Projet scientifique CYCLES 1, 2 ET 3 (année scolaire 2008/2009
publicité
Nîmes le 25 juin 2007 Monsieur Daniel AGOSTINI IEN Nîmes VI Responsable de la mission SCIENCES à Mesdames et Messieurs les inspecteurs de l’Education nationale Mesdames et Messieurs les conseillers pédagogiques de circonscription du département du Gard. Le groupe départemental SCIENCES tient tout d’abord à vous remercier pour votre implication dans les défis scientifiques mis en place cette année. C’est en effet plus d’une centaine de classes du département qui a participé à cette manifestation. Nous avons décidé de reconduire l’organisation de deux défis départementaux pour l’année scolaire 20072008 et pour le succès desquels votre participation est à nouveau indispensable. Ce courrier a pour objectif de vous donner toutes les précisions nécessaires concernant les thèmes retenus et les modalités d’organisation de ce projet qui aura pour but de développer l’enseignement des activités scientifiques et technologiques et constituera une excellente occasion pour favoriser les liaisons interécoles et école-collège en travaillant plus particulièrement les liaisons GS / CP et CM2 / 6éme. Les principes retenus : − Un défi réalisable ⇒ qui ne fasse pas peur à des enseignants peu sûrs d’eux… − Un défi peu coûteux. − Un défi de proximité ⇒ encourager des défis favorisant les liaisons GS / CP et CM2 / 6ème, les défis internes à l’école ou entre groupes scolaires de proximité, etc. Projet scientifique CYCLES 1, 2 ET 3 (année scolaire 2008/2009). A l ‘occasion de l’année internationale de la planète Terre sous l’égide de l’Unesco (AIPT, www.anneeplaneteterre.com) THEME : « Un livre pour sauver la planète Terre ! » Concevoir et fabriquer un livre à partir d’éléments naturels et/ou de matériaux ayant déjà été utilisés (il s’agit d’un recyclage ne nécessitant pas obligatoirement de modifications). Le contenu du livre concernera la sauvegarde de notre planète Terre. OBJECTIFS Les instructions officielles rappellent : Cycle 1 : Découverte des objets Ils [ les élèves] fabriquent des objets en utilisant des matériaux divers, choisissent des outils et des techniques adaptés au projet (couper, coller, plier, assembler, clouer, monter et démonter ...). Découvrir la matière C’est en coupant, en modelant, en assemblant, en agissant sur les matériaux usuels comme le bois, la terre, le papier, le carton, l’eau, etc., que les enfants repèrent leurs caractéristiques simples. Les enfants sont sensibilisés aux problèmes de l’environnement et apprennent à respecter la vie. Cycle 2 : Ils [les élèves] dépassent leurs représentations initiales en observant et en manipulant. Ils [les élèves] comprennent les interactions entre les êtres vivants et leur environnement et ils apprennent à respecter l’environnement. Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique L’élève est capable de : - observer et décrire pour mener des investigations ; Cycle 3 : Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectif de comprendre et de décrire le monde réel, celui de la nature et celui construit par l’Homme, d’agir sur lui, et de maîtriser les changements induits par l’activité humaine. Leur étude contribue à faire saisir aux élèves la distinction entre faits et hypothèses vérifiables d’une part, opinions et croyances d’autre part. Observation, questionnement, expérimentation et argumentation pratiqués, par exemple, selon l’esprit de la Main à la pâte sont essentiels pour atteindre ces buts ; c’est pourquoi les connaissances et les compétences sont acquises dans le cadre d’une démarche d’investigation qui développe la curiosité, la créativité, l’esprit critique et l’intérêt pour le progrès scientifique et technique. Familiarisés avec une approche sensible de la nature, les élèves apprennent à être responsables face à l’environnement, au monde vivant, à la santé. Ils comprennent que le développement durable correspond aux besoins des générations actuelles et futures. En relation avec les enseignements de culture humaniste et d’instruction civique, ils apprennent à agir dans cette perspective. Les travaux des élèves font l’objet d’écrits divers consignés, par exemple, dans un carnet d’observations ou un cahier d’expériences. Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique B) La culture scientifique et technologique L’élève est capable de : - pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner ; - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l’essai plusieurs pistes de solutions ; - exprimer et exploiter les résultats d’une mesure ou d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante (par exemple, apprécier l’équilibre d’un repas) ; - exercer des habiletés manuelles, réaliser certains gestes techniques. TÂCHES Les élèves devront construire, expérimenter, tester (…) tout au long de l’année. Un cahier d’expériences sera régulièrement tenu. Le jour de la rencontre, des panneaux présenteront des écrits, des schémas, des photos et des textes rédigés sur ordinateur (lien avec le B2I). On y trouvera : 1. Les étapes de la démarche suivie. 2. Les problèmes rencontrés et les solutions trouvées. 3. Le travail avec un éventuel partenaire. On préparera en classe la présentation des travaux effectués (stand) : 1. Les objets réalisés (y compris ceux qui n’ont pas abouti). 2. Des activités interactives autour du projet. 3. Éventuellement, une vidéo, un cd-rom… 4. Une recherche documentaire (BCD, Internet…) pourra compléter ce travail. MATÉRIEL Aucune contrainte au niveau du matériel n’est imposée, hormis un faible coût et une utilisation facile par les élèves. Il est tout à fait envisageable de relever le défi en utilisant uniquement des matériaux de récupération (bouteilles de plastique, bassines, ficelle, boulons, pâte à modeler, sable, eau…). DÉROULEMENT 1. Les défis seront organisés dans la première quinzaine du mois de mai 2008. 