ChReact_WP4_EUPRB-Marsologie-VF

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Ce projet a reçu un financement dans
le cadre du 7ème programme-cadre de
l'Union Européenne pour la recherche
et le développement technologique
sous l'agrément n°[321278].
EUPRB
MARS-ologie
Domaine
conceptuel
Volcans, roches magmatiques, cristallisation, écoulement de liquides
visqueux, Mars
Situation
Les élèves sont des chercheurs d’un Institut de Planétologie et
d’Astrophysique qui répondent à un appel à projets de la NASA.
Investigation
Analyse de documents et travail expérimental (étude de l’influence de
quelques paramètres -température, composition…- sur la vitesse
d’écoulement de liquides visqueux qui simulent la lave)
Production
Rédaction d’une proposition de projet de recherche
ou
Poster et présentation dans le cadre d’une conférence
Durée indicative
9 séances de 1h30

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MARS-ologie
Descriptif pour les professeurs
Résumé
Dans ce projet pédagogique, les élèves jouent le rôle de scientifiques d’un Institut de
Planétologie et d’Astrophysique (IPA), qui travaillent en lien avec la NASA. La NASA
prévoit de nouvelles explorations de Mars, et a demandé aux équipes avec lesquelles elle
collabore à travers le monde, de leur soumettre des propositions sur le contenu de ces
missions. Or, les scientifiques de l’IPA s’intéressent aux volcans martiens. Ils pensent que les
volcans de Mars se seraient formés suivant les mêmes processus que sur Terre et ils
aimeraient que la nouvelle mission de la NASA puisse confirmer leur hypothèse.
Deux options sont possibles pour les productions : rédaction d’un projet de recherche ou
participation à une conférence organisée par la NASA.
Savoirs mis en jeu
 Les roches magmatiques sont issues de la solidification des roches en fusion (magma).
 Le magma peut remonter au travers de la croûte terrestre pour former des volcans.
 Lors d’une éruption volcanique, la roche fondue, appelée lave, forme, après refroidissement,
les roches magmatiqueseffusives.
 Lorsque le magma se solidifie en profondeur à l’intérieur de la croûte terrestre, il forme les
roches magmatiques plutoniques.
 Des roches magmatiquesdifférentes sont formées de différents minéraux.
 Les roches magmatiques sont composées de cristaux imbriqués de manière aléatoire.
 Si les cristaux sont petits, la roche provient d’une lave fluide qui s’est refroidie rapidement,
comme c’est le cas lors d’une éruption volcanique.
 Si les cristaux sont gros, la roche est issue d’un magma qui a refroidi très lentement, sans
doute en profondeur dans la croûte terrestre.
Canevas
Courrier électronique
Ressources documentaires
Parties 1 à 4
Ressources documentaires
Partie 6
Synthèse : rédaction du projet de recherche
Communication
Investigation expérimentale
Partie 5
Paragr p
P
Synthèse : Préparation conférence
Communication

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Compétences visées
 Mobiliser des notions et des modèles scientifiques pour expliquer des phénomènes
 Proposer diverses stratégies pour résoudre un problème
 Évaluer les risques et mettre en œuvre les consignes de sécurité au laboratoire
 Concevoir et réaliser un travail expérimental
 Obteniret enregistrerdes données provenant de sources primaires et secondaires
 Analyser des résultats de manière critique.
 Proposer un modèle cohérent avec les observations ou les mesures
 Utiliser des outils de communication appropriés, y compris les TICE, pourrendre
compte de son travail et discuter des questions scientifiques.
Cette activité est aussi l’occasion pour les élèves de :
 Rechercher, expérimenter, discuter et développer des arguments
 Réaliser une enquête indépendante ayant un aspect scientifique
 Partir d’exemples réels pour susciter la curiosité
Prérequis
Les élèves doivent connaître la structure interne de la Terre (croûte, manteau, noyaux interne
et externe) ainsi que la tectonique des plaques (différentes causes d’activité volcanique, zones
de subduction, points chauds).
Déroulement
La mise en œuvre de ce scénario pédagogique peut se faire suivant des modalités très variées.
Deux options sont
Voici par exemple un déroulement possible, sur 9 séances de 1h30.
Séance 1
Lancement
Fiche « Résumé et gestion du projet », courriel
Étude des ressources documentaires (parties 1 à 3)
Classe entière
Seul ou en binôme
Séance 2
Étude des ressources documentaires (parties 4 et 5)
Planification du travail expérimental (démarche, choix
des paramètres, protocoles, fiche de sécurité)
Seul ou en binôme
En petit groupe
Séances
3 à 5
Réalisation du travail expérimental
Analyse des résultats
Compte-rendu du travail expérimental
En petit groupe
Seul ou en binôme
Séance 6
Étude des ressources documentaires (partie 6)
Liste des informations recueillies
Élaboration du plan détaillé du projet de recherche ou de
la présentation orale pour la conférence
Seul ou en binôme
En petit groupe
Séances7
et 8
Rédaction de la production : rapport de recherche ou
affiche et diaporama selon l’option prise
Seul, en binôme ou
en petit groupe
Séance 9
Communication
Présentation orale des travaux / sélection éventuelle

