L’activité interne du globe

Dominique Lescanne

Description

• fiche - matière potentielle : questionnaire

L'activité interne du globe Objectifs scientifiques Les élèves découvrent la structure interne et les phénomènes dynamiques de la Terre qui se traduisent par le volcanisme et les séismes [Compétence 3]. Il s'agit à un niveau simple : - de rechercher l'origine des séismes ; - de comprendre le volcanisme et la formation des roches volcaniques ; - de décrire les transformations de la lithosphère afin de construire les bases de la connaissance sur la tectonique globale ; La partie se rapportant aux risques sismiques et volcaniques peut faire l'objet d'un travail sur projet [Compétence 7].

• répartition en profondeur des foyers
• croquis d'interprétation des observations de lames minces
• vidéogramme
• roches volcaniques
• observation de vidéogrammes montrant les manifestations
• ondes sismiques
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Sujets

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Extrait

L’activité interne du globe

Objectifs scientifiques Les élèves découvrent la structure interne et les phénomènes dynamiques de la Terre qui se traduisent par le volcanisme et les séismes [Compétence 3]. Il s'agit à un niveau simple : - de rechercher l'origine des séismes ; - de comprendre le volcanisme et la formation des roches volcaniques ; - de décrire les transformations de la lithosphère afin de construire les bases de la connaissance sur la tectonique globale ; La partie se rapportant aux risques sismiques et volcaniques peut faire l’objet d’un travail sur projet [Compétence 7].

Objectifs éducatifs La mobilisation de leurs connaissances sur l’activité interne de la planète Terre permettra aux élèves de découvrir comment l'Homme peut veiller aux risques naturels volcaniques et sismiques [Compétence 3].

Cohérence verticale Au cycle 3 de l’école primaire, les manifestations de l’activité interne peuvent donner lieu à des activités d’investigation supplémentaires.

Attitudes Cette partie du programme est favorable au développement des attitudes suivantes : - le sens de l’observation ; - la curiosité pour la recherche des causes des phénomènes naturels ; - la responsabilité individuelle et collective face à l’environnement ; - l’esprit critique et notamment la distinction entre prédiction et prévision ; la prise de conscience d’enjeux de société.

[Mathématiques: échelle, agrandissement, réduction] [Physique-Chimie: changement d’état, mélanges, 5ème, vitesse, énergie cinétique, énergie, 3ème] [Thèmes de convergence :Énergie,Environnement et développement durable,Sécurité]

I - Les séismes

1 – les manifestations d’un séisme

Quelles sont les manifestations visibles d'un séisme?

O.C.: Observation de vidéogrammes montrant les manifestations et les conséquences d'un séisme. Écriture d’un texte décrivant les manifestations constantes repérées à partir de la description de plusieurs séismes. O.M.: Savoir s’informer, identifier. (I/C) Supports: vidéo « C’est pas sorcier : Les Séismes » Questionnaire vidéo « quand la Terre Tremble »

Activité 1 Q1. A partir du vidéogramme et de la fiche questionnaire jointe (questions 1,2, 3) Décrireles événements observés lors d’un séisme

Q2. A partir du vidéogramme et de la fiche questionnaire jointe (question 4) Proposer une hypothèsequi explique l’origine des dégâts constatés

I

I/Ra

Conclusion Les séismes correspondent à des vibrations totales du sol qui se propagent. Ils résultent d'une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre.

QUESTIONNAIREVIDÉO:Je m’informe à partir d’un doc vidéo (I)

«C’est pas sorcier»

I

1 Arrivée à destination 1C’est pas sorcier : Dans quel pays l’équipe de « ?» se trouve-t-elle pour étudier les séismes ……………………………………….. 2: Combien de séismes successifs ce pays a-t-il subi en 1999 ? ……………………………….. 3: Quels éléments du témoignage de Frédéric GERARD montre qu’il a subi un séisme ? ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 4: Quelles sont les conséquences visibles d’un séisme sur une ville ? ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 5: Jusqu’à quelle distance de l’épicentre les secousses ont-elles été ressenties ?................................

2 La station service 6: Que prouvent les décalages des lampadaires et des pompes à essences de la station service ? ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………….