2. L’inscription des classes participantes pourra se faire dès le mois de juin 2007 dans chaque circonscription. 3. Les enseignants recevront une formation et un accompagnement par les conseillers pédagogiques de circonscription (animations pédagogiques, visites de classes). 4. La progression, l’organisation et les activités réalisées sont laissées à l’initiative de l’enseignant. 5. Il serait souhaitable de ne pas se « lancer » dans une recherche documentaire trop tôt dans le projet de manière à laisser le temps de tester des « solutions » imaginées par les élèves. 6. Le jour de la rencontre interclasse, tous les instruments fabriqués pourront être exposés (y compris ceux qui n’auront pas été retenus pour la rencontre. Les livres de bord et panneaux explicatifs devront être présents. 7. Le transport éventuel restera à la charge des écoles. On pourra envisager un partenariat avec l’USEP pour les classes adhérentes. Les sites à consulter : http://www.lamap.fr Voir notamment dans « Documentation » tout ce qui concerne le rôle du maître avant et pendant la classe. Défi scientifique : « Modélisation : les volcans » Groupe de travail : Magali Chiarabini enseignante ressource départementale rattachée à Manduel Sylvie Dumazer-Bonnet CPC Manduel Philippe Seiwert CPC Nîmes 4 Lise Dernaucourt enseignante ressource circonscription de Vergèze ASH Proposition de Séquence : LES VOLCANS AU CYCLE 3 DEROULEMENT POSSIBLE EN CLASSE : RAPPEL POUR LE MAITRE : TACHES : -Construire, expérimenter, tester… -Tenir un cahier d’expériences… -N’exclure aucune source ou aucun support… -Mettre en évidence les étapes de la démarche d’investigation et le cheminement de la mise au point des modèles construits et présentés. -Les problèmes rencontrés et les solutions trouvées… -Le travail avec un ou des partenaires -Exposer lors de la rencontre avec d’autres classes les étapes des travaux, les échecs rencontrés, les réussites et proposer des ateliers interactifs (expériences, manipulations, commentaires des panneaux, commentaires des vidéos …) N.B : Nous faisons le choix suivant : Dans un premier temps, comprendre les fonctionnements des volcans puis aborder les conséquences pour les populations (où, quand, comment ?) …. SEANCE 1 : SITUATION DECLENCHANTE : Objectif : Faire entrer le sujet à étudier dans la classe pour impliquer les élèves et sucsiter la curiosité. Déroulement : Plusieurs entrées possibles qui vont susciter le questionnement des élèves : Exemples : Visionner un court extrait de vidéo, film… Cf .CDRom « volcans » Jacques Durieux CDRom « Volcans, une vie en équilibre » Roger Ressmeyer (éditions Corbis) « C’est pas Sorcier » (sélectionner un passage limité en durée)… Articles de journaux, souvenirs de voyage, etc… SEANCE 2: PRISE DE REPRESENTATIONS : Objectif : Faire émerger les représentations initiales sur le fonctionnement du volcan. Déroulement: Sur le cahier d’expériences répondre aux questions : - D’où provient la lave ? (Fais un dessin). -Pourquoi et comment la lave sort-elle du volcan ? Confrontation collective orale des représentations : Emergence de divergences d’où la nécessité de faire des recherches (démarche d’investigation). PRESENTATION DU DEFI : « Les soubresauts de notre planète Terre ». Rappel pour le maître : Termes du défi : « Concevoir un ou des modèles simples et fonctionnels permettant de simuler et comprendre : le processus d’une éruption volcanique et les modalités de construction d’un volcan ». L’enseignant explique à la classe qu’elle va devoir réaliser la maquette d’un volcan et la présenter en fin d’année dans le cadre d’une exposition interactive. SEANCE 3 : RECHERCHE DOCUMENTAIRE : Objectif : Comprendre d’où provient la lave d’un volcan, Déroulement : Parmi les diverses sources documentaires proposées (textes et schémas), s’assurer : - qu’il y en ait une décrivant la structure interne du globe terrestre, - de limiter le nombre de documents à trois ou quatre. Sources documentaires possibles : BCD Documents apportés par le maître (manuels, encyclopédie, etc…) Documents apportés par les élèves qui devront être validés par le maître en fonction de leur pertinence. Une trace écrite devra être construite dans le cahier d’expériences pour rendre compte du résultat de cette investigation. Institutionnalisation : Exemple : « La lave provient du manteau terrestre où elle est sous forme de magma, c'est-à-dire de roche en fusion. » Joindre le schéma descriptif d’un volcan et celui d’une coupe de la Terre en deux. SEANCE 4 : DEMARCHE DE MODELISATION : Objectif : Comprendre comment et pourquoi la lave sort-elle du volcan. Déroulement : 1. Présentation à la classe de deux roches volcaniques comme par exemple : basalte et pierre ponce. Leur observation doit permettre de dégager les caractéristiques au niveau de leur aspect et densité : « Le basalte est compact, dense, formé d’un verre volcanique (une matière minérale refroidie très rapidement et n’ayant pas eu le temps de cristalliser) et englobant quelques minéraux cristallisés . Elle correspond à une éruption de type effusif. La pierre ponce est légère, aérée, avec des trous, poreuse, pouvant flotter sur l’eau, sans cristaux. C’est un verre volcanique soufflé. Elle correspond à une éruption de type explosif. 