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Terre vivante

mercredi 2 décembre 2009,  par Christine Partoune

Compétences géographiques de référence

-  construire des schémas ;
-  construire des modèles spatiaux ;
-  localiser et situer des événements dans un cadre de références spatialisées.

Objectifs

-  Echafauder des hypothèses à partir d’observations et construire collectivement des explications raisonnées.
-  Savoir lire des graphiques, interpréter des données.
-  Acquérir les notions liées à la structure interne de la terre, aux séismes, au volcanisme et à la tectonique des plaques.

Professeurs concernés

Géographie, physique, français ou anglais (pour les jeux de rôle).

Déroulement

Durée : variable (de 5 à 15 heures).

1. Qu’avons-nous sous nos pieds ? 2. Séismes, éruptions volcaniques 3. Les séismes 4. Localisation et typologie des volcans 5. Elaboration et présentation de modèles théoriques 6. Synthèse : séismes, volcans et tectonique des plaques 7. Vies humaines en danger 8. Séismes et nucléaire

1. Qu’avons-nous sous nos pieds ?

Activité basée sur une idée de Marylène Michelini (St Joseph, Chênée) qui l’utilise pour introduire la séquence sur la structure interne de la terre. L’objectif est de recueillir les représentations des élèves concernant l’intérieur de la terre.

Il est demandé aux élèves de représenter comment ils imaginent l’intérieur de la terre : d’abord individuellement, ils complètent un schéma de base, depuis ce qui se trouve sous ses pieds jusqu’au centre de la terre. Puis, deux à deux, ils confrontent leurs représentations (mise en commun des savoirs, création de débats sociocognitifs).

2. Séismes, éruptions volcaniques

Phase de contact avec ces deux phénomènes, si possible visuellement (vidéos, photos, webcams), éventuellement avec des articles de presse. Autre idée : accéder au témoignage d’élèves ayant vécu une catastrophe naturelle. Voyez le site "Catastrophes naturelles". Ce site est à destination des 10/15 ans et propose des ressources pédagogiques libres de droits.

Relever les réactions, les questions de tout ordre qui peuvent surgir (réactions émotionnelles, demandes de précisions, d’explications) et les noter au tableau comme autant de matériaux pour construire la recherche.

Ensuite, les élèves se répartissent en sous-groupes de quatre et tentent de construire des explications à partir de leurs observations et à partir de leurs préconceptions de la structure interne de la terre. Certains groupes travaillent sur les séismes, d’autres sur les volcans.

Les élèves préparent ensuite une courte communication (7’) pour exposer leurs hypothèses d’explication. Ils peuvent l’appuyer par un schéma. Les autres groupes sont invités à critiquer leur raisonnement, à l’instar d’une communauté scientifique lors d’un colloque. Pour la suite du cours, deux formules sont imaginables : soit toute la classe travaille sur chaque sujet, soit la recherche se poursuit en parallèle, avec une confrontation des résultats in fine. L’objectif des séquences suivantes est d’engranger de nouvelles informations et de les confronter aux ébauches de modèles d’explication.

3. Les séismes

3.1 Localisation et description des séismes

Par petits groupes, les élèves se rendent sur le site Iris Event search.

Ce site propose un petit moteur de recherche de séismes en fonction de plusieurs paramètres (localisation, magnitude, date, profondeur) ; les résultats sont affichés soit sous forme de tableau, soit sous forme de carte. Par groupes, les élèves vont commander quelques recherches. L’enseignant est là pour les aider à décoder les différents éléments qu’il faut paramétrer. Commencer le premier exercice en introduisant les données de localisation pour le lieu où se trouve l’école. Recherche libre ensuite, pour prendre connaissance des ressources du site.

Ensuite, les élèves sont invités à modifier les valeurs des paramètres pour vérifier les hypothèses d’explication qu’ils ont échafaudées précédemment ou les préciser. Laisser surgir les questions des élèves et les laisser tester diverses hypothèses, par exemple, "plus c’est profond, plus la magnitude est faible".

