Construction et analyse d`une séquence d`enseignement en SVT
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Construction et analyse d’une séquence d’enseignement en SVT Évaluation de Didactique GLSE602 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT 31/05/2014 Dans le cadre de l’UE GLSE602 de didactique et d’épistémologie, nous avons construit une séquence d’enseignement en SVT. Le niveau et le choix de la séquence était libre et nous avons choisi de présenter un thème clef en première scientifique pour comprendre les bases de géologie : La tectonique des plaques ; histoire d’un modèle. Nous analyserons dans ce dossier les implications didactiques et épistémologiques du thème traité. En effet, nous avons articulé le plan du cour de sorte à bien faire ressortir les différentes découvertes qui ont amener la communauté scientifique à évoluer de la théorie de la dérive des continents jusqu'à la théorie actuelle de la tectonique des plaques. De plus, ce dossier comportera pour chaque séance une fiche professeur présentant les pré requis, les objectifs, l’attitude, le vocabulaire scientifique, implication didactique, le déroulement de la séance et une fiche élève pour mettre en lien une activité avec les notions essentielles à la compréhension du cours. Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 PREMIÈRE SCIENTIFIQUE THEME 1-B La tectonique des plaques : histoire d’un modèle 2 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 SOMMAIRE 1. Plan de la séquence …................................................................................................... 4 Présentation du plan suivit lors de la présentation du cours à une classe de première S. Le plan va s’articuler autour de l’évolution des théories au cours du temps pour faire ressortir l’implication épistémologique de cette séquence. 2. Introduction du cours …................................................................................................ 5 Cette introduction correspond à une présentation de quelques minutes faite lors de la première séance de ce thème sur la tectonique des plaques pour que les élèves aient des définitions claires et précises des termes utilisés. Ainsi, toutes les idées reçues sur la tectonique des plaques seront écartées. 3. Détail de la partie du programme de Première Scientifique …................................... 6 Extrait du Bulletin officiel spécial n°9 du 30 septembre 2010 pour mettre en avant les attentes du ministère sur le contenu scientifique à délivrer aux élèves. 4. Raison de ce choix …..................................................................................................... 9 5. Analyse des implications didactiques et épistémologiques de la séquence …....... 9 Dans ce paragraphe sera présenté les grandes lignes des implications didactiques et épistémologiques du thème pour mettre en lien la construction du cours et le contenu de l’enseignement de didactique. 6. Détail de la séquence …................................................................................................. 9 Le détail contient les fiches professeurs et élèves pour chaque séance afin de construire le cours autour d’activités variées pour que les élèves soient le plus réceptifs que possible. 7. Conclusion du cours …................................................................................................ 27 Ce paragraphe va présenter une conclusion du cours autour d’un schéma bilan pour permettre aux élèves de première scientifique de posséder une trace synthétique de la séquence. 8. Bilan du dossier …........................................................................................................ 29 Enfin, cette partie mettra en avant les difficultés rencontrées lors de la réalisation de ce dossier. 9. Bibliographie …............................................................................................................. 29 3 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 PLAN DETAILLE DE LA SEQUENCE : Chapitre 1: La naissance d’une théorie, la dérive des continents 1. L’idée d’une mobilité horizontale des contients a. La naissance de l’idée b. La convection mantellique, moteur de la dérive? 2. Les premières études sismiques à l’origine du rejet de la théorie a. Des ondes qui peuvent traverser le globe b. Des données qui révèlent une “Terre solide” 3. Une connaissance de plus en plus précise de la croûte terrestre a. L’étude sismique de la croûte terrestre b. L’étude des roches de la “Terre solide” Chapitre 2: De la dérive des continents à la tectoniques des plaques 1. L’hypothèse de l’expansion des fonds océaniques a. La découverte des reliefs des fonds océaniques b. Les mesures du flux géothermique c. L’hypothèse de Hess 2. L’apport du paléomagnétisme a. Le champ magnétique terrestre actuel et fossile b. La découverte des anomalies magnétiques 3. La construction d’un modèle global: la Tectonique des plaques a. La distinction Lithosphère – Asthénosphère b. Les failles transformantes et l’énoncé de la théorie de la tectonique des plaques c. Les points chauds en accord avec le modèle Chapitre 3: La tectonique des plaques, un modèle qui s’enrichit 1. Une confirmation de l’expansion du plancher océanique