2. Visionner une séquence vidéo montrant par exemple l’éruption du Mont Saint Helen aux USA, du Piton de la Fournaise mais aussi d’un volcan sous-marin afin d’ancrer dans le réel les modèles explicatifs suivants… 3. Réalisation de modèles explicatifs permettant d’illustrer les 2 types d’éruption : Le petit débrouillard : La planète Terre Matériel : boites de pellicules photos ; du bicarbonates de soude (pharmacie) ; du vinaigre, de l’amidon de mais; 1 cuillère à café Le bicarbonate et le vinaigre, lorsqu’ils sont mélangés : dégagement de CO2. Le cône peut être fait en pâte à modeler avec au milieu, un creux où l’on pose la base d’un verre plastique (ou un petit récipient). Pour provoquer une pseudo éruption mettre du bicarbonate de sodium et du vinaigre : à vous de tester les dosages (avec de petites quantités !). La mousse qui se forme simule une coulée de lave. Du détergent à vaisselle peut être ajouté pour faire davantage de mousse. Un colorant rouge alimentaire peut être utilisé avec le mélange pour donner l’illusion de la roche fondue. Etude de 3 modèles : Modèle 1 Vinaigre+bicarbonate Flacon fermé Capuchon non perforé Modèle 2 Vinaigre + bicarbonate Flacon fermé Capuchon perforé Modèle 3 Vinaigre +amidon + bicarbonate Flacon fermé Capuchon perforé Explosion Projection de liquide Coulée de liquide épais Mettre en garde les élèves sur « les limites » de la modélisation : elle n’est pas la réalité ! Aspect positif : Modèle intéressant pour comprendre les conséquences de la pression des gaz. Aspect négatif : modélisation « trompeuse » concernant les éruptions de lave « visqueuse » pouvant faire croire à l’absence de gaz et donc à une éruption de type effusif. Il serait intéressant de faire varier, à partir du modèle 3, les quantités d’amidon. Montrer qu’il ya un dégagement de gaz avec un ballon de baudruche. Mutualisation dans le cahier d’expériences : Une éruption volcanique est due à la présence de gaz contenu dans le magma. SEANCE 5 : TRAITEMENT DE L’INFORMATION : Objectif : Comprendre les modalités de construction d’un volcan. Déroulement : Demander aux élèves de traduire sous forme de BD, le texte suivant qui décrit la naissance du volcan Paricutin au Mexique en 1943. « 20 février 1943, le matin, à Paricutin, Mexique, Dioniso Pulido laboure son champ tranquillement. Brusquement, une fissure s’ouvre dans le sol, on entend un grondement de tonnerre. Des cendres et un grand nuage de fumée à l’odeur de souffre s’échappent de la fissure, brûlant l’herbe du champ. Des bombes volcaniques énormes sont lancées dans le ciel. Le soir le champ n’est plus qu’un amas de blocs rougeoyants. Le lendemain, le champ de Pulido est couvert par un cône de 10 mètres de haut crachant des blocs et de la fumée. Sa ferme est engloutie par la première coulée de lave. En une semaine, le cône atteint 140 mètres de haut. Après 1 an, 430 mètres. L’activité de ce volcan a duré jusqu’en 1952. Depuis, il n’a pas eu d’éruption. » Prolongement possible : Réaliser un modèle de croissance d’un volcan par accumulation de coulées de plâtre. Une planche de bois est percée d’un trou dans lequel passe un morceau de PVC. On remplit une poche plastique de plâtre liquide. La poche est fixée rapidement à l’extrémité du tube PVC en-dessous de la planche en bois. On recommence plusieurs fois la même opération. Après 6 ou 7 coulées, on obtient un cône formé par accumulation de couches que l’on peur peindre. Entre 2 coulées, on peut construire une maquette de ville avec des routes et tester des moyens de détourner la coulée de lave. Institutionnalisation dans le cahier d’expériences : « Un volcan se construit par accumulation de couches de lave et de projections. » SEANCE 6 : RECHERCHE DOCUMENTAIRE Objectifs : Mettre en évidences les risques des volcans pour les sociétés humaines Déroulement : Proposer aux enfants la lecture de documents soit d’actualité, soit historiques (exemple : Le Vésuve, Pompéi …). Lister les conséquences négatives mais aussi positives sur le plan humain, matériel, à court et à long terme. Prolongement possible : un modèle explicatif : Tester les facteurs qui influencent la vitesse de déplacement de la lave. Verser dans des petites bouteilles transparentes identiques la même quantité de miel liquide (miel d’acacia). On peut faire varier la température (5°, 20°, et 50°) et la présence de sucre cristallisé (cristaux). Chaque groupe chronomètre le temps que le miel met pour être entièrement au fond de la bouteille. Simulation d’une coulée de lave Influence de la viscosité et de la température sur la vitesse d’écoulement de la coulée de lave. Exemple d’idées de départ : Moins la lave est visqueuse, plus elle s’écoule vite… La viscosité de la lave diminue lorsque sa température augmente… Matériel disponible : - miel « liquide », (mélasse homogène) - sucre en poudre - farine de blé - maïzéna - eau - ballon de verre - chauffe-ballon électrique - récipients divers - pipette - chronomètre Cette modélisation a été testée par un groupe de formateurs dont voici le compte rendu (rédigé par Bernard Trinquier PEMF) : 1 - Effet de la viscosité (expérimentation à température ambiante) : Dispositif : La planche de carton inclinée de 30° environ par rapport au plan horizontal représente les pentes consolidées du volcan. Le miel à température ambiante représente une lave de viscosité « moyenne », c’est notre témoin. Un mélange de miel et de sucre en poudre à température ambiante représente une lave plus visqueuse que la lave témoin (mélange « épais », hétérogène car le sucre ne s’est pratiquement pas dissous dans le miel.) Un mélange de miel et d’eau (mélange homogène 2/3 – 1/3) à température ambiante représente une lave moins visqueuse que la lave témoin. Protocole : Une faible quantité de chaque « lave », environ 1 ml, est déposée au sommet du volcan à l’instant t = 0 (dépôts successifs / non simultanés par commodité) en des points différents mais de même altitude. Toutes les 20 s, une marque est placée sur le carton matérialisant la position du front de la coulée au moment considéré. Constats et conclusion : La comparaison des différentes marques permet d’affirmer que la distance parcourue par la lave durant un même laps de temps est plus important quand la lave est moins visqueuse. On peut donc en conclure que la vitesse d’écoulement d’une coulée de lave diminue lorsque sa viscosité augmente. 