Fiche pédagogique Collège/Lycée

Exposition Terres d’outre-mer, une tradition d’innovation
N°19 – OBSERVER LA TERRE
INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES
Les documents suivants sont extraits du site des observatoires volcanologiques et
sismologiques de l’Institut de Physique du Globe de Paris de la Réunion, de la
Guadeloupe et de la Martinique : www.ipgp.fr/pages/0303.php
L’observatoire de la Réunion – OVPF
Observatoire volcanologique du piton de la Fournaise
Observatoire volcanologique du piton de la Fournaise
L’observatoire volcanologique du piton de La Fournaise fait partie de l’Institut de
Physique du Globe de Paris.
Ses missions
L’OVPF a deux missions principales : d’une part la recherche sur le fonctionnement
et l’évolution des volcans et, d’autre part, la surveillance de l’activité du piton de la
Fournaise notamment le suivi des éruptions et des coulées de laves. Le piton de la
Fournaise est probablement le volcan avec le plus grand nombre d’éruptions par an
dans le monde, dont 27 entre 1998 et 2007 et une moyenne de phase éruptive tous
les 9 mois. L’activité du piton de la Fournaise est surveillée 24h/24 par
l’observatoire volcanologique via plusieurs réseaux de surveillance et de recherche.
Si nous savons aujourd’hui prévoir les éruptions à long terme (plusieurs semaines),
il est encore impossible de prédire la date et l’heure précises. Étant donné son
intense activité, il est conseillé aux randonneurs de se renseigner au préalable, via
la presse, de l’état d’activité du volcan et de suivre les indications de l’ONF à
l’entrée du Pas-de-Bellecombe et sur le terrain. L’accès au cratère Dolomieu est
actuellement interdit par arrêté préfectoral en raison des risques d’effondrement de
ses parois.
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Livret d’accompagnement pédagogique de l’affiche N°19 – Observer la Terre
Exposition Terres d’outre-mer, une tradition d’innovation
Son histoire
Depuis l’arrivée des premiers habitants permanents sur l’ile, des observations d’une
activité soutenue du volcan du piton de la Fournaise ont été signalées. Mais déjà au
e
XIII siècle, des marins arabes avaient rapporté des observations d’une ile à l’Est de
Madagascar où le feu jaillissait en permanence. Alfred Lacroix, en 1936, exprima le
souhait de l’installation d’un observatoire volcanologique pour l’étude du piton de la
Fournaise :
« Aucune observation instrumentale n’a été faite et il serait à souhaiter qu’un
sismographe fût installé à proximité du volcan pour enregistrer les mouvements
microsismiques qui accompagnent certainement la montée de la lave, lors des
paroxysmes. »
Seulement une quarantaine d’années plus tard, l’éruption hors enclos de 1977, qui
détruit partiellement Piton-Sainte-Rose fait avancer les choses. Les autorités, le
département, le CNRS décident de la construction d’un observatoire volcanologique
et confient sa gestion à l’Institut de Physique du Globe de Paris. L’observatoire est
opérationnel fin 1979. Il est situé à la plaine des Cafres, à 15 km à vol d’oiseau du
sommet du volcan, mais la transmission des données par radio permet une
surveillance en temps réel. Nous avons une cinquantaine de capteurs sur le massif
du piton de la Fournaise qui ont besoin d’un entretien et de réparations constantes.
Les réseaux de surveillance
Nous distinguons quatre réseaux différents avec une centaine d’instruments
installés sur le terrain :
–
le réseau sismique ;
Réseau sismologique
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le réseau des déformations avec les extensomètres, les récepteurs GPS, les
inclinomètres et les distancemètres laser ;
–
les sondes radon ;
Réseau extensométrique
Réseau GPS
Réseau inclinométrique
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le réseau magnétique.
