Deux expériences scientifiques pour recréer un mini volcan sous-marin dans un laboratoire ou à la maison. Attention : expérience très esthétique !

Les volcans sous-marins sont des fissures de la croûte terrestre océanique par lesquelles peut sortir du magma provenant du manteau sous-jacent. Au contact avec l’eau, la lave se solidifie assez rapidement : elle peut former des gros cailloux arrondis, appelés coussins de lave, ou des nouvelles îles par superposition de couches.

Le manteau terrestre se trouve normalement à l’état solide. À cause d’une augmentation locale de la température ou d’une diminution de la pression, certaines zones du manteau peuvent fondre et remonter à la surface sous-forme d’éruption, également poussées par les gaz volcaniques.

L’éruption sous-marine

Matériel nécessaire :

• des bougies de couleur rouge
• des petits cailloux
• du sable
• de l’eau très froide
• un bécher (un récipient de laboratoire très résistent à la chaleur, ne pas essayer avec des récipients en verre simple !)
• un bec Bunsen (un appareil de laboratoire qui produit une flamme) et un trépied pour poser le bécher, ou une plaque chauffante

Faire fondre un peu de cire de la bougie et en déposer une couche au fond du récipient (c’est le magma). Rajouter quelques cailloux et une couche épaisse de sable (c’est la croûte terrestre). Enfin recouvrir le tout avec de l’eau (c’est la mer).
Quand on allume la flamme, la cire commence à fondre en soulevant doucement le sable. Soudain, elle commence à entrer en éruption. À ce moment, la cire sort du sable, passe dans l’eau et refroidit vite, en solidifiant. Comme elle est moins dense que l’eau, elle flotte à la surface.
Dans la réalité la vraie lave solidifiée ne flotte pas, elle coule au fond de l’océan. Mais quand le volcan sous-marin est superficiel, les couches de lave se superposent à son sommet jusqu’à émerger de l’eau : une nouvelle île est née !

On peut aussi utiliser ce modèle de volcan pour comprendre la formation des roches magmatiques, si on considère que l’eau ne représente pas la mer mais une autre couche de la croûte terrestre. Les magmas chauds ont la tendance à remonter vers le haut. Certains magmas se solidifient une fois sortis de la croûte terrestre, en donnant naissance aux roches dites volcaniques. D’autres magmas, par contre, restent sous terre et solidifient plus lentement, en formant les roches dites plutoniques. C’est dans ce type de roche qu’on trouve des gros cristaux (ici des expériences scientifiques sur les cristaux), parce que la cristallisation a eu lieu lentement.

(Avertissements : faire cette expérience dans un laboratoire ou en classe avec un enseignant. Par précaution, observer à distance, derrière un écran, ou porter des lunettes de protection)

Il peut arriver que seuls les gaz produits par l’activité volcanique souterraine sortent de la croûte terrestre. Quand cela arrive au fond de la mer, on parle de fumerolles marines ou de sources hydrothermales. Les gaz volcaniques sont les composantes volatiles des magmas, qui se séparent de la partie solide ou liquide une fois la surface de la terre atteinte. Ces gaz sont composés, pour la plupart, de vapeur d’eau et de gaz carbonique (dioxyde de carbone). On y retrouve aussi du fer, du soufre et d’autres substances toxiques. Malgré cela, certains êtres vivants se sont adaptés à ces conditions extrêmes et on trouve parfois des écosystèmes florissants autour des fumerolles.

Les fumerolles sous-marines

Matériel nécessaire :

• du bicarbonate de sodium
• du vinaigre blanc
• de l’huile de tournesol
• du colorant alimentaire
• une pipette ou un compte-gouttes
• un verre transparent + un deuxième récipient

Former, au fond du verre, une couche de bicarbonate d’environ 1 cm. La recouvrir d’une couche d’huile de quelques centimètres. Dans un deuxième récipient, mélanger le vinaigre avec quelques gouttes de colorant alimentaire. Ensuite prélever, à l’aide de la pipette, un petit peu de ce mélange et le mettre dans le verre. Le vinaigre coloré est composé en grande partie d’eau, donc il ne se mélange pas avec l’huile. Comme il est plus dense que l’huile, il coule au fond du verre. Ici, il réagit avec le bicarbonate selon une réaction acide/base qui produit du dioxyde de carbone. Ce gaz est, bien sûr, moins dense que l’huile et donc remonte à la surface. Cette expérience imite assez bien la remontée des bulles de gaz volcanique sortant de la fumerolle sous-marine, et en plus c’est amusant et joli à voir !

Si cet article vous a plu, vous pouvez trouver ici d’autres expériences scientifiques et lire le billet sur ma visite à l’intérieur du volcan  Solfatare de Pouzzoles (Naples, Italie).

La première expérience est inspirée d’un article du site  www.earthlearningidea.com

Cet article est paru dans le numéro 193 (mai 2017) de Cosinus, le journal de mathématique et sciences pour jeunes, Editions Faton.