a. La confirmation par les forages profonds b. La confrontation des données sédimentaires et paloémagnétiques 2. Une mesure directe par GPS des mouvements des plaques a. Le GPS, un outil permettant une mesure précise et instantanée b. Un modèle qui se précise c. Vers des modèles cinématiques globaux 3. La dynamique de la lithosphère océnanique précisée a. La tomographie sismique, un outil d’observation de l’intérieur du globe b. Le renouvellement de la lithosphère océanique c. Le fonctionnement de la dorsale et l’accrétion océanique 4 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 INTRODUCTION DU COURS La structure de la Terre fut pendant longtemps un mystère dans ses profondeurs comme en surface. En effet, de nombreuses théories se sont succédées pour expliquer la formation des continents et des océans. Pour certains scientifiques du XVIII ème siècle, la Terre était totalement recouverte d’un océan dont le niveau diminué car les eaux passaient sous terre à certains endroits (Maillet). Il a fallut attendre le XX ème siècle pour que des théories commencent à expliquer la relation qui existe entre les continents et les structures internes de notre planète. En effet, en 1912, Wegener propose la théorie de la dérive des continents. Nous verrons dans ce cours les différents arguments avancés pour justifier cette théorie qui fut très critiqué à l’époque. A partir de ce modèle, Morgan a proposé en 1967 la théorie de la tectonique des plaques qui est encore valable de nos jours puisque l’on renforce la théorie avec les différentes techniques de géologie. Grâce à la construction progressive des théories scientifiques nous avons à présent une vision plus claire sur la structure de notre planète ce qui nous permet de comprendre les séismes ou bien le volcanisme par exemple. A présent, il est important de définir les termes scientifiques que l’on va utiliser tout au long de cette séquence. Commençons par définir ce qu’est une plaque en géologie. C’est une portion de lithosphère terrestre mobile. La lithosphère est composée de la croûte terrestre pouvant être continentale (30 à 70km) ou océanique (7 à 10km) ainsi que de la partie solide du manteau supérieur, le manteau lithosphérique (100km). La tectonique des plaques est donc un modèle du fonctionnement interne de la Terre qui explique le mouvement des portions de lithosphères. Nous nous interrogerons alors dans cette séquence sur comment la théorie de dérive des continent a évolué en théorie de tectonique des plaques. Nous étudierons également les principaux moteurs de la tectonique des plaques mis en évidence par des techniques de mesure en géologie tel que la tomographie par exemple. Enfin, nous introduirons les mécanismes observables en surface du fait de la tectonique des plaques tel que les zones de divergence et de convergence. 5 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 DETAIL DE LA PARTIE DU PROGRAMME DE PREMIERE SCIENTIFIQUE Lien vers le Bulletin Officiel Spécial n°9 du 30 septembre 2010 : http://cache.media.education.gouv.fr/file/special_9/21/9/SVT_155219.pdf 6 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT 7 GLSE602 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT 8 GLSE602 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 RAISONS DU CHOIX DE CETTE SEQUENCE Nous avons choisi cette partie du programme puisque c’est un passage de première scientifique primordial pour acquérir les bases en géologie. En effet, dans ce cours est présenté l’ensemble des concepts nécessaires à avoir pour comprendre la structure de la Terre ainsi que son organisation mis en évidence par des techniques fondamentales en géologie tel que le paléomagnétisme ou bien la tomographie. De plus, cette partie permet de bien mettre en avant l’évolution des concepts au cours du temps puisque la communauté scientifique a évolué de la théorie de dérive des continents jusqu'à la théorie de tectonique des plaques. ANALYSE DES IMPLICATIONS DIDACTIQUES ET EPISTEMOLOGIQUES Implications épistémologiques : ● ● ● ● ● Présentation des problématiques initiales Eveiller la curiosité de l’élève sur les évolutions de la science Comprendre les difficultés d’acceptation des premières idées de mobilité Cette construction des connaissances scientifiques est favorable à l’apprentissage. Montrer le rôle déterminant des conceptions de chaque époque dans l’émergence et l’évolution des concepts scientifiques. Implications didactiques : ● ● ● ● ● ● Mettre en évidence le lien entre la science et le contexte de l’époque Insister sur l’évolution des pensées et des techniques Initier à la démarche scientifique (recherche d’indices, constructions de modèles explicatifs) Comprendre les liens entre faits, modèles et théories scientifiques Désaccords Implications scientifiques non issues de la géologie pure DETAIL DE LA SEQUENCE Nous avons réparti le thème 1-B en 9 séances, pour un total de 11h de cours et activités diverses ; cela correspond à 4 semaines d'apprentissage ( avec les 3h obligatoires de SVT par semaine) sans prendre en compte les séances dévaluation. 