2 - Effet de la température : 1 ml de miel préalablement chauffé dans un chauffe-ballon est déposé au sommet du carton (température plus élevée que le témoin mais non mesurée). Il s’écoule plus vite que le miel témoin. Il se comporte comme une lave moins visqueuse. En effet, lorsque la température d’un liquide augmente, sa viscosité diminue : ces 2 variables ne sont pas indépendantes… Quelques remarques en vrac : Une comparaison directe (en temps réel) des écoulements aurait pu être réalisée si les dépôts avaient été simultanés. L’utilisation d’un chronomètre n’aurait plus été indispensable mais l’organisation par contre plus problématique. Dans la configuration retenue, tout semble « se jouer » dans la première minute : intérêt d’une expérimentation courte pour la reproduction de celle-ci lors d’une même séance ! Le miel se dépose sur le carton, il y a donc un épuisement rapide de matière et la coulée semble se figer. Une injection de matière en continu pourrait être réalisée à l’aide d’une seringue. Cela permettrait de voir comment se comportent les coulées dans ce cas, plus proche de la réalité. La température de la matière rejoint très vite la température ambiante de la pièce lors de l’écoulement (Ce paramètre n’est pas stable au cours de l’expérience). Prévoir, pour ralentir les variations de température une plus grande quantité de matière initiale. Toutefois, dans la réalité, on observe bien une diminution de la température de la coulée au cours du temps : une discussion s’impose avec les élèves à ce sujet… De plus, température qui diminue veut dire viscosité qui augmente et donc écoulement qui ralentit ! A méditer… On pourrait tester l’influence de la pente sur la vitesse d’écoulement (Facile à réaliser). Ne pas chauffer le miel trop longtemps… ou utiliser le bain-marie car le miel se caramélise (viscosité qui augmente lorsque l’eau qu’il contient se vaporise sans parler des étapes ultérieures si l’on oublie le miel sur le « feu » (carbonisation…). Et attention aux risques de brûlure avec du caramel chaud ! Liens intéressants avec la physique : mélanges et solutions, états et changements d’état. SEANCE 7 : LA SYNTHESE Objectif : conception du stand 1. Réalisation d’une maquette d’un volcan synthétisant l’ensemble des connaissances acquises lors de cette séquence : par exemple, imaginer une structure d’un cône à 3 faces : avant, pendant et après l’éruption. 2. Réalisation d’une maquette montrant la structure interne d’un volcan : coupe à l’intérieur et à l’extérieur de la Terre. 3. Sélectionner divers petits modèles explicatifs qui illustrent les différents types d’éruptions. SEANCE 8 : EVALUATION DES CONNAISSANCES QUELQUES SITES WEB A CONSULTER : http://www.vulcania.com.fr http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/pourque/s1/plan.sec http://www.lave-volcans.com/ http://www.auvergne-volcan.com/volcanisme.htm http://www.pyros-volcans.com/ http://volcanoes.usgs.gov/ http://www.delajartre.com http://acatte.club.fr/index.htm http://archeologis.free.fr http://volcans-ardeche.com/ Auteur : Adeline Géronimi PIUMF site de Nîmes Le risque géologique L’activité interne et externe du globe engendre des risques pour l’Homme. Une région qui a subi des secousses sismiques, une éruption volcanique, une inondation en subira sans doute de nouveau. Mais les séismes surviennent sans prévenir, le moment précis d’une éruption ne peut être déterminée, la quantité de précipitation ne peut qu’être estimée. Le risque pour les populations dépend des aléas géologiques et de la densité humaine. Les informations données par les réseaux de surveillance scientifiques et celles fournis par les historiens permettent d’identifier des zones dite à risque où la probabilité d’avoir une « catastrophe dite naturelle » est importante. I) Localisation des zones à risques en France - Certaines régions des Alpes sont considérées comme des zones à risques sismiques car c’est une chaîne de montagne présentant une activité sismique relativement importante et qu’elle comprend un ensemble de personnes et des constructions importantes. http://www.ecologie.gouv.fr/IMG/pdf/carte_alea_sismique.pdf ; http://www.bouchesdu-rhone.pref.gouv.fr/risques/ddrm/e3-sismique.pdf - Certaines régions de la Réunion, de la Guadeloupe sont considérées comme des zones à risques volcaniques car cette île présente par exemple un volcan actif, le volcan de la fournaise et un ensemble de personnes et de constructions importantes. - La région méditerranéenne, avec ses précipitations automnales rapides et importantes et sa population élevée est considérée comme une zone à risque d’inondation. II) Action de l’Homme pour réagir face aux risques géologiques. Une coordination indispensable entre les scientifiques et les pouvoirs publics. Prévoir et anticiper Surveiller pour détecter les signes précurseurs de l’imminence d’un évènement (cf.ci dessus et météorologie) Réglementer les constructions (ex : les zones inondables cf. Plan d’Occupation des sols : construction para sismique) Construire et