Partie du programme : La tectonique des plaques : l histoire d un modèle Niveau : Première S Titre de la séance : Les croûtes terrestres

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1 Partie du prgramme : La tectnique des plaques : l histire d un mdèle Niveau : Première S Titre de la séance : Les crûtes terrestres EXTRAIT DU PROGRAMME Les études sismiques et pétrgraphiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de crûtes terrestres : une crûte céanique essentiellement frmée de basalte et de gabbr et une crûte cntinentale cnstituée entre autres de granite. La crûte repse sur le manteau, cnstitué de péridtite. CONNAISSANCES CONSTRUITES Les études sismiques nt permis d établir que la crûte repse sur le manteau. L ensemble frmé par la crûte et la partie supérieure du manteau est nmmé lithsphère. Les explratins accmpagnées d études pétrgraphiques nt permis de mntrer que la crûte céanique est cnstituée principalement de basaltes et de gabbrs, que la crûte cntinentale est cmpsée d une grande diversité de rches dnt le granite, et que le manteau est cnstitué de péridtites. Il existe dnc, cmme l avait suppsé Wegener deux structures gélgiques distinctes : la lithsphère céanique et la lithsphère cntinentale. CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE Utiliser une chaîne d ExAO Cncevir un prtcle Appliquer une démarche explicative Observer le réel Utiliser le micrscpe plarisant Saisir une image numérique Utiliser un lgiciel de traitement des images numériques Traduire des infrmatins par un schéma Utiliser des techniques de mesure Présenter des infrmatins par un dcument numérique CONDITIONS MATÉRIELLES Les élèves travaillent en binôme. Au curs de la première activité, ils utilisent le dispsitif d ExAO pur mdéliser la prpagatin des ndes sismiques. Dans une secnde activité, ils déterminent les caractéristiques d une des rches par une bservatin micrscpique avec capture d image et traitement pur en réaliser un schéma interprétatif, accmpagnée par une mesure de la densité. Une fiche numérique permettra aux binômes de présenter les infrmatins recueillies au reste de la classe. COIN LABORATOIRE Matériels Ordinateurs + imprimante ExAO Sismdidac. Réf. : Marteau réflexe Lgiciel de traitement de texte u diaprama Lgiciel de dessin pur traiter les images, ex : lgiciel Mesurim Micrscpe plarisant Réf. : Matériel d'bservatin un appareil d'acquisitin d images micrscpiques numériques Cffret 4 rches magmatiques Réf. : PIERRON 1 / 8

2 Lames minces : Basalte Réf. : / , Gabbr Réf. : / , Granite Réf. : , Péridtite Réf. : / Balance, épruvette graduée, bécher Sism 3D Réf. : Dcuments didactiques Fiche utilisatin de Sismdidac Fiche déterminatin des minéraux des ECE Fiche d utilisatin de Mesurim Prtcle de mesure de la densité d une rche des ECE 2/8