9 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°1 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Les scientifiques précurseurs de la théorie Prérequis : dérive, tectonique, lithosphère, asthénosphère, séisme, volcan. Objectif de la séance – Savoir : Phénomènes délimitant les plaques, Phénomènes d'extension et compression, divergence et convergence. – Savoir-faire : L'élève doit savoir délimiter les plaques lithosphériques,traduire des connaissances en schémas, pouvoir argumenter, formuler un problème scientifique, des hypothèses et critiquer le fonctionnement d’un modèle Vocabulaire spécifique : mouvements de convection, structure interne de la terre (lithosphère, asthénosphère), séismes, volcanisme, convergence, divergence, dorsale fosse, Pangée. Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d’ordinateurs, un rétroprojecteur Étape Durée Activité professeur Durée : 1h50 Activité élève Documents, supports Questions éventuelles Observation, description, Réflexion Mise en commun Logiciel Sismolog Doc 1, 2, 3 page 90-91 Manuel SVT 1ère S, éditions bordas, 2014 Activité sur le logiciel Sismolog Poser la problématique : Comment est structurée la surface de la Terre et quels sont les mouvements qui l'animent ? 1 15 min 2 15 min Questions sur Manuel SVT Questions éventuelles Observation, description, Réflexion Mise en commun 3 20 min Cours sur l’idée d’une mobilité horizontale des continents Questions éventuelles 4 20 min Cours sur le rejet de la théorie : Des données qui révèlent une “Terre solide” Questions éventuelles 5 30 min Cours sur la convection mantellique Questions éventuelles Implications épistémologiques Implications didactiques * 1912 : Wegener Concordances des côtes/ similarité des faunes et flores fossiles, moraines glaciaires Théorie de la dérive des continents = théorie des translations * Causes du rejet de la théorie de Wegener : Jeffreys s’oppose. Il s’appuie sur les études sismiques de la structure du globe. La propagation des ondes sismiques montre que la quasi-totalité de la Terre est solide, donc beaucoup trop résistante pour être déformé. * 1928 : Holmes propose un autre moteur pour la dérive des continents : les mouvements de convection. Cause de la convection : évacuation de la chaleur interne de la Terre produite essentiellement par la radioactivité des roches. La distribution inégale des températures se traduit en différences de densité : Les matériaux chauds et peu denses montent alors que les matériaux froids et denses s'enfoncent. * S’appuyer sur l’histoire des sciences permet de comprendre comment se construit un modèle, par des scientifiques issus de formations diverses. * Comprendre l’importance d'un mécanisme explicatif validé par la communauté scientifique Attitude : 10 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 Bien insister sur le fait que le manteau est solide car la représentation inscrite dans l’inconscient collectif de plaques solides dérivant sur un manteau liquide est fausse (cela peut constituer un obstacle didactique). Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°1 L’activité sismique est concentrée le long de failles. Lorsque les frottements au niveau d’une de ces failles sont importants, le mouvement entre les deux blocs de roche est bloqué. De l’énergie est alors accumulée le long de la faille. Lorsque la limite de résistance des roches est atteinte, il y a brusquement rupture et déplacement brutal le long de la faille, libérant ainsi toute l’énergie accumulée parfois pendant des milliers d’années. La localisation mondiale des séismes et volcanisme montre l’existence de zone de calme relatif et d’autres de forte activité. Activité n°1 : Lancer le logiciel Sismolog, affichez les séismes. 1 - Où sont localisés ces séismes ? 2 - Que délimitent-ils ? Activité n°2 : 1 - Quelle est l’hypothèse de Wegener ? 2 - Quel est l’argument utilisé par Wegener ? 3 - A quelle date les continents étaient rassemblés ? Activité n°3 : Découper les continents d’un planisphère et rapprochez les continents/ Utiliser un logiciel de simulation, pour comprendre que les mouvements des plaques 11 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°2 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Une connaissance de plus en plus précise de la croûte terrestre Prérequis :séismes, foyer, épicentre, ondes sismiques, faille, sismogramme, sismomètres, minéraux. Objectif de la séance (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L'élève doit pouvoir établir un lien entre propagation des ondes sismiques et structure du globe et caractériser les différentes ondes sismiques. Il doit savoir que la Terre est hétérogène et organisée en couches concentriques et que la croûte continentale est formée de granite, la croûte océanique de basalte, et le manteau de péridotite – Savoir-faire : L'élève doit utiliser des données sismiques pour localiser les discontinuités majeures (vitesse des ondes P et S) et observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame mince, les roches des croûtes océanique et continentale et du manteau Vocabulaire spécifique : discontinuité, granite, basalte, gabbro, péridotite, asthénosphère, lithosphère, croûte terrestre, manteau, Moho, Gutenberg, Lehmann, structure grenue, micogrenue, amorphe, microlithique, roche basique, acide, lame mince. Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d’un rétroprojecteur, microscope, loupe binoculaire Étape Durée 1 5 min Résumer du cours précédent lien avec celui d’aujourd’hui Question si incompréhension de certaines notions du cours précèdent 2 15 min Activité production d’un schéma de la structure interne de la Terre Poser la problématique : Comment mettre en évidence l'existence de différentes couches internes ? Questions éventuelles Observation, description, Réflexion Mise en commun 3 20 min Cours sur les ondes qui peuvent traverser le globe Questions éventuelles 4 20 min Observation d’échantillon de roches Poser la problématique : Quelles roches y a t-il à l’intérieur du globe ? Questions éventuelles Observation, description, Réflexion Mise en commun 5 20 min Cours sur l’étude des roches de la “Terre solide” Questions éventuelles Implications épistémologiques Implications didactiques 12 Activité professeur Activité élève Durée : 80 min Documents, supports échantillon de roches * 1909 : Andrija Mohorovičić Discontinuité vers 50 km ou MOHO découverte grâce à l’accroissement des vitesses sismiques * 1912 : Beno Gutenberg Discontinuité vers 2900 km découverte grâce aux ondes S * 1936 : Inge Lehmann Discontinuité vers 5100 km découverte grâce aux ondes P Plutôt que d'étudier directement une modélisation de la structure interne de la Terre, demander aux élèves de discuter entre eux et mettre en commun leur schémas de la structure interne de la Terre, leur permet de prendre conscience de ce qu’ils savent et ce qu’ils croient savoir, d’argumenter leurs idées. Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) Prolongements envisagés (séances ultérieures, interdisciplinarité) Petite évaluation portant sur l'ensemble du chapitre afin vérifier les acquis des élèves (documents, schémas pour mettre en avant leur démarche, réflexion et acquis sur un sujet scientifique) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°2 Les séismes n'ont pas que des conséquences négatives. L'étude de la propagation des ondes sismiques a permis aux chercheurs de mieux connaître les profondeurs du globe. En effet, la vitesse et l'amplitude de ces ondes sont directement liées aux propriétés des couches géologiques qu'elles traversent (densité, température, rigidité…). L'étude de la propagation des ondes sismiques à l'intérieur du globe, montre une structure verticale des plaques. Activité n°1 : Proposez un schéma de la structure interne de la Terre. Comparez avec ceux de vos camarades. Activité n°2 : Observation d’échantillon de roches en classe/Faire une sortie à Agde 13 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°3 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 2, L'hypothèse de l'expansion des fonds océaniques Prérequis : Dérive des continents Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L’élève doit comprendre l’hypothèse de Hess (double tapis roulant), son origine (courants de convection) et ce qui a permis sa formulation (topographie du plancher océanique, flux géothermiques) grâce à des avancées technologiques. – Savoir-faire : L’élève doit être capable de développer une réflexion, une démarche scientifique à partir de documents. – Savoir-être : L’élève doit être attentif et poser des questions au moindre doute ou incompréhension; et le professeur lui doit prendre en compte les capacités de chacun, et adapter le rythme et son cours. Vocabulaire spécifique : dorsale océanique, plaine abyssale, plateau continental, fosse océanique, flux géothermique, courants de convection, ''double tapis roulant'' Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d'un ordinateur, un rétroprojecteur Etapes Durée Durée : 50 min Activité professeur Activité élève Documents, supports Définir les nouveaux objectifs et problématiques du chapitre Comprendre les nouvelles techniques, connaissances pour amener à ce modèle global Définir l'échosondage, son but Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Schéma illustrant la Mettre en évidence les reliefs et donc les structures géologiques Observation, Description, Carte des fonds océaniques Introduction 5 min De nouvelles techniques 6 min Activité (en binôme) 5 min Topographie des fonds marins Correction en caractérisant leur topographie Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Coupe transversale de 10 min De nouvelles techniques 6 min Définir le flux géothermique, son but Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Schéma illustrant la technique Mettre en évidence les différences de répartition de ce flux, et donc de la convection du manteau Observation, Description, Réflexion Carte mondiale du flux Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Schéma bilan Activité (en binôme) 5 min technique Réflexion l'océan Atlantique géothermique supérieur Hypothèse des courants de convection 14 13 min Expliciter cette hypothèse liens avec Wegener Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 Implications épistémologiques * 1950 : Découverte de la topographie des fonds marins Cela est possible grâce à une nouvelle technique: l’échosondage * 1952 : Premières mesures du flux géothermique de la Terre * 1960 : Théorie d’un double tapis roulant par Hess La croûte océanique serait en permanence recyclées: elles se formerait un