entretenir (ex : les digues ; les abords de la rivière) Restaurer (zones humides tampon, plantation de bandes enherbée, de foret dans le bassin versant) Elaborer des plans d’évacuation Informer et Eduquer la population Signal d’alerte indiquant un accident majeur : (sirène, bulletin d’alerte) Bulletin d’informations (zones rouge, orange.) Consignes décrivant les conduites à tenir Entraînement de la population (Plan d’Organisation des Secours dans un Etablissement Scolaire) 1 2 Le volcanisme I) Les manifestations du volcanisme Le volcanisme se manifeste par l’émission de lave (magma dégazé arrivé en surface), de gaz et parfois de projections solides. Il existe deux principaux types d’éruptions : - l’une se manifeste par l’émission de grandes coulées de lave fluide (ex : Piton de la Fournaise de la Réunion, au fond des dorsales océaniques visible). On parle de volcanisme effusif. - l’autre se manifeste par des explosions puissantes projetant des matériaux (ex : Soufrière Hills de l’Ile de Montserrat dans les petites Antilles). On parle de volcanisme explosif. L’accumulation des produits émis lors des éruptions forme des reliefs : - l’édifice volcanique ou volcan. C’est un relief résultant de l’empilement de matériaux produit lors des éruptions (projections et/ou de laves solidifiées.). - des pilow lavas ou coussins qui se forment au contact de la mer. Le point commun entre les différentes roches volcaniques (ex : Basalte, andésite, rhyolite) est leur structure microscopique : elles renferment toutes des cristaux de tailles différentes dans du verre volcanique. Remarque : Les roches plutoniques (ex : granite) renferment uniquement des cristaux (pas de verres volcaniques) car elles se forment entièrement en profondeur (refroidissement lent). II) L’origine du volcanisme La lave ne vient pas du centre de la Terre. La quasi totalité de l’intérieur de la Terre est constitué de roches à l’état solide. On peut la modéliser à l’aide d’une pomme. Si la pomme était la Terre, le magma se formerait pour des raisons complexes, seulement à certains endroits sous la peau, et pas du tout prés du milieu. Coupe schématique d’un volcan effusif: Gaz Projections Lave Edifice volcanique Cheminée 3/ Accumulation Chambre Magmatique (Environ 20 km) 2/ montée du magma par des fissures 1/ fusion de roches entre 70 à 200 km 3 Le magma résulte de la fusion partielle de « petites » quantités de roches, à certains endroits du globe, à une profondeur comprise entre 70 et 200 km. Moins dense il remonte à travers des fissures et vient s'accumuler dans un réservoir, la chambre magmatique. Quand la pression devient trop forte dans la chambre, l'éruption se déclenche. Les manifestations volcaniques dépendent de la viscosité du magma donc de sa composition (entre autre en eau et en silice). Les gaz sont des éléments moteurs des éruptions. Dissous dans le magma ils sont libérés dans la cheminée. • Si le magma est peu visqueux les gaz s’échappent facilement et la lave s’écoulent sur les pentes du volcan tranquillement : volcanisme effusif avec comme roche du basalte. • Si le magma est très visqueux les gaz s’accumulent jusqu'à l'explosion et la lave ne s’écoule pas : volcanisme explosif avec de l’Andésite. La structure des roches volcaniques s'explique par leur refroidissement en plusieurs étapes. Elle conserve la trace de ses conditions de refroidissement. • Dans la chambre magmatique le refroidissement est lent, il se forme des gros cristaux. • Dans la cheminée puis en surface le refroidissement est rapide, il se forme des petits cristaux ou microlites et du verre englobant tous les cristaux formés. III) La répartition du volcanisme dans le monde Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe. Il existe des zones bien délimitées. • Sur les continents ils sont alignés, principalement dans les chaînes de montagnes qui bordent les fosses océaniques (ex : « ceinture de feu » du pacifique ; volcanisme des Andes). Le volcanisme est alors explosif. Ils se situent dans les zones de subduction où une plaque lithosphérique océanique froide et rigide s’enfonce et disparait dans l’asthénosphère solide. Cela correspond à une zone de convergence des plaques. • Dans les océans, de type effusif : - Soit alignés le long des dorsales océaniques. Localisés au niveau de la divergence de deux plaques ils permettent la formation de nouvelle croute océanique. - Soit isolés au niveau d’une plaque océanique « points chauds » (ex : Piton de la Fournaise ; Mauna Loa) à l’origine d’Iles. (La réunion, Hawaï) 4 Les séismes I) Les manifestations des séismes Les séismes ou tremblements de terre correspondent à des vibrations brutales du sol, de durée et d’intensité variable. Ils engendrent des déformations à la surface de la Terre, tels que des crevasses, des glissements de terrains, des détournements de cours d’eau, tsunamis, des failles. Une faille est le nom scientifique d’une cassure des roches avec un déplacement des deux blocs rigides l’un par rapport à l’autre. Ils peuvent entraîner dans les zones habitées des destructions matérielles et causer de nombreuses victimes. L’échelle M.S.K. utilisée en Europe, détermine l’intensité des séismes. Elle est établie à partir des dégâts observés en surface et comprend 12 degrés. M.S.K. sont les initiales de trois sismologues européens qui ont établi, en 1964, cette échelle : Medvedev, Sponnheuer et Karnik II) L’origine des séismes Les roches en profondeur sont soumises à des forces. Quand la tension dans les roches devient trop forte, les roches cassent brutalement et se décalent. Une faille en profondeur est créée. L'endroit de la rupture est appelé