La planète Terre «Volcans et séismes». 1. Références aux textes officiels (Programmes du 25 novembre 2015) Connaissances : Phénomènes géologiques traduisant l'activité interne de la Terre (volcanisme, tremblements de terre) Compétences travaillées : [L’élève est capable, avec l'aide du professeur, de : ] - Formuler une question ou une problématique scientifique ; - Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ; - Proposer des expériences simples pour tester une hypothèse ; - Interpréter un résultat, en tirer une conclusion ; - Formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. - Traiter des données ; - Simuler des phénomènes ; - Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé, de sécurité et d'environnement. Vocabulaire proposé : croûte terrestre, séisme, échelle de Richter, sismographe.volcan, éruption, projection, cône volcanique, magma, lave, cratère, cendres, tremblement de terre. 2. Les connaissances visées peuvent ici se résumer à : L’activité énergétique de la Terre est un héritage de sa naissance, il y a 4,6 milliards d’années, quand elle était à l’état liquide, véritable boule de magma, avant que la croûte terrestre ne se refroidisse et que se forment les océans par condensation de la vapeur d’eau. Or, le cœur de la Terre reste très actif et sa chaleur se transmet par convection, c'est-à-dire par déplacement de la matière qui se trouve sous la croûte terrestre. Celle-ci se craquèle alors en plaques dites tectoniques qui sont en mouvement permanent. Les tremblements de terre (ou séismes) sont dus aux mouvements de ces plaques les unes par rapport aux autres puisqu’elles se déplacent de 1 à 20 cm par an, jusqu’à ce que des ruptures brutales aient lieu, produisant des ondes sismiques. Un sismographe est un appareil qui capte les ondes sismiques et permet de calculer l’énergie libérée par le séisme. Cette grandeur, appelée magnitude, se mesure sur l’échelle de Richter. Ce sont des phénomènes très brefs, qui peuvent être violents et peuvent provoquer l’effondrement des bâtiments. Le volcanisme terrestre. Des plaques tectoniques qui s’éloignent permettent au magma de remonter à la surface sous forme de volcans rouges (volcans effusifs) d’où s’écoule la lave incandescente. Des plaques tectoniques qui se rapprochent entraînent des accumulations de magma (chambres magmatiques) qui se libèrent des pressions accumulées en explosant. On parle de volcans gris (volcans explosifs). Dans ce cas, les éruptions sont très dangereuses, le cône volcanique peut être détruit, les projections de roches et de poussières de roches (dite cendres) peuvent avoir lieu loin du cratère, ou encore, des mélanges brûlants peuvent descendre les pentes du volcan à plusieurs centaines de km/h. Enfin, des plaques tectoniques qui se rapprochent peuvent aussi créer des chaînes de montagnes comme les Alpes, par rapprochement des plaques eurasienne et africaine. Les tsunamis résultent de séismes sous-marins (de magnitude supérieure à 6,3) ou d’effondrements de volcans sous-marins et consistent en grandes vagues dévastatrices pouvant s’avancer loin à l’intérieur des terres. En France, les risques liés aux mouvements des plaques tectoniques sont variables selon les régions, en métropole et en outre-mer. Par exemple, le risque sismique/volcanique est fort dans les Antilles françaises (volcans explosifs de la Montagne Pelée, en Martinique et de la Soufrière, en Guadeloupe) mais très faible dans le Tarn. Voir aussi « Quand la terre gronde » Wilgenbus (David) Faure (Cédric) Schick (Olivier). – Paris, Le Pommier, 2012 Et les animations flash : http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/evenements/quand-la-terre-gronde/seismesvolcans-tsunamis-catastrophes-naturelles/index.html 3. Séquence proposée : 3.1. Situation de départ propre à déclencher un questionnement des élèves : Qu’est-ce qu’un séisme ? 3.2. Où sont localisés les séismes ? Quelle est l’origine de la secousse ? [Comment mesurer l’intensité d’un séisme ? Comment une secousse se propage-t-elle ?] 3.3. Qu’est-ce qu’une éruption volcanique ? [Classons les volcans du monde- Où sont situés les volcans ?] 