3 DESCRIPTIFS Le prfesseur purra présenter le site du Réseau Natinal de Surveillance Sismique ( pur visualiser les sismgrammes des derniers séismes lcalisés et expliquer le fnctinnement du sismgraphe avec Sism 3D. Il précisera alrs les caractéristiques des différents types d ndes enregistrées. Dans une première activité, n mdélise la prpagatin d ndes sismiques dans différents matériaux afin de réaliser l explitatin de dnnées de terrain et de caractériser deux grands types de crûtes. Activité 1 : Apprt des études sismiques à la caractérisatin de deux grands types de crûtes Objectif : mntrer en qui les études sismiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de crûtes terrestres. Supprt : n utilisera une chaîne d ExAO équipée d un capteur d ndes de chc (ex : Sismdidac), d un marteau servant à créer le chc et à déclencher la mesure, et de différents matériaux : barre métallique, latte en bis (et barre de granite si pssible) de même lngueur. Un premier dcument apprte les mesures de prpagatin des ndes P dans différentes rches et un secnd dcument furnit les dnnées relevées dans le dmaine cntinental et le dmaine céanique (téléchargé dans la banque de schéma du site SVT de l académie de Dijn 1. A l aide du dispsitif expérimental, prpser un prtcle permettant de cmparer la vitesse de prpagatin d une nde sismique dans différents matériaux, en précisant les limites de ce mdèle analgique. 2. Réaliser l expérimentatin et imprimer les résultats. 3. Cmparer les vitesses btenues et cnclure. 4. A partir de la mise en relatin des dcuments ci-dessus, déterminer la nature pssible des rches du dmaine cntinental et du dmaine céanique. Mesure en labratire de la prpagatin des ndes P dans différentes rches Catégries Sédiments nn cnslidés Sédiments cnslidés Granites Basaltes Gabbrs Rches métamrphiques Péridtites Vitesse ndes P (en km.s -1 ) 1.<v<2. 3.<v<..6<v< <v<.8 6.<v<7.1 6.<v< <v<8.4 Vitesse des ndes P à l aplmb des 2 dmaines lithsphériques Le dcument dnne les résultats btenus par sismique réfractin en différents dmaines gémrphlgiques du glbe. Les vitesses indiquées snt celles des ndes P en km.s -1. Prfndeur sus la surface cntinentale Prf. (km) Andes 6 6,8 8,1 Dmaine cntinental Alpes centrales,9 6, 7,4 8,2 Ecsse 6,1 6,9 8 Prfndeur sus le plancher céanique Prf. (km) Dmaine céanique 2,1± 0,6 6,7± 0,2 8,1± 0,2 3/8

4 Activité cmplémentaire : Mise en évidence de la discntinuité crûte-manteau 1. A l aide des dcuments ci-dessus, expliquer cmment Mhrvicic a mis en évidence, à partir de ses deux bservatins, la séparatin entre la crûte terrestre et le manteau : le MOHO. Dcument 1 : Les bservatins sismiques de Mhrvicic En 1909, suite à un séisme en Cratie, Mhrvicic étudie les sismgrammes btenus par des statins d enregistrement différentes et remarque sur ceux-ci une successin de trains d ndes P, cmme si elles s étaient dédublées (ex : St1). A partir d une certaine distance de la statin par rapprt au fyer, il cnstate que sur les trains d ndes P enregistrés, un arrive plus tôt que la vitesse myenne des ndes P dans ce milieu ne le laissait prévir (ex : St). F St1 St2 St3 St4 St nde Pg : nde directe Vp : 6,3 km/s Vp : 8,1 km/s crûte Manteau sup. nde PmP : nde réfléchie sur le MOHO nde Pn : nde cnique (réfractée) nde réfractée F : fyer du séisme F St1 Dcument 2 : Lis de Descartes Cas d un séisme superficiel : la prfndeur du fyer F est cnsidérée cmme négligeable. L enregistrement est réalisé par une statin St1 prche du fyer (< 100km). Discntinuité : interface entre deux milieux de prpriétés chimiques u physiques différentes. milieu 1 milieu 2 i1=i2 i1 i2 r V1 Discntinuité V2 H 2. A l aide des dcuments et en cnnaissant le temps de trajet des ndes directes et réfléchies, prpser une méthde de déterminatin de la prfndeur du MOHO utilisant le thérème de Pythagre. 3. Sachant que la lithsphère regrupe la crûte et le manteau supérieur, réaliser une cupe synthétique de la lithsphère cntinentale et de la lithsphère céanique. 4/8

