Pour revenir à la question, le volcanisme est à l'origine de la
dépression. La climatologie permet la mise en place d'un lac.
Et la
sédimentation provoque le comblement de ces lacs.

    Comment une pierre se forme-t-elle? Oui

    Procédons par étapes :

    * Qu'est-ce que de la terre ?

    Si nous ramassons un peu de terre dans un jardin, on peut facilement s'apercevoir qu'elle n'est pas un matériau inerte, comme peut l'être un morceau de granite (bordure de trottoir). Dans le meilleur des cas, avec une simple loupe, on s'apercevra qu'elle contient beaucoup de débris végétaux, et toute une faune microscopique. Un microscope nous révèlerait en fait une population extrêmement riche et variée d'organismes de très petites tailles, depuis de petits animaux (acariens, ...) visibles à la loupe, jusqu'aux bactéries, si nombreuses qu'elles se comptent par millions dans une cuillère à café de sol. De fait, cette terre, que nous appelons un sol, est un mélange d'organismes vivants, animaux et végétaux, de débris d'organismes morts, et finalement d'une matière relativement inerte, d'origine minérale. Cette dernière sera des petits gravillons, des grains de sable, faciles à apercevoir, mais pour l'essentiel, de l'argile, qui donne le côté "pâte à modeler" à la terre.

    Un point de vocabulaire : en géologie, on parle plutôt d'un sol, ou de sol, pour définir cette formation supercielle entre la roche du sous-sol et la biosphère qui est le domaine du vivant proprement dit. En pratique sol et terre peuvent être pris comme synonymes, tout comme pierre et roche.

    Une remarque : il existe une vaste variété de couleurs de terres, selon la nature de l'argile qu'elle contient, le type de débris organiques, ... La classification des sols (dont la science s'appelle la pédologie) utilise d'ailleurs la couleur comme un paramètre important.

    * Connait-on des exemples de terre transformée en pierre ?

    Cette question pose incidemment celle de la définition de "pierre", de "roche" qui est le terme que nous géologues préférons. Je ne suis pas sûr que l'on puisse le faire simplement et en toute généralité, tant il est assez facile de trouver des contre-exemples de matériaux qui doivent néanmoins être considérés comme des roches. Disons donc qu'une roche est un matériau naturel inerte du point de vue de sa composition... Pas de problème avec les bordures de trottoir en granite, ni avec le sable de bord de mer, même s'il est coquillier, mais qu'on y a bien enlevé toutes les "bébêtes" qui s'y nichent. Autre roche commune, la craie que l'on extraie dans les carrières du bassin parisien est constituée presque exclusivement de coquilles d'animalcules. Le pétrole et la glace des glaciers et des calottes polaires sont tout autant que le basalte considérés comme des roches.

    Nous connaissons bien une transformation de l'argile qui donne un matériau proche d'une roche, à savoir la cuisson, puisqu'ainsi sont faites les briques. Et comme il existe un phénomène naturel qui peut faire "cuire" de la terre, on connaît des exemples naturels de briques : le moyen de chauffage est une coulée volcanique qui veint s'épancher sur ce sol. Cette terre cuite naturelle devient un exemple de << paléo-sol >>. Ceci se détermine le plus souvent comme tel simplement parce que l'on y reconnaît des traces fossilisées de morceaux d'organismes vivants, empreintes de feuilles et de racines notamment. On en trouve assez facilement des exemples dans la chaîne des Puys.

    * Comment une pierre se forme-t-elle ?

    D'un point de vue descriptif, il nous faut faire la différence entre "une pierre" et "de la pierre", entre l'origine de l'objet tel qu'on l'aperçoit, avec notamment sa forme (bloc de roche en bas d'une falaise, galet de rivière, rognon de silex, colonne hexagonale de basalte, morceau d'un banc de calcaire, ...), et l'origine du matériau qui le constitue. Plutôt que << d'une pierre >>, un caillou particulier, je vais donc parler << de la pierre >>, du matériau, puisqu'il me semble que c'est le sens de la question. Ce qui ne signifie pas que nous scientifiques ne nous intéressons pas aux formes des "cailloux", à leur origine (par exemple, dans notre laboratoire, nous avons construit une machine spécifiquement pour étudier la formation des galets de rivière à partir de blocs, morceaux anguleux de roches apportés dans le lit du torrent par les éboulements, les glissements de terrains, ou formés par le bris d'autres blocs rocheux).