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Indications pour la mise en œuvre
A. Lancement
L’enseignant remet aux élèves la fiche « Résumé et gestion du projet » qui récapitule le
travail à faire et qui permet à chaque élève de gérer l’avancement de ses travaux. Ensuite
l’enseignant remet à chaque groupe une copie du courrier électronique ainsi que le dossier
documentaire.
L’objectif consiste à rédiger une proposition de projet de recherche pour la NASA
comportant une description des expériencesqui pourraient être réalisées lors d’une prochaine
mission sur Mars.Le courriel incite les élèves à consulter attentivement les ressources
documentaires. Le Directeur de Recherchey a ajouté des commentaires afin de suggérer une
marche à suivre.
B. Ressources documentaires
Les trois premières parties sont censées être extraites d’un manuel de géologie pour débutants.
Elles donnent des informations sur les volcans et les roches magmatiques.
1 –Formes des volcans
La description des volcans est simplifiée, onne distingue que deux types de volcans : les
volcans en forme de cône et les volcans boucliers. La notion defacteur de forme est introduite
pour que les élèves puissent l’utiliser lorsqu’ils traiteront les données fournies afin de
déterminer si un volcan est de type cône ou bouclier. Le calcul associé (diamètre/hauteur) est
facile à réaliser si les données sont exprimées dans la même unité. L’extrait présente le lien
entre le facteur de forme et le type de volcan. Les élèves sont amenés à penser que la
méthode d’étude des volcans de la Terre peut être appliquée aux volcans de Mars.
Certains élèves vont peut-être suggérer de renforcer l’étude des formes des volcans par des
analyses géologiques.Ils peuvent donc proposer que la prochaine mission sur Mars prélève
des échantillons des sols volcaniques martiens.
2 – Composition géologique
Les élèves vont prendre connaissance de l’effet de la durée du refroidissement sur la taille des
cristaux présents dans les roches magmatiques (plus la durée du refroidissement est longue,
plus les cristaux sont gros). Cela peut conduire certains élèves à suggérer demesurer la taille
des cristaux.
3 –Localisation
Ce document indique où les volcans se trouvent sur Terre et comment ils se forment.
4 –Caractéristiques des principaux volcans

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Les élèves doivent appliquer la définition du facteur de forme (vue dans la première partie)
aux volcans terrestres. Les élèves devraient remarquer que les FF inférieurs à 10
correspondent aux volcans en forme de cône, et les FF plus élevés aux volcans boucliers.
Nom
Hauteur (km)
Diamètre (km)
FF (d/h)
Mauna Loa
4,169
90
22
Maui
3,085
40
13
Mont Fuji
3,776
30
8
Ténérife
3,715
40
11
Mont St Hélène
2,549
25
10
La Palma
2,423
30
12
Tahiti
2,235
30
13
Nevado Ojos Del Salado
5,887
8
1
Gran Canaria
1,949
45
23
Great Sitkin
1,740
9
5
Kanaga
1,312
10
8
Moffett
1,200
9
7
Réunion
2,631
35
13
Les élèves passent ensuite à l’exploitation des données sur les volcans martiens. Ils doivent
calculer leurs facteurs de forme eten déduire qu’il n’existe que des volcans boucliers sur
Mars.Pour confirmer cette conclusion, les élèvesdevraient alors avoir l’idée d’analyser les
roches des volcansmartiens pour vérifier qu’elles se ressemblent.
L’absence de volcans de type cône, liés aux zones de subduction sur Terre, peut conduire les
élèves à suggérer que Mars ne présente pas d’activité tectonique.
La moyenne des facteurs de forme des volcans martiensest de 22, mais leurs valeurs varient
entre 28 et 18. Cet intervalle correspond-ilà des volcans composés de roches du même type ?
S’ils se posent cette question, les élèves pourraient alors proposer que la mission
martienneétudie en priorité les roches des volcans ayant des facteurs de forme élevés et bas.
Volcan
Hauteur (km)
Diamètre (km)
FF (d/h)
Olympus Mons
23
520
23
Ascraeus Mons
17
400
23
UraniusTholus
3,5
83
24
Ulysses Tholus
4,0
91
23
Elysium Mons
9,0
170
19
Hecate Tholus
6,0
170
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5 –Suggestions pour l’investigation expérimentale
Les commentaires ajoutés par le Directeur de Recherche rappellent aux élèves l’objectif de
l’activité : proposer une expérience pour la prochaine mission sur Mars afin de confirmer
l’idée que les volcans sur Mars se sont formés selon les mêmes processus que sur Terre. Le