Les réseaux fonctionnent en continu, 24h/24 et 365 jours par an. Ils sont dotés
d’environ 100 instruments pour 35 sites différents sur le massif du piton de la
Fournaise. Les instruments sont entretenus, réparés et constamment perfectionnés
par les techniciens, et le bon fonctionnement des réseaux est vérifié tous les jours
par le personnel de l’observatoire. Le flot de données enregistrées à l’observatoire
et dépouillées quotidiennement, a permis par le passé de prévoir toutes les
éruptions depuis la création de l’observatoire. L’analyse des données et les
recherches expérimentales menées à l’observatoire et à l’Institut de Physique du
Globe de Paris ont amélioré notre compréhension des mécanismes éruptifs des
volcans. En retour, ces connaissances ont servi à perfectionner les méthodes de
surveillance et les prévisions des éruptions.
L'observatoire de la Guadeloupe – OVSG
L’OVSG informe de l’activité volcanique et sismique grâce à ses bulletins mensuels
et signale les séismes ressentis en Guadeloupe ou autres évènements telluriques
particuliers dans la région par ses communiqués. L’observatoire met aussi à
disposition en temps quasi réel une photo de la Soufrière.
Observatoire volcanologique et sismologique de Guadeloupe
Observatoire volcanologique et sismologique de Guadeloupe, Le Houëlmont
Ses missions
Les missions confiées à l’observatoire de Guadeloupe sont les suivantes :
1. Surveillance de l’activité volcanique de la Soufrière de Guadeloupe par le biais de
l’enregistrement de séries temporelles de données géophysiques et géochimiques
de qualité, complétées par des observations visuelles de la phénoménologie dans le
but de :
–
–
comprendre le fonctionnement du volcan ;
détecter un changement de comportement et l’évaluer en terme de potentiel
éruptif ;
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Exposition Terres d’outre-mer, une tradition d’innovation
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informer les autorités responsables de la protection des personnes et des
biens.
2. Surveillance de la sismicité régionale (Guadeloupe et ses iles proches) liée à
l’activité tectonique de l’arc des Petites Antilles par le biais de l’enregistrement
continu de la sismicité, dans le but :
–
–
d’avertir les autorités des caractéristiques d’un séisme ressenti et des
répliques qui peuvent y être associées ;
d’établir sur des longues durées les caractéristiques spatiotemporelles des
sismicités régionale et locale pour contribuer à la zonation du risque
sismique.
3. Favoriser et participer aux travaux de recherche fondamentale et appliquée en
géophysique, en géochimie et en géologie concernant le volcanisme, la sismologie
et la tectonique régionale, y compris dans le cadre de coopérations régionales.
4. Contribuer à l’information préventive et à la divulgation des connaissances dans
les domaines du risque volcanique et du risque sismique, ainsi qu’à la formation en
matière de volcanologie, de géologie, de géophysique et de géochimie.
Son histoire
L’Institut de Physique du Globe de Paris a acquis en 1950 la propriété du Parnasse
dans les hauts de Saint-Claude, au pied de la Soufrière, pour y créer le Laboratoire
de Physique du Globe. L’année même, deux sismographes « Maïnka Som » étaient
installés. Une cave sismique, creusée en 1952, était équipée de sismographes
électromagnétiques en 1956. Cette année-là avait lieu une éruption phréatique à la
Soufrière. La rénovation des bâtiments en 1964 permit de mettre en place un
véritable réseau sismique. Les stations étaient alors reliées à l’observatoire par
câbles. En 1975, certaines le furent par télétransmission. C’est grâce à ce réseau
que put être détectée la crise sismique de la Soufrière et que fut envisagée dès
mars 1976 l’éventualité de manifestations de surface.
Lors de l’évacuation de la région Saint-Claude/Basse-Terre en juillet-aout 1976,
l’observatoire était installé dans la Grande Poudrière du Fort Saint-Charles. Les
réseaux de surveillance y restèrent pendant 17 ans, tandis que le laboratoire de
géochimie et l’administration s’installaient à nouveau au Parnasse. Le laboratoire
s’appelait alors observatoire volcanologique de la Soufrière. À partir de 1989, la
construction d’un observatoire moderne a débuté sur Le Houëlmont, situé à 9 km
au Sud-Ouest de la Soufrière. Tout l’observatoire et les équipements y sont
maintenant installés depuis 1993. En 2001, en raison de son implication toujours
plus importante dans le domaine de la sismologie et des recherches liées au risque
sismique, l’IPGP rebaptise l’observatoire de son nom actuel : observatoire
volcanologique et sismologique de Guadeloupe.
