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Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Une classe – un chercheur 2015-2016 Soyez les chercheurs ! Soyez les chercheurs, tournure particulière de l'opération une classe, un chercheur a pour objectif d'amener les élèves du secondaire à découvrir le métier de chercheur par eux-même. Une façon à la fois stimulante, originale et formatrice de découvrir les métiers de la recherche. Les élèves, par groupes de 2 à 5, ont mené une recherche sur un sujet à leur niveau avec l'aide de leurs enseignants de Science de la Vie et de la Terre mais également de Physique-Chimie ou Mathématiques. Les sujets traités ont pour but de compléter ou apporter des questionnements sur les thématiques abordées en classe (programme 4ème et 3ème pour les collèges et 1ère et terminale pour les lycées). Ces sujets de géosciences pourront nécessiter de la physique, de la chimie ou des mathématiques pour être traités. Les élèves de collège ou de lycée présentent les résultats de leur recherche à travers des articles courts regroupés dans cet ouvrage collectif et à travers des présentations orales lors de mini-colloques. C'est un projet sur l'année qui implique : Sceinces de la Vie et de la Terre, Physique-Chimie, Mathématiques, Géographie (en cas de localisation/travail sur carte), Français (rédaction de l'article, expression orale et préparation d'un support visuel). Les thématiques abordées sont déclinées en 5 sessions : tectonique, ressources et énergies, paléontologie, sédimentologie et risques naturels. Nicolas Carry Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Une classe – un chercheur 2015-2016 Soyez les chercheurs ! Partenaires Les colloques n'auraient pas pu avoir lieu sans le soutien des organismes partenaires, nous tenons tous à les remercier. Remerciements Je tiens ici à remercier tous celles et ceux sans qui ce projet n'aurait pas abouti. Jean-Pascal Ansel Médéric Bayard Rachel Borès Nelly Botella Johanna Deridder Estelle Franc Peggy Frobert Marie-Laure Guidicci Sylvie Meulle Karin Monnier-Jobé Catherine Pagani Jérémy Querenet Virginie Tuaillon Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Soyez les chercheurs – Amphi A, UFR Sciences et Technique, Besançon Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Soyez les chercheurs - 26 avril 2016 8h30 – 9h15 Arrivée - accueil 9h15 – 9h35 9h35 – 9h45 Introduction sur les géosciences - Nicolas Carry Ma thèse en 180 secondes 9h45 – 10h15 Session 1 – Tectonique Énergie cinétique des plaques tectoniques Afrique, Amérique de Nord, Amérique du Sud, Océanie et Pacifique. Valentin Ducrot, Luc Gaspar, Marine Invernizzi & Gaëlle Martin Lycée P.E. Victor, Champagnole Énergie cinétique des plaques tectoniques Amérique du Sud, Océanie, Antarctique et Indonésie Manon Lanchais, Melissa Orhan & Nadim Sellami Lycée G. Cuvier, Montbéliard 10h15 – 10h30 Pause – Coffee break 9h45-10h15 Session 1 – Tectonique (suite) « Slab pull or ridge push» Tanguy Beuque, Florian Brevet, Alaedin Elaji & Hugo Gicquaire Lycée P.E. Victor, Champagnole Déglaciation et rebond isostatique : le relief du massif armoricain Heidi Berthet-Tissot, Eloïse Brocard, Rodolphe Di Placido & Simon Gavet Lycée P.E. Victor, Champagnole Flux de chaleur et géothermie Meryle Arnoux, Manon Cantin & Eva Gallecier Lycée G. Cuvier, Montbéliard 11h00 - 12h00 Session 2 – Ressources et énergie Cosmétique et minéraux Tanguy Feuntun, Enola Mougin & Sofia Naceur Lycée G. Cuvier, Montbéliard Datation absolue et radioactivité naturelle Luca De Sousa, Alexis Petrequin & Kevin Perrot Lycée G. Cuvier, Montbéliard Énergie de stock et paléogéographie Zoé Dupuped, Laurys Jeannot, Julie Lacroix, Lucas Michel & Cassidy Plubeau Lycée P.E. Victor, Champagnole Ressources en eaux. Pourquoi les eaux en bouteille ont un goût qui diffère ? Olivia Daubier, Kristina Razkova, Petra Kollrossova & Anthony Tisserand Lycée E. Belin, Vesoul Impact environnemental des cellules photovoltaiques Billel Ourahmoune, Arnaud Viry & Karradi Yassir Lycée G. Cuvier, Montbéliard 12h15 - 13h30 PAUSE REPAS Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Après-midi 13h30 – 13h45 Session 3 – Paléontologie Mesure du δ18O dans une ammonite du Jura Émilie Brocard, Charline Olivier, Léa Tartaglia & Iolène Zoccola Lycée P.E. Victor, Champagnole 13h45 – 14h45 Session 4 – Sédimentologie Croissance minérale Yousra Akouad, Sana El Gartati, Selma Guittoum & Sami Lachab Lycée G. Cuvier, Montbéliard Érosion et transport. Quelle quantité peut être mise en solution dans l'eau ? Logan Auger, Manon Gazon, Laura Pros & Chloé Thomas Lycée P.E. Victor, Champagnole Argiles : ''empruntes'' de boue Dounia Larab, Jade Rochat, Juliette Sage-Aubriot & Charlotte Tomaszczyk Lycée E. Belin, Vesoul Argiles : ''empruntes'' de boue Isia Arcangeletti, Hugo Felten & Manon Garnier Lycée G. Cuvier, Montbéliard 14h45 – 15h30 Session 5 – Risques naturels Localisation de l'épicentre d'un séisme. Élise Aranjo, Apolline Pianet, Louise Rigolot & Élodie Richard Lycée P.E. Victor, Champagnole Sismologie, pourquoi la vitesse varie ? Océane Bosc, Camille Rameau & Alicia Ricciuti Lycée G. Cuvier, Montbéliard Pourquoi des volcans sont explosifs et d'autres effusifs (rhéologie, viscosité) ? Corentin Othenin, Quentin Parrinello, Valentin Pothier & Jossua Sibille-Siron Lycée E. Belin, Vesoul Inondations Valentine Prevost, Maxime Vaillard, Kévin Voisin & Théa Rochat Lycée E. Belin, Vesoul Les avalanches poudreuses : un phénomène d'écoulement complexe. Antoine Jacquemard, Mathis Vallee, Antonin Verjus & Mickaël Salvi Lycée P.E. Victor, Champagnole Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 8 + oyez les c ercheuπs 8 − Session 1 Tectonique Valentin Ducrot et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 PRÉVOIR LE VISAGE DE LA TERRE DANS LAVENIR Valentin Ducrot, Luc Gaspar, Marine Invernizzi, Galle Martin Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT Les mouvements des plaques tectoniques ont lieu depuis environ 3 milliards d’années. Actuellement, les réseaux GPS indiquent que ces mouvements se poursuivent avec des vitesses allant de quelques millimètres à quelques centimètres par an. La réalisation d’une carte de la disposition future des continents à partir de ces vitesses est-elle possible ? Autrement dit, les plaques tectoniques ont elles une inertie ? 1. INTRODUCTION Depuis sa formation la Terre est en refroidissement constant. On estime que les différents éléments qui la composent sont en mouvement depuis environ 3 milliards d’années. Wegener fut le premier à établir que les plaques tectoniques qui composent la surface de la Terre n’avaient pas toujours été à la même disposition. Il en a déduit la dérive des continents ! Aujourd’hui les réseaux GPS scrutent 24H/24H la surface de la Terre, nous sommes donc maintenant en possibilité de calculer précisément chaque mouvement des plaques. Mais est-il possible de modéliser l’apparence qu’aura la Terre dans 100 millions d’années par exemple ? 2. MÉTHODE Comme dit précédemment, les réseaux GPS permettent actuellement de se rendre compte de la trajectoire et de la vitesse de chaque plaque lithosphérique. Les plaques possèdent chacune une énergie cinétique, ce qui est l’un des paramètres de leurs déplacements à la surface du globe. Les plaques possèdent en moyenne une épaisseur de 100km ainsi qu’une superficie qui leur est propre. Il est alors possible de calculer leur énergie cinétique (plus communément appelée inertie). Celle-ci permet de comprendre l’ampleur de l’énergie mise en Åuvre pour mouvoir ces plaques. F IGURE 1 – Carte présentant les vitesse moyennes des principales plaques tectoniques. J. Du fait de leur faible vitesse de déplacement , l’inertie des plaques tectoniques est étonnement faible. 4. DISCUSSION-CONCLUSION Même si ces résultats peuvent permettre de modéliser une carte de la disposition future des plaques ainsi que des continents (Figure 2), ils ne suffisent pas pour affirmer que la surface future sera la même que les estimations prévues. En effet il y a de nombreux facteurs qui nous empêchent de nous prononcer. Les mouvements de convection dans le manteau, la dissipation de chaleur progressive au centre du globe, la fonte des glaces, la montée des eaux, â sont plusieurs facteurs qui modifieront l’apparence de la Terre dans l’avenir. 3. RÉSULTATS Les satellites nous ont permis de calculer le déplacement de chaque plaque. Ceux là montrent des déplacements de quelques centimètres/an (Figure 1) : – plaque pacifique = 8,1cm/an ; – plaque africaine = 2,15cm/an ; – plaque arabique = 4,65cm/an ; – plaque nord-américaine 1,15cm/an. Mais leur mouvement ne suffit pas pour avoir une idée précise des caractéristiques de leurs déplacements : la plaque Pacifique nécessite une énergie de 103 361,2402 J pour se déplacer à sa vitesse actuelle et 0,003414399124 J pour la plaque Africaine. Les plaques Arabique et Nord-Américaine ont respectivement une énergie cinétique égale à 19,04420835 J et 0,1878457531 F IGURE 2 – Carte théorique de la position des continents dans 100 millions d’années en supposant que les vitesses des plaques tectoniques resteront les mêmes. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Manon Lanchais et al., 2016 ÉNERGIE CINÉTIQUE DES PLAQUES TECTONIQUES Manon Lanchais, Melissa Orhan, Nadim Sellami Lycée G. Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT Les mouvements des plaques tectoniques ont lieu depuis environ 3 milliards d’années. Actuellement, les réseaux GPS indiquent que ces mouvements se poursuivent avec des vitesses allant de quelques millimètres à quelques centimètres par an. La réalisation d’une carte de la disposition future des continents à partir de ces vitesses est-elle possible ? Autrement dit, les plaques tectoniques ont elles une inertie ? 