3 Retour au laboratoire du camion avec Jamy et la petite voix 7: Dans quelles zones les séismes se déclenchent-ils majoritairement ?............................................ ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 8: Combien de séisme détecte-t-on par an sur la côte ouest des Etats-Unis ? ……………………………….. 9: Quelle est la conséquence d’un séisme sous-marin ?………………………………………………………………..

4 Retour sur le terrain avec Sabine 10: Comment appelle-t-on la déchirure du sol et du sous-sol au bord de laquelle Sabine se trouve ? Quelle est sa longueur ? ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 11: De combien de centimètres par an les deux plaques situées de part et d’autre de la faille se déplacent- elles ?....................................................................................................................... 12: Sur quelle distance les deux plaques situées de part et d’autre de la faille se sont-elles déplacées brutalement pendant le séisme de 1999 ?……………………………………………………………………………….. 13: Quels mécanismes sont à l’origine des séismes ?....................................................................... ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 14: Combien de bombes atomiques d’Hiroshima faudrait-il pour égaler l’énergie libérée par le séisme de San Francisco en 1906 ?…………………………………………………..

5 La mer de MARMARA sous surveillance 15: Peut-on prévoir avec certitude la date et le lieu d’un prochain séisme ? ……………………………………

6 Retour au laboratoire du camion avec Jamy et la petite voix 16: Qu’est-ce quel’hypocentre (ou foyer sismique)? ……………………………………………………………. 17: Qu’est-ce quel’épicentred’un séisme ? ……………………………………………………………………………… 18: Sous quelle forme, l’énergie libérée par la rupture des roches au niveau du foyer sismique se propage-t- elle ?.................................................. ………………………………………………………………………… 19: Que dire de la force des secousses sismiques lorsqu’on s’éloigne de l’épicentre du séisme ? ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. 20: Quelle norme de constructions doit-on imposer dans les zones sismiques pour les rendre résistantes ?................................................................................................................................... 21?: Comment les gouvernements préparent-ils les populations aux risques des séismes ……………………………………….………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………….

2 – L’origine des séismes

Comment naissent ces secousses qui provoquent des déformations à la surface de la Terre ?

O.C.: Modéliser simplement la cassure d’une roche et ses conséquences. Schématisation et localisation, sur un bloc diagramme du foyer, de l’épicentre, et du trajet des ondes sismiques. O.M.: Savoir raisonner (Ra); Réaliser (Ré) ; Savoir modéliser. (C) Supports: craie vidéo « C’est pas sorcier : Les Séismes » Questionnaire vidéo « quand la Terre Tremble » partie 6

Activité 2 L‘hypothèse suivante quiexplique l’origine des dégâts constatés est retenue. H 0 : Une rupture de blocs de roches en profondeur est à l’origine des mouvements de terrains en surface. Q1. Proposeralorsune expériencesimple qui permet de vérifier cette hypothèse. Ra (Vous disposez pour réaliser celle - ci d’une craie, modèle réduit d’une roche supposée être en profondeur).

Q2. Représentersimplement cette expérience et son résultat sous forme d’un schéma, puis le commenter. I/C

Q3. Interpréterles résultats de cette expérience pour expliquer ce qui se passe en réalité

Ra

Conclusion Des contraintes s’exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d’énergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau d’une faille : Le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture.

1. 2. 3. 4.

faille épicentre ondes sismiques hypocentre ou foyer

Figure 2 : bloc diagramme montrant les endroits caractéristiques pour la naissance d’un séisme.

Notions: Faille: cassure de l’écorce terrestre accompagnée de mouvement du sous–sol.

Comment peut-on enregistrer ces ondes ?