le foyer du séisme. Ces foyers vont de qq kms à 700km de profondeur. (Rappel le rayon de la terre est de 5900km) La rupture des roches en profondeur provoque de violentes secousses ou vibrations qui se propagent sous formes d’ondes sismiques. Plus elles s’éloignent, plus elles s’affaiblissent. L’épicentre est le point de la surface le plus proche du foyer. Les ondes sismiques y sont maximales. Les vibrations des séismes peuvent être enregistrées par des sismographes dans des stations réparties dans le monde entier. Les tracés obtenus ou sismogrammes sont analysés pour déterminer la puissance du séisme et le foyer du séisme. L'échelle de Richter a été instaurée en 1935. Elle nous fournit ce qu'on appelle la magnitude d'un séisme, calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer. Elle se mesure sur une échelle logarithmique ouverte; à ce jour, le plus fort séisme a atteint 9,5 sur l'échelle de Richter (Chili). Cette fois, il s'agit d'une valeur qu'on peut qualifier d'objective: crdp.ac-amiens.fr/.../risques_majeurs/seisme.gif 5 III) La répartition des séismes dans le monde Les séismes ne sont pas répartis au hasard. Ils sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre dites actives: • Sur les continents au niveau des zones de convergence des plaques: au niveau des chaînes de montagnes (ex : Mont Blanc : 4800 m) dans des zones dite de collision. près des fosses océaniques étroite et profonde dépression (creux) du plancher des océans dans des zones de subduction • Dans les océans le long des dorsales océaniques ; chaîne de reliefs sous marins (chaîne de montagnes sous-marine) au niveau de zones de divergence. 6 Les inondations I) Les manifestations des inondations Le terme inondation fait traditionnellement référence à la submersion temporaire de terres qui ne sont pas submergées en temps normal par un cours d’eau en crue. La crue est un phénomène naturel et saisonnier qui correspond à une élévation du niveau des eaux. Elle ne provoque pas de perturbations majeures lorsque son ampleur est modérée. Une crue est susceptible de présenter des risques lorsque le débit et le volume d'eau sont tels qu'il y a débordement par rapport au lieu d'écoulement habituel (le lit mineur) : on parle alors d'inondation. L'eau se répand dans les zones d'expansion des crues, qui correspondent au lit majeur du cours d'eau, souvent largement urbanisées. Cette notion recouvre aussi les inondations dues à la mer dans les zones côtières (tsunami) et elle peut inclure les inondations aux débordements d'ouvrages artificiels tels que retenues ou réseaux d'assainissement (égouts), ainsi que les inondations des zones urbanisées éloignées d’un cours d’eau. L’eau modifie les paysages : • L’eau est agent d’érosion. Le sol et les roches subissent cette érosion et résistent plus ou moins à l’action de l’eau selon leur propriété de perméabilité et de dureté. (ex : Calcaire imperméable en petit, perméable en grand ; argile imperméable; sable perméable). L’eau « dégage » • L’eau a une action chimique. Par exemple l’eau contenant du dioxyde de carbone altère les roches calcaires et entraine les éléments dissous sous forme dissoute. Elle creuse avec le temps les massifs, crée des fissures qui s’élargissent et des cavités où rivières peuvent s’engouffrer et disparaitre (Karst) • L’eau est un agent de transport. Outre la charge liquide l’eau déplace les éléments arrachés donc une charge solide parfois conséquente. • L’eau est agent de sédimentation: Les particules de différentes tailles sont ou entraînées plus ou moins loin ; leur dépôt dépend de leur taille, de leur masse mais aussi de la vitesse du courant. Les éléments peuvent s’accumuler et participer à la formation d’un sol, d’une roche. Les inondations sont à l’origine de 40 % des accidents mortels dus aux catastrophes naturelles dans le monde. Le problème qui suit immédiatement les inondations est l’accès à l’eau potable, d’où la recrudescence de maladies et de mortalité suites aux inondations. Mais, dans certaines régions du globe, les inondations font partie du cycle naturel des saisons. Durant plus de deux millénaires, les crues du Nil font fait prospérer la civilisation égyptienne et de nombreuses zones tropicales sont encore tributaires des crues annuelles, et des moussons qui fertilisent et irriguent les cultures, en reconstituant des réserves d’eau pour la saison sèche. 7 II) Origine des inondations On distingue les inondations par débordement, par ruissellement, par débordement indirect (les eaux remontent de la nappe phréatique dans les réseaux d’assainissement les points bas. Elles peuvent avoir de nombreuses causes, cumulables • causes naturelles, liée aux aléas climatiques et phénomènes météorologiques attendus (ex : le phénomène Cévenol, la mousson en Inde par exemple) ou à un événement naturel (ex : glissement de terrain) qui empêche l'écoulement habituel de l'eau. Ainsi les crues sont classées en fonction de leur importance et de leur fréquence : - les crues décennales sont des crues moyennes à fortes (statistiquement, chaque année, il y a un risque sur dix pour qu'un tel événement se produise). - les crues centennales sont des crues fortes à très fortes (statistiquement, chaque année, il y a un risque sur cent pour qu'un tel événement se produise). • causes anthropiques directes : les constructions humaines (ex : le lit mineur, le lit moyen et le lit majeur du cours d’eau sont transformées par l'activité humaine), certaines pratiques agricoles qui imperméabilisent et dégrade des sols, le drainage des sols, l’aménagement et l’entretien du réseau hydrographique …. Ont pour conséquence d’accélérer le ruissellement de l'eau et de limiter l'infiltration. • causes humaines indirectes liée aux modifications climatiques modifications globales (émissions de gaz à effets de serre gaz à effet de serre qui entraine la fonte des glaciers et qui provoque une montée du niveau des océans, des cours d'eau, ou encore cela pourrait entraîner des cyclones plus intenses. 