1. INTRODUCTION Depuis la création de la Terre, les plaques tectoniques sont constamment en mouvement et ont notamment permis aux continents de se séparer, on appelle ce phénomène la dérive des continents ou plus précisément la tectonique des plaques. Les 3 plus grandes plaques sont les plaques nordaméricaine, pacifique et africaine. Voici quelques mots techniques que nous avons utilisé : – énergie cinétique : énergie que possède un corps du fait de son mouvement (variation de la position d’un point, d’un solide ou d’un système). Elle est notée Ec et se calcul de la façon suivante : – – – 2.2. Masse volumique des plaques tectoniques Puis, nous trouvons sur Internet la composition des plaques : – ranitoı̈des pour la lithosphère terrestre qui a une densité d’environ 2700kg.m−3 et – basaltes pour la lithosphère océanique qui a une densité d’environ 3300kg.m−3 Nous convertissons la masse volumique des plaques en t.km−3 que nous multiplions par la suite par le volume en km3 , ce qui nous donnera la masse des plaques tectoniques (m danns la formule de l’énergie cinétique). Afin d’avoir des kg, on multiplie la densité obtenue par le volume trouvé. 2.3. Vitesse (v) des plaques 1 Ec = .m.v2 2 – Sur Internet, nous trouvons facilement la surface d’une plaque donnée en stéradians. Pour convertir des stéradians en km2 , on multiplie le nombre de stéradians par 64002 qui est la superficie de la Terre. Ensuite, nous multiplions la surface en km2 obtenue par 100km qui correspond à l’épaisseur de la lithosph¨re. A l’aide d’une carte ayant des millions de vecteurs, nous calculons la moyenne de déplacement d’une plaque en m/s. Avec m la masse (en kg), et v la vitesse (en m.s−1 ). L’énergie cinétique s’exprime en Joule (siot des kg.m2 .s−2 ). tectonique des plaques : théorie qui décrit l’évolution des plaques lithosphériques et la dynamique interne de la planète Terre. Cette théorie découle de la théorie énoncée par Alfred Wegener en 1912. réseaux GPS (global position system) : système de géolocalisation basé sur des signaux radios émis par des satellites dédiés. inertie : faculté de tout objet massif à concerver son mouvement. Plus un objet aura une inertie cinétique importante, plus il aura d’inertie. modifier leur état de mouvement. lithosphère : couche externe rigide de la Terre. La lithosph¨re est constituée de la croûte et de la partie supérieure du manteau (manteau lithosphérique). 2. MÉTHODE Même si elles sont minimes, quelles sont leurs vitesses ainsi que leurs énergies cinétiques ? Pour ce fait, nous avons décidé d’utiliser la méthode de calculs suivante : F IGURE 1 – Carte présentant les principales plaques tectoniques. 2.1. Masse des plaques tectoniques 2.4. Obtention de l’énergie cinétique Nous avons déjà cherché à connaı̂tre la masse d’une plaque. Pour calculuer la masse il nous faut une masse volumique et un volume. Il nous reste plus qu’à appliquer la formule de l’énergie cinétique, ce qui nous permet de comparer les plaques tectoniques entre elles. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 3. RÉSULTATS GrÃce à notre méthode de calcul précédente, nous avons pu constater que l’énergie cinétique de nos 3 plaques est très variable. Elle varie de 1, 85.109 J pour la plaque pacifique à 8, 32.109 J pour la plaque nord-américaine. Cependant, nos valeurs trouvées sont très élevées donc très peu précises mais aussi pas forcément très fiables. F IGURE 2 – Tableau présentant nos résultats. 4. CONCLUSION Les résultats trouvés montrent que les plaques tectoniques possèdent une énergie cinétique très élevée mais toutefois très variable ce qui leurs confèrent une forte inertie. On peut donc en conclure que les plaques ne peuvent pas s’arrêter par ellesmêmes et que c’est très difficile pour l’Homme de pouvoir les stopper. On peut se projeter dans l’avenir et dire qu’il y aura forcément un impact entre les continents possédants des plaques rapides et ceux possédants des plaques moins rapides qui est prévisiblent par l’Homme. Soyez les Chercheurs - 2 Manon Lanchais et al., 2016 Heidi Berthet-Tissot et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 TECTONIQUE : DÉGLACIATION ET REBOND ISOSTATIQUE Heidi Berthet-Tissot, Eloı̈se Brocard, Rodolphe Di Placido, Simon Gavet Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT 2. MÉTHODE Le massif armoricain (Bretagne) est constitué des roches qui appartenait à la chaı̂ne Hercynienne (-245Ma). Jusque dans les années 1990, les géologues pensaient que le relief présent en Bretagne était l’héritage de cette chaı̂ne. Cependant, les estimations ont montrées que la chaı̂ne Hercynienne avait été totalement érodée depuis très longtemps. De plus, des anciennes plages (néanmoins quaternaire > 2Ma) se situent parfois à 50 m audessus du niveau de la mer actuel, ce qui suggère qu’elles ont été élevée depuis leur formation. La seule cause possible pour la formation de ce relief est la disparition de la glace, présente au Günz (première glaciation du quaternaire -1,2 Ma à -0,7 Ma) sur le Nord de l’Europe . Nous avons tout d’abord tenté de définir la surface couverte par la glace à l’époque à l’aide de distances entre les villes de Bretagne ( l.L ). Grâce à une falaise du Cap Frehel, due au rebond isostatique (figure 2), nous avons mesuré l’épaisseur remontée : h/1, 2.1( hauteur / échelle ). Afin de calculer la surrection provoquée par la déglaciation, nous avons utilisé la formule suivante (Equation 1) : 1. INTRODUCTION Le principe d’isostasie est l’équilibre entre la lithosphère rigide et l’asthénosphère déformable, la lithosphère Â≪ flotte Â≫ sur l’asthénosphère. Cet équilibre peut être perturbé par une couche de glace ou de roche créée en surface, mais une compensation en profondeur permet de rétablir l’équilibre. Un rebond isostatique se produit lorsque la roche est érodée ou que la glace fond, des masses terrestres se soulèvent sous la surface pour retrouver l’équilibre isostatique. Le massif armoricain en Bretagne est constitué de roches qui appartenaient à la chaı̂ne Hercynienne (-245 Ma). Or, on a démontré que cette chaı̂ne a été totalement érodé depuis très longtemps. D’anciennes plages se situent parfois à 50 mètres au-dessus du niveau de la mer ce qui laisse supposer qu’elles ont été élevées depuis leur formation. De plus, on sait qu’il y avait de la glace dans cette région aux environs de -1,2 Ma à -0,7 Ma (Figure 1). Stéphane Bonnet pense que la seule explication à ce relief est due à la déglaciation et au rebond isostatique qui s’en est suivi. ∆M = a.ρc ρm − ρc (1) avec ∆M la variation de hauteur, ρc et ρm les masses volumiques moyennes des roches de croûte terrestre et du manteau respectivement. On cherche a qui est l’épaisseur de la glace. Nous avons calculé la masse de cette glace avec surface x épaisseur. La masse volumique de la glace est de 1000kg.m3 . Nous avons donc effectué le calcul suivant : volume x Masse volumique F IGURE 2 – Colonne isostatique pour le calcul de la déglaciation en Bretagne. 3. RÉSULTATS 3.1. Surface de la glace Par approximation nous calculons la surface en supposant celle-ci rectangulaire : 350.284 = 99400 La surface que nous avons calculé est de 99400km2 . Elle est beaucoup trop grande, on nous a donc donné une surface recouverte par la glace de 34023km2 . 3.2. Rebond isostatique au niveau de la grève d’en bas, Bretagne F IGURE 1 – Carte de la glaciation au Günz. D’après la photo nous pouvons mesurer la remontée de la plage après le Günz : 2, 85/1, 2 = 2, 375 L’épaisseur calculée Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 grâce à la falaise du cap de Bretagne est de 2,375 m. 3.3. Épaisseur de la glace au Günz : D’après l’équation 1, il est possible d’estimer a 237, 5 = a.2, 7 a.2, 7 = 3, 3â2, 7 0, 6 a = 52, 778m Avec la formule nous avons trouvé une épaisseur de glace de 52,778 m. 3.4. Masse de la glace au Günz sur la Bretagne Par simple calcul, en multipliant l’épaisseur de la glace par la surface qu’elle occupait, il est possible de trouver les volume de glace total. 34023.52, 778.10 − 5 = 17957km3 = 17957000m3 En multipliant ensuite ce volume par la masse volumique, on obtient la masse total de la glace au Günz sur la Bretagne. 17957000.1000 = 1, 7957.1010 kg La glace qui était présente sur la Bretagne représentait 17957km3 . Elle pesait 1, 79.1010 kg. 4. DISCUSSION ET CONCLUSION On peut supposer que la différence de niveau de la plage n’est pas lié au rebond isostatique mais à une baisse du niveau de la mer. Cette hypothèse pourrait être confirmée ou réfutée grâce a l’étude de stations GPS placées au niveau de la surface de la lithosphère en Bretagne Cela nous permettrait de connaı̂tre le déplacement vertical de ces stations et ainsi définir si le niveau de la lithosphère a monté ou baissé et de combien. On a des données GPS grâce à une station située en Bretagne mais elle est récente et ne permet pas de valider ou non cette hypothèse. Les données à notre disposition nous permettent cependant de penser que le massif armoricain en Bretagne est le résultat d’un rebond isostatique suite à la fonte de la glace. Les calculs selon le principe d’isostasie le prouvent. Soyez les Chercheurs - 2 Heidi Berthet-Tissot et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Meryle Arnoux et al., 2016 FLUX DE CHALEUR ET GÉOTHERMIE Meryle Arnoux, Manon Cantin, Eva Gallecier Lycée Georges Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT Les mouvements mantelliques (cellules de convection) évacuent la chaleur résiduelle de formation du globe terrestre. D’une part, cette dissipation de chaleur à travers les roches est utilisée en géothermie comme source d’énergie. D’autre part, les roches ont depuis longtemps été utilisées en construction car réfractaires et offrant un tampon thermique très intéressant. Au final, quelle conductivité thermique ont les roches ? 