Le rôle de l’enseignant est d’aider les élèves à découvrir l’importance de la rigueur scientifique dans un processus expérimental (ne faire varier qu’un paramètre à la fois - ne pas tirer de conclusions trop rapidement sur base d’un nombre trop limité d’observations, notion de fréquence, de moyenne...).

A l’issue de cette étape, les élèves ont déjà consolidé une série de notions. Ils élaborent de nouvelles hypothèses ou enrichissent les premières concernant l’origine des tremblements de terre.

3.2 Localisation des séismes et types de déplacement

Une seconde partie du site Iris montre un planisphère où sont répertoriés les séismes les plus récents : Iris Seismic monitor. Cette carte est mise à jour automatiquement toutes les trente minutes.

Il est possible d’obtenir des informations sur les stations de surveillance sismique et d’obtenir une liste complète des plus récents séismes. La distribution de la séismicité dans les cinq dernières années permet de mettre en évidence les limites des plaques tectoniques et la relation entre topographie et séismicité. En cliquant au centre d’un cercle, une liste de tous les séismes apparaît avec le séisme sélectionné en jaune, ainsi que les événements qui se sont produits dans un rayon de 10 degrés en caractère blanc gras. Pour chaque tremblement de terre de magnitude supérieure à 6, un lien renvoie à une page détaillée du séisme : localisation, heure, profondeur, séismogrammes, environnement tectonique (avec petite animation montrant le type de mouvement), fréquence de ce type de séisme dans la région, propagation de la vague sismique.

Consignes pour les élèves :

-  1. Observer la carte mondiale et décrire la répartition des séismes.
-  2. Sélectionner un cercle au choix.
-  3. Dans la liste de séismes qui apparaît, choisir un séisme de magnitude supérieure à 6.
-  4. Explorer en détail la page consacrée à ce séisme.
-  5. Comparer avec les autres séismes de magnitude supérieure à 6.

Rôle de l’enseignant : aider les élèves à comprendre les nouvelles informations (séismogramme, différents types d’ondes et leur signification, mouvements de failles), recueillir leurs nouvelles questions et leur demander ce qui leur manque encore comme information pour aller plus loin dans la recherche de validation de leur modèle d’explication.

Pour approfondir la notion de magnitude et découvrir comment on détermine l’épicentre d’un séisme, les élèves peuvent aller sur le site Virtual Earthquake, qui propose un exercice en ligne vraiment très simple et accessible. Le site est en anglais, mais les démarches à effectuer sont faciles à comprendre. Ci-dessous, la fiche élève pour faciliter la progression des élèves ne maîtrisant pas suffisamment l’anglais.

Fiche élèves pour la visite du site web Virtual Earthquake

Comment déterminer l’épicentre d’un séisme ?

-  1. Après avoir bien compris comment interpréter un séismogramme, aller au bas de la page, sous le titre "OK. Let’s have an earthquake !", choisir une région du monde puis cliquer sur la case "Submit choice".

-  2. Sur la page suivante ("Determining The Earthquake Epicenter"), une région du monde apparaît, avec la localisation de toute une série de stations de mesure. Observer le séismogramme pour comprendre comment on mesure le temps écoulé entre les ondes P et les ondes S. Ensuite, cliquer sur la case "View seismograms".

-  3. Sur cette page, on peut voir trois séismogrammes enregistrés pour le même séisme, à trois stations différentes. Calculer chaque fois très précisément l’intervalle de temps entre les ondes P et les ondes S ; entrer les résultats dans les cases prévues pour cela puis cliquer sur la case "Convert S-P interval".

-  4. Après avoir découvert une abaque théorique, présentant les vitesses de propagation des ondes S et P, aller plus bas sur la page et calculer la distance entre l’épicentre et chaque station de mesure, d’après l’abaque S-P. Cliquer ensuite sur la case "Find epicenter".