    Si on fait la liste des roches que nous connaissons tous, on peut s'amuser et essayer d'en deviner les origines, les modes de formation, puis essayer d'en faire quelques classes. Les géologues ont ainsi défini trois grandes catégories de roches, en relation avec trois modes principaux de formation de ces roches.

    Les plus communes pour nous êtres vivants, sont sûrement les roches sédimentaires, qui résultent de la déposition et de l'accumulation d'autres matériaux à la surface de la Terre, dépôt généralement suivi d'une légère transformation. C'est le cas du sable, de la craie, du sel gemme, de la tourbe, ... Le charbon ayant été enfoui plus ou moins longtemps (effet du temps), plus ou moins profondément (effet de la pression et de la température...), est plus ou moins transformé. C'est aussi le cas de nombreuses roches calcaires. Ces roches peuvent contenir des fossiles.

    Si la transformation est plus importante, parce que le matériau a été porté à plus forte pression et/ou plus forte température, il se produit une réelle transformation chimique, une réelle "cuisson". On obtient les roches métamorphiques. Exemples simples : les schistes à partir d'argile, les marbres à partir de calcaires. En les étudiant avec des moyens analytiques plus poussés (microscopie, analyse chimique et minéralogique, ...), on peut encore le plus souvent les relier à leur matériau d'origine.

    Le stade suivant est la fusion plus ou moins poussée de ce matériau, et cela donne le plus souvent la roche que l'on désigne comme le granite (avec un 'e'). Les proches monts du Beaujolais en montrent des exemples. Il y a aussi les roches d'origine volcanique qui pour la plupart (comme celle de la famille du basalte, lequel est le principal constituant, sous les sédiments marins, du plancher des océans) sont issus de la fusion des roches profondes de la Terre. L'ensemble de ces roches, qui se sont formées à très haute température, avec ou sans fusion, forment ce que l'on appelle les roches ignées.

    Bien sûr la nature ignore ces catégories, et il existe tous les intermédiaires entre ces grands types ! Entre le sable des dunes sahariennes et le quarztite parfois utilisé pour faire des pavés, et où les grains ne sont plus qu'à peine discernables les uns des autres, il existe tous les intermédiaires de grès...

    Bien évidemment, la boucle de la transformation des roches se referme quand par exemple les granites se retrouvent à l'affleurement, au contact avec l'atmosphère et la biosphère, moteurs de dégradation de ces roches en sédiments...

    Mais attention, cette logique de transformation des roches les unes dans les autres, utilisée ici pour présenter cette description n'est absolument pas générale. Elle ne s'applique pour l'essentiel que pour les roches des continents. La fusion des roches volcaniques résulte d'une toute autre histoire, déjà racontée lors d'une précédente question il y a un ou deux ans. En gros, l'intérieur de la Terre, ce que l'on appelle le manteau, qui est solide mais plastique, est brassé par des grands mouvements lents (1cm/an), apportant de la roche chaude vers la surface. En se rapprochant de la surface du globe, la pression diminue, et, à moins de 100 km sous la surface, la roche se met à fondre. Le liquide qui se forme dans ces "très rares" endroits est donc un magma, du basalte. Quand le magma, moins dense encore, arrive à la surface de la Terre, cela forme des volcans ou une ride médio-océanique, selon le cas.

    * Une expérience de transformation de terre en pierre ?

    Effectivement, je n'en vois pas qui soit directement faisable en classe, sinon à posséder un four à céramique avec toute la question de la sécurité... Mais pour donner une idée, il me semble que la cuisson d'une argile type argile à poterie peut être la base d'une réflexion (avec de la terre, il y aura carbonisation de la matière organique; plutôt salissant, et d'intérêt scientifico-pédagogique médiocre dans le présent contexte, me semble-t-il).

    Si l'on fait simplement sécher cette argile à poterie dans un four de cuisine, en la remouillant, on retrouve les propriétés de maléabilité plastique de l'argile : il n'y a pas réelle transformation définitive. Un chauffage plus élevé, plus long, ferait perdre cette propriété. Un four de céramiste monte me semble-t-il à plus de 500°C : pas une expérience réalisable directement par les enfants. Mais s'il existe dans votre région une telle industrie, pourquoi ne pas tenter de la visiter ?