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Présentation des réseaux
Il s’agit de près de 200 sites de mesures dont une soixantaine équipés de stations
autonomes (avec batteries et panneaux solaires) télémétrées par radiotransmission
vers l’observatoire. Les réseaux couvrent essentiellement le massif de la Soufrière
au sens large, mais une quinzaine de stations sont dispersées sur l’arc des Petites
Antilles, de Nevis (au Nord) à la Dominique (au Sud), en passant par les iles de
l’archipel guadeloupéen. Plus au sud, les réseaux de l’observatoire de Martinique
prennent le relai et s’étendent de la Martinique à Sainte-Lucie (voir les cartes
détaillées ci-dessous). Ils sont mis en place afin de mieux comprendre :
– le fonctionnement du volcan en période non éruptive et de déceler de
manière plus fiable des changements soudains ou progressifs de
comportement qui pourraient présager une éruption future ;
– le fonctionnement de l’activité géodynamique de l’arc des Petites Antilles par
l’enregistrement continu des séismes et la détermination de leurs
caractéristiques.
Ces réseaux nécessitent une maintenance technique permanente (c’est d’ailleurs
l’une des principales tâches de l’observatoire) et sont évolutifs : régulièrement,
souvent avec l’aide d’équipes scientifiques françaises ou étrangères, l’observatoire
installe de nouvelles stations, expérimente de nouvelles méthodes ou cherche à
automatiser les mesures encore manuelles.
Plusieurs types de capteurs sont répartis sur le massif de la Soufrière :
–
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–
–
les inclinomètres permettent la mesure des variations d’inclinaison des flancs
du volcan ou des parois des fractures du dôme, avec une précision d’environ
1 µrad, c’est-à-dire une élévation de 1 mm à 1 km de distance ;
le GPS continu mesure la distance relative entre deux points, en trois
dimensions, avec une précision de quelques millimètres ;
les extensomètres mesurent les déplacements sur les fractures du dôme,
avec une précision d’environ 0,2 mm ;
le distancemètre laser permet de mesurer, depuis l’observatoire, les
variations de distance avec une précision d’environ 1 cm ;
le réseau de GPS/gravimétrie, mesuré tous les ans par des équipes de
l’IPGP, apporte des informations sur les déformations à grande échelle et les
mouvements potentiels de magma dans le volcan.
Les déformations du volcan sont générées par les variations de pression dans la
chambre et le conduit magmatiques, mais aussi par les variations de température
et les circulations de fluide dans le massif. Les déformations d’un édifice volcanique
sont bien souvent précurseurs d’activité magmatique ou de déstabilisation des
roches par effet gravitaire.
Le réseau de déformation sur la soufrière comprend :
–
–
–
–
–
5 stations comportant chacune 4 inclinomètres et 1 thermomètre, continues
et télémétrées ;
2 stations GPS, continues et télémétrées ;
15 sites équipés d’extensomètres, mesurés manuellement ;
6 prismes pour mesures laser de distance, mesurés manuellement ;
27 repères GPS et gravimétrie mesurés manuellement.
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L’observatoire de la Martinique – OVSM
Observatoire volcanologique et sismologique de la Martinique
Observatoire volcanologique et sismologique de la Martinique
L’observatoire signale les séismes ressentis en Martinique ou d’autres évènements
telluriques particuliers dans la région en diffusant des communiqués.
Après l’éruption de 1902, A. Lacroix fit construire un observatoire qui fonctionna
jusqu’en 1925. Le volcan ne donnant plus de signes d’activité, on décida d’arrêter
les observations quatre ans avant la grande éruption de 1929-1932 ! Il fut donc
décidé de la construction de l’observatoire actuel. À cette époque, l’équipement
était constitué essentiellement de sismographes dont le plus spectaculaire était un
« Quervain-Picard » de 20 tonnes, d’un gravimètre, etc.