1. INTRODUCTION Nous cherchons à comprendre l’utilité des roches dans la vie de l’Homme, particulièrement dans le bÃtiment. Pour cela nous allons chercher si celles-ci sont conductrices de chaleur ou isolantes. Tout d’abord nous avons défini les termes spécifiques et expliqué les notions évoquées dans la question. – La conductivité thermique est la grandeur physique qui caractérise l’aptitude d’un corps à transférer de l’énergie sous forme thermique sans déplacement de matière. – Les roches sont des matériaux naturels, solides et formés par un assemblage de minéraux. – La convection est le transport d’une grandeur physique par un déplacement de l’ensemble de ces molécules (mouvements mantéliques). – Un objet réfractaire est un objet qui résiste à la chaleur et qui ne peut fondre qu’à de très hautes températures. – La géothermie est le fait de récupérer l’énergie qui se situe sous la surface de la Terre. On s’en sert ensuite pour chauffer les bÃtiments ou produire de l’électricité. 2. MÉTHODE CHOISIE POUR RÉPONDRE À LA QUESTION Pour répondre à la question, nous avons choisi d’effectuer une expérience dont nous allons vous faire part. Nous avons établi un protocole. Tout d’abord nous avons utilisé plusieurs roches différentes. Nous avons, à l’aide d’un chauffe-plat, chauffé la roche (en barre) à une extrémité. Ensuite nous avons pris la température avec plusieurs thermomètres aux deux extrémités et au centre de la roche (figure 1). Ces thermomètres avaient une température égale au début de cette expérience. Nous avons pris des mesures toutes les minutes (figure 2). Nous avons répété cette expérience avec du calcaire, du granite et du métal. Cela nous a permis par la suite de comparer nos résultats et déterminer si les roches étaient conductrices ou plutôt isolantes. 3. RÉSULTATS Les trois roches que l’on a observé sont le granite, le calcaire, et le métal. On les a observé pendant dix minutes, posé au-dessus d’un chauffe-plat. F IGURE 1 – Notre expérience vue de profil avec les trois thermomètres positionnés sur la roche. – Pour le granite : Le bas du granite était à 25◦ C au début de expérience puis à 60◦ C au bout de 5 min, et à 10 min, la température était de 102,7◦ C. Le milieu du granite était également à 25◦ C au départ puis à 52◦ C au milieu et ensuite au bout de 10 minutes à 61,7◦ C. La température du haut du granite a été plus constante : au départ, elle était de 25◦ C, à 5 minutes elle était de 31,5◦ C puis à la fin 32,4◦ C. Il y a donc une différence de 70,3◦ C entre le haut et le bas de cette roche au bout de 10 minutes. Soit un flux de chaleur approximatif de 0, 39oC.s−1 .m−1 – Pour le calcaire : Le bas du calcaire était à 25◦ C au début de expérience puis à 65,7◦ C au bout de 5 min, et à 10 min, la température était de 97,4◦ C. Le milieu du calcaire était également à 25◦ C au départ puis à 51,7◦ C au milieu et ensuite au bout de 10 minutes à 64,1◦ C. La température du haut du calcaire était au départ de 25◦ C, à 5 minutes elle était également de 25◦ C puis à la fin 30◦ C. Il y a donc une différence de 67,4◦ C entre le haut et le bas de cette roche au bout de 10 minutes. Et pour le haut de la roche, entre le départ de l’expérience et la fin, il y a seulement 5◦ C de différence. Cela passe de 25◦ C à 30◦ C à la fin de l’expérience. Soit un flux de chaleur approximatif de 0, 37oC.s−1 .m−1 – Pour le métal : Le bas du métal était à 25◦ C au début de Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Meryle Arnoux et al., 2016 chaleur. Cette propriété est un atout pour l’utilisation de ces roches dans le bÃtiment car elle a la capacité de garder la chaleur. Quant au métal, suite à des recherches internet, nous avons pu constater que c’est un matériaux conducteur de chaleur. Nous pouvons donc dire que notre expérience était incorrect car le métal paraissait isolant tout comme le calcaire et le granite. 5. RÉFÉRENCES Nous avons utilisé la documentation suivante : http://www.conductivitethermique.fr/ https://fr.wikipedia.org/wiki/Roche http://www.mtaterre.fr/dossiermois/archives/chap/758/La- geothermie-c- est-quoi-le- principe F IGURE 2 – Notre expérience vue de face. expérience puis à 48◦ C au bout de 5 min, et à 10 min, la température était de 71,2◦ C. Le milieu du métal était également à 25◦ C au départ puis à 38◦ C au milieu et ensuite au bout de 10 minutes à 71,2◦ C. La température du haut du métal : au départ, elle était de 25◦ C, à 5 minutes elle était de 26◦ C puis à la fin 31,3◦ C. Il y a donc une différence de 39,9◦ C entre le haut et le bas de cette roche au bout de 10 minutes. Soit un flux de chaleur approximatif de 0, 22oC.s−1 .m−1 Suite à ces expériences nous avons pu comparer les différentes roches à l’aide d’un tableau (tableau 3) où les températures sont répertoriées. F IGURE 3 – Tableau de résultats. 4. DISCUSSION ET CONCLUSION D’après nos observations nous pouvons constater que les roches sont isolantes car elles ne conduisent pas totalement la Soyez les Chercheurs - 2 8 + oyez les c ercheuπs 8 − Session 2 Ressources et Énergie Tanguy Feuntun et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 COSMÉTIQUE ET MINÉRAUX Tanguy Feuntun, Enola Mougin, Sofia Naceur Lycée G. Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT Les ressources minérales sont un domaine de la géologie en plein essort. En plus des métaux, l’apparition des nanotechnologies et des écrans plats tactiles ont créés une consommation en minéraux. Par ailleurs, nombre de procédés pharmaceutiques reposent sur l’utilisation de minéraux. La cosmétique n’échappe pas à cette règle. 1. INTRODUCTION La cosmétique dans le monde sert à l’hydratation de la peau, c’est une substance ou un mélange destiné à être mis en contact avec diverses partie superficielles du corps humain. Plus particulièrement l’argile, c’est un minéral, qui imbibés d’eau, peut former une pâte plus ou moins plastique pouvant être façonnée et durcissant à la cuisson. Nous pouvons voir que l’argile est présent dans beaucoup de cosmétiques et nous voulons savoir pourquoi. Problématique : Quelles sont les propriétés intéressantes des argiles pour la cosmétique ? Lors de cette expérience, nous avons pour but de trouver quelle propriété dans l’argile est bonne pour la peau. On a travaillé sur deux argiles spécifiques, la kaolinite et la smectite. La kaolinite est une espèce minérale composée de silicate d’aluminium. La smectite est un minéral composé de silicate d’aluminium et de magnésium doublement hyroxydé. F IGURE 1 – Expérience bleu de méthylène, ions négatifs. – si la goutte d’eau s’étale partiellement sur le talc (angle inférieur à 90◦ ), c’est qu’il est partiellement hydrophobe. – si la goutte d’eau s’étale peu sur le talc (angle entre 90◦ et 180◦ ), c’est qu’il est hydrophobe. – si la goutte d’eau ne mouille pas le talc (angle supérieur à 180◦ ), c’est qu’il est superhydrophobe. 2. EXPÉRIENCE N◦ 1 Premièrement, on a trouvés une manipulation afin de trouver les ions négatifs dans l’argile. PROTOCOLE : Pour montrer que l’argile contient des ions négatifs, nous avons pris un entonnoir dans lequel nous avons mis 3 centimètres de coton avec de l’argile au-dessus. Ensuite, nous avons fait passer le bleu de méthylène à travers l’entonnoir puis nous le récupérons dans un tube à essai. Et normalement nous obtiendrons un filtrat incolore car la charge positive du bleu de méthylène sera annulée par la charge négative de l’argile. Le bleu de méthylène devient incolore, donc l’argile contient des ions négatifs. On a utilisé le bleu de méthylène car sa couleur est due à ses ions négatifs, donc si on lui enlève ses ions négatifs, il perd sa couleur (figure 1). F IGURE 2 – Goutte dâeau sur le talc. 3. EXPÉRIENCE N◦ 2 4. RÉSULTATS On a trouvés une manipulation afin de prouver que l’argile est hydrophobe. PROTOCOLE : Pour le prouver, on a prit plusieurs lamelles de verre, sur laquelle on y a déposé du talc et du smectite. Puis par dessus, on a déposé une goutte d’eau distillée (figure 2) : – si la goutte d’eau s’étale entièrement sur le talc (angle = 0◦ ), c’est qu’il n’est pas hydrophobe. Dans l’expérience 1, le bleu de méthylène devient incolore cela nous montre que l’argile est un ion négatif (anion). Dans l’expérience 2, sur la lame où l’on à déposé du smectite : la goutte d’eau s’étale entièrement (angle = 0◦ - figure 2), ensuite sur la deuxième lame, la goutte d’eau s’étale partiellement (angle =39◦ ). puis sur une troisieme lame la goutte d’eau s’étale Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 partiellement (angle = 68◦ ) sur le talc (figure 2). Tanguy Feuntun et al., 2016 Luca De Sousa et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 DATATION ABSOLUE ET RADIOACTIVITÉ NATURELLE Luca De Sousa, Kévin Perrot, Alexis Petrequin Lycée G. Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT À travers l’observation des minéraux, de leur composition, de leur structure, un géologue est capable de lire dans la roche son histoire. Cette histoire établie une chronologie relative entre des événements antérieurs et postérieurs. L’étude des orthogneiss de Meuzac (Massif Central), montre qu’il s’agit d’une roche d’origine magmatique. Un pluton de granite qui a été ensuite déformé. La question de l’age de ces événements est traitée ici. du rapport 87 Sr/86 Sr. On obtient par le biais d’un nuage de points,une courbe de tendance permettant de calculer le coefficient directeur (a) Sachant que je peux déterminer l’âge d’une roche grâce à cette équation ci-dessous : ln(a + 1) t= λ Où t représente l’âge de la roche, a représente le coefficient directeur et λ correspond à la constante de désintégration de l’élément radioactif. 1. INTRODUCTION Tout d’abord, pourquoi les géologues cherchent a déterminer l’age d’une roche ? En observant la composition et la structure des minéraux, on peut lire dans la roche son histoire. Dans le massif central, on trouve des roches magmatiques tel que l’orthogneiss (figure 1). En déterminant l’âge de cette roche on peut identifier l’époque à laquelle a eu lieu l’événement magmatique qui a contribué à la création du massif central. Nous avons déterminer l’âge de la roche a partir de la méthode de datation rubidium/strontium (Rb / Sr). F IGURE 1 – Évolution de 87 Sr/86 Sr en fonction de dans l’orthogneiss du massif central. 