niveaux des dorsales et disparaîtrait au niveau des fosses (zone de subduction). * 1960 : Introduction de l’expression: expansion des fonds océaniques par Dietz Termes reprenant les idées de Hess. Implications didactiques * Comprendre comment des avancées technologiques peuvent être déterminantes dans la validité ou non d’un modèle scientifique * Comprendre l’importance d'un mécanisme explicatif validé par la communauté scientifique Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°3 Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la connaissance des fonds océaniques (topographie) fait des progrès considérables grâce à de nombreuses campagnes océanographiques. L'idée d'une expansion océanique devient alors une hypothèse convaincante et va permettre de réactualiser les idées des Wegener. 1 - A l'aide des informations données, réaliser à main levée une coupe transversale du fond de l'océan Atlantique. 2 – Que met en évidence les mesures du flux géothermique ? 15 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°4 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 2, L'apport du paléomagnétisme Prérequis : Roches de la Terre, Dérive des continents, Expansion des fonds océaniques Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L’élève doit comprendre ce qu’est le magnétisme, et savoir comment il a apporté des arguments en faveur de la dérive des continents et de l’expansion des fonds océaniques. – Savoir-faire : L’élève doit être capable de développer une réflexion, une démarche scientifique à partir de documents. – Savoir-être : L’élève doit être attentif et poser des questions au moindre doute ou incompréhension; et le professeur lui doit prendre en compte les capacités de chacun, et adapter le rythme et son cours. Vocabulaire spécifique : champ magnétique terrestre, paléomagnétisme, magnétomètre, pôle magnétique / géographique, paléopôle, inversions du champ magnétique, anomalies Déroulement de la séance : Durée : 50 min Conditions : Salle munie d'un ordinateur, un rétroprojecteur, le logiciel Google Earth Etapes Durée Champ magnétique terrestre Activité (en binôme) Etude du paléomagnétisme 1 Activité (en binôme) Activité (en binôme) Etude du paléomagnétisme 2 Implications épistémologiques 16 Activité professeur Activité élève Documents, support Définir le terme, son intérêt + distinction avec le pôle géographique Prise de notes , Compréhension, Question éventuelles Schéma du champ magnétique Mettre en évidence la ''dérive du paléopôle’’ Observation, descriptionn, Réflexion Localisation des paléopôles au cours du temps 10 min Correction, caractérisation et preuve de la dérive des continents Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Schéma de la dérive des continents complété 5 min Mettre en évidence les inversions du champ magnétique Observation, description, Réflexion Schéma de la mesure du champ magnétique au fond des océans 5 min Mettre en relation inversions, anomalies et temps géologique Observation, description, Réflexion Calendrier des inversions magnétiques 10 min Correction, caractérisation et preuve de l'expansion du plancher océanique Prise de notes, Compréhension, Question éventuelles Schéma de l'expansion océanique complété 15 min 5 min + Google Earth * Début du XX° siècle : Mise en évidence des inversions du champ magnétique de la Terre au cours des temps géologiques par Brunhes D’après la mesure du champ magnétique fossilisé dans des basaltes du Massif Central. * 1950 : Découverte du magnétisme enregistré dans certaines roches (basalte) * Fin 1950 : Mise en évidence d’anomalies magnétiques en mer Cela est possible grâce à un nouvel outil: le magnétomètre. * 1963 : Modèle de formation du plancher océanique par Vine et Matthews Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 D’après les inversions magnétiques terrestres, les anomalies magnétiques de la croûte océanique et l’hypothèse de Hess. Implications didactiques * Comprendre comment des avancées technologiques peuvent être déterminantes dans la validité ou non d’un modèle scientifique * Comprendre l’importance d'un mécanisme explicatif validé par la communauté scientifique Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°4 A la fin des années 1950, on découvre que le magnétisme peut être enregistré dans certaines roches au moment de leur formation. L'étude de ce paléomagnétisme va conforter l'hypothèse de déplacements de masses continentales. De plus, les relevés d'intensité du champ magnétique au niveau du plancher océanique apportent des arguments convaincants en faveur de l'idée de son expansion. 1 - Comment expliquer que trois roches de même âge mais de localisation différente, pointent trois paléopôles différents, et que trois roches de même localisation à des âges différents indiquent une ''dérive'' du paléopôle ? 2 - Comment interpréter l'existence d'anomalies magnétiques en mer ? 3 - Comment expliquer cette ''peau de de zèbre'' ? Regarder le lien entre les inversions, la distance à la dorsale et le temps géologique. 