Après l’éruption de la Soufrière en 1976, le réseau de surveillance de la Martinique
devait être modernisé. Il comporte actuellement une vingtaine de stations
géophysiques. Toutes les données sont transmises par signaux radio à
l’observatoire où elles sont automatiquement traitées sur ordinateur. À cela
s’ajoutent des mesures périodiques effectuées par le personnel de l’observatoire
(géochimie des eaux, nivèlement, variations des distances).
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Le réseau de surveillance de la montagne pelée
L’observatoire volcanologique et sismologique enregistre en permanence l’activité
sismique instrumentale de base du volcan et de l’arc antillais, les déformations du
volcan, les variations de champ magnétique terrestre, ainsi que la composition
chimique des sources thermales.
Carte du réseau sismologique
Sismicité de la montagne Pelée
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Cartes des réseaux de mesures du champ magnétique terrestre, de déformations, de surveillances
géochimiques* et du réseau GPS
* Les mesures sont effectuées par prélèvement au niveau d’une source d’eau
chaude située sur le flanc de la montagne Pelée, qui sont ensuite envoyés à
l’observatoire de Guadeloupe pour analyse, ainsi que grâce à un instrument de
mesure automatique installé dans un forage en bord de mer. Les paramètres
mesurés sont la température, la conductivité, le pH, la hauteur d’eau.
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MÉDIAGRAPHIE
À lire
–
Lefèvre Ch., Schneider J.-L., Les Risques naturels majeurs, coll.
« Géosciences », Gordon & Breach Science Publisher, 2002.
–
« Les risques majeurs », TDC, n° 824, CNDP, 2001.
–
« Les risques volcaniques, comprendre pour mieux gérer », TDC, n° 802,
CNDP, 2000.
À voir
Les extraits de documentaires traitant des risques naturels sur lesite.tv.
En ligne
Le site des observatoires volcanologiques et sismologiques de l’Institut de Physique
du Globe de Paris de la Réunion, de la Guadeloupe et de la Martinique :
www.ipgp.fr/pages/0303.php
POINTS DE PROGRAMMES D’ENSEIGNEMENT
Notions à construire au collège et au lycée en rapport avec le thème des aléas et
des risques sismiques et volcaniques dans les programmes de SVT :
–
en quatrième, dans la partie « L’activité interne du globe ».
Les aléas sismiques et volcaniques dus à l’activité de la planète engendrent
des risques pour l’Homme. Les principales zones à risque sismique et/ou
volcanique sont bien identifiées.
L’Homme réagit face aux risques en réalisant :
–
–
une prévision des éruptions volcaniques efficace fondée sur la surveillance et
la connaissance du fonctionnement de chaque volcan et par l’information et
l’éducation des populations ;
une prévention sismique basée sur l’information et l’éducation des
populations (zones à risques à éviter, constructions parasismiques,
conduites à tenir avant, pendant et après les séismes). La prévision à court
terme des séismes est impossible actuellement.
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Des plans d’aménagement du territoire tenant compte de ces risques sont mis en
place ainsi que des plans de secours et des plans d’évacuation des populations.
–
en première S et en terminale S, causes et conséquences de la
tectonique des plaques sont étudiées respectivement dans les parties « La
tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle » et « La convergence
lithosphérique et ses effets ».
PISTES PÉDAGOGIQUES
À partir de l’exploitation des données du panneau n° 19 – Observer la Terre et des
informations complémentaires associées dans le présent livret ou sur les sites des
partenaires correspondants, on pourra former en situation d’apprentissage les
élèves de collège et de seconde aux capacités suivantes :
–
extraire et organiser l’information utile à la résolution d’un problème
scientifique dans divers documents textes, cartes, graphiques, tableaux,
photographies du panneau n° 19 – Observer la Terre et des sites des
partenaires ;
–
communiquer une solution dans un langage scientifiquement approprié et en
français correct.