3. RÉSULTATS D’après les résultats donnés dans la figure 2, nous obtenons une courbe de tendance donnant l’équation : f (x)0, 01.x + 0, 7 Donc le coefficient directeur a vaut 0, 01. 87 Rb/86 Sr F IGURE 2 – Évolution de 87 Sr/86 Sr en fonction de dans l’orthogneiss du massif central. 2. MÉTHODE Nous allons montrer que quelque soit la quantité initial d’éléments radioactifs dans une roche il faut toujours le même temps pour que la moitié de cette quantité se désintègre Cette méthode consiste à construire un graphique dans lequel l’axe des abscisses est constitué du rapport 87 Rb/86 Sr et l’axe des ordonnés les valeurs Ainsi : Soyez les Chercheurs - 1 t= ln(a + 1) ln(0, 01 + 1) = λ 1, 42.10−11 87 Rb/86 Sr Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Donc, t = 7, 0.109 années 4. CONCLUSION l’orthogneiss de Meuzac trouvé dans le Massif Central d’origine magmatique est âgée de 7, 0.109 années. La méthode de rubidium strontium est une méthode assez précise même si il existe une marge de 10 millions d’années. En effet une marge d’erreur de 10 millions d’années sur un age de 7 milliards d’années est assez précis. 5. RÉFÉRENCES Nous avons utilisé la documentation suivante pour la formule du rapport Rb/Sr : http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/datation- rubidium-strontium.xm Soyez les Chercheurs - 2 Luca De Sousa et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Zoé Dupuped et al., 2016 COMMENT ET POURQUOI ABOUTI T-ON À LA FORMATION DE PÉTROLE ? Zoé Dupuped, Laurys Jeannot, Julie Lacroix, Lucas Michel,Cassidy Plubeau Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT Malgré les questions du réchauffement climatique et des gaz à effet de serre, la recherche de gisements pétroliers se poursuit. Actuellement, les régions pétrolifères connues sont : – l’Est de la Péninsule Arabe pour le Moyen-Orient (la région pétrolière la plus importante), – le golf du Mexique, le Texas, les Appalaches et l’Athabasca pour l’Amérique du Nord, – le golf de Guinée et le Maghreb pour l’Afrique, – l’Inde, la Chine, l’Australie, l’Indonésie pour l’Asie, – la Sibérie occidentale et l’Oural pour la Russie, – la Mer du Nord pour l’Europe. Une grande partie des ces gisements en hydrocarbures sont localisés à l’emplacement d’un ancien domaine océanique au Jurassique. 1. INTRODUCTION Mais qu’est ce que du pétrole (ou gisement pétrolier) ? Un gisement pétrolifère est un lieu où s’est enfoui et accumulé une grande quantité de pétrole inégalement répartie à la surface de la Terre. Il est possible d’exploiter ces gisements en totalité ou en partie en construisant des puits grÃce à un forage. Un champ pétrolifère peut s’étendre sur plusieurs kilomètres carrés, permettant d’avoir plusieurs puits sur un même champ. La formation de pétrole se situe dans beaucoup d’endroits dans le monde. Quelles conditions permettent la formation de pétrole ? Pourquoi les gisements pétroliers se forment-ils à des endroits précis ? – Marge passive : la marge passive désigne une zone de transition entre une croûte continentale et une croûte océanique au sein de la même plaque. 3.2. Formation du pétrole La provenance géographique est un des critères de classification du pétrole ! Selon la viscosité, quatre types de gisements sont définis (léger, moyen, lourd ou extra-lourd et bitume). Plus le pétrole brut est visqueux, plus il est “lourd” : – les gisements de pétrole léger : lâaspect du pétrole brut se rapproche de celui du gazole. Les gisements sahariens présentent cette caractéristique ; – les gisements de pétrole moyen : la viscosité du pétrole brut est intermédiaire entre le pétrole léger et le pétrole lourd. Il sâagit par exemple des gisements du MoyenOrient ; – les gisements de pétrole lourd ou extra-lourd : le pétrole brut ne coule pratiquement pas à température ambiante. Les gisements dâAmérique du sud en sont un exemple ; – les gisements de bitume : le pétrole brut est très visqueux voire solide à température ambiante. Les principales réserves de ce type se trouvent au Canada. Près de 30 000 gisements sont identifiés comme “rentables” à l’heure actuelle. La plupart des gisements les plus importants sont situés au Moyen-Orient qui dispose de 47,9% des réserves prouvées de pétrole à fin 2013. 3.3. Environnement formation pétrole Le pétrole prend naissance dans des bassins sédimentaires, des zones où s’accumulent des résidus minéraux et organiques au fil de millions d’années (figure 1). La nature de ces sédiments Pour répondre à notre problématique, nous nous sommes varie selon le climat, le niveau des océans, et le relief. Nous aidé d’informations sur internet ainsi que des lectures au CDI avons donc cherché ces conditions propice à la formation du afin d’aboutir à la fin de notre projet. Nous n’avons pas eu besoin pétrole. Une grande partie des gisements en hydrocarbures se d’expérience pour ce projet mais nous avons formé plusieurs sont formés à l’emplacement d’un ancien domaine océanique au carte ( voir documents annexes et diapo ). Nous avons repéré Jurassique car les micro-organismes sous-marins morts coulent les gisements pétroliers les plus importants sur une carte actuelle rapidement au fond des océans. Pour que les conditions soient puis nous les avons retranscrit sur une carte paléogeographique favorables (vitesse de sédimentation lente et climat propice), la afin de déterminé dans quelles conditions se situait ces gisements proportion de matière organique devient importante dans les sédiments, pétroliers et forme ce que l’on appelle une roche-mère. Dans certaines zones, la couche peut atteindre 7000 à 8000 mètres d’épaisseur. 3. RECHERCHE Les matières organiques se mélangent à des sédiments et s’accumulent par des couches successives pendant des millions d’années. 3.1. Définitions Plus les couches sédimentaires s’enfoncent, plus la température – Paléogéographie : Elle est constitué d’une branche de géologie, et la pression augmentent. Ils ne laissent que des molécules formées de géographie et de paléontologie Elle vise à reconstruire de carbone de d’oxygène qui constituent les hydrocarbures liqla géographie de la Terre. uides et gazeux. Ces derniers se retrouvent dans la roche appelé – Energie de stock : Le stockage de lâénergie consiste à préserver roche-mère. une quantité dâénergie pour une utilisation ultérieure. Les hydrocarbures remontent à la surface en rencontrent une – Hydrocarbure : Les hydrocarbures sont des molécules orcouche imperméable appelé couverture, ils sont piégés en dessous ganiques exclusivement composées de carbone et dâhydrogène dans une roche dites roche-réservoir qui forme un piège à pétrole. 2. MÉTHODE Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Zoé Dupuped et al., 2016 F IGURE 1 – Processus de formation des huiles (d’àprès Géologue Prospecteur web). Une faible teneur en oxygène est nécessaire pour éviter une dégradation de cette matière organique. F IGURE 2 – Carte paléogéographique présentant la position des continents à la fin du Jurassique. 4. RÉSULTATS Les régions pétrolifères actuelles étaient toutes réunis au temps du Jurassique (figure 2). On remarque que les dépôts de sédiments sont plus importants au niveau des marges passives. Le modèle de la tectonique des plaques a donc aidé à la recherche de gisements pétroliers ce qui a permis de mettre en évidence que les gisements dâhydrocarbures se situent au niveau des marges passives continentales. 5. CONCLUSION Pour conclure, toutes les régions de nos recherches correspondent à des marges passives qui présentent des caractéristiques structurales semblant favoriser la formation de roches carbonées. C’est donc leur point commun. 6. RÉFÉRENCES Nous avons utilisé la documentation suivante : http://www.geologues-prospecteurs.fr/documents/petrole- formation/ Soyez les Chercheurs - 2 Olivia Daubier et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 RESSOURCES EN EAUX. POURQUOI LES EAUX EN BOUTEILLE ONT UN GOÛT QUI DIFFÈRE ? Olivia Daubier, Kristina Razkova, Petra Kollrossova, Anthony Tisserand Lycée Édouard Belin, VESOUL ABSTRACT Bien que beaucoup plus coûteuse que l’eau du robinet (de l’ordre de 1 euro le mètre cube) on constate une recrudescence de la consommation de l’eau en bouteille (de l’ordre de 1 euro le litre soit 1000 fois plus cher). Cette demande conduit à la prospection de nouvelles sources pour les hydrogéologues. Quelle qualité l’eau doit avoir ? Quelle critère une eau doit remplir pour être qualifiée d’eau minérale ou eau de source ? avons vu que sa composition minérale était différente. Nous avons alors émis lâhypothèse que lâeau avait un goût différent en raison de cette différence de composition minérale. Pour confirmer cette hypothèse, nous avons réalisé une expérience. Nous avons bu un échantillon des trois eaux puis nous les avons chauffées dans de lâeau afin de récupérer les minéraux, sous forme de petit résidu. Et comparer les compositions. 1. INTRODUCTION Il existe deux types dâeaux minérales. Les eaux minérales naturelles possèdent des propriétés bénéfiques pour notre corps et les eaux de sources qui elles ne possèdent pas ces propriétés. Ces eaux doivent toutes deux respecter des normes, et en général elles sont souterraines car les sous-sol protège lâeau de la pollution et elle est filtrée naturellement par la roche. Mais pourquoi les eaux en bouteilles ont un goût qui diffère ? Pour répondre à cette problématique nous nous sommes lancés dans une expérience. F IGURE 2 – Localisation de la source de l’eau de Volvic, France. 