Sciences de la Vie et de la Terre

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1 Sciences de la Vie et de la Terre S V T 4e Programme 2007 Coordinateur Roland CALDERON I.A. - I.P.R. académie d Aix-Marseille Les auteurs Sylvie BOUTON Professeur à Paris Louis-Marie COUTELEAU Professeur à Paris Mathieu GOIRAND Professeur à Marseille Nathalie RAY-ICARD Professeur à Beauvais Roger STAMEGNA Professeur à Velaux

2 «Le photocopillage, c est l usage abusif et collectif de la photocopie sans autorisation des auteurs et des éditeurs. Largement répandu dans les établissements d enseignement, le photocopillage menace l avenir du livre, car il met en danger son équilibre économique. Il prive les auteurs d une juste rémunération. En dehors de l usage privé du copiste, toute reproduction totale ou partielle de cet ouvrage est interdite.» «La loi du 11 mars 1957 n autorisant, au terme des alinéas 2 et 3 de l article 41, d une part, que les copies ou reproductions strictement réservées à l usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective» et, d autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d exemple et d illustration, «toute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite.» (alinéa 1 er de l article 40) - «Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.» Les Éditions Didier, 2007 ISBN Imprimé en France par Book-it Dépôt légal : août /01

3 SOMMAIRE Partie 1 L activité interne du globe Chapitre 1 Les séismes... 4 Chapitre 2 Les volcans Chapitre 3 Les mouvements de la surface de la Terre Chapitre 4 L activité de la planète : des risques pour l Homme Partie 2 Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux Chapitre 5 La reproduction sexuée Chapitre 6 L influence des conditions du milieu sur la reproduction sexuée Partie 3 La transmission de la vie chez l Homme Chapitre 7 Devenir apte à se reproduire Chapitre 8 De la fécondation à la naissance Partie 4 Relations au sein de l organisme Chapitre 9 La commande du mouvement par le système nerveux Chapitre 10 Le cerveau, un centre nerveux Chapitre 11 Hormones et puberté Sommaire 3

4 Chapitre Les séismes Je m interroge sur ces documents Les photographies présentent différentes données sur les séismes. La première photographie est un cliché réalisé dans la ville de Gunungsitoli, suite au séisme ayant affecté l île, le 30 mars La deuxième photographie est une saisie écran du site du RéNaSS présentant l activité sismique de la planète durant une semaine du mois de novembre La troisième photographie montre des failles dans des roches sédimentaires. L ensemble des documents permet d introduire l étude des séismes. Les deux premiers peuvent être utilisés pour évoquer à l oral les représentations sur les séismes et leurs effets. Le troisième document peut être énigmatique pour un élève dans le cadre du chapitre sur les séismes. La mise en relation entre ce document et la première photographie, conduit à admettre que ces failles n ont pu être générées que par un séisme. Une continuité peut alors être établie entre les effets de surface des séismes et des événements qui se passent en profondeur L analyse de ces documents permet aux élèves de mobiliser leurs acquis du premier degré sur les effets des séismes. Se pose alors logiquement le problème du chapitre : «Qu est-ce qui provoque les séismes?» Programme Programme officiel consultable sur le site du B.O. : hors série n 6 du 19 avril ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/mene a_annexe3.pdf Le programme présente les références au socle commun de connaissances et de compétences en caractères droits. Le reste du programme est en italique. Connaissances Les séismes correspondent à des vibrations brutales 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. 4 Les séismes Capacités déclinées dans une situation d apprentissage Observer les différents phénomènes qui caractérisent un séisme, questionner, formuler des hypothèses et les valider, argumenter, modéliser pour relier les manifestations d un séisme à des phénomènes qui se déroulent en profondeur. Exemples d activités Écriture d un texte décrivant les manifestations constantes repérées à partir de la description de plusieurs séismes. Observation de photographies, de vidéogrammes montrant les manifestations et les conséquences d un séisme. Recherche d informations sur des sites Internet, montrant les effets des séismes. [B2i] Modélisation de l enregistrement d ondes avec un dispositif adapté.