17 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°5 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 2, La construction d'un modèle global : la tectonique des plaques Prérequis : Subduction, Dorsales océaniques, Séismes, Volcanisme Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L’élève doit pouvoir définir et caractériser (structures, frontières, points chauds) le modèle de la tectonique des plaques. – Savoir-faire : L’élève doit être capable de développer une réflexion, une démarche scientifique à partir de documents. – Savoir-être : L’élève doit être attentif et poser des questions au moindre doute ou incompréhension; et le professeur lui doit prendre en compte les capacités de chacun, et adapter le rythme et son cours. Vocabulaire spécifique : lithosphère rigide, asthénosphère ductile, flux thermiques, isothermes, plan de Wadati-Benioff, séismes, failles transformantes, pôle Eulériens, points chauds, tectonique des plaques Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d'un ordinateur, un rétroprojecteur Étapes Activité professeur Activité élève Documents, supports 10 min Mettre en évidence la différence entre lithosphèreasthénosphère Observation, description, Réflexion Coupe transversale au niveau d'une zone de subduction (séismes, isotherme, tomographie) 10 min Correction en montrant ce qu'on peut en déduire (structures internes de la Terre) Prise de notes, Compréhension Question éventuelles Schéma des structures internes (lithosphère, asthénosphère) 6 Plaques lithosphériques 15 min Monter que l'ensemble des données amène à ce modèle de tectonique des plaque, et le caractériser Prise de notes, Compréhension Question éventuelles Carte de la surface terrestre découpée en plaques Activité (en binôme) 8 min Mettre en évidence le mouvement relatif des plaques Réflexion, Prise de notes Question éventuelles Carte montrant les différents mouvements entre les plaques Points chauds 7 min Monter la cohérence avec le modèle de la tectonique des plaques Réflexion, Prise de notes Question éventuelles Carte montrant l'alignement de volcans Activité (en binôme) Etude des zones de subduction Implications épistémologiques 18 Durée Durée : 50 min * 1930 - 1955 : Répartition des foyers sismiques selon un plan par Wadati-Benioff * 1967 :Mise en évidence de la distinction lithosphère - asthénosphère par Oliver et Isacks La lithosphère est donc rigide et froide, et l’asthénosphère est ductile et froide. * 1960 : Découverte des failles transformantes au niveau des dorsales par Wilson * 1960 : La théorie de la tectonique des plaques s’impose * 1967 : Première hypothèse ‘’plaquiste” Morgan Des plaques rigides de déplacent sur une sphère. * 1967 : Confirmation de cette hypothèse et introduction du terme ‘’plaque’’ par Mc Kenzie Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 D’après l’étude des anomalies magnétiques, des séismes. * 1970 : Théorie des points chauds par Morgan Implications didactiques * S’appuyer sur l’histoire des sciences permet de comprendre comment se construit un modèle, par des scientifiques issus de formations diverses. * Comprendre l’importance d'un mécanisme explicatif validé par la communauté scientifique Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°5 La mobilité horizontale des masses continentales est désormais acceptée, cependant, la distinction entre lithosphère rigide et asthénosphère ductile n'est pas encore établie mais l'étude des zones de subduction va y participer. La découverte d'un nouveau type de faille au niveau des dorsales va contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes de déplacements des plaques lithosphériques. A la fin des années 1960, la théorie de la tectonique des plaques s'impose à la communauté scientifique. 1 - En quoi les données sismiques, géothermiques et les techniques de tomographie, sont en faveur de la distinction lithosphère rigide et asthénosphère ductile ? 2 - Caractériser les contraintes aux frontières des plaques, avec les failles mises en jeu ? 19 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°6 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : TP bilan du chapitre Prérequis : Chapitre 2, calcul de vitesse Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L’élève doit être capable de résumer le chapitre 2. – Savoir-faire : L’élève doit savoir utiliser le logiciel Sismolog, calculer des vitesses et définir des vecteurs. Ils élèves doivent travailler en groupe. – Savoir-être : Les élèves doivent savoir communiquer et s’écouter, en échangeant leurs idées. Le professeur doit les accompagner pour développer leur démarche, réflexion. Vocabulaire spécifique : tectonique de plaques, lithosphère ductile, asthénosphère rigide, subduction, dorsale, séismes, plan de Wadati-Benioff, points chauds Déroulement de la séance : Durée : 1h50 Conditions : Salle munie d'ordinateurs (un par binôme), un rétroprojecteur, le logiciel Sismolog Étapes Estimer la vitesse d'expansion des fonds océaniques dans l'Atlantique, le Pacifique et l'océan indien Localisation de séismes et comparaison entre zones de subduction (les Andes et le Japon) Estimer le mouvement relatif d'une plaque lithosphérique à l'aide des points chauds Bilan Durée 5 min Activité professeur Expliciter la consigne avec le moyen d'y parvenir, et le but de l'exercice. Faire au moins 4 groupes de binômes pour répartir le travail 30 min Aider les élèves 5 min Expliciter la consigne avec le