3. RÉSULTATS Nous avons remarqué que, en effet les minéraux ne possédait pas la même quantité de chaque et le pH nâétait également pas le même. Et nous les avons répertoriés dans un tableau (Tableau 1 et 2). F IGURE 1 – Carte de France présentant la dureté de l’eau. 2. MÉTHODE Pour répondre à cette problématique, nous nous sommes questionnés. Quelle qualité l’eau doit avoir ? Nous avons trouvé alors que ces eaux doivent posséder des critères correspondant à une norme donc les minéraux ne doivent pas dépasser une certaine valeur. Nous avons pris trois types dâeaux : Evian, Volvic, Vittel commercialisées et avons comparé leurs étiquettes. Nous Éléments Calcium (Ca2+ ) Magnésium (Mg2+ ) Sodium (Na+ ) Potassium (K + ) Sulfates (SO2− 4 ) Bicarbonates (HCO− 3) Nitrates (NO− 3) Chlorures (Cl − ) Silice (SiO2 ) Fluor (F − ) Soyez les Chercheurs - 1 Concentration en mg/L 11,5 8 11,6 6,2 8,1 71 6,3 13,5 31,7 0,22 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Olivia Daubier et al., 2016 Tableau 1 : Composition chimique de l’eau minérale de Volvic qui est très peu minéralisée. Résidu à sec à 180◦ C = 130mg/L. pH=7. Température de l’eau au puisage : 8◦ C Élément7 Formule Teneur (mg/l) Bicarbonates HCO− 360 3 Calcium Ca2+ 80 Chlorures Cl − 6,8 Magnésium Mg2+ 26 Nitrates NO− 3,7 3 Potassium K+ 1 Silice SiO2 15 Sodium Na+ 6,5 Sulfates SO2− 12,6 4 Tableau 2 : Composition chimique de l’eau minérale de Évian. pH=7,2. 4. CONCLUSION Nous pouvons en conclure que la raison pour laquelle les eaux en bouteilles ont un goût différent est en raison de leur teneur en minéraux et de leurs pH. F IGURE 3 – Ventes en millions d’euros des eaux en bouteille dans la grande distribution en France par an. Soyez les Chercheurs - 2 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 8 + oyez les c ercheuπs 8 − Session 3 Paléontologie Émilie Brocard et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 TEMPÉRATURE DE L’EAU DE MER AU COURS DE LA VIE D’UNE AMMONITE Émilie Brocard, Charline Olivier, Léa Tartaglia, Iolène Zoccola Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT Les animaux marins puisent dans l’eau de mer pour constituer leur organisme. Les ammonites sont des animaux mollusques céphalopodes pélagiques disparus lors de l’extinction crétacétertiaire. Ces animaux fabriquaient leur coquille en aragonite (carbonate de calcium CaC03 dont les atomes sont organisés en maille cristalline orthorhombique). L’aragonite contenue dans une coquille d’ammonite correspond au calcium (Ca) et au carbone (C) et à l’oxygène (O) présents dans l’eau de mer pendant la vie de l’animal. En mesurant la composition chimique d’un fossile d’ammonite, c’est la composition chimique de l’eau de mer pendant la vie de l’animal que l’on mesure. Il est ainsi possible de mesurer le rapport isotopique 18 O/16 O afin de connaı̂tre la température de l’eau de mer au cours de la vie d’une animal pélagique. – Ammonite : sous classe éteinte des mollusques céphalopodes qui est un groupe d’animaux marins fossiles ; c’est un animal pélagique (figure ??). – Aragonite : Minéral composé de carbonate, de calcium, de CaC03 (orthorhombique) qui forme les coquilles de certains mollusques et que l’on trouve dans des roches métamorphiques carbonatées et pierres minérales cristallines. – Rapport isotopique : Indicateur paléoclimatique isotope de l’oxygène. – Animal pélagique : animal qui vit dans un milieu marin. 1. INTRODUCTION Dans notre présentation, nous allons expliquer comment nous avons pu définir la température de l’eau de mer au cours de la vie d’un animal pélagique d’après la mesure du taux de calcaire présent dans une ammonite (figure ??). Les ammonites fabriF IGURE 2 – Ammonites - Vue d’artiste La coquille des ammonites est aragonitique. La partie externe de celle-ci est généralement enroulée en spirale. Elle est formée d’une succession de chambres ou de loges séparées par des cloisons qui sont des reliefs très riches . La communication entre ces loges s’effectue au travers d’un foramen (trou) percé dans chaque cloison par lequel transite un siphon en position ventrale. Ce siphon est parfois recouvert d’un manchon de CaCO3 . Seule une chambre est occupée par l’animal , c’est la cavité extrémale où il y a une ouverture protégée par un opercule mobile (aptychus). 2. EXPÉRIENCE DOSAGE DE LA QUANTITÉ DE CARBONATE DE CALCIUM DANS UNE POUDRE F IGURE 1 – Le fragment de la coquille d’ammonite sur laquelle nous avons travaillé quaient leur coquille en aragonite (carbonate de calcium correspondant au calcium, au carbone et à l’oxygène présent dans l’eau de mer). Donc en mesurant la composition chimique de la coquille, on peut connaı̂tre la composition chimique de l’eau de mer. Pour calculer la température de l’eau de mer au cours de la vie de l’animal pélagique, il nous a fallu mesurer le rapport isotopique δ 18 O/16 O . Nous allons d’abord définir les mots techniques : But : Déterminer la quantité de carbonate de calcium (CaCO3) présent dans la coquille d’une ammonite. Il est possible de dissoudre la carbonate de calcium d’une coquille fossile avec de l’acide chlorhydrique. La réaction chimique étant connue , il est possible de calculer la quantité de CaCO3, mais il faut savoir qu’elle quantité de HCl a été utilisée. Pour connaı̂tre cette quantité, il faut faire un dosage colorimétrique. Méthode : Nous avons fait réagir 1g de poudre de coquille avec 50 mL d’acide chlorhydrique à 0, 5mol.L−1 dans un erlenmeyer. Nous avons coloré cette solution avec du bleu de bromothymol et avec du méthylorange. Puis nous avons procédé au Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Émilie Brocard et al., 2016 dosage, nous avons fait couler goutte à goutte de la soude dans La formule pour calculer la température de l’eau de mer à l’époque de l’ammonite est : le récipient jusqu’à à un changement de couleur, du vert au bleu pour le bromothymol et du orange au jaune pour le méthylorange. T (oC) = 16, 9−4, 2.(δ 18 Ocoq − δ 18 Oeau )+0, 13.(δ 18 Ocoq − δ 18 Oeau )2 3. RÉSULTATS T (oC) = 16, 9 − 4, 2.(−1 − 0) + 0, 13.(−1 − 0)2 Le changement de couleur avec le méthylorange ne fut pas perceptible par contre nous avons bien vu ce changement avec le bleu de bromothymol. Les résultats ont donc été obtenus avec la solution colorée par ce colorant. Le volume de soude utilisé est V(NaOH)= 10 mL Le volume d’acide en excès Ve(HCl) est le même que celui de la soude (donc 10 mL) restant après dissolution du carbonate de calcium, il a donc fallu 40 mL d’acide pour dissoudre le CaCO3, volume que l’on trouve en soustrayant le volume par excès c’est à dire 10 mL au volume d’HCl de 50 mL. Pour connaı̂tre la masse de carbonate de calcium que la coquille contenait nous avons appliqué la formule donnée par notre professeur de physique chimie qui est : 1 .c(HCl).V (HCl) = n(CaCO3 ) 2 avec M(CaCO3 ) = 100, 09g.mol −1 et n(CaCO3) = m/M Application numérique : T (oC) = 21, 23oC La température de l’eau de mer au cours de la vie de l’ammonite était de 21, 23oC. 5. CONCLUSION L’ammonite développe sa coquille tout au long de sa vie ce qui permet de reconstituer les variations de température de l’eau de mer au cours de la vie de l’animal. 0, 5.0, 5.0, 04 = 0, 01mol − 1 m(CaCO3 ) = 0, 01.100, 09 = 1, 0009g Il y a environ 1g de carbonate de calcium dans 1g de poudre de coquille d’ammonite, c’est à dire qu’elle en est constituée à 100%. Nous devons seulement garder les 3 premiers chiffres significatifs car la concentration de l’acide chlorhydrique et de la soude (de 0,5g.mol-1) n’est pas totalement fiable. 4. L’ANALYSE PAR SPECTROMÉTRIE δ 18 O Une partie de la poudre d’ammonite a été analysée au spectromètre. C’est un appareil qui mesure la répartition d’un rayonnement complexe en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence s’il s’agit d’ondes / en fonction de la masse ou de l’énergie des particules individuelles s’il s’agit de particules. Il est constitué d’un système dispersif (un prisme ou un réseau par exemple) qui décompose le rayonnement à étudier ; ainsi que d’un récepteur qui transmet une fréquence unique à chaque instant et qui procède à un balayage du spectre ou bien de plusieurs récepteurs qui analysent simultanément de nombreux éléments du spectre. Les organiques à tests calcaires élaborent le CaCO3 qui les constitue à partir des molécules en solution dans l’eau de mer. L’analyse par spectrométrie permet de calculer un δ 18 O défini par la formule 1 : 18 O 16 O δ O = 18 échantillon − 1 .1000 18 O 16 O (1) standard Le δ 18 O est un indicateur qui quantifie la quantité d’isotope 18 de l’oxygène par rapport a l’oxygène 16 dans un échantillon par rapport à un référent universel (standard) avec lequel on peut comparer différentes valeurs. Les résultats de cette analyse nous ont été envoyés par le chercheur. Nous avons fait une moyenne des 4 analyses du δ 18 O. Le taux moyen de δ 18 O dans une ammonite datant du Toarcien est −1Â˚/oo et de 0Â˚/oo dans l’eau. Soyez les Chercheurs - 2 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 8 + oyez les c ercheuπs 8 − CÉNOZOÏQUE (ère IIIre) Session 4 Sédimentologie Néogène Paléogène 65 Ma MÉSOZOÏQUE (ère IIre) EXTINCTION Crétacé 145,5 Ma Jurassique 199,6 Ma Trias 250 Ma EXTINCTION Permien 299,0 Ma PALÉOZOÏQUE (ère Ire) Carbonifère 359,2 Ma Dévonien Silurien 416,0 Ma 443,7 Ma Ordovicien 488,3 Ma Cambrien 540 Ma Logan Auger et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 ÉROSION ET TRANSPORT. QUELLE QUANTITÉ PEUT ÊTRE MISE EN SOLUTION DANS L’EAU ? Logan Auger, Manon Gazon, Laura Pros, Chloé Thomas Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT La morphologie des paysages évolue avec le temps. Les roches sont déformées, déplacées en raison des mouvements qui animent le globe terrestre. Elles sont aussi érodées, transportées puis déposées par les processus de surface (figure 1). Le facteur clefs dans ces processus est le transport qui peut se faire soit de façon mécanique (transport particulaire ou transport d’éléments solides : blocs, grains, particules..) ou de façon chimique (transport de substances en solution). À l’échelle mondiale, le transport des substances en solution est 3 fois moindre par rapport au transport particulaire (figure 2). Toutefois, dans les cours d’eau en milieu tempéré, le transport chimique peut être supérieur que le transport particulaire (7 fois supérieur dans le cas de la Seine). 