8 9 Pascale Hervieu CPC Vergèze, Pascale Henry CPC Alès et Adeline Géronimi PIUFM site de Nîmes DEFI SVT CYCLE 3 : « Les soubresauts de notre planète Terre » Les inondations Travail de recherche en amont pour l’enseignant : - Trouver ses partenaires – (ex : conseil général, DDE, services techniques des mairies, syndicat mixte des cours d’eau locaux…) La documentation possible : • les inondations : un risque majeur (DVD – scerén – CDDP académie de Montpellier) • Articles de journaux • photos : concevoir un mur d’images (citées lacustres Venise, asie… plaques de niveau de crues, panneaux routiers, œuvres d’art…) • Cartes géologiques de la région étudiée • Site : http://www.prim.net/actu/archives/inondations.htlm http://www.excusemyenglish.fr/Images/French/Panneaux/InSitu/InPanneaux.htm - Réalité géographique locale. Le passif de l’école avec les inondations. Le vécu des élèves. - Dessins animés pour enfants. Mythe interculturel du déluge Les modèles : fiche sciences et modélisation en ligne sur le site de l'IA 30 http://eduscol.education.fr/D0050/modeles_modelisation.pdf Etapes incontournables à mener tout au long du projet : – expérimentation du ou des modèles fabriqués, – Conclusions scientifiques : les apports de connaissances, – Élaboration des traces écrites, – Rédaction pour l'exposition : --> Compétences du B2i Déroulement possible en classe : Remarque : Chaque étape pouvant faire l’objet d’une ou plusieurs séances selon son contenu. Etape 1 : Lancement du défi : - Lecture du défi à la classe : « Concevoir un ou des modèles simples et fonctionnels permettant de simuler et de comprendre : les caractéristiques des inondations » - Explication du contrat : « Rencontre au mois de mai avec toutes les classes participant au défi. Chacune d’elle présentera son travail sous forme de panneaux, schémas, photos, textes, maquettes, modèles Pour comprendre ce qu’est un modèle Penser à mettre cette étape pendant la démarche Etape parallèle : − définition : « représentation schématique d’un objet ou d’un processus qui permet de substituer un système plus simple au système naturel » − Présentation de modèles − A quoi sert un modèle ? − Lesquels construire en fonction de l'orientation donnée par la classe au défi ? − Critiquer les modèles construits Se mettre au clair sur les inondations - Travail sur le mot « inondation » : Les conceptions des élèves : textes, dessins, mots associés, définitions des enfants. è Français : le vocabulaire Etape 2 : apports pour en savoir plus - Livres documentaires - Films - Confrontation de documents (Images de Venise, photos de plaques de niveaux de crues…) - Intervenant expert, sorties sur terrain proche si possible… Etape 3 : Réajuster les préconceptions en fonction des nouvelles connaissances. Etape 4 : Compréhension des phénomènes. Questionnement des élèves. Les interrogations seront de plusieurs types : - Questions sur les causes - Questions sur les conséquences - Questions sur « ce que l’on peut y faire ? – en amont (prévention) – pendant (sécurité, « attitudes de bon sens »…) en aval (citoyenneté : entraide, hygiène, et retour au questionnement sur la prévention) Pour comprendre les causes des inondations Prendre en compte les multiples causes des inondations : Etape 5 : La pluviométrie : exemple du phénomène cévenol Etape 6 : Le trajet de l’eau dans la nature : l’influence du relief, (étude d’une carte topographique) Etape 7 : Influence des propriétés des roches calcaires Exemple : roches et perméabilité (plusieurs séances à prévoir) - rivières souterraines en pays calcaire (calcaire imperméable en petit mais perméable en grand) - sable, argile - étude carte géologique è piste de modélisation : créer une maquette pour comprendre ce qu'est une rivière souterraine et comment elle est alimentée. géographie : étude de cartes Etape 8 : l’influence des hommes : construction et entretien - Modélisation : lit de la rivière avec différents constituants, sable, rochers, branchages... Créer des points de débordement liés à l’action humaine en amont. - Modélisation du ruissellement selon la nature du support : infiltration ou ruissellement ( herbe, sable, béton) Etape 8 : Choix d'une orientation de travail propre à la classe qui fera l'objet de l'exposition lors de la rencontre. (Différentes orientations proposées – cf. Tableau) Pour comprendre les conséquences des inondations Etape 9 : Pour chaque type de conséquences on envisagera l’aspect négatif et l’aspect positif Aspects négatifs Sur l'environnement écologique Débordement du lit de la rivière Pollution : - transport d'objet par l'eau - pollution chimique (déversement de produits dangereux) Aspects positifs Fertilisation du sol (ex : crues du Nil – Modélisation : lit de la rivière avec différents constituants, sable, rochers, branchages... Créer des points de débordement et modéliser le transport du limon. - eau non potable Modélisations : 1)lit de la rivière avec différents constituants, sable, rochers, branchages... Créer des points de débordement et modéliser la pollution solide. Oppidum d'Encerum) Irrigation Modélisation : créer un modèle d'irrigation 2) Créer un système permettant de mettre en évidence qu'une eau est « sale ». 