5 Activité 2 : Etude des caractéristiques des rches des crûtes et du manteau Objectif : Déterminer les caractéristiques des rches cnstitutives de la crûte céanique (basalte et gabbr), de la crûte cntinentale (granite) et du manteau (péridtite). Supprt : n utilisera les échantillns, les lames minces et un appareil de capture d images micrscpiques pur réaliser un schéma interprétatif avec un lgiciel de traitement d image. La balance et l épruvette graduée permettrnt de déterminer la masse vlumique de l échantilln. Enfin une fiche numérique d une des rches sera cnstruite grâce à un lgiciel de traitement de texte u diaprama. 1. Observer un échantilln à l œil nu puis au micrscpe plarisant la lame mince crrespndante pur identifier sa structure et déterminer sa cmpsitin minéralgique. 2. Centrer sur une zne caractéristique de la lame mince. 3. Saisir une image numérique de la zne présentant la structure et la minéralgie de la rche et la sauvegarder 4. En utilisant les fnctinnalités du lgiciel de traitement d image, réaliser un schéma à partir de l image numérique, le titrer et le légender.. Déterminer la densité de chaque échantilln en utilisant le prtcle furni. 6. Présenter à l aide du lgiciel chisi (traitement de texte u diaprama) la rche étudiée. Critères d évaluatin Utiliser le micrscpe plarisant : - réalisatin des réglages (éclairage, diaphragme, cndenseur ). - utilisatin des bjectifs (chix adapté de l'bjectif, mise au pint). - utilisatin du dispsitif de plarisatin (analyseur, platine turnante). - recherche puis centrage de la régin la plus favrable de l bjet. - identificatins crrectes des minéraux. Saisir une image numérique : - Saisie et sauvegarde d une zne pertinente de la lame sus frme d un fichier image crrectement nmmé. Traiter des images numériques : - exactitude scientifique de la légende (nm des minéraux) et rédactin d'un titre adapté. /8

6 TP Les crûtes terrestres Activité 1 : Apprt des études sismiques à la caractérisatin de deux grands types de crûtes 1. On mesure la vitesse de prpagatin des ndes dans différents matériaux en plaçant le capteur d ndes de chc à une distance fixe de la zne de chc ù sera appliqué le cup de marteau et en reprduisant l expérience avec les différents matériaux à dispsitin. La mesure du temps d arrivée des ndes permet de déduire la vitesse de prpagatin des ndes. La nature du milieu de prpagatin (istrpe u nn), les cnditins de température et de pressin ne snt pas mdélisables ici La vitesse des ndes augmente en fnctin de la densité du matériau. 4. Vir schéma répnse à la questin 3. activité cmplémentaire. 6/8

7 Activité cmplémentaire : Mise en évidence de la discntinuité crûte-manteau 1. Mhrvicic a bservé une successin d ndes P sur un sismgramme (dc1), il en a déduit d après les lis de Descartes (dc2), qu il s agissait d ndes directes et d ndes réfléchies sur une discntinuité en prfndeur (vir St1) : la séparatin entre la crûte terrestre et le manteau. A partir d une certaine distance, il a bservé qu un train d ndes arrivait plus tôt que prévu (dc1), il en a déduit d après les lis de Descartes (dc2), qu il s agissait d ndes réfractées qui se snt prpagées plus rapidement dans le secnd milieu avant de se réfracter à nuveau sur la discntinuité (du fait de la sphéricité de la Terre, vir St) : la séparatin entre la crûte terrestre mins dense et le manteau plus dense. 2. En cnnaissant le temps de trajet des ndes P directes et réfléchies et la vitesse de prpagatin, n peut déterminer les distances de l hypténuse et d un des côtés du triangle rectangle. D après le thérème de Pythagre n déduit le trisième côté : la prfndeur H. F H = (FB² - FA²) A St1 H V1 3. Schémas des cupes synthétiques de la lithsphère cntinentale et de la lithsphère céanique. B Discntinuité Lithsphère cntinentale Lithsphère céanique Prfndeur sus la surface cntinentale ,8 Crûte cntinentale Prfndeur sus le plancher céanique ,1± 0,6 6,7± 0,2 Crûte céanique ,1 Manteau supérieur ,1± 0,2 Manteau supérieur Prf. (km) Prf. (km) Sédiments cnslidés Granite Rches métamrphiques Sédiments Basalte Gabbr Péridtites 7/8

8 Activité 2 : Etude des caractéristiques des rches des crûtes et du manteau Lame mince de granite en lumière plarisée analysée et schéma d interprétatin Etude des caractéristiques du granite CARACTERISTIQUES COULEUR GRANITE Rse STRUCTURE Les minéraux snt jintifs : grenue COMPOSITION MINERALOGIQUE Quartz, Feldspath plagiclase, Orthse, Micas DENSITE 2,7 8/8