1. INTRODUCTION Afin de comprendre les processus de transport des substances en solution (figure 1), nous souhaitons quantifier la solubilité de la calcite dans l’eau en fonction de la température de l’eau et de son acidité. La solubilité est la propriété d’une substance de se F IGURE 2 – Graphique présentant le taux d’érosion en fonction de l’altitude moyenne pour les différents continents. Les estimations sont présentée pour le transport en solution et le transport particulaire. des pH différents. On nous avait conseillé de faire varier le pH mais également la température (à l’aide de glaçons). Cette partie de l’expérience a été effectuée avec de l’eau déminéralisée ou de l’eau contenant du CO2. Nous avons interprété nos résultats ci-dessous. 3. EXPÉRIENCES 3.1. Expérience 1 (Variation de la température) F IGURE 1 – Cartes présentant les flux de transport liés à l’érosion à l’échelle de la Terre. dissoudre dans une autre. La calcite est un minéral chimique ou biochimique composé de carbonate naturel de calcium de formule CaCO3 . L’acidité est en fait le pH (potentiel Hydrogène), qui peut être mesuré avec un papier pH et plus précisément avec un pH-mètre. 2. MÉTHODE un premier temps, nous mettons de l’eau de l’Ain dans un bécher et nous mesurons le pH à l’aide d’un pH mètre, celui-ci est de 8,12. On reproduit la même chose avec de l’eau déminéralisée, le résultat est de 8,67. Afin de faire varier l’acidité nous avons utilisé des solutions avec Nous avons mis 25 mL d’eau déminéralisée dans deux béchers à cela nous avons ajouté 25mL de solution avec un pH 6. Nous avons fait varier les températures avec des glaçons : un bécher à 10◦ C et l’autre à 20◦ C. Après avoir modifié la température des deux Béchers, nous avons ajouté 30g de Calcite 3.2. Expérience 2 (Variation du pH) Nous avons mis 25 mL d’eau déminéralisée dans deux béchers à cela nous avons ajouté 25 mL de solution avec un pH de 7 pour l’un des bécher et pour l’autre un pH de 5.5. Nous avons modifié la température pour qu’elle atteigne 20◦ c pour les deux béchers à cela nous avons ajouté 30 g de calcite. 3.3. Expérience 3 (Variation du CO2) Nous avons mis 25 mL d’eau déminéralisée dans le premier bécher et 25 mL d’eau contenant du CO2 dans l’autre bécher à cela nous avons ajouté 25 mL de solution avec un pH de 5,5. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 On a modifié la température pour qu’elle atteigne 15◦ C pour les deux béchers à cela nous avons ajouté 30 g de calcite. 3.4. Expérience 4 (Variation du pH dans de l’eau contenant du CO2) Nous avons mis 25 Ml d’eau contenant du CO2 à cela nous avons ajouté une solution de pH 6 pour le premier bécher et une solution de pH 7 pour le deuxième. Nous avons refroidi nos mélanges pour qu’ils atteignent une température de 10◦ C à cela nous avons ajouté 30g de calcite Nous avons laissé reposer nos solutions pendant 24h afin de mieux observer la dissolution de la calcite dans les différents milieux. 4. RÉSULTATS 4.1. Expérience 1 Nous n’avons pas perçu de différences au niveau de la quantité de calcite déposée au fond (non dissoute). 4.2. Expérience 2 Nous n’avons pas perçu de différences au niveau de la quantité de calcite déposée au fond (non dissoute). 4.3. Expérience 3 Nous observons que dans l’eau contenant du CO2 la calcite s’est mieux dissoute que dans l’eau déminéralisée. 4.4. Expérience 4 Nous remarquons que dans l’eau contenant du CO2 a un pH de 6 la calcite s’est mieux dissoute que dans la solution avec un pH 7. 5. LES INCONVÉNIENTS... La température a changé, étant donné que nous les avons laisser reposer 24 h. Pour des résultats plus satisfaisant, il y aurait fallu les mélanger une deuxième fois et les laisser reposer encore 24h ; de plus il y aurait fallu faire plus d’expérience avec de plus grandes quantités (eau, calcite...). Nos mesures ne sont certainement pas très précises, nous avons pas le matériel approprié pour obtenir des résultats précis. 6. CONCLUSIONS La calcite se dissout le mieux, lorsqu’elle est mélangée avec une eau contenant du CO2 avec pH entre 5,5 et 6 ainsi qu’une température basse entre 10◦ C et 15◦ C. Soyez les Chercheurs - 2 Logan Auger et al., 2016 Dounia Larab et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 ARGILES : ”EMPRUNTES” DE BOUE Dounia Larab, Jade Rochat, Juliette Sage-Aubriot, Charlotte Tomaszczyk Lycée Édouard Belin, VESOUL ABSTRACT Un homme a été retrouvé assassiné. L’arme du crime a été retrouvée sur place mais elle ne comporte aucune empreinte digitale. Cependant, le crime a eu lieu sur un site où les argiles alumineuses sont très spécifiques : une association de kaolinite et de montmorillonite. La police a interpellé 4 suspects. Seuls 3 d’entre eux ont la même pointure avec même motif de semelle. La caractérisation des argiles (si présentes) sous les semelles des suspects pourra peut-être aider à confondre le coupable. yser l’absorption du bleu de méthylène pour chacune des argiles (figure 2). Puis, nous avons réparti également de l’argile avec du bleu de méthylène sur des lames en verre afin de pouvoir les observer au microscope. F IGURE 2 – Protocole d’analyse. 3. RÉSULTATS Nous pouvons constater que les premiers et deuxièmes échantillons n’absorbent pas le bleu de méthylène alors que le troisième échantillon absorbe énormément le bleu de méthylène malgré la dose moins importante d’argile déposé sur le papier absorbant (figure 3). Alors que nous n’avons obtenu aucuns résultats concluant grâce à l’observation au microscope. 1. INTRODUCTION Suite à un meurtre à Montmorillon dans la Vienne (figure 1), 3 suspects ont été arrêtés dont les chaussures correspondent à des empreintes trouvées sur le lieu du crime. F IGURE 1 – Localisation de Montmorillon (Vienne) sur la carte de France. Il faut impérativement déduire lequel de ces trois échantillons correspond au sol dans la localité de Montmorillon. Soit de l’argile du type montmorillonite associée à de la kaolinite. Nous allons procéder par la technique au bleu de méthylène car toutes les argiles absorbent le bleu de méthylène nous pourrons ainsi déduire qui le meurtrier. 2. MÉTHODE Tout d’abord, nous avons réparti chaque argile sur du papier absorbant afin de pouvoir mettre du bleu de méthylène et anal- F IGURE 3 – Tâches de bleu de méthylène sur du papier absorbant et résultat du test. 4. CONCLUSION Ainsi, le troisième échantillon ayant absorbé le bleu de méthylène comporte comme argile de la montmorillonite puisque le bleu de méthylène a été absorbé de façon maximale par rapport au deux autres échantillons. Ce qui prouve que le troisième échantillon et celui du meurtrier. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Isia Arcangeletti et al., 2016 ARGILES “EMPREINTES” DE BOUE Isia Arcangeletti, Hugo Felten, Manon Garnier Lycée Georges Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT Un homme a été retrouvé assassiné. L’arme du crime a été retrouvée sur place mais elle ne comporte aucune empreinte digitale. Cependant, le crime a eu lieu sur un site où les argiles alumineuses sont très spécifiques : une association de kaolinite et de montmorillonite. La police a interpellé 4 suspects. Seuls 3 d’entre eux ont la même pointure avec même motif de semelle. La caractérisation des argiles (si présentes) sous les semelles des suspects pourra peut-être aider à confondre le coupable. 1. QUI EST LE COUPABLE ? Un homme a été retrouvé assassiné. Le sol de la scène de crime est constitué d’une association d’argiles alumineuses très spécifique : c’est une association de kaolinite et de montmorillonite. La police a interpellé des suspects : 3 d’entre eux ont la même pointure et le même motif de semelle. Grâce aux argiles présentes sous les semelles, on pourra désigner le coupable. F IGURE 1 – Ajout successif de bleu de méthylène. présence des ions positifs. Donc si une boue contient de l’argile, la boue et le bleu de méthylène vont s’associer. Une zone humide bleu clair, presque incolore, sera présente autour de la tâche (figure 2). 1.1. Définitions : – La DRX : est une technique d’analyse fondée sur la diffraction des rayons X sur la matière. Cette méthode utilise un faisceau de rayons X qui rencontre le cristal provoquant la dispersion du faisceau lumineux dans des directions spécifiques. Par la mesure des angles des rayons réfractés, il est possible de déterminer leurs compositions chimiques et d’autres informations. – Argile : Ce terme désigne soit un minéral (minéraux argileux), soit une roche composée principalement de ces minéraux (roche argileuse). – Minéraux argileux : Ils composent une famille de minéraux de la classe des silicates, sous classe phyllosilicates (silicates en feuillets). Ils se trouvent très fréquemment dans les roches sédimentaires, ils sont généralement issus de l’altération d’autres silicates. 2. MÉTHODE F IGURE 2 – TÃches de bleu de méthylène sur du papier abc sorbant et rÃsultat du test. 2.1. Bleu de méthylène L’essai au bleu de méthylène va nous permettre de connaı̂tre le type d’argile présent dans le sol de la scène de crime. On injecte successivement des doses d’une solution de bleu de méthylène et on contrôle l’absorption du bleu après chaque ajout en effectuant une tâche sur un papier filtre (figure 1). La tâche ainsi formée se compose d’un dépôt central (d’argile et de bleu de méthylène) d’un bleu généralement soutenu, entouré d’une zone humide incolore. Le test est dit positif si, dans la zone humide apparaı̂t autour du dépôt central une auréole bleu clair, les particules argileuses du matériau sont alors saturées. L’argile est un anion, alors que le bleu de méthylène doit sa couleur grâce à la 2.2. DRX Puis, nous avons envoyer les échantillons contenant de l’argile au laboratoire pour qu’ils puissent être analysé précisément à la DRX (diffraction des Rayon X - figure 3). Nous avons alors pu déterminer (lequel/lesquels) de ces échantillons contenaient des argiles alumineuses spécifiques : une association de kaolinite et de montmorillonite. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 F IGURE 3 – Spectres de diffraction des rayons X obtenus sur 2 échantillons de sol. 3. RÉSULTATS DES EXPÉRIENCES 3.1. Bleu de méthylène Après avoir passer les 3 échantillons de boues au test du bleu de méthylène, nous avons pu constater que les échantillons 1 et 2 étaient positifs à ce test, ils sont donc constitués d’argile. Alors, nous avons envoyer ces échantillons au laboratoire pour qu’ils passent à la DRX pour savoir si ils contenaient l’association spécifique présente sur la scène de crime. 3.2. DRX Grâce aux graphiques montrant les résultats de l’analyse des boues à la DRX, on a pu constater que l’échantillon nÂ˚2 contient l’association de kaolinite et de montmorillonite présente sur la scène de crime. 4. NOUS AVONS DÉMASQUÉ LE COUPABLE ! Suite aux résultats de la DRX, nous avons pu connaı̂tre la composition exacte des échantillons de boues. L’échantillon numéro 2 est composé d’une association de kaolinite et de montmorillonite comme le sol de la scène de crime. Nous avons confondu le coupable, il s’agit du suspect numéro 2. 5. RÉFÉRENCES Nous avons utilisé la documentation suivante : http://www.normalesup.org/˜clanglois/Sciences_Terre/Argiles/Argiles2.html http://www.geotechfr.org/sites/default/files/revues/blpc/BLPC%20159%20pp%207992%20Tourenq.pdf https://fr.wikipedia.org/wiki/Essai_au_bleu_de_m%C3%A9thyl%C3%A8ne http://deuns.chez.com/sciences/drx/drx.html http://wpcm.fr/uploads/documents/Brochure_DRX_WPCM.pdf?phpMyAdmin=UmQIgoycOoYVGYP6nne8Ht6vUJb Soyez les Chercheurs - 2 Isia Arcangeletti et al., 2016 8 + oyez les c ercheuπs 8 − Session 5 Risques Naturels Élise Aranjo et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 LOCALISATION DE L’ÉPICENTRE D’UN SÉISME. Élise Aranjo, Apolline Pianet, Élodie Richard, Louise Rigolot Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT Les déplacements tectoniques à la surface du globe se font de façon soit sismique soit asismique. Lors des séismes une énergie considérable est libérée brusquement générant une onde qui se propage dans le globe terrestre appelé tremblement de terre. La prévention de ce risque naturel passe par sa compréhension de ce phénomène. Une partie de l’étude passe par la cartographie au cours du temps des foyers sismiques, ce qui permet de recenser les failles actives ainsi que leur sismicité. les-bains , le 28/02/2016 à 21h53min19s. Nous avons étudié les temps d’arrivée des ondes P et S sur trois stations différentes : TORNY, BALST et OGSM. Le calcul de la distance épicentrale (distance D) de chaque station permet de tracer trois cercles de Rayon D. Voici les formules utilisées : D = Vp .(Tp − T0 ) D = Vs .(Ts − T0 ) 3. RÉSULTATS 1. INTRODUCTION Notre travail a porté sur la localisation de l’épicentre d’un séisme afin de mettre en évidence la localisation spécifique des foyers. Il semble important de rappeler quelques notions spécifiques du sujet. Tout d’abord, un séisme correspond à la rupture brutale de roches en profondeur soumises à des contraintes. L’épicentre correspond alors au point de la surface terrestre où un séisme a été le plus intense (figure 1. Il est situé au dessus et à la verticale de l’hypocentre c’est à dire du foyer. Par ailleurs une faille active est définie comme une fracture de l’écorce terrestre, le long de laquelle des déplacements tectoniques peuvent se produire. Le Point d’intersection des trois cercles correspond donc à la localisation de l’épicentre du séisme. (figure 2 et 3). Ce séisme est identifiable grâce aux enregistrements des stations car il est de faible intensité donc pas ressentit. F IGURE 2 – Localisation de l’épicentre par triangulation à partir de 3 stations. F IGURE 1 – Cartes présentant les sau cours des derinières années en France métropolitaine. F IGURE 3 – Tableau présentant les mesures et calculs effectués. 2. MÉTHODE 4. CONCLUSION Pour réaliser nos recherches nous avons étudié un cas concret, sous la forme du séisme ayant eu lieu à 10 km de Yverdon- Lorsqu’on compare la localisation de ce séisme avec la carte des principales failles actives en France (figure 4). On constate Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 que le foyer du séisme étudié se trouve sur une faille. De manière générale la comparaison de la carte des principaux F IGURE 4 – Carte de la sismicité en France ainsi que les failles actives majeures. foyers sismiques en France (figure 1) et celles représentant les failles actives (figure 4), montre qu’ils sont liés. Les principales zones sismiques se situent sur ou à proximité de failles actives. Pour conclure la localisation de l’épicentre d’un séisme permet de localiser une faille active et inversement. Soyez les Chercheurs - 2 Élise Aranjo et al., 2016 Océane Bosc et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 SISMOLOGIE : POURQUOI LA VITESSE DE PROPAGATION VARIE-T-ELLE DANS LA ROCHE ? Océane Bosc, Camille Rameau, Alicia Ricciuti Lycée G. Cuvier, MONTBÉLIARD ABSTRACT Après un séisme, le tremblement de terre se propage dans le globe terrestre. Les mesures en différentes stations de ce tremblement de terre montrent pour une même distance parcourue, la durée de parcours peut différer. Il semble donc que la vitesse de propagation varie en fonction des roches parcourues par l’onde sismique. Nous nous proposons de tester cette hypothèse. 1. INTRODUCTION Après un séisme les ondes sismiques se propagent dans le globe terrestre. Il semble que la vitesse de propagation varie en fonction des roches parcourues par l’onde sismique. Un séisme ou tremblement de terre se traduit en surface part des vibrations du sol Il provient de la fracturation des roches en profondeur. Les ondes sismiques sont des vibrations provenant d’un séisme et se propageant dans toutes les directions. La sismologie est une science qui étudie le tremblement de terre naturels ou artificiels, et d’une manière générale la propagation des ondes sismiques. La vitesse de propagation est la distance parcourue par unité de temps d’une onde. Elle est exprimée en m/s. La vitesse de propagation est constante, elle dépend du milieu ou se propage l’onde. Il existe différents types d’ondes sismiques soit les : Ondes P ou onde de compression, onde longitudinale (qui part du centre). Onde sismique primaire qui se propage le plus rapidement à travers les roches. Elle correspond à une succession de compression et de dilatation. Soit les : Ondes S ou onde de cisaillement, ou onde transversale (en vague). Cela correspond aux ondes sismiques secondaires qui se propagent plus lentement que les ondes primaires P. Elles constituent en des vibrations élastiques transversales, perpendiculaires à la direction de propagation. Les ondes S ne peuvent pas se propager dans un fluide. Nous allons démontrer pourquoi la vitesse de propagation varie-t-elle dans la roche. F IGURE 1 – Schéma de propagation d’une onde. avec le PC utilisé. Pour créer des ondes, on place les différentes roches sur une table, et nous effectuerons différents coup sur celles-ci pour créer des variations, à lâaide dâun marteau. 3. RÉSULTATS Lors de l’expérience nous avons trouvé les résultats suivants : pour le granite 6, 25km.s−1 et 6, 75km.s−1 pour le basalte. Pour trouver cela nous avons soustrait l’onde P à l’onde S, puis nous avons fait la moyenne en divisant tous les résultats par 50 cm (car c’est la distance entre les deux capteurs piezo). 4. DISCUSSION Nous avons eu l’idée de tester la température des roches pour voir si la vitesse de propagation changeait. 2. MÉTHODE Pour répondre à notre question, nous avons utilisé les matériaux suivants : -deux roches : le granite et le bazalte pour mesurer la propagation, et voir si en fonction de la roche la variation de propagation est différente. -Le logiciel Audacity : Pour mesurer l’arriver des différentes ondes. -Deux capteurs piezo : un qui capte l’onde P et un qui capte l’onde S. -un marteau : pour créer l’onde -coupleur : pour assurer la liaison entre les différents systèmes -une rallonge : pour la connexion avec le PC Nous disposons de deux roches, balzate et granite avec deux capteurs piezo reliés à lâordinateur. Le logiciel Audacity nous indiquera la vitesse de propagation des ondes ; ainsi nous utiliserons un coupleur qui nous permettra dâassurer une liaison entre les différents systèmes, de plus nous prendrons une rallonge pour la connexion 5. CONCLUSION La vitesse de propagation dépend du type de roche, car elles ne possèdent pas toutes la même densité. Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 F IGURE 2 – Expérience réalisée. F IGURE 3 – Arrivée des ondes P et S. Soyez les Chercheurs - 2 Océane Bosc et al., 2016 Valentine Prevost et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 LES INONDATIONS : RÉALISER DES CARTES DE RISQUE Valentine Prevost, Maxime Vaillard, Kévin Voisin, Théa Rochat Lycée Édouard Belin, VESOUL Année 1890 1910 1955 1970 1983 1995 1999 2001 2006 ABSTRACT Sur les 36 000 communes que compte la France, environ 7 500 sont concernées par le risque d’inondation. Chaque année, les aléas naturels d’inondation se produisent dans des zones plus ou moins vulnérables. La conjoncture entre aléa important et vulnérabilité conduit au risque naturel d’inondation. Avant de dresser un plan d’urbanisation et afin de mieux prévenir de ce risque, des estimations doivent être faites. Ces estimations du risque sont réalisées en supposant la vulnérabilité constante et en faisant varier l’intensité de l’aléa naturel. Hauteur 7.77m 9,57m 7.45m 7.06m 7.54m 6.44m 7.06m 6.57m 7.10m Puis nous nous sommes intéressé aux mesures préventives prises face aux inondations. 