moyen d'y parvenir, et le but de l'exercice 30 min Aider les élèves 5 min Expliciter la consigne avec le moyen d'y parvenir, et le but de l'exercice 15 min Aider les élèves 20 min Correction des exercices Activité élève Documents, supports Gr 1 : estimation de la vitesse au Sud de l'Atlantique Gr 2 : estimation de la vitesse au Nord de l'Atlantique Gr 3 : estimation de la vitesse dans le Pacifique Gr 4 : estimation de la vitesse dans l'océan Indien Comparer avec les résultats des autres groupes Carte géologique du monde Localiser les séismes : leur profondeur et magnitude Regarder le pendage, l'épaisseur de la lithosphère plongeante Logiciel Sismolog Déterminer la direction et la vitesse de la plaque Alignement des îles volcaniques dans l'océan Pacifique Prise de notes, Comparaison avec leurs résultats, Question éventuelles Prolongements envisagés (séances ultérieures, interdisciplinarité) Petite évaluation portant sur l'ensemble du chapitre afin vérifier les acquis des élèves (documents, schémas pour mettre en avant leur démarche, réflexion et acquis sur un sujet scientifique) 20 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°6 Activité n°1 : Estimer la vitesse d'expansion des fonds océaniques Activité n°2 : Étude et comparaison de zones de subduction Fiche technique mise à disposition Exemple du travail à faire Activité n°3 : Estimer le mouvement relatif d'une plaque lithosphérique 21 GLSE602 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°7 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 3, Apport des forages dans l’expansion océanique Prérequis : Une lithosphère découpée en plaque rigide, Paléomagnétisme Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L'élève doit comprendre l'apport des forages et du paléomagnétisme dans la théorie de l’expansion des fonds océaniques. Vocabulaire spécifique : forage, sédiments, paléomagnétisme, expansion océanique Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d’un ordinateur, un rétroprojecteur Étapes Durée Activité professeur 1 5 min Résumer du cours précédent lien avec celui d’aujourd’hui Question si incompréhension de certaines notions du cours précèdent 2 5 min 1. A) Présenter la méthode de forage, notion de carotte sédimentaire Prise de notes Questions éventuelles 3 20 min Montrer l’apport du forage dans l’expansion en faisant faire l’activité pratique 1 Lire les docs, répondre aux questions 4 20 min1. Correction de l’exercice 1. B) Explications complémentaires Activité élève Durée : 50 min Documents, supports Livre p 137 Correction des erreurs Prise de notes Question éventuelles Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°7 Un forage est un trou creusé dans la terre. L'équipement du trou, tel les tubages, et de manière générale les moyens techniques permettant de creuser varient en fonction de son dimensionnement et de ses objectifs. On fore pour explorer et/ou exploiter le sous-sol. 1 - A partir des documents de l’activité pratique 1, répondre aux questions et expliquer l’intérêt des forages dans l’expansion océanique. 22 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°8 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 3, Le GPS mesure instantanément les vitesses de déplacement. Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L'élève doit comprendre le principe et le but du GPS (mouvements instantanés, mise en évidence de la dérive des plaques et des trois types de frontières), et comprendre l'acceptation de nouvelles plaques : d’un modèle de 6 plaques on passe à 11 puis 12. Vocabulaire spécifique : GPS, mouvements relatifs, dérive des plaques, tectonique des plaques Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d’un ordinateur, un rétroprojecteur Étapes Durée 1 5 min Résumer du cours précédent lien avec celui d’aujourd’hui Question si incompréhension de certaines notions du cours précèdent 20 min Donner les consignes de l’activité et poser la problématique : On cherche à déterminer le mouvement relatif de la plaque Pacifique par rapport à la plaque Nord-Américaine au cours des années 1996 à 2002 tracer sur papier millimétré les vecteurs correspondant aux déplacements latitudinaux et longitudinaux de ces stations entre 1996 et 2002 calculer la vitesse de déplacement de chacune des plaques détermination du mouvement relatif de la plaque Pacifique par rapport à la plaque Nord-Américaine 3 10 min Correction de l’activité. Explication des différents apport du GPS dans les déplacement des plaques Correction et prise de notes 4 10 min faire découvrir grâce au GPS les nouvelles frontières de plaques. Retrouver de nouvelles plaques en superposant le doc GPS le doc des 6 frontières de plaques 5 5 min Correction de l’exercice Conclusion de l’activité, réponse à la problématique Correction et prise de notes 2 Activité professeur Activité élève Durée : 50 min Documents, supports Carte de la côte Ouest des Etats-Unis, graphes pour les stations KOKB et ALBH, papier millimétré Docs des déplacement des plaques par le GPS + doc des 6 plaques Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) 23 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°8 La technique du GPS (Global Positioning System) utilise les satellites de la marine Américaine pour déterminer au millimètre près, la position (latitude, longitude, altitude) d’un point situé à la surface du globe.Il suffit alors d’effectuer des mesures successives pour détecter en temps réel un déplacement de ce point par rapport à un autre point. Depuis 1981 un réseau mondial a été mis en place et permet de mesurer avec fiabilité la vitesse et la direction de déplacement des plaques lithosphériques. Les enregistrements obtenus sont disponibles sur le site de la NASA : 1 - Tracer sur papier millimétré les vecteurs correspondant aux déplacements latitudinaux et longitudinaux de ces stations entre 1996 et 2002. 