3.4. Quelle est l’origine du cône volcanique ? [Forme du volcan, viscosité du magma] 3.5. Qu’est-ce qu’un tsunami ? Quels sont les risques de séismes, d’éruption volcanique, de tsunamis en France ? 3.6. Propositions d'évaluations. 3.1. Situation de départ : Qu’est-ce qu’un séisme ? - Connaître le phénomène des tremblements de terre. - Identifier les risques que représentent les séismes. - Pratiquer une démarche d’investigation documentaire ; formuler une hypothèse, argumenter. Organisation proposée : Séance de 45 min. Apports de l’enseignant aux groupes / au grand groupe : 1. Emergence des représentations : Nous pensons que …. Attention ! L’usage d’un lexique approprié ne signifie pas que les concepts sont maîtrisés. 2. Confrontation de lectures documentaires : Travail en binôme (puis collectif). Chaque binôme pioche un texte décrivant un séisme (accident, catastrophe). Consigne : Lire et répondre au questionnaire associé. Travail par binômes (puis collectif). Mise en commun : Le maître anime et conduit aux conclusions ci-contre. 3. Prolongements quant aux risques de séisme : Travail collectif. - Questions en suspens. - Visionnement de l’extrait documentaire sur les raisons physiques de l’effondrement des bâtiments. Matériel à rassembler : a- Fiche « séismes » → Articles (Information/internet). b – Projection de l’extrait de 2 min. « Constructions parasismiques » [C’est pas sorcier] A- Les conclusions auxquelles la classe arrive sont du type : Les tremblements de terre (ou séismes) sont des phénomènes très brefs, qui se manifestent par des secousses du sol, qui peuvent être violentes et peuvent provoquer l’effondrement des bâtiments. B - Confronter les conclusions aux représentations initiales (par exemple, non la terre ne s’ouvre pas en deux, mais oui, le risque est que les bâtiments s’écroulent sur les habitants). C- Faire émerger les questions que se posent alors les élèves, questions du type : Où la Terre tremble-t-elle ? Pourquoi y a t –il des séismes ? Pourquoi tous les tremblements de terre n’ont-ils pas la même puissance ? 3.2. Où sont localisés les séismes ? Quelle est l’origine de la secousse ? [Comment une secousse se propage-t-elle ? Comment mesurer l’intensité d’un séisme ?] - Connaître le phénomène des tremblements de terre. - Identifier les risques que représentent les séismes. - Pratiquer une démarche d’investigation ; manipuler ; formuler une hypothèse, argumenter. Voir aussi : Géographie - Territoires à différentes échelles . Organisation proposée : Séance de 2h00 pouvant être scindée en 2 parties :1h00 + 1h00 1. Rappel des acquis - Emergence des représentations quant à ce qui crée la secousse, les endroits où le risque de séisme existe : 10 min Nous pensons que …. Apports de l’enseignant aux groupes / au grand groupe : (L’activité énergétique de la Terre est un héritage de sa naissance, il y a 4,6 milliards d’années, quand elle était à l’état liquide, véritable boule de magma, avant que la croûte terrestre ne se refroidisse et que se forment les océans par condensation de la vapeur d’eau.) Voir Planétarium observatoire. 2. Investigation documentaire : localiser les séismes. Travail collectif. 45 min Visionnement de l’animation mutimédia Main à la Pâte – Universcience « La planète Terre » : structure interne de la Terre, plaques tectoniques, dérive des continents, localisation des séismes et des volcans. Synthèse (voir ci-contre) + doc-élèves (planisphères mettant en évidence les plaques tectoniques et la dérive des continents). 3. Protocoles proposés aux élèves (voir aussi dossier MAP) pour répondre aux questions en suspens : Rotation par ateliers. 1h00 3.1. Quelle est l’origine de la secousse ? une plaque glisse doucement ou par à coups (selon la manière de tirer ou par rupture d’un bout d’adhésif ‘retenant’ la plaque), puis observations des objets posés dessus. A- Les connaissances de la classe peuvent se résumer à : Le cœur de la Terre est très actif et sa chaleur se transmet par convection, c'est-à-dire par déplacement de la matière qui se trouve sous la croûte terrestre. Celle-ci se craquèle en plaques dites tectoniques qui sont en mouvement permanent. Les tremblements de terre (ou séismes) sont dus aux mouvements de ces plaques les unes par rapport aux autres puisqu’elles se déplacent de 1 à 20 cm par an, jusqu’à ce que des ruptures brutales aient lieu, produisant des ondes sismiques. B - Les conclusions attendues découlant des observations sont du type : 3.1. Quand le mouvement des plaques est régulier, on n’observe pas de séisme. Quand le mouvement se fait par à coups, on observe un séisme. 