2.1. L’entretien des cours d’eau 1. INTRODUCTION Dans un premier temps nous allons définir quelques notions importantes : – Aléa naturel : possibilité qu’une manifestation naturelle physique (non biologique) relativement brutale, menace ou affecte une zone donnée. C’est donc l’estimation de la réalisation de ce processus. – Inondation : submersion des terrains avoisinant le lit mineur d’un cours d’eau ; eaux qui inondent. Présence anormale d’une grosse quantité d’eau dans un local, due à une fuite, un incident, etc. – Plan local d’urbanisme : principal document d’urbanisme de planification de l’urbanisme au niveau communal ou intercommunal. Il remplace le plan d’occupation des sols depuis la loi relative à la solidarité et au renouvellement urbains du 13 décembre 2000. Après ces quelques définitions, nous allons essayer de voir comment on puet prévoir les risques d’une inondation et comment peut on la gérer. 2. ATTITUDE FACE AUX INONDATIONS Pour répondre à cette question, nous avons décidé d’étudier plusieurs types d’habitations et de sols afin de voir quelles sont les conditions optimales face à une inondation. Tout d’abord nous avons cherché, dans notre région, quelles avaient été les crues les plus importantes, nous avons donc vu qu’il y en avait eu plusieurs à Besançon. Besançon : crue des 20 et 21 janvier 1910 plus importante inondation de l’histoire de la ville 9.57 m de haut. Les crues majeures à Besanç on sont ressencés dans le tableau suivant : L’entretien des cours d’eau est une nécessité pour éviter l’aggravation des inondations. Lorsque ce dernier est non domanial les propriétaires riverains sont obligé de l’entretenir. Mais les riverains se soumettent peu à cette obligation et ce sont souvent les collectivités locales qui s’y soumettent. Quand le cours d’eau est domanial, son entretien est à la charge de l’État qui doit juste maintenir le bon écoulement des eaux. Mais elle se limite au bon écoulement des eaux et en aucun cas il n’y a une obligation de lutte contre l’action naturelle des eaux (érosion des berges). 2.2. La délimitation des zones inondables La délimitation des zones inondables et la préservation des champs d’expansion des crues. Il convient de préserver au maximum la capacité de régulation des crues en conservant le caractère inondable des zones peu ou pas urbanisées où les crues peuvent s’étendre et limiter les dégâts en zone urbaine. Toutes les constructions doivent y être interdites. Les zones de construction doivent être parfaitement délimitées et il faudra réduire la vulnérabilité des constructions déjà existantes. Mais la connaissance des zones inondables n’est jamais absolue. L’analyse des crues passées et, si besoin est, complétée par de rapides études hydrauliques et géologiques, permet de dresser une cartographie des zones susceptibles d’être inondées. Les ouvrages de protection existants (endiguements, barrages...) ne modifient pas le caractère inondable des zones protégées lors de grandes crues. Mais nous avons aussi remarqué que l’on pouvait se protéger des crues grâce aux travaux de protection. 2.3. L’intervention de lâÃtat : L’État (Ministère de l’Environnement) peut apporter des aides financières pour la réalisation de travaux de protection des lieux habités contre les inondations. Elles s’inscrivent dans le cadre du programme décennal de restauration des cours d’eau décidé par le Gouvernement le 24 janvier 1994. Ces aides sont toutefois Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Valentine Prevost et al., 2016 limitées à cause d’une réglementation de l’urbanisme prenant en compte le risque d’inondation. 2.4. Les propriétaires Les premières précautions à prendre relèvent de l’initiative individuelle : le propriétaire d’un terrain en zone inondable doit l’utiliser sous cette contrainte. L’agriculteur doit adapter ses cultures aux risques d’inondations et doit laisser en prairie ses terrains qui sont souvent inondés. Le propriétaire d’un bâtiment doit l’aménager et l’occuper en tenant compte des risques. Des protections collectives sont également envisageables. Les propriétaires concernés peuvent se grouper en associations syndicales libres ou forcées, sous le contrôle de l’Etat pour l’exécution et l’entretien des ouvrages de protection. Enfin, nous allons voir comment protéger son habitation. En effet si il n’existe pas d’habitation particulièrement efficace, il est conseillé de ne pas installer sa maison dans une zone inondable comme peut l’être une vallée en pente, F IGURE 3 – Carte d’inondation pour une crue de 10 mètres. 3. RÉSULTATS Nous avons simulé, grâce au logiciel google earth une montée des eaux dans notre ville, comme on peut le voir sur les figures 1 à 4, l’inondation à +1 et +2 mètres sont relativement négligeable car elle ne toucheraient qu’une minime partie de la ville, par contre, les inondations suivantes sont plus conséquentes (+10 mètres et +50 mètres) et on se rend alors compte de l’ampleur des dégâts que ces dernières peuvent avoir sur la ville. F IGURE 4 – Carte d’inondation pour une crue de 50 mètres. 4. CONCLUSION En conclusion nous pouvons dire que si les inondations sont relativement faibles dans notre région il ne faut pas pour autant les négliger, et qui de plus, la protection contre les inondations n’est pas au meilleur, en effet il n’existe pas d’habitation conçue contre les crues dans des prix raisonnables. Mais nous avons vu que si l’on ne s’installe pas dans une zone à risque, cela reste finalement un risque minime, puisque la délimitation des zones est relativement claire et que de nombreuses cartes proposent une classification précise des endroits dangereux. Mais, vis à vis de la simulation des inondations dans notre ville, nous n’avons pas pu prendre en compte les différents sols, leur capacité dâabsorption, cette simulation est donc assez peu précise. F IGURE 1 – Carte d’inondation pour une crue de 1 mètre. 5. RÉFÉRENCES Nous avons largement utilisé la documentation suivante : http://les-inondations.e- monsite.com/pages/iii- mesures- prises- et- prevention.html F IGURE 2 – Carte d’inondation pour une crue de 2 mètres. Soyez les Chercheurs - 2 Antoine Jacquemard et al., 2016 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 LES AVALANCHES POUDREUSES : UN PHÉNOMÈNE D’ÉCOULEMENT COMPLEXE. Antoine Jacquemard, Mathis Vallee, Antonin Verjus, Mickaël Salvi Lycée Paul-Emile Victor, CHAMPAGNOLE ABSTRACT En France, le risque avalanche est présent sur 400 communes (sur 36 000). Depuis les années 1970, l’impact sur les habitations décroı̂t ainsi que le nombre de victimes des avalanches (une trentaine de morts par an en France).Cette diminution est la conséquence d’une meilleure compréhension du phénomène ainsi que la cartographie des zones à risque, la prévention et le balisage 1. INTRODUCTION Les avalanches de poudreuses sont des chutes d’une masse de neige se détachant d’une montagne et dévale en direction de la vallée. Elles se déclenchent si il y a eu de fortes précipitations (de neige) avant, et de la neige très froide et peu dense. En France, le risque d’avalanche est présent sur 400 communes. Elles y font en moyenne une trentaine de morts par an. – Sur une pente faible, presque plate, la neige s’écoule lentement, environ 6 centimètres par minute soit 3, 6m.h−1 – Sur une pente forte, la neige s’écoule rapidement, environ 64,5 centimètres par minutre soit 38, 7m.h−1 . 4. CONCLUSION Les résultats ne peuvent être précis en raison des erreurs de mesure dues aux conditions expérimentales. Cependant on peut affirmer que plus la pente est importante, plus la vitesse d’écoulement est rapide. De même, pour une même pente, plus le volume de neige est important, plus la vitesse d’écoulement est importante. 2. EXPÉRIENCE À partir d’une maquette, on peut réaliser différents modèles d’avalanches, avec plusieurs intensités de pentes et différents volumes de neige. Le modèle utilise du kaolin dans de l’eau pour modéliser la neige (figure 1). F IGURE 2 – Avalanche de poudreuse dans les Alpes. F IGURE 1 – Modèle permettant de tester l’effet de la pente et de la quantité de neige sur une avalanche de neige poudreuse. 3. RÉSULTATS Pour une même pente, une quantité x de neige ira plus vite qu’une quantité moins importante. Pour une même quantité de neige, sur une pente à faible angle la neige ira moins vite que sur une pente à fort angle : Soyez les Chercheurs - 1 Actes du premier colloque Soyez les Chercheurs, Besançon, France, 26 avril 2016 Une classe – un chercheur 2015-2016 Soyez les chercheurs ! Listes des auteurs, Session-Sujet Yousra Akouad, 4-24 Élise Aranjo, 5-29 Isia Arcangeletti, 4-28 Meryle Arnoux, 1-6 Logan Auger, 4-26 Heidi Berthet-Tissot, 1-4 Tanguy Beuque, 1-2 Océane Bosc, 5-30 Florian Brevet, 1-2 Eloïse Brocard, 1-4 Émilie Brocard, 3-15 Manon Cantin, 1-6 Olivia Daubier, 2-12 Luca De Sousa, 2-9 Rodolphe Di Placido, 1-4 Valentin Ducrot, 1-1 Zoé Dupuped, 2-10 Sana El Gartati, 4-24 Alaedin Elaji, 1-2 Hugo Felten, 4-28 Tanguy Feuntun, 2-8 Eva Gallecier, 1-6 Manon Garnier, 4-28 Luc Gaspar, 1-1 Simon Gavet, 1-4 Manon Gazon, 4-26 Hugo Gicquaire, 1-2 Selma Guittoum, 4-24 Marine Invernizzi, 1-1 Antoine Jacquemard, 5-37 Laurys Jeannot, 2-10 Petra Kollrossova, 2-12 Sami Lachab, 4-24 Julie Lacroix, 2-10 Manon Lanchais, 1-1 Dounia Larab, 4-28 Gaëlle Martin, 1-1 Lucas Michel, 2-10 Enola Mougin, 2-8 Sofia Naceur, 2-8 Charline Olivier, 3-15 Melissa Orhan, 1-1 Corentin Othenin, 5-32 Billel Ourahmoune, 2-38 Quentin Parrinello, 5-32 Kevin Perrot, 2-9 Alexis Petrequin, 2-9 Apolline Pianet, 5-29 Cassidy Plubeau, 2-10 Valentin Pothier, 5-32 Valentine Prevost, 5-36 Laura Pros, 4-26 Camille Rameau, 5-30 Kristina Razkova, 2-12 Alicia Ricciuti, 5-30 Élodie Richard, 5-29 Louise Rigolot, 5-29 Jade Rochat, 4-28 Théa Rochat, 5-36 Juliette Sage-Aubriot, 4-28 Mickaël Salvi, 5-37 Nadim Sellami, 1-1 Jossua Sibille-Siron, 5-32 Léa Tartaglia, 3-15 Chloé Thomas, 4-26 Anthony Tisserand, 2-12 Charlotte Tomaszczyk, 4-28 Maxime Vaillard, 5-36 Mathis Vallee, 5-37 Antonin Verjus, 5-37 Arnaud Viry, 2-38 Kévin Voisin, 5-36 Karradi Yassir, 2-38 Iolène Zoccola, 3-15
