Apport des modèles dans l`enseignement de la géologie en 1ere S

APPORT DES MODÈLES DANS
L'ENSEIGNEMENT DE LA GÉOLOGIE EN 1ERE S
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
THÈME 1 B – L’HISTOIRE D’UN MODÈLE
• Les éléments des programmes anciens pouvant être réutilisés:
La quasi-totalité des modèles suggérés dans la rubrique « capacités et attitudes »
des nouveaux programmes ont pu être utilisés dans les précédents.
 Les modèles analogiques sont les outils dont disposent les élèves pour vérifier
les hypothèses historiques.
 Ils montrent que les progrès techniques accompagnent la construction du
modèle de la tectonique des plaques
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
LA NAISSANCE DE L’IDÉE
• Connaissances
Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité du globe terrestre établi, à la même
époque, par les études sismiques. L’idée de mobilité horizontale est rejetée par l’ensemble de la communauté
scientifique.
• Capacités et attitudes :
Réaliser et exploiter des modélisations analogique et numérique pour établir un lien entre propagation des
ondes sismiques et structure du globe.
 Modèle analogique et dispositif ExAO utilisant des capteurs piézo:
Propagation des ondes de volume P et S dans les solides; absence de propagation d'ondes S dans les liquides.
http://svt.ac-montpellier.fr/spip/IMG/sismodemo/index.htm. Utiliser le module "la propagation des ondes dans les
liquides".
Point de départ de l'utilisation du modèle :
Un même séisme enregistré par des stations situées à une distance différente permet de mettre en évidence
les différents types d'ondes P, S et L. http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article158,
http://www.edusismo.org/fiche_piste.asp?id=45&themes=255&public=1
 Modèle analogique permettant de mettre en évidence l'existence de discontinuités :
laser, air enfumé, solution saturée de saccharose. p 95 bordas
Point de départ de l’utilisation du modèle : Sismogrammes montrant des ondes directes, réfléchies et réfractées.
 Modèle numérique montrant les discontinuités:
Logiciel « ondes P », pour la découverte des différentes profondeurs des discontinuités
Point de départ de l’utilisation du modèle : la zone d’ombre
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
L’INTERPRÉTATION ACTUELLE DES DIFFÉRENCES D’ALTITUDE
MOYENNES ENTRE LES CONTINENTS ET LES OCÉANS
• Connaissances :
les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes
terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et de gabbro et une croûte continentale
constituée entre autres de granite. La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite.
• Capacités et attitudes :
Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation
assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente.
 Modèle analogique et dispositif ExAO utilisant des capteurs piézo:
Réaliser des mesures de vitesse des ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente:
http://svt.ac-montpellier.fr/spip/IMG/sismodemo/index.htm. (Utiliser «vitesse des ondes et densité des matériaux »)
Remarque : si un basalte doit être utilisé, veiller à ce qu'il soit bien dégazé.
Point de départ de l'utilisation du modèle :
Un même séisme enregistré par des stations situées à une distance différente de l’épicentre permet de
mettre en évidence des vitesses de plus en élevées en s'éloignant de l'épicentre. On peut mettre en place
l'augmentation de densité dans les roches plus profondes.
Pour être plus complet ou travailler sur une "piste":
http://www.edusismo.org/fiche_piste.asp?id=72&themes=255&public=1
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
L'HYPOTHÈSE D'UNE EXPANSION OCÉANIQUE ET SA
CONFRONTATION À DES CONSTATS NOUVEAUX
• Connaissances :
La mise en évidence de bandes d'anomalies magnétiques symétriques par rapport à l'axe des dorsales
océaniques, corrélables avec les phénomènes d'inversion des pôles magnétiques (connus depuis le début du
siècle), permet d'éprouver cette hypothèse et de calculer des vitesses d'expansion.
• Capacités et attitudes :
Comprendre comment la convergence des observations océanographiques avec les mesures de flux
thermique a permis d’avancer l’hypothèse d’une expansion océanique réactualisant l’idée d’une dérive des
continents.
Comprendre comment la corrélation entre les anomalies magnétiques découvertes sur le plancher
océanique et la connaissance plus ancienne de l’existence d’inversion des pôles magnétiques confirma
l’hypothèse de l’expansion océanique.
 Modèle analogique et dispositif ExAO "banc magnétographe".
Permet la vérification de l’hypothèse : « La symétrie de ces anomalies par rapport à la dorsale s’expliquerait
par une formation au même endroit et au même moment.» http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article44
Point de départ de l'utilisation du modèle:
Enregistrement des anomalies magnétiques le long de la Ride Médio-Atlantique au sud de l’Islande.
 Utilisation d'un modèle analogique de convection :
Voir Belin p97
Point de départ de l’utilisation du modèle : carte du flux géothermique au niveau planétaire.