O.C.: Modélisation de l’enregistrement d’ondes avec un dispositif adapté (cordes, ressort, surface liquide).. Mise en relation du tracé d’un sismogramme avec la propagation d’ondes sismiques. O.M.: Savoir s’informer (I) ; Savoir raisonner (Ra); Réaliser (Ré) ; Savoir modéliser. (C) Percevoir la différence entre réalité (les ondes sismiques) et simulation (modèles de propagation d’ondes) [Compétence 4 B2i domaine 3]. Percevoir le lien entre sciences (propagation des ondes) et techniques (sismogrammes). Supports: vidéo « C’est pas sorcier : Les Séismes » Questionnaire vidéo « quand la Terre Tremble » Ressort Rétroprojecteur, cristallisoir, eau Potence ; fil ; crayon à papier ; poids ; 2 serre-joints.

Activité 3 Q1. On peut modéliser (imiter pour comprendre) le trajet des ondes sismiques en jetant un morceau de roche dans l’eau. Après avoir observé l’expérience présentée : Représentersimplement cette expérience et son résultat sous forme d’un schéma, puis le commenter. I/C

Q2. Interpréterles résultats de cette expérience pour expliquer ce qui se passe en réalité

Ra

Q3.Les ondes sismiques sont enregistrables en tout point du globe sur des sismographesqui donnent des tracés caractéristiques : lessismogrammes

A partir de votre livre(p.142 doc1 et 2) et du matériel proposécrayon àfil ; (potence ; papier ; poids ; 2 serre-joints), Réaliserun sismographe simple que l’on pourrait fabriquer et lereprésenter I/Ra

Q4.A partir de votre livre (p142 doc3 et 4), nommerl’épicentre du séisme, puisles stations d’enregistrement réparties à travers le Monde. I Calculerla distance les séparant de l’épicentre Ré Calculerensuite la vitesse de propagation (distance / temps) des ondes pour chaque -1 station en km.s Ré Déduiredes remarques en comparant ces vitesses des ondes aux stations I

Conclusion A partir du foyer, la déformation se propage sous forme d’ondes sismiques enregistrables.

3 – La répartition des séismes

Comment sont répartis les séismes à la surface de la Terre ?

O.C.: Recensement et localisation des séismes sur un planisphère ougrâce à un logiciel,ou un site Internet. [B2i]

O.M.: Exploiter une représentation cartographique, un planisphère [Compétence 5], [Compétence 4 B2i domaines 1 et 4] pour localiser les zones sismiques à l'échelle mondiale. Situer un séisme dans l’espace en utilisant des cartes à différentes échelles. [Compétence 5] S’informer, se documenter grâce à un logiciel ou un site Internet sur la localisation des séismes. [Compétence 4 B2i domaine 4]

Supports: vidéo « C’est pas sorcier : Les Séismes » Livre p.170 et 171 .

Activité 4 Les séismes dans le monde Q1. Décrirela répartition des séismesdans le monde (p. 170 doc.2). I Q2. Comparercette carte de la répartition des séismes (p. 170 doc.2). à celle de la carte des reliefs au niveau de l’océan Atlantique (p. 171 doc.3). Ra

Les séismes dans la région

Observerla carte de la répartition des séismesdans notre région. Q3.Exposerla remarque que vous pouvez faire concernant la région de Toulon. Ra Q4. Décrire où se répartissent les séismes de forte intensité (IX ; X sur l’échelle MSK) I Q5. Repérer à l’aide d’une croix le séisme de Lambesc qui a eu lieu le 11 juin 1909 I Donnerson intensité I

Conclusion Les séismes sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre. Ils se produisent surtout dans les chaînes de montagnes, près des fosses océaniques et aussi le long de l'axe des dorsales.

II – Le volcanisme

1 – les manifestations des volcans

Quelles sont les manifestations visibles d'un volcan?

O.C.: Comparaison de deux types d'éruptions à partir de vidéogrammes de consultations de sites Internet ou de maquettes animées. [B2i]

O.M.: Savoir s’informer, identifier. (I/C) Observer et s’interroger sur les manifestations de différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d’éruptions.

Supports: vidéos « éruption Mont St Helens » et « Volcan de la Réunion »

Activité 5 Q1. Compléterle tableau ci-dessous. I Mont St HELENS Le Piton de la Fournaise (U.S.A) (Ile de la Réunion) Couleur dominante Fréquence des éruptions Durée des éruptions Caractéristiques des émissions Type de lave Dangerosité Type de volcanisme Q2. Comparerles types de laves et les manifestations des deux volcanismes étudiés. Ra

Conclusion Lemsevolcaniest l'arrivée en surfacede magma et se manifeste par deux grands types d’éruptions. - L’arrivée en surface de certains magmas donne naissance à des coulées de lave, - l’arrivée d’autres magmas est caractérisée par des explosions projetant des matériaux.

Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz.

Comment le magma arrive-t-il en surface? O.C.: Mise en relation de la répartition de foyers sismiques avec la localisation du réservoir magmatique. Schématisation d’un appareil volcanique vu en coupe. Un magma est un mélange de roches partiellement ou totalement fondues et de gaz

O.M.: Annoter un schéma avec les différentes parties d’un édifice volcanique. [Compétence 1]

Supports: vidéos « Le_volcan_du_Vesuve_56819_750kb_LESITE»

Activité 6 Texte 1 « La matière est constituée d'atomes. Quand les atomes sont liés solidement entre eux, la matière est solide. Quand les atomes sont liés faiblement, la matière est liquide. La pression pousse les atomes les uns contre les autres et tend à rendre la matière solide. À l'inverse la température (élevée) tend à écarter les atomes, donc à rendre la matière liquide. Dans Répartition des séismes sous l'intérieur du globe, pression et température se livrent à une le Piton de la Fournaise. lutte formidable, et augmente avec la profondeur... » Extrait modifié d'un texte de Claude Allègre. Le schéma ci-contre montre la Texte 2 répartition en profondeur des  A un certain niveau en profondeur, les effets opposés de la foyers de très nombreux petits température de la pression s'annulent et les roches sont à un séismes enregistrés avant stade proche de la fusion ou en partie fondues. Ces zones l'éruption du Piton de la Fournaise. semblent favorables à la production de magma. Plus en À une certaine profondeur, on profondeur, la pression s'oppose à la température et les n’enregistra plus de fracture de la roches sont solides roche (pointillés).

Q1. Dire pourquoila roche ne peut plus se fracturer et faire naître ainsi des séismes à une certaine profondeur sous le Piton de la Fournaise. Ra Q2. Formuler une hypothèsequi décrit l'état de la matière à une certaine profondeur sous le volcan. Ra Q3.Lire attentivementensuite les deux textes (teste 1 et texte2). Don ner les arguments du textequi confirment l’hypothèse. I/Ra Q4. Déduirealors les définitions du mot magma et du mot laveaprès avoir observé la remontée des gaz d’une eau gazeuse. I/Ra Q5. Compléterle schéma joint d’un édifice volcaniqueaprès avoir observé le vidéogramme  des éruptions du Vésuve. ApC

Conclusion Le magma contenu dans un réservoir magmatique localisé, à plusieurs kilomètres de profondeur est de la matière minérale en fusion véhiculant des éléments solides et des gaz. Les matériaux émis constituent l’édifice volcanique.

2 – Des laves aux roches volcaniques

Comment se forment les roches volcaniques à partir de la lave ?(1 heure)

O.C.: Observation à l'œil nu, à la loupe, de roches volcaniques provenant des deux types d’éruption. Réalisation d'un croquis de lames minces montrant la structure de ces roches vues au microscope polarisant. Mise en relation des résultats d’une expérience de refroidissement lent ou brutal avec la structure d’une roche volcanique. La structure hémi cristalline et microlithique du basalte et de l'andésite.

O.M.: Observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, modéliser la formation des roches volcaniques. Manipuler : réaliser l’observation microscopique d’une lame mince de roche volcanique. Exprimer le résultat d’une recherche : réaliser un croquis d’interprétation des observations de lames minces. [Compétence 1] S’Informer (I), mettre en relation logique. (Ra), représenter (C)

Supports: échantillon de basalte ; échantillon d'andésite ; lames minces de basalte et d'andésite

Activité 7 Q1. Comparerà l’œil nu, puis à la loupe, la structure d’une roche née d’un volcanisme explosif, l’andésite, à celle d’une roche née d'un volcanisme effusif, le basalte. I /Ra Q2. Comparerau microscope,la structure de l'andésite, roche née d’un volcanisme explosif, à celle du basalte, roche née d'un volcanisme effusif. I /Ra

Conclusion Malgré des éruptions très différentes, les roches volcaniques ont la même structure microlithique et sont partiellement cristallisées : on dit que la structure estéhim cristalline.