3.2. Comment se propage de la secousse ? Un choc est appliqué nettement sous une plaque semi-rigide supportant de petites pièces régulièrement disposées, avec observation des effets. 3.2. Une secousse se propage selon des cercles concentriques dont le centre se nomme l’épicentre. Plus on s’en éloigne, plus les vibrations sont faibles. Remarque : l’appareil qui capte les ondes sismiques est un sismographe. Attention ! Il faut clairement repérer le point d’impact ! 3.3. L’intensité de la secousse : Consigne : En s’aidant des échelles fournies (celles de Richter et MSK) évaluer les séismes étudiés en 1° séance, en termes de magnitude et d’intensité. Identifier l’événement apparaissant comme le plus grave. Matériel à rassembler : a- Projection de l’animation multimédia « La planète Terre ». b – Doc élèves (planisphères) c- (3.1.) Tasseaux, crochets, élastiques, objets en équilibre sur chaque tasseau (bol d’eau, dominos). d- (3.2.) Plaques semi-rigides (carton, feuille plastique) ; collections 3.3. Le degré d’intensité d’un séisme correspond à la gravité de ses conséquences sur les constructions. Le degré de magnitude, sur l’échelle de Richter, indique l’énergie libérée lors du séisme. Attention ! Chacune de ces échelles comporte 12 degrés qui n’ont donc rien de commun. Dans la première (dite MSK) on observe des dégâts. Dans la seconde, celle de Richter, on mesure l’énergie libérée. Il y a 32 fois plus d’énergie libérée d’un degré à l’autre de cette échelle. de mini plots colorés (graines, bouchons). e- (3.3.) Fiches MAP – Echelles MSK et de Richter + textes lus en séances 1 + questionnaire. 3.3. Qu’est-ce qu’une éruption volcanique ? [Classons les volcans du monde - Où sont situés les volcans ?] - Décrire une éruption volcanique terrestre en utilisant un vocabulaire adapté. - Distinguer les différents types d’éruption. - Pratiquer une démarche d’investigation documentaire ; formuler une hypothèse, argumenter. Voir aussi : Géographie - Territoires à différentes échelles - Les territoires français dans le monde. Organisation proposée: Séance de 1h15 Apports de l’enseignant au grand groupe : 1. Rappel des acquis sur les séismes - Emergence des représentations sur les éruptions volcaniques : 15 min Nous pensons que …. 2. Investigation documentaire sur l’activité volcanique : Travail individuel (puis collectif). 30 min Lors des mises en commun successives : Chaque élève pioche un texte décrivant l’activité d’un volcan. Consigne : Dégager les caractéristiques de « votre » volcan (vous pouvez aussi le dessiner) La mise en commun permet de confronter les réponses apportées quant aux caractéristiques des volcans, puis de les regrouper en deux types : effusifs, explosifs. - élaborer une première trace écrite avec explicitation du lexique réinvesti : volcans rouges (volcans effusifs) d’où s’écoule la lave incandescente ; volcans gris (volcans explosifs), les éruptions sont très dangereuses. 3. Classement de quelques volcans du monde. 20 min - situer les premiers volcans décrits sur un planisphère (Hawaï, Antilles, Réunion, Etats Unis) ; Travail par binômes (puis collectif). Consignes : 3.1. D’après les descriptions antérieures, quelle forme a chacun des deux types de volcans, quand il est au repos ? 3.2. Pouvez-vous vérifier vos hypothèses à partir de la planche de photos fournies ? 4. Investigation documentaire sur la répartition des volcans dans le monde (suite): Travail collectif. 