5 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 ; à partir du foyer, la déformation se propage sous forme d ondes sismiques enregistrables. 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). Mise en relation du tracé d un sismogramme avec la propagation d ondes sismiques. Recherche des causes immédiates d un séisme à partir d un texte ou d un autre document. Schématisation et localisation, sur un bloc diagramme du foyer, de l épicentre, et du trajet des ondes sismiques. Recensement et localisation des séismes sur un planisphère ou grâce à un logiciel, ou un site Internet. [B2i] Les acquis de l École primaire et du collège Le programme officiel de l école primaire, paru au B.O. hors série n 1 du 14 février 2002 est consultable sur le site du B.O. : default.htm Au Cycle 3 Manifestations de l activité de la Terre (séismes) Un séisme correspond au mouvement brusque d une ancienne fracture de roches en profondeur ou à la formation d une nouvelle faille. Des vibrations plus ou moins fortes peuvent être ressenties en surface. Ces manifestations peuvent être catastrophiques ou imperceptibles. Documents d accompagnement Fiches 22, cycle 2 et 3 consultables sur le site du CNDP : à la rubrique «Enseigner primaire secondaire». Thèmes de convergence Paru au B.O. hors-série n 6, volume 2 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse du site : gouv.fr/bo/2007/hs6/mene a_annexe5.pdf Ce chapitre peut être intégré à la construction du thème «énergie». Les élèves établissent comme cause première des séismes, l accumulation d énergie en profondeur conduisant à la rupture. Le socle commun de connaissances et de compétences Socle commun complet, paru au B.O. n 29 du 29 juillet 2006 consultable sur le site du B.O. : gouv.fr/bo/2006/29/mene d.htm Mise en œuvre du socle commun dans le programme de Sciences de la Vie et de la Terre, paru au B.O. n 6 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse Internet (introduction) : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/ MENE A_annexe1.pdf Ce chapitre participe à la construction de notions et de compétences : «savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes et externes» ; savoir que l énergie «peut revêtir des formes différentes et se transformer de l une à l autre». Attitudes développées au cours des quatre activités de ce chapitre le sens de l observation ; la curiosité pour la recherche des causes de phénomènes naturels ; percevoir la différence entre réalité et simulation. B2i Le B2i pour le collège est défini dans l arrêté paru au B.O. du 20 juillet 2006 : bo/2006/29/mene a.htm Les modalités d évaluation du B2i sont présentées dans la circulaire de mise en œuvre parue au B.O. du 16 novembre Elle présente en annexes le tableau synoptique des items évalués et les feuilles de position «élèves». MENE C.htm Atelier B2i (page 23) : cette activité spécifique participe à la construction, par l élève, de la Compétence 3.3 : «Regrouper dans un même document plusieurs éléments, textes, images», en réalisant un article de presse décrivant les manifestations du séisme de Bourmerdes en Algérie, le 21 mai 2003, grâce à un logiciel de traitement de texte : OpenOffice writer ou Microsoft word. Le site : propose toutes les ressources pour élaborer cette activité : un fichier source fournissant des données sur le séisme étudié, trois fichiers images des localités étudiées, un fichier «article de presse» déjà préparé, une aide à l utilisation de OpenOffice Writer et Microsoft Word, l adresse du site de téléchargement de la suite bureautique OpenOffice. Les séismes 5

6 Activité 1 Les manifestations des séismes Objectifs visés Cette activité a pour objectif de conduire les élèves à identifier les différentes manifestations des séismes que sont les dégâts sur les constructions humaines, les pertes humaines et les décalages de blocs rocheux le long de failles observables dans les paysages. Connaissances construites Les séismes se manifestent en surface par des déformations à la surface de la Terre. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à la construction de : «savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes». Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Observer les différents phénomènes qui caractérisent un séisme (documents a à e). 6 Les séismes