-  5. On observe la carte de départ avec trois cercles de couleurs différentes. Essayez d’interpréter cette carte. (Les cercles sont centrés sur les stations de mesure et leur rayon correspond aux mesures introduites par les élèves ; si les mesures ont été précises, l’intersection des trois cercles donne la position de l’épicentre, par la méthode de triangulation. Si les élèves n’ont pas effectué de mesures très précises, le programme leur permet de comparer leurs résultats avec les résultats obtenus par les scientifiques ; ils peuvent aussi recommencer leurs mesures).

Comment calculer la magnitude d’un séisme (échelle de Richter) ?

-  6. Au bas de la page dont question au point 5, cliquer sur la case "Compute Richter magnitude". Aller directement au bas de la page et observer le séismogramme pour savoir comment on calcule l’amplitude maximale d’une onde. Cliquer sur "Go to next page".

-  7. Sur un graphique théorique qu’on appelle un nomogramme, on peut comprendre comment on détermine la magnitude d’un séisme, d’après l’amplitude maximale enregistrée à un endroit donné et la distance entre cet endroit et l’épicentre. Go to next page.

-  8. Pour chaque séismogramme présenté, calculer précisément l’amplitude maximale et introduire le résultat à l’endroit voulu. Cliquer sur "Submit to nomogramme".

-  9. Le nomogramme du séisme considéré apparait. Lire la magnitude et l’introduire en dessous du tableau. Attention : utiliser un point avant les décimales et pas une virgule. Cliquer sur "Confirm magnitude".

-  10. Cette page permet d’obtenir un certificat virtuel de séismologue et un tableau global avec toutes les mesures effectuées.

Pour aller plus loin, et plus particulièrement dans le cadre du cours de physique, visitez le site "Sismo-écoles".

Quelques écoles françaises sont équipées de sismographes et mettent les données enregistrées en ligne. Des logiciels sont téléchargeables, ainsi que des propositions d’activités pédagogiques très approfondies.

4. Localisation et typologie des éruptions volcaniques

Les élèves vont d’abord se rendre sur le site Global Volcanism Program de la Smithsonian Institution, qui offre une belle carte de répartition de tous les volcans, puis sur celui de Volcano World ou sur le site A la découverte des volcans. L’objectif de cette exploration guidée est de recueillir de nouvelles informations permettant d’enrichir le modèle explicatif élaboré précédemment.

Afin de réaliser une typologie des éruptions volcaniques, il serait nécessaire que les élèves construisent préalablement une fiche d’observation, à affiner en cours d’exploration. Que faut-il essayer de repérer ? (localisation, forme, dimension, matériaux éjectés, modalités d’éruption,...).

Rôle de l’enseignant : aider les élèves à construire la fiche d’observation, recueillir leurs nouvelles questions et leur demander ce qui leur manque encore comme information pour aller plus loin dans la recherche de validation de leur modèle d’explication.

Consignes pour les élèves :

-  1. Aller sur le site Global Volcanism Program. Observer la carte mondiale (Volcanoes on the World) et décrire la répartition des volcans.

-  2. Aller sur le site Volcano World, sur la page des volcans en activité actuellement. En cliquant sur chaque lien, on a accès à une fiche descriptive en anglais, souvent accompagnée de photos et parfois de petits films (très courts, lents à charger et de mauvaise qualité en général). C’est surtout l’observation des photos qui nous intéresse. Explorer plusieurs volcans, les décrire en utilisant la fiche d’observation et les comparer.

-  3. Compléter la recherche par des observations en temps réel : certains volcans sont surveillés en permanence par des caméras "live cams" ou "webcams" qui nous font parvenir des images régulièrement. Attention au décalage horaire !

Sur le site Stromboli On-line, toutes les livecams de volcans sont répertoriées :

-  Volcans en Sicile
-  Popocatepetl (Mexique)
-  Mont Fuji
-  San Salvador
-  Mt St Helens
-  Mont Shasta (Californie)
-  Iwate (Japon)
-  Mont Sakurajima (Japon)

Autre site à visiter :
-  Le site de l’association LAVE.