    Pour moi, en tant que géologue, je privilégierais une démarche d'observation qui nous éloigne un peu du contexte de la Main à la Pâte, observation d'échantillons et de photos de terrain, ou mieux encore observation d'un affleurement géologique, s'il s'en trouve un adapté à cette situation et accessible en toute sécurité dans votre proximité... Du côté des volcans d'Auvergne, le volcan-musée à ciel ouvert du Puy Lemptégy montre des paléo-sols. Là où d'anciennes coulées de lave qui ont suivi des fonds de vallées, se retrouvent en proéminence par la faveur de l'érosion différencielle, on peut voir parfois la base de ces coulées, et le paléosol qu'elles ont ainsi protégé. Bonnes découvertes !

    --Éric Lewin, Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines, et Observatoire en Sciences de l'Univers de Grenoble.

    Origines et distinctions entre la lave et le magma Oui

    Le magma est de la roche liquéfiée, issue de la fusion de roches chaudes. Généralement, on parle de lave pour désigner les coulées de magma qui s'épanchent depuis les bouches des volcans. Grossièrement, une lave est un magma arrivé à l'éruption à la surface de la Terre, et qui donc perd une part importante de son contenu en gaz.

    D'ou vient la lave ?

    En remplaçant "lave" par "magma"... essentiellement de la fusion des roches terrestres en profondeur.
    L'intérieur de la Terre - que l'on appelle le manteau (*) - est très chaud et... solide, pâteux en fait, comme le sont les glaciers qui s'écoulent dans les hautes vallées des Alpes. Mais parce que la Terre se refroidit par sa surface, le manteau terrestre est animé de grands mouvements de brassage qui amènent des zones plus chaudes, donc "moins denses", vers la surface. Regardez ce qui se passe dans une casserole de sauce Béchamel chauffée doucement...
    Au cours de sa remontée, le matériau transporte de la chaleur vers la surface, en même temps qu'il subit une très violente décompression. Ce matériau, une très jolie roche verte qu'on appelle la péridotite, est ainsi fait qu'il n'arrive pas à perdre suffisamment vite sa chaleur par rapport à l'effet de décompression et, de ce fait, il se met à fondre progressivement. Ceci se produit quand il arrive à faible profondeur, moins de 100km sous la surface. La vitesse de remontée de ce matériau en train de fondre est de l'ordre de 10cm/an, soit ces derniers 100 km en environ un million d'années. Le liquide qui en résulte, le magma, moins dense que la roche environnante, commence à se rassembler en percolant au sein de la matrice vers le haut dans les derniers 50 km.
    Ce mécanisme de genèse des magmas est le plus important en quantités de magma produites (de l'ordre de quelques 25 à 30 km3/an); il se produit sous les rides médio-océaniques et sous les points chauds (Hawaii, la Réunion...). Pour le volcanisme de subduction, comme celui de la Ceinture de Feu autour de l'Océan Pacifique, le mécanisme est plus compliqué. Il met en jeu un apport d'humidité (eau) par la croûte océanique en train de "couler" dans le manteau, apport au manteau chaud avoisinant, ce qui provoque l'abaissement de sa température de fusion. De ce fait, les magmas qui en résultent sont très différents de ceux des points chauds, il en va de même des types de volcanisme ; très grossièrement, ceci explique la différence entre "volcans rouges" et "volcans gris".

    (*) le coeur s'appelle le noyau, c'est d'abord du fer fondu, très fluide qui, "vers" le centre de la Terre, redevient solide sous l'effet de la pression.

    Fleur de sel Oui

    Je n'ai pas d'expertise particulière sur le sel marin et sa production. Mais ce que vous écrivez m'inspire quelques réflexions :

    Dans les marais salants, la fleur de sel apparaît essentiellement à la surface de l'eau dans le bassin en cours d'évaporation, comme un voile.
    Quelques expériences doivent pouvoir permettre d'approcher la notion de solubilité du sel, et celle de limite de solubilité de ce sel dans l'eau, c'est-à-dire la notion de saturation... qui est à la base du phénomène. Il faut sûrement aussi expérimenter sur le phénomène d'évaporation, celle-ci étant la cause de la saturation. Sur l'évaporation, diverses idées ont récemment circulées sur la liste de diffusion Lamap. Sur la saturation, des expériences peuvent aussi être faites avec le sucre... mais peut-on faire de la fleur de sucre ? Je n'en suis pas sûr, mais n'ai pas essayé. Avez-vous d'ailleurs essayé de réaliser en expérience la fabrication de fleur de sel ? Il doit falloir chauffer l'eau salée par le dessus : pas très simple en classe probablement.