2 - Calculer la vitesse de déplacement de chacune des plaques. 3 - Détermination du mouvement relatif de la plaque Pacifique par rapport à la plaque Nord-Américaine. 4 - Retrouver de nouvelles plaques en superposant le doc GPS et le doc des 6 frontières de plaques. 24 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE n°9 Discipline : Géologie niveau Première S. Partie du programme : La tectonique des plaques : histoire d'un modèle Intitulé de la séance : Chapitre 3, La tomographie sismique précise la dynamique de la lithosphère océanique. Objectifs (connaissances, capacités, attitudes) – Savoir : L'élève doit comprendre l'intérêt d'un nouvel outil géophysique en 1970 : la tomographie sismique (hétérogénéités des profondeurs, mise en évidence de zones d’enfoncement et de remonté de matière). Vocabulaire spécifique : tomographie, dorsale, zone de subduction Déroulement de la séance : Conditions : Salle munie d’un ordinateur, un rétroprojecteur Étapes Durée Activité professeur Activité élève 1 5 min Résumer du cours précédent lien avec celui d’aujourd’hui Question si incompréhension de certaines notions du cours précèdent 2 5 min Présentation de la méthode de la tomographie sismique prise de notes, questions éventuelles 3 10 min Présenter le doc 1 et les laisser répondes aux question du doc 2 Prise de note et répondre aux questions 4 10 min Correction des conséquence de la tomographie corriger et prise de notes 5 10 min Demander de faire un schéma bilan en coupe transversale de la tectonique des plaque en utilisant les connaissances de tous les cours. Tracer le schéma bilan 6 10 min Correction du schéma bilan au tableau corriger et repéré les lacunes du cours. Durée : 50 min Documents, supports Docs 1 et 2 fournis. Exercice d’entraînement : Proposer un QCM de cette séance sur l'ENT (auto-évaluation de l'élève sur sa compréhension et ses acquis de la séance) Prolongements envisagés (séances ultérieures, interdisciplinarité) Evaluation finale portant sur l'ensemble du thème afin vérifier les acquis des élèves, leur compréhension. 25 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 FICHE ELEVE DE LA SEANCE n°9 La tomographie sismique est une méthode géophysique utilisant l'enregistrement de l'arrivée des ondes sismiques émises lors de tremblements de terre et dont l'interprétation des temps d'arrivée les uns relativement aux autres et en différents lieux, permet de remonter aux variations spatiales des vitesses de propagation de ces ondes à l’intérieur du globe terrestre. 1 - A partir des docs expliquer ce que représente les zones bleu et rouge en terme de dynamique. Retrouver les zones de subduction et les remontés mantelliques. 2 - Quelle discontinuité la tomographie sismique met elle en évidence. 26 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 CONCLUSION DU COURS Pour conclure, nous avons étudié tout au long de cette séquence la construction de la théorie de la tectonique des plaques. Nous avons vu qu’a partir d’un modèle tel que celui de la dérive des continents, les scientifiques ont construit toute une théorie qui c’est complétée et affinée grâce aux avancées techniques en géologie tel que l’utilisation de données GPS ou bien l’analyse des ondes sismiques. Pour justifier ces théories nous avons fait appel à de nombreuses données de géophysiques telles que le paléomagnétisme ou bien la tomographie. Nous étudierons dans un prochain thème la tectonique des plaques et la géologie appliquée pour voir en quoi ces données géologique nous sont utiles dans l’exploitation minière par exemple. 27 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT 28 GLSE602 Camille BOSCHATEL, Nicolas MAGNE, Claire SERRES, Iris STEUCKARDT GLSE602 BILAN DU DOSSIER Ce devoir nous apporte une première approche pour la préparation de séquence, ce que nous ferons lorsque nous serons professeur. Évidement, cela a été un peu difficile au début, mais par la suite, c'est devenu plus simple. De plus il nous a permis de réinvestir les notions vu en cours de didactique. Nous n’avons pas l’expérience d’un professeur, nos fiches sont donc peut-être trop abstraites pour être réellement appliquer en classe. De plus, le temps pris pour chaque séance n'est sans doute pas correct, nous avons peut-être été un peu optimistes. BIBLIOGRAPHIE – – – SVT 1re S, programme 2011, éditions Bordas, Collection Lizeaux Baude Ressources pour le classe de première générale et technologique, éduSCOL Série S - La tectonique des plaques Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 http://cache.media.education.gouv.fr/file/special_9/21/9/SVT_155219.pdf 29
