Modélisation des phénomènes associés à la convergence ... - Pierron

Pierron - SVTFiche professeur - 4 eCSVT54Activité 54 : Modélisation des phénomènes associés à laconvergence au niveau d’une fosse océanique1. EXTRAITS REFERENTIELS DU BOPartie : L’activité interne du globeConnaissancesLes variations de la vitesse des ondes sismiques enprofondeur permettent de distinguer la lithosphèrede l’asthénosphère.La partie externe de la Terre est formée de plaqueslithosphériques rigides reposant sur l’asthénosphèrequi l’est moins.Les plaques sont animées de mouvements quitransforment la lithosphère (formation de chaînes demontagnes, déplacement des continents, ouvertureet fermeture des océans).A raison de quelques centimètres par an, les plaquesse forment et s’écartent à l’axe des dorsales.Elles se rapprochent et s’enfouissent au niveau desfosses océaniques.L’affrontement des plaques engendre desdéformations de la lithosphère et aboutit à laformation de chaînes de montagnes.Capacités déclinées dans une situationd’apprentissageExprimer le résultat d’une recherche : schématisersur un planisphère, sur une représentationcartographique des mouvements aux limites deplaques.Exprimer le résultat d’une recherche : réaliser unschéma fonctionnel de la partie externe de la Terre.Observer, questionner, argumenter, modéliser defaçon élémentaire afin de relier les mouvements desplaques à l’ouverture et à la fermeture d’un océanjusqu’à la formation d’une chaîne de montagne.Exemples d’activitésAnalyse de documents concernant la théoriede Wegener. [Histoire des sciences]Identification des mouvements de part etd’autre des frontières des plaques sur unplanisphère, à partir de données GPS.Mise en relation de l’existence de fosses, deséismes profonds avec l’enfoncement de lalithosphère océanique, à partir de cartes, deschémas, ou de logiciels devisualisation.[B2i]Utilisation de maquettes montrant lemouvement des plaques.Reconstitution du déplacement d’une massecontinentale, de la disparition d’un océan etde la formation d’une chaînes de montagnes,à partir de cartes et de schémas ou delogiciels de visualisation.[B2i]Observation de déformations des roches àl’échelle de l’affleurement.Réalisation de maquettes reproduisant cesdéformations.2. PLACE DE L’ACTIVITE DANS UNE PROGRESSIONChapitre VI : Comment les plaques sont-elles délimitées?Chapitre VII : Comment comprendre les mouvements des plaques et leursconséquences ?1.Comment comprendre les mouvements des plaques au niveau des fosses océaniques(zones de rapprochement) ?Activité : Modélisation des phénomènes associés à la convergence au niveau d’une fosseocéanique2.Comment comprendre les mouvements des plaques au niveau de l’axe des dorsalesocéaniques (zones d’écartement) ?3.Quelles sont les conséquences du mouvement des plaques pour les océans et lescontinents au cours des temps géologiques ?© PIERRON 2008 page 1/8

Pierron - SVTFiche professeur - 4 eCSVT543. PRESENTATION DE L’ACTIVITE- Objectifs de connaissances :• Plaques ; convergence ; fosse océanique; fermeture d’un océan ; modèle- Objectifs méthodologiques et/ou technologiques :• Utiliser un modèle dans le but de proposer une hypothèse explicative (Raisonner)- Liste du matériel :Environnement proposé pour une introduction de l’activité (données initiales):- Planisphère en relief Réf 17036 (voir photo ci-dessous)Par poste de travail :- Modèle « Age du fond des océans » Réf 15475 (voir photo ci-dessus)Environnement proposé pour une généralisation des observations réalisées :- Caméra Didacam Réf 03743- Vidéoprojecteur (ou à défaut écran télé)- Sites Internet : animations fermeture d’un océan : par exemple celle disponible en ligne sur le site :www.biologieenflash.net/sommaire.html (intitulée « la subduction ») ou celle du sitehttp://rolenet.free.fr/svt ...un exemple de modélisation analogique de la subduction par des géologues : voir l’article illustré misen ligne sur le site Planet-Terre de l’ENS-Lyon (http://planet-terre.ens-lyon.fr )par Benoit Urgellid’après une conférence de Laurent Jolivet (Université Jussieu, Paris) et Claudio Faccenna (Universitàdegli Studi Roma Tre)http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-subduction-sansconvergence.xml- Fiche techniqueVoir fiche fournie avec le modèle « Age du fond des océans »© PIERRON 2008 page 2/8

