Présentation des nouveautés dans l`enseignement de la Géologie

Présentation des
nouveautés dans
l’enseignement de
la Géologie : appli-
cations interactives
et modules Géo-
sciences 3D
Projet AGATE
(PEPS CNRS 2014)
ACCES (EA 3749, IFÉ-ENS de
Lyon) | F. Morel-Deville, A. Ri-
vière, T. Lhuillier
LGL-TPE (UMR 5276, CNRS-
ENS de Lyon-UCBL) |
N. Coltice
ICAP (UCBL) | T. Rivière,
F. Urien, N. Van-Reeth

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Historique
L’équipe ACCES de l’IFÉ travaille depuis de nombreuses années à mettre à disposition
du corps enseignant des ressources sur des parties du programme qui présentent des di-
cultés ou qui manquent de supports pédagogiques. Ceci est d’autant plus vrai en Géologie
où les élèves rencontrent classiquement deux types de dicultés : la représentation des
phénomènes géologiques en trois dimensions (3D) et l’intégration des diérentes échelles
d’observation, d’espace et de temps.
C’est ainsi qu’en 2012, nous avons exploré le logiciel Gplates pour déterminer ses poten-
tialités dans l’enseignement de l’historique de la théorie de la tectonique des plaques en
classe de première S. Ce logiciel s’est cependant rapidement avéré trop complexe pour une
utilisation dans l’enseignement secondaire et c’est au cours de nos recherches que nous
avons rencontré Nicolas Coltice, professeur à l’Université Claude Bernard-Lyon 1. Nicolas
Coltice avait débuté en 2012 le projet « Géosciences 3D » qui utilisait les compétences du
laboratoire ICAP de Lyon 1 pour créer des modules en trois dimensions (3D) pour expli-
quer divers mécanismes propres à la géologie.
La discussion engagée s’est avérée très constructive. Les modules déjà réalisés se présen-
taient sous forme de vidéos consultables en ligne ou en téléchargement. Une seule (le mé-
canisme au foyer) présentait un embryon d’interactivité. Cela nous a permis d’envisager la
possibilité de créer des applications alliant à la fois la 3D et l’interactivité, indispensables
pour répondre aux exigences disciplinaires des programmes de SVT, à savoir :
- proposer des « démarches d’investigation » grâce auxquelles les élèves s’approprient
des notions et des concepts à l’interface de plusieurs disciplines ;
- utiliser des modèles numériques an de confronter des données théoriques avec les
mesures de terrain.
Historique de la théorie de la tectonique des plaques
La théorie de Wegener
La première application « dérive des continents » permet de traiter la naissance de la
théorie de Wegener en reprenant les diérents arguments que celui-ci a utilisé dans sa pu-
blication. Le globe mobile et « zoomable » présente les diérents continents dans la posi-
tion actuelle et il est possible de superposer diverses couches.

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Figure 1 : Le globe , position actuelle
Figure 2 : Les tillites de 300Ma
Figure 3 : Les âges des formations géologiques. Figure 4 : Les fossiles du permo-trias géo-référencés.
L’interactivité réside dans le choix de la
couche à acher et dans le positionnement
des continents. En eet, un clic sur la zone
centrale du contient fait apparaître un bou-
ton permettant translation et rotation.
L’élève peut ainsi déplacer les continents
à sa guise de la manière la plus judicieuse en
fonction des informations qu’il possède.
Figure 5 : Bouton de translation rotation sur le contient africain

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En phase nale du travail et sans que
l’information soit en clair, l’association de
touches P.A.N. permet de positionner les
continents pour reconstituer la Pangée.
Figure 6 : Reconstitution de la Pangée
Le passage à la tectonique des plaques
L’accumulation des connaissances des années 1960-1970 en particulier celles concernant l’étude du
fonds des océans a permis d’élaborer la théorie de la tectonique des plaques. L’application « De la
dérive des continents à la tectonique des plaques » permet de faire travailler les élèves sur ce chan-
gement de paradigme. L’application est limitée à l’ouverture de l’Atlantique Sud et à la rotation
relative des plaques africaine et sud-américaine. L’écran d’accueil présente le globe mobile et
« zoomable » avec les continents africain et sud-américain ainsi que la topographie des fonds de
l’Atlantique Sud.
La première étape consiste à déterminer
le pôle de rotation eulérien relatif aux
plaques africaine et sud-américaine. Pour
cela, on utilise la géométrie des failles
transformantes. On sélectionne tout
d’abord trois failles transformantes puis un
clic sur le globe fait apparaître un pôle de
rotation avec trois cercles dont les centres
sont sur l’axe eulérien et qui se superposent
aux failles.
Le module Tectonique des plaques de
Géosciences 3D explique parfaitement le
mécanisme. Un test de fermeture permet
d’aner cette position.
Figure 7 : Recherche du pôle de rotation relatif.
Une fois cette position mémorisée, la seconde étape consiste à introduire le temps pour dénir
une vitesse angulaire de rotation. Sans remplacer les exercices classiques permettant de comprendre
la notion d’accrétion océanique et de tapis roulant, les démarches proposées permettent de donner
une vision plus globale.
Deux pistes indépendantes et non obligatoires sont proposées.
En posant le postulat (par simplication) que la vitesse d’ouverture a été constante au cours du
temps, une feuille de calculs, associée à l’application, permet de transformer les vitesses linéaires

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actuelles d’écartement de deux stations GPS correctement choisies de part et d’autre de la dorsale
médio-atlantique en vitesse angulaire.
L’interrogation de la banque de données GPS times Series permet d’obtenir les données brutes à
traiter ou directement une vitesse linéaire d’écartement. Les formules prédénies transforment cette
vitesse linéaire en vitesse angulaire. On peut alors entrer cette valeur dans l’application pour la
mémoriser.
La deuxième méthode consiste à utiliser des limites sur le fond de l’océan qui sont parfaitement
datées.
On peut faire apparaître la carte de l’âge du fond de l’océan ou la carte des anomalies magné-
tiques.
Il n’a malheureusement pas été possible techniquement de faire disparaître la croûte océanique
par le centre à mesure de la fermeture lorsqu’on remonte le temps. La solution qui a été retenue a
été de choisir une limite datée, d’eectuer une rotation eulérienne des deux plaques pour faire cor-
respondre les deux limites de même âge et de noter cet âge dans l’application. L’application calcule
alors la vitesse angulaire correspondant à cette période d’ouverture de l’océan.
Figure 8 : Choix de la limite oligocène -Éocène Figure 9 : Le choix de cette limite est validé
Figure 10 : A l’aide du curseur , on effectue la rotation pour faire coïncider les deux limites
et on note l’âge de 23 Ma défini grâce à l’échelle des temps géologiques.