Activité
L’outre-mer français, notamment celui de l’arc antillais et de l’océan Indien sont,
davantage que la métropole, concernés par les aléas et, en raison de la densité de
sa population, par les risques sismiques et/ou volcaniques importants : Martinique
et Guadeloupe (400 000 habitants chacune) sont, en effet, situées en bordure de
plaque lithosphérique et l’ile de la Réunion (817 000 habitants), à l’aplomb d’un
point chaud.
NB : démographie outre-mer www.outre-mer.gouv.fr
Outre-mer, terres à risques naturels ?
Si la réponse à ce problème est évidemment positive, vous relèverez, néanmoins,
dans le panneau n° 19 – Observer la Terre, ainsi que dans les sites des
observatoires sismologiques et volcanologiques de l’IPGP, les moyens mis en œuvre
dans la prévision de l’aléa volcanique du piton de la Fournaise à la Réunion et dans
le suivi de l’aléa sismique et de son corolaire, les tsunamis, en Guadeloupe et en
Martinique visant à réduire ces risques naturels en outre-mer.
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Livret d’accompagnement pédagogique de l’affiche N°19 – Observer la Terre
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Les capacités
évaluées en situation
d’apprentissage
Indicateur de réussite
Évaluation
• Rechercher et extraire
l’information utile
• Rechercher et relever les
informations utiles dans divers
documents d’un panneau d’exposition
Élève
Professeur
• Rechercher et relever l’information
utile sur un site internet
• Communiquer la
réponse au problème
dans un langage correct
et scientifiquement
approprié
• Rédiger une réponse complète
organisant les informations relevées
• S’exprimer par écrit en français
correct et dans un langage
scientifiquement approprié
ECA : en cours d’acquisition
-
A : acquis
Apport de connaissances
–
Aléa naturel : phénomène naturel (séisme, éruption volcanique, inondation,
etc.) défini par une intensité, une localisation, une date, une durée ainsi
qu’une probabilité de survenue.
–
Enjeux ou vulnérabilité : grandeurs fonction de la résistance et de la
résilience des éléments exposés à l’aléa liés à l’activité humaine (population,
habitat, activités sociales et économiques, infrastructures).
–
Risque naturel : mesure d’une situation dangereuse résultant de
confrontation de l’aléa et des enjeux - risque = aléa x enjeux.
la
Aide à la démarche de résolution
À partir du panneau n° 19 – Observer la Terre
1. D’après la présentation du thème, vous préciserez la situation de l’outremer français face aux risques sismiques et volcaniques puis vous
présenterez les structures gérées à la Réunion, en Martinique et en
Guadeloupe par l’Institut de Physique du Globe y permettant la
surveillance de l’activité terrestre.
2. En vous fondant sur le Zoom 1, indiquez la situation particulière de la
Martinique et de la Guadeloupe face au risque de tsunami et décrivez les
dispositifs qui vont être développés afin d’alerter et de protéger les
populations contre ce risque.
3. Le Zoom 2 concerne l’activité volcanique du piton de la Fournaise à la
Réunion : expliquez comment la précision dans la prévision des éruptions
est aujourd’hui augmentée.
4. D’après l’encadré, indiquez comment il est aujourd’hui possible de
réaliser une véritable radiographie d’un volcan comme la Soufrière de
Guadeloupe permettant de prévenir les risques.
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Exposition Terres d’outre-mer, une tradition d’innovation
À partir des sites des observatoires sismologiques et volcanologiques de l’IPGP
5. Recensez et justifiez les diverses mesures réalisées par ces observatoires
afin de suivre les activités sismiques et volcaniques de la Réunion, de la
Guadeloupe et de la Martinique.
En bilan, rédigez un paragraphe de quelques lignes présentant les différents
moyens mis en œuvre afin de réduire les risques sismiques et volcaniques dans
l’outre-mer français.
AUTEURS
Conception de l’affiche : Stéphanie Flaesch
Accompagnement pédagogique : Vincent Béranger
PANNEAU RÉALISÉ AVEC LE CONCOURS DE :
–
L’Institut de Physique du Globe de Paris, IPGP
Copyright SCÉRÉN CNDP-CRDP, 2011
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Livret d’accompagnement pédagogique de l’affiche N°19 – Observer la Terre