Comment naît cette structure commune aux roches volcaniques ?(1 heure)

O.C.: Observation d’une expérience montant une relation entre la taille des cristaux et la vitesse de refroidissement. Mise en relation des résultats d’une expérience de refroidissement lent ou brutal avec la structure d’une roche volcanique. La structure d’une roche conserve la trace des conditions de son refroidissement.

O.M.: Observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, modéliser la formation des roches volcaniques. Manipuler : Mise en relation du résultat du refroidissement lent ou brutal de vanilline fondu avec un modèle de formation des différents constituants d’une roche volcanique (Réa ; Rai)

Supports; bacs à glaçons : microscope: vanilline ; lames de verre ; plaques chauffantes ; pinces en bois polarisant

Activité 8 Constat:L'observation du basalte et de l'andésite au microscope polarisant a révélé la présence de phénocristaux et de microcristaux noyés dans un verre (structure hémi cristalline). Q1. Formuler le problèmequi naît de ce constat Ra Q2. Proposer au moins une hypothèsequi puisse répondre à ce problème Ra Q3. Donner les conséquences vérifiableshypothèsede cette Ra Expérience et mode opératoire Pour vérifier l’hypothèse, on se propose de réaliser l’expérience de cristallisation de la vanilline. - La vanilline s’achète sous forme de cristaux en pharmacie. - Pourobserver facilement sa cristallisation,placerquelques cristaux entre deux lames, puischaufferà l'aide d’une plaque chauffante électrique. (Les lames sont maintenues bien serrées grâce à des pinces en bois). - Dès que la vanilline est fondue, onplacela préparation sous lemicroscope polarisant. On fait de même en refroidissant brutalement les lames sur un lit de glace. N.B. : Plus les pinces sont serrées, plus les cristaux seront colorés et clairs (épaisseur réduite) Résultats Q4. Décrirela formation des cristaux à température ambiante observée sous le microscope polarisant I/C Q5. Représenter sous forme de croquisles résultats des deux types de refroidissement. C Discussion et conclusion Q6. (a) Interpréterces résultats et (b)répondreau problème soulevé. Ra

Conclusion Les roches volcaniques proviennent du refroidissement du magma. Le refroidissement par étapes du magma, sa solidification sous forme de cristaux et de verre, donnent naissance aux roches volcaniques. La structure de la roche conserve la trace de ses conditions de refroidissement.

3 – La localisation des volcans

Comment est réparti le volcanisme à la surface de la Terre ?

O.C.: Localisation des zones volcaniques du globe à partir d'un planisphère, ou d’un logiciel de visualisation. [B2i] Comparaison de la répartition mondiale des séismes et des volcans. [B2i] Cartographie des différents types de volcans

O.M.: Exploiter une représentation cartographique, un planisphère [Compétence 5], [Compétence 4 B2i domaines 1 et 4] pour localiser les zones volcaniques. S’Informer (I), mettre en relation logique. (Ra), représenter (C)

Supports: Carte de la répartition mondiale du volcanisme ; Carte de la répartition mondiale des séismes.

Activité 9 Il existe dans le monde plus de 5000 volcans actifs. Certains ont une activité quasi permanente (Piton de la Fournaise). D'autres se réveillent après plusieurs années de sommeil (500 ans pour le Pinatubo). Q1. Décrirela répartition des volcans à travers le Monde (p. 172 doc.3). I Q2. Repérersur la carte ce que les géologues nomment « le Cercle de feu du Pacifique ». I Q3. Comparerla répartition mondiale du volcanisme à celle de la répartition mondiale des séismes. (p. 174 doc.1 et doc.2). Ra

Conclusion Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe - Sur les continents, des volcans actifs sont alignés, principalement autour de l’océan Pacifique et le long de grandes cassures. - Dans les océans, les zones volcaniques se situent dans l’axe des dorsales océaniques.