Différentes compositions de laves

 

                                                        

 1) Viscosité de la lave 

a) Définition

La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d'une éruption volcanique. Selon la viscosité de la lave, on détermine deux types d'éruption : effusive et explosive. Pourtant cette viscosité varie selon la composition de la lave. En effet, on observe qu'une lave très chargée en silice (SiO2) sera très visqueuse et sera issue d'un volcan explosif et inversement si elle en est très peu chargée, elle proviendra d'un volcan effusif. On constate que la viscosité de la lave dépend de sa teneur en silice. 

b) Expériences 

Nous avons mis au point deux expériences qui nous ont permis d'observer une réaction entre du vinaigre et du bicarbonate de soude pour fabriquer un volcan en éruption. Une première expérience a été menée pour observer l'éruption et ensuite nous voulions en faire une deuxième, en essayant de changer la quantité d'un des ingrédients pour obtenir une lave plus visqueuse. Nous avons donc supposer que le bicarbonate de soude influence sur la viscosité de la lave de notre volcan. Dans la première expérience, nous avions mis seulement 50g de bicarbonate et dans l'autre nous en avons mis deux fois plus, soit 100g. Nous avons observer avec 50g de bicarbonate que la lave était plus fluide qu'avec 100g. Par conséquent le bicarbonate est l'élément qui remplace la silice dans un vrai volcan, pour la viscosité.


2) Différentes catégories de laves

De plus, on peut classer les laves en plusieurs catégories en fonction de leur teneur en silice  :

- des laves ultrabasiques possèdent moins de 45 % de SiO2 ;

- des laves basiques ont un rapport en SiO2 compris entre 45 et 52 % ;

- des laves intermédiaires ont un rapport de SiO2 entre 52 et 66 % ;

- des laves acides lorsque le rapport en silice dépasse 66 %.

La lave que l'on retrouve dans un volcan explosif est visqueuse, par conséquent, ce sera plus une lave acide.

Une lave visqueuse, riche en SiO2, sera émise aux alentours de 700°C tandis qu'une lave fluide, pauvre en SiO2, sera émise aux alentours de 1200°C, la température et la viscosité sont donc liées dans une éruption.

3)  La viscosité: une grandeur physique

  a) Définition

La viscosité est une grandeur physique, ce phénomène caractérise la façon dont un liquide coule. Dans un fluide réel, les forces de contact ne sont pas perpendiculaires aux éléments de surface sur lesquelles elles s'exercent. La viscosité est due à ces frottements qui s'opposent au glissement des couches fluides les unes aux autres. Les phénomènes dus à la viscosité des fluides ne se produisent que lorsque ces fluides sont en mouvement. 

b) La viscosité dynamique (schéma et profil de vitesse)

Sous l'effet des forces d'interaction entre les molécules de fluide et celles de la paroi, chaque molécule de fluide ne s'écoule pas à la même vitesse. On dit qu'il existe un profil de vitesse.

 

Si on représente par un vecteur, la vitesse de chaque particule située dans une section droite perpendiculaire à l'écoulement d'ensemble, la courbe lieu des extrémités de ces vecteurs représente le profil de vitesse.

 Le mouvement du fluide peut être considéré comme résultant du glissement des couches de fluide les unes sur les autres.

La vitesse de chaque couche est une fonction de la distance z de cette courbe au plan fixe : v = v(z).

c)  Viscosité dynamique (formule et unités)

Considérons deux couches de fluide contiguës distantes de Dz. La force de frottement F qui s'exerce à la surface de séparation de ces deux couches s'oppose au glissement d'une couche sur l'autre. Elle est proportionnelle à la différence de vitesse des couches soit Dv, à leur surface S et inversement proportionnelle à Dz :

Le facteur de proportionnalité est le coefficient de viscosité dynamique du fluide.

Dimension :    [] = M·L-1·T-1.

Unité : Dans le système international (SI), l'unité de viscosité dynamique est le Pascal seconde (Pa×s) ou Poiseuille (Pl) : 1 Pa·s = 1 Pl = 1 kg/m·s

Autres unités (non légales) :

On trouve encore les tables de valeurs numériques le coefficient de viscosité dans un ancien système d'unités (CGS) : l'unité est le Poise (Po) ;  1 Pl = 10 Po = 1 daPo = 103 cPo.

d) Ordre de grandeur et influence de la température


Fluide

h (Pa·s)

eau (0 °C)

1,787 x 10–3

eau (20 °C)

1,002·x 10–3

eau (100 °C)

0,2818·x 10–3

huile d'olive (20 °C)

» 100·x 10–3

glycérol (20 °C)

» 1,0

H2 (20 °C)

0,860·x 10–5

O2(20 °C)

1,95·x 10–5

La viscosité des liquides diminue beaucoup lorsque la température augmente.

Il n'existe pas de relation rigoureuse liant la viscosité et T.

Contrairement à celle des liquides, la viscosité des gaz augmente avec la température.

Bilan : La viscosité est une grandeur physique qui permet de déterminer le type de volcan (effusif ou explosif )avec la teneur en silice de la lave.

Voici une vidéo d'une éruption du Piton de la Fournaise (avril 2007) qui montre un exemple d'éruption effusif avec des coulées de lave fluides :

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