Construction des connaissances en géologie du collège au lycée
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Catherine Lamy –LPH – St Jean de Maurienne Construction des connaissances en géologie du collège au lycée Acquis des élèves en début de Terminale Acquis de 5ème (géologie externe : évolution des paysages) On explique la variété des modelés du paysage par l'érosion, l'eau en étant le principal agent, et la différence de résistance des roches à cette érosion. On s'intéresse ensuite au transport des particules et à leur dépôt (sédimentation) puis à leur transformation en roches sédimentaires par compaction, avec incorporation éventuelle de restes d'organismes (fossiles). On reconnaît les roches sédimentaires comme des archives des paysages anciens, avec possibilité de reconstitution, basée sur le principe d'actualisme. On s'intéresse également à l'influence de l'Homme sur l'évolution des paysages (prélèvement de matériaux et conséquences, prévention des catastrophes par exemple en limitant l'érosion). Parallèlement le cycle de l'eau est étudié en Physique-chimie. Acquis de 4ème (activité interne du globe) On s'intéresse aux manifestations de l'activité interne du globe. On constate les manifestations en surface des tremblements de terre et éruptions volcaniques, afin d'une part d'en déterminer l'origine en profondeur, d'autre part de définir les notions d'aléas, de risques, de prévision et de prévention. Séismes et éruptions volcaniques– mots clefs Catherine Lamy –LPH – St Jean de Maurienne Acquis de 4ème (activité interne du globe) (suite) Un premier modèle de la tectonique des plaques est construit : les plaques lithosphériques sont définies en surface par la répartition en ligne des volcans et séismes (une plaque = "un morceau de surface calme bordé par des zones actives") et en profondeur par la limite avec l'asthénosphère (lithosphère rigide, reposant sur l'asthénosphère qui l'est moins), mise en évidence par une variation de la vitesse des ondes sismiques. On ne parle ni de croûte, ni de manteau, juste de plaques lithosphériques et d'asthénosphère. On décrit les mouvements des plaques et les relie à certains reliefs (dorsales, fosses océaniques, chaînes de montagnes), sans réelle démonstration, excepté lors du calcul de la vitesse d'expansion d'un océan à partir de l'âge des fonds océaniques. Premier modèle de la tectonique des plaques – mots clefs Acquis de 1ère S En première S, cette partie a pour finalité de comprendre comment se construit peu à peu un modèle théorique, en s'appuyant sur des arguments scientifiques, de plus en plus nombreux et précis au fur et à mesure que les techniques d'investigation se développent. Ici, ne sont décrites que les idées nouvelles (et mots clefs associés) qui apparaissent par rapport au modèle de la tectonique des plaques proposé en 4ème, sans présentation des arguments associés. On voit notamment apparaître la distinction croûte /manteau, les noms des roches constitutives des différentes enveloppes, une définition plus précise de la limite lithosphère-asthénosphère (isotherme 1300°C), la notion de convection. Certaines idées sont reprises et exprimées avec un registre de langage plus "scientifique" : divergence pour les "plaques qui s'écartent", convergence pour les "plaques qui se rapprochent", subduction pour "les plaques qui s'enfouissent", accrétion pour "les plaques qui se forment", points chauds fixes pour "les quelques volcans isolés"… Modèle de la tectonique des plaques – mots clefs (seuls les idées et mots nouveaux ont été indiqués) Catherine Lamy –LPH – St Jean de Maurienne Cohérence entre les programmes de 1 ère S et de Terminale S - Proposition de progression axée sur l'articulation des deux programmes En 1ère S, on présente un des constats précurseurs de l'idée d'une mobilité horizontale : la distribution bimodale des altitudes (continents/océans). On s'intéresse ensuite uniquement au domaine océanique alors que le programme de Terminale S est axé sur l'étude du domaine continental. Programme Programme 1S 1.B.2 (partiel) : La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère. En surface, son âge n'excède pas 200 Ma. 1.B.1 (partiel) : La croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d'une épaisseur plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique. L'âge de la croûte océanique n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie. Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale. Progression Situation d'accroche : ère - Rappel des caractéristiques du domaine océanique, étudiées en 1 S, caractéristiques assez homogènes d'un domaine ère océanique à l'autre (au niveau 1 S puisqu'on ne distingue pas les dorsales lentes et rapides) Ù Histoire du domaine océanique, assez "banale", uniforme, monotone et relativement courte. A compléter avec une notion du programme de Terminale S : augmentation de la densité de la lithosphère océanique, entraînant sa plongée. Voir trame 1S_domaine-océanique Constat des caractéristiques du domaine continental : grande variété, complexité en terme de nature de roches, d'âges des roches (dont certains très anciens), d'agencement des roches les unes par rapport aux autres, de reliefs, etc… Ö Sortie de terrain dans les Alpes (soit en fin de 1ère S, soit en début de TS) • Paysages : Structure (plis, failles, chevauchements) • Affleurements + étude des roches en classe : Composition [différents types de roches, (densité du granite/basalte, structure, origine)] • Carte géologique locale : Reliefs (altitudes) et âges variés Ö Étude carte géologique et carte des reliefs de la France (pour retrouver ces caractéristiques à une échelle plus grande) Ö Profils de sismique réflexion pour racine crustale : Epaisseur Ö Evaluation de l'âge d'un granite par radiochronologie : âges importants supérieurs à ceux de la croûte océanique Ö Évaluation de la profondeur du Moho (continent / océan) avec sismogrammes et ondes PMP : Epaisseur Voir trame TS_domaine-continental Transition : Notion d'isostasie utilisée pour expliquer la distribution bimodale des altitudes (???) Ö Modèle analogique et/ou numérique de l'isostasie simple Voir trame distribution_bimodale_isostasie 1.B.1 (partiel) : La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par des différences crustales. 1.B.3 : Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives. La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent. Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental. 1.B.2 (partiel) : Les chaînes de montagnes présentent souvent les traces d'un domaine océanique disparu (ophiolites) et d'anciennes marges continentales passives. La « suture » de matériaux océaniques résulte de l'affrontement de deux lithosphères continentales (collision). 1.B.1 (partiel) : L'épaisseur de la croûte résulte d'un épaississement lié à un raccourcissement et un empilement. On en trouve des indices tectoniques (plis, failles, nappes) et des indices pétrographiques (métamorphisme, traces de fusion partielle). Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques permettent de reconstituer un scénario de l'histoire de la chaîne. 1.B.2 (partiel) : Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques. Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d'une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction. 1.B.4 :Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés que les plus récentes. On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître. Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs. Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation). Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs. L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale. Explication de la variété et de la complexité du domaine continental par son histoire longue et complexe !! (Ordre chronologique ou démarche d'investigation pour expliquer les caractéristiques ?) Ö Mise en place de roches magmatiques (laves et granitoïdes) lors de la subduction : Etude granite/andésite (échantillons et lames minces) et de leurs compositions minéralogiques (tableaux). Recherche des conditions de fusion partielle (diagramme P-T, modélisation numérique de la fusion partielle) Ö Des restes de l'océan disparu "conservés" lors de la collision : ophiolites et marges continentales passives (Chenaillet et lacs Besson ?) Ö Epaississement lors de la collision lié au raccourcissement et à l'empilement : Modèle analogique plâtre (explication des failles, plis, chevauchements) + recherche d'indicateurs pétrographiques sur roches continentales comme océaniques (lames minces et diagramme P-T-t) Ö "Subduction continentale" : Seule la partie mantellique de la lithosphère plonge, la croûte s'écaille et s'empile. Plongement, mais pas de réincorporation au manteau importante car densité moins forte que l'asthénosphère (?) Ö Disparition des reliefs par altération et érosion Rappel de cinquième et de seconde (QCM ?) Etude des roches sédimentaires récoltées lors de la sortie Voir trame TS_domaine-continental Catherine Lamy –LPH – St Jean de Maurienne ère Trame 1 S sur le domaine océanique Trame de transition entre les deux programmes "distribution bimodale des altitudes" Catherine Lamy –LPH – St Jean de Maurienne Trame Terminale S sur le domaine continental