5. Elaboration et présentation de modèles théoriques

Retour aux schémas de l’intérieur de la terre et aux hypothèses d’explication. Tenter, grâce à l’ensemble des observations réalisées, de construire une explication globale des phénomènes sismiques et volcaniques. Le but serait de répondre aux questions suivantes :
-  qu’est-ce qui explique les différents types de séismes ?
-  qu’est-ce qui explique les différents types d’éruptions volcaniques ?
-  pourquoi sont-ils localisés en ces endroits ?

Chaque sous-groupe expose ses idées avec schémas et références visuelles à l’appui, glanées lors de leur exploration sur le web. Confrontations multiples, relevé des questions non résolues, des contradictions et des informations manquantes.

En un second temps, chaque sous-groupe explique comment il a travaillé. Ensemble, tenter de dégager une typologie des processus de recherche et les évaluer.

6. Synthèse : séismes, volcans et tectonique des plaques

L’objectif de cette séquence est de découvrir les modèles explicatifs en vigueur actuellement au sein de la communauté scientifique. Le professeur insistera sur le caractère toujours inachevé de ces modèles théoriques. Beaucoup d’inconnues subsistent encore.

-  Commencer par une séquence sensorielle, avec le modèle animé et de visualisation des séismes sur la terre pour les 14 derniers jours, présenté sur le site Sensorium. Les concepteurs ont voulu présenter la terre comme si nous pouvions la tenir en main et ressentir ses pulsations, pour être davantage sensible au fait qu’elle bouge tous les jours, chez nous comme à l’autre bout du monde.

-  Dans l’atlas, mettre en vis-à-vis la carte des séismes et la carte des volcans et les comparer. Tenter d’expliquer les similitudes et les différences.

-  Confronter les schémas et explications produits par les élèves avec les schémas et animations proposés sur le site d’Elf-Aquitaine pour expliquer la tectonique des plaques, dont l’intérêt est qu’ils sont dépourvus de tout commentaire. Le visuel est privilégié.

-  Découverte du schéma de la structure interne de la terre sur le site Elf-Aquitaine. Revenir à la sismique pour expliquer la démarche déductive qui a conduit aux hypothèses actuelles.

7. Vies humaines en danger

Amorce : Pourquoi une "petite" éruption a-t-elle tué 25000 personnes ?

Sur le site "Catastrophes naturelles", le compte-rendu détaillé de l’éruption du Nevado del Ruiz en 1985 (Colombie) permet d’apprendre comment une éruption relativement mineure peut avoir des conséquences catastrophiques (25 000 morts pour la ville d’Armero), en raison d’erreurs humaines très importantes.

Jeux de simulation

Sur le site Volcano World, deux jeux de simulation sont proposés. En voici la traduction.

Jeu 1 : Evacuation d’une zone de loisirs

Les élèves sont des touristes passant un WE au pied du Mont Sainte Hélène. Une éruption est annoncée. Ils doivent imaginer comment s’en sortir.

Objectifs

1. Collaborer en petits groupes pour résoudre un problème. 2. Minimiser les risques et les menaces sur la sécurité humaine. 3. Identifier les comportements appropriés en cas d’urgence. 4. Prévoir un dispositif structuré, étape par étape, en un temps limité. 5. Evaluer les décisions prises en groupe.