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
LE CONCEPT DE LITHOSPHÈRE ET D'ASTHÉNOSPHÈRE
• Connaissances
:
L'interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s'enfonce dans un
manteau au niveau des fosses dites de subduction. La limite inférieure de la lithosphère correspond
généralement à l'isotherme 1300°C.
• Capacités et attitudes :
Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l'aide d'un dispositif ExAO de propagation
d'ondes à travers un même matériau mais à des températures différentes pour comprendre la différence
entre lithosphère et asthénosphère.
 Modèle analogique et dispositif ExAO utilisant des capteurs « piézo » et une barre
de pâte à modeler congelée
http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article320 et http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article172
http://www.edusismo.org/fiche_piste.asp?id=43&themes=255&public=1
Point de départ de l’utilisation du modèle : Etude de cas dans la région des Antilles ( voir 4° - Anomalies
thermiques).
http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article207
http://www.edusismo.org/fiche_piste.asp?id=90&themes=255&public=1
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
UN PREMIER MODÈLE GLOBAL : UNE LITHOSPHÈRE
DÉCOUPÉE EN PLAQUES RIGIDES
• Connaissances :
A la fin des années soixante, la géométrie des transformantes océaniques permet de proposer un modèle en
plaques rigides.
• Capacités et attitudes :
Réaliser une manipulation analogique simple pour comprendre que les mouvements des plaques sont des
rotations de pièces rigides se déplaçant sur une sphère:
 Modèle analogique :
A concevoir .
Point de départ : Observation des failles transformantes sur un globe terrestre et détermination des pôles
eulériens.
 Pistes pour les TPE :
- Travail sur modèles 3D à partir des logiciels de dessin (Blender3D…)
- Construction de modèles analogiques permettant de vérifier les calculs.
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
LE RENFORCEMENT DU MODÈLE PAR SON EFFICACITÉ PRÉDICTIVE
• Connaissances :
Le modèle prévoit que la croûte océanique est d'autant plus vieille qu'on s'éloigne de la dorsale. Les âges des
sédiments en contact avec le plancher océanique (programme de forages sous-marins JOIDES) confirment cette
prédiction et les vitesses prévues par le modèle de tectonique des plaques.
• Capacités et attitudes :
Saisir et exploiter des informations sur les cartes.
Concevoir réaliser et exploiter un modèle analogique.
 Modèle analogique et/ou numérique :
Utilisation d’une étude de cas avec le logiciel EduCarte (http://www.edusismo.org ) : à créer…
Création d’un modèle analogique permettant de faire varier la durée de sédimentation.
Point de départ :
Utilisation de TectoGlob pour la mise en relation de l’âge des sédiments océaniques et leur position par
rapport à la dorsale.
 Pistes pour les TPE :
Création d’une étude de cas avec le logiciel EduCarte (http://www.edusismo.org) . Maîtrise du « langage html »
nécessaire.
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
L'ÉVOLUTION DU MODÈLE : LE RENOUVELLEMENT DE
LA LITHOSPHÈRE OCÉANIQUE.
• Connaissances :
En permanence de la lithosphère océanique est détruite dans les zones de subduction et produite dans les
dorsales. La divergence des plaques de part et d'autre de la dorsale permet la mise en place d'une lithosphère
nouvelle à partir de matériaux d'origine mantellique.
• Capacités et attitudes :
Réaliser des modélisations analogiques et numériques pour établir les liens entre amincissement de la
lithosphère, remontée, dépressurisation et fusion partielle de l’asthénosphère sous-jascente et formation
d’une nouvelle lithosphère
 Modèle :
Modèle numérique : Logiciel "Pression et températures" (Jeulin : 347 euros version établissement)
Modèle analogique P° et T °:
http://webetab.ac-bordeaux.fr/Etablissement/LJay/pedagogie/disciplines/svt/Fusion/fusion.htm
 Pistes pour les TPE :
Concevoir une modélisation analogique P° et T° en relation avec les SPC.
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes
ENJEUX PLANÉTAIRES ET CONTEMPORAINS
THÈME 2 A - TECTONIQUE DES PLAQUES ET RECHERCHE D’HYDROCARBURES
• Connaissances :
Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel utile pour rechercher des gisements
pétroliers….
….La rare coïncidence de toutes ces conditions nécessaires explique la rareté des gisements dans l’espace et
le temps.
• Capacités et attitudes :
Concevoir une modélisation et suivre un protocole pour comprendre comment une structure géologique
associée à un recouvrement imperméable constitue un piège à liquide.
 Modèle :
Modèle de recherche de gisements d'hydrocarbures ( production SAMS / premier
trimestre 2012).
Point de départ :
- Carte mondiale des gisements pétrolifères montrant la répartition inégale,
relativement rare de ces gisements pétrolifères.
- Documents montrant le coût d’un forage on-shore et/ou off-shore.
08/06/2011 - Lycée Champollion - Lattes