10 min Le visionnement du film « Allo la Terre » [1° Partie] doit apporter la réponse à la question de savoir où se situent les volcans. Matériel à rassembler: - fiches lectures (Mauna Loa/Haïti ; Montagne Pelée/Antilles ; Piton de la Fournaise/Réunion ; Le Mont Saint Helens/USA) in GAUDRU (Henri). – Les 101 plus beaux - remarquer (en 3.1. & 3.2.) que les volcans rouges sont à pente faible, et que les volcans gris sont à pentes abruptes, mais tous sont en forme de cônes. - confirmer (en 4) que la plupart des volcans (exemple de la ceinture de feu du Pacifique) se trouvent à la jonction des plaques tectoniques. Pensons à confronter les conclusions aux représentations initiales ! volcans du monde. – Ed. Delachaux et Niestlé. - planisphère ; - planche de photos de volcans (à distribuer, à projeter) ; - film « Allo la Terre » (volcans et tectonique). 4min33 3.4. Quelle est l’origine du cône volcanique ? [Forme du volcan, viscosité du magma] - Décrire une éruption volcanique terrestre en utilisant un vocabulaire adapté. - Distinguer les différents types d’éruption. - Identifier les risques que représentent les volcans. - Pratiquer une démarche d’investigation ; formuler une hypothèse, argumenter. Organisation proposée: Séance de 45 min (hors prolongements éventuels /points chauds) 1. Rappel des acquis quant : 15 min - aux types d’éruptions ; - à la situation des volcans à la jonction des plaques tectoniques. Bilan des questions en suspens : Comment se forment les Apports de l’enseignant au grand groupe : cônes volcaniques ? Pourquoi certains sont-ils explosifs et d’autres ne le sont pas ? … A - Après schématisations, compléter la trace écrite de la séance précédente : 2. Investigation documentaire sur la genèse et l’anatomie des volcans: Des plaques tectoniques qui s’éloignent permettent au magma de remonter à la surface sous forme de volcans rouges (volcans effusifs) d’où s’écoule la lave incandescente. Travail collectif. 20 min Le visionnement du film « Allo la Terre » [2° Partie] doit mettre en évidence : - les phénomènes d’écartement des plaques océaniques (accrétion) et de glissements de ses plaques sous le manteau ou la plaque continentale (subduction) ; - l’anatomie des volcans (voir fiche, schémas à légender, croquis à tracer). 3. Investigation documentaire sur le fait que certains volcans soient plus explosifs que d’autres. Travail collectif. 10 min Le visionnement du film « Allo la Terre » [3° Partie] doit mettre en évidence les différences de viscosité du magma. Matériel : - film « Allo la Terre » (volcans et tectonique). de 4min33 à 6min37 - fiche « Quelle est l’origine du cône volcanique ? » - film « Allo la Terre » (volcans et tectonique). de 6min 45 à 9min35 (4 -)Prolongement possible : les points chauds, l’exemple du Piton de la Fournaise. Voir : « C'est pas sorcier-Volcanisme-Points_chaud » Des plaques tectoniques qui se rapprochent entraînent des accumulations de magma (chambres magmatiques) qui se libèrent des pressions accumulées en explosant. On parle de volcans gris (volcans explosifs). Dans ce cas, les éruptions sont très dangereuses, le cône volcanique peut être détruit, les projections de roches et de poussières de roches (dite cendres) peuvent avoir lieu loin du cratère, ou encore, des mélanges brûlants peuvent descendre les pentes du volcan à plusieurs centaines de km/h. B - Remarques complémentaires quant à la prévention des risques : Avec l’exemple de l’explosion du Mont Saint Helens, nous comprenons : - que l’homme est capable de prédire une éruption, mais ne peut pas prédire la forme qu’elle va prendre ; - que la violence des explosions dépend de la quantité de matière et de la qualité des matières accumulées (on parle de la viscosité du magma). Remarque : Cet extrait met en évidence le mouvement des plaques tectoniques à travers l’exemple du sous-continent indien. C’est donc un excellent rappel de la séance 2. 3.5. Qu’est-ce qu’un tsunami ? Quels sont les risques de tsunamis en France ? - Identifier les risques que représentent les séismes, les tsunamis et les éruptions volcaniques pour la population - Mobiliser ses connaissances pour faire le lien avec la prévention des risques majeurs. Organisation proposée : Séance de 45 min. 1. Emergence des représentations : Nous pensons que …. Attention ! L’usage d’un lexique approprié ne signifie pas que les concepts sont maîtrisés. 2. Confrontation de lectures documentaires : Travail collectif. Comparaison des vues satellites (Indonésie 2004) avant et après le raz de marée : zones les plus touchées, hypothèses sur l’événement (comment la mer a-t-elle pu arriver si loin dans les terres ? …) Travail en binôme (puis collectif). Lecture du texte témoignant de la catastrophe puis de l’article relatant l’événement et ses conséquences. 