Pierron - SVTFiche professeur - 4 eCSVT54- Intégration pédagogique :1. Après avoir montré l’existence de plaques lithosphériques animées de mouvements derapprochement ou d’éloignement, on se propose ici de modéliser l’enfouissement des plaquesau niveau des fosses océaniques. Le choix de traiter la « subduction » avant l’ « accrétion » està mettre en lien (sans que cette précision soit exigible voire même explicitée suivant le niveaude la classe) avec le fait que les géologues ont montré que dans la réalité c’est l’enfoncementde la plaque au niveau des fosses océaniques de par la différence de densité avecl’asthénosphère sous-jacente qui « tire » cette plaque (pour 80%) et engendre ainsil’accrétion…2. Le TP peut être initié à partir :- du rappel de la comparaison des données GPS ayant permis de mettre en évidence la relation« limites de plaques en convergence et fosse océanique », en utilisant par exemple unplanisphère montrant le relief et les mouvements des plaques à leur limites (voir photo cidessous);- de la comparaison de coupes perpendiculaires aux fosses océaniques avec la localisation desfoyers des séismes (voir manuel)3. La phase de critique du modèle pourra utilement revenir sur la durée des phénomènesgéologiques.4. En fonction du nombre de modèles disponibles, on peut imaginer un TP « en mosaïque » avecles autres TP de cette leçon : chacun des groupes ayant alors un compte-rendu à rédiger(reprenant le titre du TP, son objectif, la description de ce qui a été fait, l’hypothèse explicativeproposée mais aussi différences modèle/réalité repérées) ; un groupe choisi présente le travail àla classe pour chacun des TP (une Didacam reliée au vidéoprojecteur assurant à tous la bonnevision des données présentées).5. Une synthèse du modèle explicatif de l’enfouissement des plaques lithosphériques pourra sefaire à partir d’une animation numérique : par exemple celle disponible en ligne sur le site :www.biologieenflash.net/sommaire.html (intitulée « la subduction ») ou celle du sitehttp://rolenet.free.fr/svt ...On pourra aussi montrer un modèle utilisé par des géologuesspécialistes du sujet (voir site évoqué plus haut).© PIERRON 2008 page 3/8

Pierron - SVTFiche élève - 4 eCSVT54Nom :Prénom :Classe :Date :Evaluation expérimentale S.V.T.Activité 54: Modélisation des phénomènes associés à laconvergence au niveau d’une fosse océaniqueOn rappelle que les données GPS ont montré un mouvement derapprochement de points situés de part et d’autre des fossesocéaniques (on parle de convergence): on peut donc penser que danscette zone des portions de plaques disparaissent de la surface duglobe.Par ailleurs on a pu localiser les foyers des séismes profonds danscette zone (voir coupe fournie)Votre objectif est de modéliser cette hypothèse de disparition des plaques au niveau des fossesocéaniques afin de mettre en relation l’existence de fosses océaniques, celle de séismesprofonds, la disparition de portions d’une plaque lithosphérique et le devenir d’un océan danscette zone. L’ensemble sera à présenter ensuite à la classe.Pour ceci, vous disposez du matériel suivant :- Modèle fourni- Coupe montrant la localisation des foyers des séismes à proximité d’une fosse océanique (voir manuel)1. On a pu établir la répartition des foyers sismiques à proximité de la fosse océanique sudaméricaine(voir manuel) :a. Repérez la fosse océanique, ainsi que les deux plaques (plaque Nazca et plaque sud-américaine)qui se rapprochent l’une de l’autre dans cette zone.b.Décrivez la répartition des foyers des séismes en allant de l’Ouest vers l’Est.2. En utilisant le modèle fourni, modélisez la disparition de portions de la plaque Nazca :- Etablissez la correspondance entre le modèle et la réalité géologique en ajoutant les légendessuivantes au schéma du modèle (étape 1): « zone représentant la fosse océanique, « élémentreprésentant le continent sud-américain », « élément représentant l’Océan Pacifique » ; « élémentreprésentant la plaque Nazca », « élément représentant la plaque sud-américaine » ; et en ajoutant desflèches représentant le mouvement de ces deux plaques ;- Pour agir sur le modèle, placez l’une des plaques bleues complètement à gauche du modèle, (cetteplaque ne représente aucune structure dans l’exemple choisi) , placez l’autre plaque bleue au milieudu modèle et repliez la feuille plastique sous cette plaque ( cette partie repliée ne correspond àaucune structure) puis tirez progressivement sur la feuille plastique pendante vers le bas ;- Comparez le modèle au fur et à mesure de son utilisation avec la coupe montrant la répartition desfoyers sismiques.© PIERRON 2008 page 4/8