Déroulement

-  1. Chaque groupe dispose d’une copie de la carte de l’endroit où il se trouve. Commencer par décider où ils vont s’installer pour camper et justifier leur choix (3 raisons au moins). Marquer l’endroit d’une croix.
-  2. "On disait que...." Le professeur lit à haute voix le scénario de mise en situation.
-  3. Expliquer qu’il est maintenant 7h30 du matin et que le groupe a seulement 30 minutes pour organiser l’évacuation de la zone le plus rapidement possible en se servant des ressources dont ils disposent. Ressources : - une moto- une radio à piles - des réserves de nourriture pour 3 jours - 3 cannes à pêche et un couteau de chasse - 3 baluchons - une lanterne - une carte de la zone de loisirs - un jeu de cartes.
-  4. Il peut être utile que le professeur donne un canevas de démarche de résolution de problème (exemple ci-dessous), ou alors laisse les élèves travailler librement, avec d’autres élèves observateurs des processus.

Exemple de démarche pour résoudre un problème :

-  Recueillir toutes les idées, les lister et les noter sur des bouts de papier.
-  Sélectionner les trois meilleures idées et discuter des avantages et inconvénients de chacune d’entre elles.
-  Choisir la meilleure idée ou combiner les idées.
-  Répartir les rôles et les responsabilités.
-  Rédiger un plan d’action, avec une ligne du temps. "Quand votre groupe est arrivé à un accord et a complété son plan d’action, vous pouvez être considérés comme évacués. Notez le temps qu’il vous a fallu pour réaliser la tâche."

-  5. Après 30 min, le professeur signale que le temps est écoulé et vérifie où en sont les différents groupes. Mise en commun des différents plans.

-  6. En sous-groupes, échanger à propos des questions suivantes : 1. Comment avez-vous vécu l’exercice ?

2. Que pensez-vous de l’exercice ?

3. Qu’avez-vous rencontré comme difficultés ?

4. Que vous a-t-il manqué ?

5. Cette simulation est-elle proche d’une situation réelle ?

6. Comment votre groupe a-t-il résolu les conflits ?

7. Quels sorte de comportements sont adaptés dans une situation semblable ?

8. Quels sont les problèmes que vous avez réussi à solutionner dans le temps qui vous était imparti ?

9. Choisir un de ces problèmes et essayer d’envisager encore d’autres solutions.

Jeu 2 : Alerte à l’éruption

Ce jeu est beaucoup plus complexe et requiert une bonne connaissance de l’anglais pour pouvoir utiliser les informations disponibles sur les sites web. Il s’étale sur dix jours de cours à raison d’une analyse de rapport par jour. Il est préférable de ne pas dire au élèves combien il y a de rapports.

Contexte : la ville de Toutle, au SW de l’état de Washington, est la ville qui était la plus proche du Mont Ste Hélène lors de l’éruption de 1980. Ce jeu est basé sur les événements précurseurs qui sont survenus à cette époque.

Objectifs

Utiliser les données fournies et les ressources des élèves pour : 1. Développer un plan d’évacuation des résidents, des écoles et des zones de loisirs ;

2. Déterminer si les routes et les zones de loisirs doivent être fermées et à quel moment ;

3. Evaluer l’impact de l’accroissement du tourisme sur l’économie et les ressources locales ;

4. Imaginer un système de surveillance des volcans et sa localisation ;

5. Déterminer, cartographier et établir une échelle des risques volcaniques potentiels.

Explorer les sites suivants :
-  Mount St. Helens Eruptive Activity ou le site Mt St. Helens
-  The Two-Month Precursory Period.

Compléter avec le site Welcome to Mount St. Helens et le site en français de Dominique Decobecq, avec infos sur l’éruption de 2004 et liens vers d’autres sites.

Matériel 1. Accès au WWW et au site VolcanoWorld (30 minutes par groupe) 2. Carte topographique de la région choisie (ici pour le Mt Ste Hélène) 3. Un atlas 4. Télécharger
-  la carte régionale de la zone de montagne
-  les Daily Volcano Reports

Déroulement

1.Diviser la classe en groupes de 3 à 6 élèves.

