II- Etude des roches

Le 14 octobre 2016, nous sommes allées au Muséum d’Histoire Naturelle, à Nantes, à l'occasion de la fête de la science. Nous y avons découvert de nombreuses roches, dont la pierre Volvic. Une pierre très utilisée pour la construction de bâtiments. L’exposition nous à permis de nous entretenir avec un ancien géologue. Nous lui avons donc parlé de notre sujet de TPE qu'il trouva fort intéressant : il nous expliqua qu’une roche massive pouvait flotter si on la creusait assez. En effet, cela la rendait plus légère. Il fallait, de surcroît, que la poussée d’Archimède soit supérieure au poids du bateau pour que ce dernier puisse flotter. De plus, le géologue nous appris la composition du granite (pour les cristaux) : feldspaths, quartz et micas. Il nous donna aussi le nom d’un géologue en activité, M. Papillard, afin que l’on puisse lui demander de l’aide plus tard. Cette exposition fut très enrichissante, nous avons ainsi pu rencontrer un ancien géologue et lui poser nos questions. De plus, nous avons apprécié l'exposition de roches. Nous nous sommes même inscrites à la bibliothèque du muséum pour y faire des recherches ultérieurement.

Le choix des pierres a été défini après avoir visionné On n’est pas que des cobayes – Faire flotter un bateau en pierre. En effet, ils proposaient quatre types de roches : le grès, le granite, le calcaire et la pierre ponce. Nous avons utilisé les expériences qu’ils avaient proposé pour tester, de notre côté, les roches choisies.

 Lien de la vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=kDDrDu2o9pQ (copier le lien)

La composition des roches :

·     Le grès est une roche détritique sédimentaire composée d’environ 50% de débris dû à l’érosion. Elle est issue de l’agrégation et de la cimentation des grains de sables. Ces grains sont composés de silice, de calcite, d’oxyde de fer ou d’argile. Cela entre dans la composition de multiples minéraux. Le grès est une roche avec une surface mate dû à sa structure en grain. Sa couleur, quant à elle, dépend de la matrice, de la composition des grains et du ciment. Les grès peuvent être de couleur blanche, grise, brune, jeune, rose, verte ou  rouge si la roche contient de l’hématite. Les deux minéraux principaux du sable, contenu dans le grès, sont les quartz et les feldspaths.

Grès

•  Le calcaire est une roche grise et matte, quelquefois massive et contenant fréquemment des fossiles. Le calcaire est principalement formé par la précipitation des minéraux carbonatés (calcites, dolomite, aragonite et sidérite) dans un environnement marin tropical où l’eau est peu profonde. Les carbonates les plus présents sont le calcium (CaCO₃) et le carbonate de magnésium MgCO₃. De surcroît, sa composition possède 70% de minéraux (calcite, silice), de l’argile ainsi que de la matière organique. Cette roche peut être utilisée pour de nombreux usages de par son aptitude à se casser comme on le souhaite.

Calcaire

•       Le granite est une roche plutonique magmatique avec une texture grenue caractérisée par l’arrangement des cristaux entres eux. L’on peut y trouver des quartz, des feldspaths potassiques et plagioclases ainsi que des micas. Le granite a souvent été utilisé, de par sa résistance, pour la construction de bâtiments… Cette roche est composée 74, 5% de dioxyde de silicium (SiO₂), de 14% d’alumine (AlO₃), de 9, 5% de Na₂Ok₂O ainsi que 2% d’oxydes [fer (Fe), de manganèse (Mn), de magnésium (Mg) et de calcium (Ca)].

 

Granite

·      La pierre ponce est une roche volcanique très poreuse et faible en densité (inférieur à 1), ce qui lui permet de flotter à la surface de l’eau. Elle est composée de fragments de rhyolite qui est un équivalent volcanique du granite, de dacite, une roche magmatique, ou d’andésite (une roche volcanique). Elle est, en général, de couleur blanchâtre.

Pierre ponce

Partie expérimentale :

Nous avons donc fait des expériences pour déterminer si le grès, le calcaire, le granite ainsi que la pierre ponce absorbaient l'eau, si elles étaient étanches ou non et si elles avaient une facilité de mise en forme (s’il était possible de les moduler, de leur donner une forme sans les briser).

1) Dans un premier temps, nous avons testé l’absorption des pierres. Nous avons déposé quelques goûtes d’eau sur chacune d’elle et nous avons regardé le résultat. Pour la pierre ponce et le calcaire, l’absorption fut immédiate. Pour le granite ainsi que pour le grès, l’absorption se fit très lentement et ne fut alors pas instantanée.

2) Après cette première expérience, nous avons expérimenté la flottabilité de ces pierres. A notre plus grande surprise, la pierre ponce coula alors que, normalement, cette pierre flotte. Notre professeur de SVT nous expliqua qu’en réalité ce n’était pas une pierre ponce, comme nous l’avions demandé, mais une scorie. C’est une pierre volcanique contenant beaucoup de fer, d’où sa couleur rouille. Cela expliquait donc pourquoi elle avait coulé contrairement à la pierre ponce que l’on désirait. Le grès et le calcaire ont coulé en libérant de l’oxygène, ce qui fit apparaître des bulles et confirma leur absorbance par rapport à l’eau. Le granite coula également mais il ne libéra aucun gaz. D’après cette observation, en toute logique, le granite était la meilleure pierre pour répondre à notre problème et ainsi pouvoir réaliser nous même notre bateau en pierre.

            

3) Toutefois, après avoir effectué l’expérience sur leurs résistances en frappant chacune des pierres avec un marteau, nous avons pu constater que la scorie s’est brisée en petits morceaux facilement. Le grès, quant à lui, s’est désagrégé une fois cassé car il est essentiellement constitué de matières sableuses. Nous avons ainsi observé que le calcaire se coupait facilement mais qu’il avait une petite tendance à s’effriter. Puis, pour finir, le granite. Celui-ci fut très dur à couper mais les morceaux qui sortirent de cette découpe furent nets. C’est donc une pierre très difficile à travailler.

• D'après ces expériences, il semblerait que le granite soit le plus apte à remplir nos critères. Cependant, nous ne disposions pas du matériel adéquat pour le travailler ainsi que le temps nécessaire. Par conséquent, nous avons remplacé cette roche dense par le calcaire. En effet, il est plus facile à travailler. La réalisation de notre bateau pouvait débuter.