Pierron - SVTFiche élève - 4 eCSVT543 .Rédigez un compte-rendu de votre travail en précisant l’hypothèse de disparition d’une plaquelithosphérique dans une zone de fosse océanique :- en complétant les schémas suivants (étapes 2 à 3) par les légendes évoquées précédemment ;- en ajoutant un court texte en dessous expliquant la disparition d’une plaque dans une zone defosse océanique et la relation avec les foyers sismiques observés dans cette zone ;- en relevant les différences entre ce modèle et la réalité des phénomènes géologiques qu’il permet demieux comprendre.Etape 1 :Etape 2 :Etape 3 :© PIERRON 2008 page 5/8

Pierron - SVTFiche professeur - 4 eCSVT54FICHE ELEVE CORRIGÉEActivité 54 : Modélisation des phénomènes associés à laconvergence au niveau d’une fosse océanique1. Décrivez la répartition des foyers des séismes en allant de l’Ouest vers l’Est :La profondeur des séismes augmente en allant de la fosse océanique vers l’est : elle passe dequelques km à près de 400 km de profondeur.2. En utilisant le modèle fourni, modélisez la disparition de portions de la plaque Nazca :Voir photos ci-après3. Rédigez un compte-rendu de votre travail en précisant l’hypothèse de disparition des plaqueslithosphériques en relation avec la formation de séismes :Voir schéma ci-après- En ajoutant un court texte en dessous ;L’utilisation de ce modèle permet de visualiser l’hypothèse expliquant la disparition desplaques lithosphériques : au niveau des fosses océaniques, l’une des plaques s’enfonce dansl’asthénosphère sous-jacente en provoquant des séismes. Ce phénomène engendre aussi lafermeture d’un océan.- en relevant les différences entre ce modèle et la réalité des phénomènes géologiques qu’il permet demieux comprendre.modèleréalitéVitesse des mouvements cm/ s cm/anMatières plastique rochesVolumes déplacés cm 3 milliers de km 3Matériau présent sous lesplaquesairRoches essentiellementsolides constituantsl’asthénosphère© PIERRON 2008 page 6/8

Pierron - SVTFiche professeur - 4 eCSVT54Etape 1 :zone représentantla fosse océaniqueélément représentant l’Océan Pacifiqueélément représentant le continent sud-américainélément représentantla plaque Nazcaélément représentantla plaque sud-américaineEtape 2 :Etape 3 :© PIERRON 2008 page 7/8

Pierron - SVTFiche professeur- 4 eCSVT54PISTES D’EVALUATION pour la capacité : « Utiliser un modèle dans le but decomprendre une hypothèse explicative (Raisonner) »CRITERES DE REUSSITE RESULTATS BAREMEPrise en compte des données réelles (carte) 2Schématisation en début de modélisation 2Schématisation des étapes 2, 3 et 4 de la2modélisationFormulation d’une hypothèse explicative 2Comparaison du modèle avec la réalité 2TOTAL 10© PIERRON 2008 page 8/8