2. Chaque personne dans le groupe choisit un ou plusieurs personnages qu’il va incarner au cours du jeu.

Exemples de rôles :
-  le scientifique : Interprète les données à propos du volcan, détermine les zones de destruction potentielle, les événements et les chemins d’évacuation, détermine les zones à fermer, etc ...
-  le maire/bourgmestre : ses préoccupations sont la survie de la communauté, à la fois physiquement et économiquement. C’est lui qui organise les ressources locales.
-  l’ingénieur régional : commande et coordonne la fermeture des routes, ponts, et autres infrastructures.
-  le personnel d’intervention urgente (Police, garde, ....) : planifie et met en oeuvre la fermeture des zones, ainsi que le déplacement des personnes autorisées à circuler dans les zones fermées.
-  les habitants : surtout préoccupés de leur sécurité, de sauver ce qu’ils possèdent, de protéger leur propriété.
-  des visiteurs, des curieux : tout ce qu’ils cherchent c’est d’avoir une vue la plus proche possible de ce qui se passe.

3. Chaque groupe prend connaissance du "Daily Volcano Report" du jour (Le professeur pourrait lire le dernier rapport à la classe le dernier jour).

4. Sur cette base, chaque groupe va définir un plan commun et organiser une réponse au rapport en fonction des questions posées.

Exemples de ce que les réponses pourraient contenir :
-  Réaction initiale aux données.
-  Un graphique de l’éruption, du séisme et de l’activité climatique.
-  Les décisions à prendre pour pouvoir répondre immédiatement à la situation.
-  Mettre en oeuvre les décisions.
-  Ce qu’il faut changer dans le plan des prochains jours.
-  Une prévision des événements futurs.

8. Séismes et nucléaire

Les élèves reçoivent un article de presse tel que celui-ci, originaire du milieu pronucléaire :

"Les deux graves tremblements de terre de Kobe (séisme de Hanshin, 17 janvier 1995) et du sud de la Californie (séisme de Northridge, 17 janvier 1994) ont touché des régions industrielles fortement peuplées. Malgré les terribles destructions à proximité immédiate de l’épicentre, les centrales nucléaires situées un peu plus loin dans la région sont restées intactes dans les deux cas, résultat d’une planification prévoyante lors de la construction de ces installations." Association suisse pour l’énergie atomique, Feuille d’information, 1995.

Inviter les élèves à s’interroger sur les risques d’un séisme pour les centrales nucléaires de leur pays.

Pour la Belgique : utiliser les ressources de l’Observatoire Royal de Séismologie de Belgique. On y trouve surtout une carte de Belgique avec les séismes enregistrés. Y ajouter la localisation des centrales nucléaires.

Dans l’autre sens, les essais nucléaires souterrains ou sous-marins sont parfois à l’origine de tremblements de terre, de raz de marée ou de glissements de terrain qui ont déjà été à l’origine de dégâts considérables. Par exemple, certains scientifiques russes sont convaincus que le séisme qui a dévasté l’Arménie en 1988 et coûté la vie à 45 000 personnes fut engendré par un essai nucléaire souterrain réalisé la semaine précédente à Novaya Zemlya, situé à 3000 km de l’épicentre. Bien entendu, c’est en général le silence sur l’origine réelle de tels phénomènes "naturels".

Ces informations peuvent conduire à un projet de visite d’une centrale nucléaire, ce qui donnera l’occasion d’interroger les responsables de la centrale. Confronter les réponses obtenues avec celles d’autres acteurs (responsables communaux, associations telles que Greenpeace, scientifiques, responsables politiques à l’échelle nationale, ...). Pour plus d’informations, consultez Greenpeace France, qui dispose d’un dossier tout à fait intéressant à ce sujet et d’une riche bibliographie.

Pour citer cet article :

Frédérique Delvaux et Christine Partoune, 1999. Terre vivante, activité pédagogique pour l’enseignement secondaire, Laboratoire de méthodologie de la Géographie, Université de Liège, Recherche interréseaux en éducation sur les compétences terminales en géographie, Ministère de la Communauté française.

Mise à jour des liens internet : 2/12/2009.


 

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