Niveau : Collège/Lycée
L’objectif de cette activité est de modéliser de façon très simple la cristallisation fractionnée et les enclaves de péridotites. Elle fait suite à l’article suivant : Journal de bord – Jour 23.
Vous pouvez réaliser cette petite modélisation avec des élèves de tout âge pour expliquer ces notions du projet SISMAORE. Néanmoins, la cristallisation fractionnée n’est pas une connaissance exigible dans les programmes du secondaire.
Notions :
– Dans le magma, les éléments chimiques sont mélangés avec différentes proportions.
– Lors du refroidissement du magma, certains éléments vont s’assembler préférentiellement pour former des cristaux.
– Tous les minéraux ne cristallisent pas aux mêmes températures. Les premiers à apparaître sont les olivines (de couleur verte) puis les pyroxènes (de couleur noir).
– Une fois formés, les minéraux précipitent au fond de la chambre magmatique.
– Une remontée de magma sous la chambre magmatique peut piéger ces minéraux.
– Si ce second magma sort à la surface, il formera un basalte avec des enclaves de minéraux piégés.
Matériel :
– Une feuille A4
– Des billes de différentes couleurs (environ 5 à 7 couleurs différentes dont des noires et des vertes).
Limites du modèle :
- Chaque bille représente un assemblage d’éléments chimiques et non un élément particulier. En collège, il est possible de simplifier cela en indiquant directement que chaque bille représente un minéral.
Au lycée, attention à ne pas créer un biais laissant penser que les minéraux sont déjà en préparation dans le magma primaire, et n’attendent que le refroidissement pour durcir.
– Les proportions et distances entre la chambre magmatique et la surface du sol ne sont pas respectées.
– Le premier magma qui reste dans la chambre est représenté par des billes. Le second, en mouvement, par une main.
Protocole :
1. Tracez sur votre feuille un grand cercle. Légendez le comme étant la chambre magmatique.
2. Indiquez au dessus du cercle la surface du sol pour orienter votre modèle.
3. Prenez une poignée de billes et placez la dans la chambre magmatique. Ces billes vont représenter la composition initiale de votre magma. Vérifiez que vous avez à peu près toutes les couleurs.
4. Les billes vont représenter des assemblages différents d’éléments. Par exemple, les billes vertes représentent les éléments nécessaires à la formation des olivines.
Dans un tableau, notez la composition initiale du magma (Combien de billes de chaque couleur). Vous pouvez aussi calculer la proportion de chaque couleur.
5. Votre magma va commencer à refroidir. Comme nous l’avions indiqué, les premiers minéraux à se former durant ce refroidissement sont les olivines de couleur verte.
Placez les billes les représentant en bas de la chambre magmatique.
6. Notez dans votre tableau la composition de votre magma à présent. Si vous avez calculé les pourcentages de chaque couleur à l’étape 4, vous pouvez les recalculer.
7. Les seconds minéraux à cristalliser sont les pyroxènes, de couleur noire. Placer les billes correspondantes au dessus de votre lit d’olivine.
8. Notez dans votre tableau la composition de votre magma à présent. Si vous avez calculé les pourcentages de chaque couleur aux étapes 4 et 6, vous pouvez les recalculer.
Collège : En quelques lignes, résumez vos résultats.
Lycée : En utilisant la démarche expérimentale (J’observe, je déduis, je conclus) expliquez le lien entre l’appauvrissement en éléments du magma, au cours de son refroidissement, et la formation de minéraux différents.
9. Posez votre main à plat en bas de la chambre magmatique. Elle représente une nouvelle remontée de magma. Faites la glisser jusqu’en haut de la feuille. C’est une éruption volcanique. Noter alors le nombre de billes vertes et noires que vous avez emmener vers le haut. Ce sont les inclusions d’olivines et de pyroxènes que l’on retrouve dans les basaltes.