3) Créer un système pour « nettoyer » une eau sale ? Sur l'homme Perte de vie humaines Pertes économiques – perte de biens vandalisme maladies – épidémies eau non potable perturbation des communications et services publics déplacement des populations Destruction des bâtiments en zone inondable Piste de modélisation : Jeu Rivermaid à adapter au site étudié Entraide, solidarité --> compétences sociales et civiques Systèmes d'alertes plus fiables Création des PPMS (2002) Redéfinition des zones constructibles. Mise en place des plans de protection. Piste de modélisation : - Construire une maquette de paysage, - Construire la maquette de type d'habitations ne risquant pas l'inondation. (association Pollen ? – Maison départementale de Restinclière) Sur la vie animale Perte de troupeaux et animaux sauvages Sur la vie végétale Destruction des cultures et perturbation des écosystèmes naturels Piste de modélisation : - Montrer les incidences du courant sur les cultures - Montrer les conséquences d'une immersion trop longue Fertilisation du sol - « nettoyage » naturel – irrigation. Piste de modélisation : - Construire un réseau d'irrigation. 1. « Le climat, ma planète et moi ! » est un projet d’EDD destiné à sensibiliser au changement climatique (menace écologique, sanitaire et sociale) : http://lamap.inrp.fr/climat/sequence2 Séquence 2 : « Quelles sont les conséquences du changement climatique ? » *Séance 2 : « Quelles sont les conséquences de la fonte des glaces ? » Avec une étude documentaire (journal Mon Quotidien) accessible sur le lien suivant : http://lamap.inrp.fr/bdd_image/Le_climat_fiche_09.jpg ainsi qu’une animation interactive élève accessible sur ce lien : http://lamap.inrp.fr/bdd_image/monteeDesEaux.swf *Séance 3a « Dilatation des océans et niveau des mers » *Séance 4 « Conséquences du changement climatique sur la santé et la biodiversité » Avec une étude documentaire accessible sur les liens suivants : http://lamap.inrp.fr/bdd_image/Le_climat_fiche_11.jpg http://lamap.inrp.fr/bdd_image/Le_climat_fiche_12.jpg http://lamap.inrp.fr/bdd_image/Le_climat_fiche_13.jpg http://lamap.inrp.fr/bdd_image/Le_climat_fiche_14.jpg 2. Module : « Le cycle de l’eau dans la nature » : Séquence 1 (3 séances) : « D’où vient l’eau ? » Séquence 2 (1 séance) : « Où va l’eau du ciel ? » Accessibles sur le lien : http://lamap.inrp.fr/print.php?Page_Id=5&Element_Id=106&DomainScienceType_Id Modèles et modélisation en sciences Deux définitions : Encyclopédia Universalis – J. Goguel « Dés qu’on dépasse la description pour aborder l’analyse des processus, celle-ci implique une référence à un modèle, dont la définition doit être d’autant plus précise que les raisonnements qu’on lui applique sont plus élaborés….Le modèle en biologie est une représentation schématique d’un objet ou d’un processus qui permet de substituer un système plus simple au système naturel » http://acces.inrp.fr/acces/equipes/didacgeo/site/modelst#investigation C’est une construction qui constitue une réponse provisoire et partielle à un problème scientifique, réponse qu’il faudra confronter aux réalités du terrain ou aux résultats expérimentaux. Le modèle permet de représenter et d’expliquer la réalité et d’établir des prévisions. Un modèle peut être mathématisé, il s’exprime alors sous forme d’équations qui peuvent permettre de réaliser une application informatique permettant de manipuler ce modèle et de réaliser des simulations. Un modèle peut également être un modèle analogique et prendre la forme de maquettes plus ou moins complexes, de schéma ou de toute autre représentation. Présentation des modèles : Le modèle sous forme de maquette de la réalité Modèle réduit de la planète Terre, du membre en mouvement ; Le modèle mathématisé Graphe sur les flux de matière dans un écosystème Le modèle sous forme d’organigramme, schéma fonctionnel : Autorégulation par feed-back Le modèle sous forme de mots : Cœur = pompe ADN = double hélice Intérêt du Modèle dans la construction du savoir : « L’intérêt d’un modèle ne se mesure pas dans sa vérité De Vecchi G. Faire construire des savoirs Hachette Education « Les faits d’observation et de mesures fondent les mais dans son utilité » modèles explicatifs au caractère toujours provisoire et perfectible » Demounem et Astolfi Didactique des sciences de la vie et de la terre Nathan Paris 1996 IUFM Nîmes MP Quessada et A. GERONIMI Septembre 2008 Schmartz D. Les modèles en biologie et en médecine Pour la science 227 Septembre 1996 de la réalité ou instrument d’intelligibilité ou d’aide à la décision » « …instrument d’étude http://eduscol.education.fr/D0050/modeles_modelisation.pdf Classe de première - Série S MODÈLES, MODÉLISATION Direction de l.enseignement scolaire - Bureau du contenu des enseignements - Thèmes TPE - Classe de première - Page 2 sur 3 Le modèle conduisant à la reproduction Le modèle comme outil de simplification Le modèle comme outil de compréhension Le modèle comme outil d’anticipation Les modèles : leur émergence, leurs conséquences Confrontation des modèles La création pour échapper aux modèles Modèle et idéal • La place des modèles dans la démarche d’investigation • • • Hypothèses Résolution Histoire des sciences : histoire des découvertes et changements de points de vue Utilisation d’un modèle Confrontation au réel Synthèse Conclusion N’est pas la réalité MAIS SE CONSTRUIT A PARTIR DE L’OBSERVATION DE LA REALITE – nécessité d’identifier les limites du modèle pour éviter une représentation simpliste du réel ET RETOUR SUR LE REEL AFIN D’EVALUER L’APPORT DU MODELE – évolution des modèles – esprit critique et citoyenneté Le modèle un outil pour penser IUFM Nîmes MP Quessada et A. GERONIMI Septembre 2008