3. Prolongements quant à l’histoire des tsunamis en métropole et Outre-Mer. Travail collectif. - Visionnement de l’animation multimédia « Vivre avec le risque » - Lecture documentaire. Matériel : a- Voir fiche « tsunami » - Photos satellites - articles (Fiches Main à la Pâte « Quand la Terre gronde »). b- Voir fiche « tsunami » - Articles /Indonésie 2004. c – Projection de l’animation multimédia « Vivre avec le risque » [Main à la Pâte] et fiche documentaire « histoire des tsunamis en France » Apports de l’enseignant aux groupes / au grand groupe : A- Les informations données par l’enseignant sont du type : Les tsunamis résultent de séismes sous-marins (de magnitude supérieure à 6,3) ou d’effondrements de volcans sous-marins et consistent en grandes vagues dévastatrices pouvant s’avancer loin à l’intérieur des terres. B - Les conclusions auxquelles la classe arrive quant à la protection vis à vis d’un tsunami sont du type : - Si un tsunami sévère n’a jamais été observé en métropole, il peut en arriver en Nelle Calédonie, à la Réunion ou en Martinique. - Il est alors lié à une secousse sismique et un retrait rapide de la mer est observable. - A terre, il faut monter le plus haut possible et y rester longtemps puisque plusieurs vagues vont déferler. - Comme pour toute situation de mise en sécurité, se munir si possible de quelques provisions, d’eau, de moyen d’information (radio). 3.6. Evaluation : propositions. 3.6.1. Evaluation des connaissances. L’élève est capable d’exprimer les résultats d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral et de maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques. Les animations flashes proposées par Jérôme CALVIN, professeur de SVT, sont riches d’un vocabulaire qui n’est pas attendu à l’école primaire. Aussi, ce type d’exercice, s’il est mené collectivement, permettra de s’assurer oralement que les élèves ont compris la mécanique terrestre. Les séismes - En phase individuelle (voir fiches ressources), par exemple, seules les flèches indiquant le mouvement des plaques seraient à placer sur le schéma 1. Vous pourriez demander d’y associer les deux types de volcans. Volcans rouges (effusifs) Volcans gris (éruptifs) Les volcans – En phase individuelle, vous choisirez le lexique à restituer retenu par le groupe classe, le reste étant déjà renseigné sur la fiche que vous distribuerez. 3.6.2. Evaluation méthodologique. L’élève est capable de savoir observer, questionner ; formuler une hypothèse et la tester, argumenter. L’extrait de l’émission « C’est pas sorcier » consacrée à l’implantation des volcans, peut-être utilisé de manière à ce que les élèves s’interrogent sur la pertinence des maquettes présentées par rapport à la question posée. (Visionnement par séquence, sans le son, réponses aux premières questions, puis visionnement intégral, avec la bande son). Déroulé De 0 à 20 secondes (avec son) Document Questions et réponses « Comment se fait-il qu’il y ait des volcans en Auvergne ? » Jamy soulève un morceau de planisphère. Que veut-il nous faire comprendre ? De 20 à 35 secondes (sans son) ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. ………………………………………………………………. VRAI De 35 à 40 secondes (sans son) De 40 à 1min05 secondes (sans son) (avec son) FAUX Quel est le rapport entre le planisphère et cette maquette ? ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. ………………………………………………………………. VRAI FAUX A cet endroit, que se passe-t-il ? ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. A cet endroit, que se passe-t-il ? ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. VRAI FAUX En visionnant l’ensemble du documentaire, peux-tu dire si tes réponses sont justes ou fausses ? Coche la case qui te paraît correcte ! Jamy répond-il à la question de départ ? OUI NON D’après toi, pourquoi y a-t-il des volcans au centre de la France, en Auvergne ? ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. ………………………………………………………………. ……………………………………………………………… ………………………………………………………………. ……………………………………………………………….