    Certains lacs dans des grottes montrent un phénomène d'apparence similaire, la cristallisation à leur surface, d'un voile de calcaire. Toutefois le phénomène de saturation y est plus complexe, car il n'est pas lié à 'évaporation de l'eau, mais au gaz carbonique plus ou moins dissous dans l'eau, plus ou moins concentré dans l'air au-dessus... On peut voir ce phénomène par exemple dans la grotte de Choranche, dans le Vercors (il y a un site web sur cette grotte ; photo ?).

    Le phénomène de fleur de sel apparaît aussi en surface des tas de gros sel (non exploité par les paludiers, car probablement trop peu et difficilement séparable du gros sel). Mais le phénomène me semble intéressant car me semble-t-il plus propice à ces expériences réalisables facilement... À cause de l'évaporation de l'eau en surface du tas, il s'y crée d'une part une cristallisation du sel dissout, et d'autre part une circulation, à l'intérieur du tas humide, d'eau riche en sel (saumure), vers la surface de ce tas, ce qui amène progressivement à la surface la croissance de cristallisation d'un sel pur, sans impuretés, plus blanc. L'expérience peut sûrement être faite en classe, et en utilisant au cours de l'expérience, des colorants en très petites quantités, pour montrer ces circulations...
    Un phénomène un peu oublié de nos jours, lui totalement similaire au précédent du point de vue de la physique, est celui de la formation sur les murs humides des auréoles de salpêtre...

    Voilà. Si vous souhaitez des compléments d'explications, n'hésitez pas.
    Salutations cordiales

    Montagne ou volcan ? Oui

    J'ai discuté de ce problème de terminologie avec deux collègues, l'un géomorphologue (étude des formes du relief et de leurs relations avec les processus naturels et la nature du sous-sol), et l'autre tectonicien (étude de la surrection des montagnes) : l'un comme l'autre affirment qu'il ne s'agit guère plus que d'un problème de terminologie personnelle, de définition à préciser selon le contexte d'utilisation, mais non d'un terme de vocabulaire précis et universellement défini. Pour moi, montagne n'est que descriptif, et renvoie à un certain nombre de caractéristiques plutôt générales qui peuvent très bien englober des volcans.

    Ainsi, il y a un remonte-pente sur le Mont-Dore (qui semble toutefois ne pas avoir fonctionné depuis longtemps, si l'on en juge de l'épaisseur de rouille qui l'affecte), tout comme sur l'Etna (une webcam en montrait les installations ; je crois qu'elles ont souffert d'éruptions récentes...). Ainsi, les neiges du Kilimandjaro sont-elles célèbres... Ainsi la cordillère andine est-elle à la fois une chaîne de montagne au sens "classique", un "bourrelet", comprimé horizontalement, de la croûte continentale et une zone de volcanisme particulièrement active.

    Étude d'échantillons minéraux Oui

    Une question simple, qui demanderait un peu d'expérimentation pour la préparer ! Voici non pas une réponse, mais plutôt une piste d'idées à explorer...
    En pays crayeux, on peut trouver assez facilement un morceau de craie brut de bonne taille, typiquement 20 cm au carré sur 10 cm d'épaisseur. Puis on installe un goutte à goutte au-dessus avec du vinaigre blanc dilué; je pense qu'en une semaine à 15 jours, on doit pouvoir avoir un résultat qui n'est pas simplement un trou, si le vinaigre est suffisamment dilué. Mais il faut précéder l'expérience de tests de calibration ... D'autre part, le passage du vinaigre à la pluie chargée en CO2 n'est peut-être pas si évident que cela... Faut-il pencher le morceau, ou le poser sur un support imperméable ? L'idée est de forcer une dissolution préférentielle selon les hétérogénéités du bloc de craie...

    Sinon, en passant à d'autres matériaux... j'imagine qu'un bloc d'un mélange de morceaux de sucre candi et de petits morceaux (billes) d'une pâte farine+eau doit pouvoir faire l'affaire dans le rôle du bloc de calcaire, avec de l'eau froide à tiède comme agent dissolvant (le sucre candi étant assez peu soluble), le tout dans les "bonnes" proportions (cohésion de l'ensemble, phénomène de seuil de percolation ?...), mais il s'agit d'une dissolution sélective dans un matériau macroscopiquement hétérogène... Et en plus cela demande encore de l'expérimentation préalable...