7 Réponses aux questions posées 1. an un z u a n, l m p o n d d gâ p mƣn im an a x c c h ma n eng nd an d p h ma n e d m n t a x pa d ma e bâ m n f dan l c c c d ma a x d в c man a à m en r a aвc l fa la t t m p mƣn l d un m. 2. A pa d l éc EMS 98, id n l end ƣ l m a é r n l p f m n e dan l î «a n» man a d m en ac d la : d d gâ a x c c d p h ma n e d d ma (fa. Matériel et mise en œuvre : Les élèves prennent connaissances des documents et répondent aux questions posées. Pour répondre à la question 2, les élèves peuvent prendre connaissance d une échelle EMS 98 plus complète. Le site suivant présente cette échelle : fr:8080/peda/disc/svt/seisme85_2/ems.htm Pour faciliter le traitement de la question 3, le premier bloc diagramme du document d pourra être au préalable reproduit et photocopié. Les élèves peuvent alors le découper pour proposer un modèle de la faille du séisme de Landers. Il est possible de diversifi er l étude des manifestations des séismes par la réalisation de l exercice B2i p. 23. Les documents nécessaires à la réalisation de cet exercice se trouvent à l adresse suivante : 01.html Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur A. Brahic & coll., Sciences de la Terre et de l Univers, éditions Vuibert, J.-M. Caron & coll, Comprendre et enseigner la planète Terre, éditions Ophrys GAP, A. Foucault et J.-F. Raoult, Dictionnaire de Géologie, éditions Masson, Ch Pomerol., Y. Lagabrielle et M. Renard, Éléments de Géologie, éditions Dunod, J. Lambert & coll., Les tremblements de terre en France, édition BRGM, Des ouvrages généraux pour les élèves J.-M. Bardintzeff, Volcans et séismes, édition Hachette Littératures, A. Rooney, P. Loison, Séismes et volcans : Plongez au coeur de la Terre!, édition Quatre fleuves, Des sites Internet Pour compléter l étude des manifestations des séismes étudiés : Des sites sur le séisme de Guadeloupe présentant la collecte des effets du séisme sur Les Saintes : Saintes_ /M_Vallee_Note.html Un site présentant le contexte géodynamique de la faille de Turquie, le long de laquelle s est produit le séisme de Duzce : tectorecherche/izmitweb/nov99.html Un site présentant des données complètes sur le séisme de Boumerdes de mai 2003 : seismealger.htm Un site qui répertorie différents sites ressource en anglais sur les séismes : Des vidéogrammes : DVD «C est pas sorcier : volcans, séismes et tout le tremblement», Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les séismes 7

8 Activité 2 L origine des dégâts en surface Objectifs visés Cette activité a pour objectif de faire découvrir aux élèves l origine des manifestations des séismes en surface. L étude de sismogrammes et de modèles de propagation des ondes permet de mettre en évidence l existence d une rupture des roches en profondeur au niveau du foyer. Connaissances construites Les séismes résultent d une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre. Le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture. À partir du foyer, la déformation se propage sous forme d ondes sismiques enregistrables. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Mettre en relation le tracé d un sismogramme avec la propagation d ondes sismiques (documents a à c). Modéliser l enregistrement d ondes avec un dispositif adapté (document d). Localiser sur un bloc diagramme : le foyer, l épicentre et le trajet des ondes sismiques (document e). 8 Les séismes

9 Réponses aux questions posées 1. d gâ d à un t m m n d la ac t. a d c t m m n en g pa un mॐ. a d m f b g d faç d n, la b n e l a man c an l mॐ. a g n d gna x é c t an m à un d na. -c t ad c va a d gna x f m d un mog a l d a в ca d t ac c d n a x a d am d d n 2. m en g à s e p od à p d km. d m g n a x ga en g 1230 c d p ta d à. d d c p ag 3. mod p m d a d d en g un c e f a l ca. an la r a, l «c» c d à un r d roc en p d l l g d un fa. r g n d d m p ag n dan t l d c d l e ac. 4. L g n d man a d m e la r d roc en p d l l g d un fa, a n вa d f. d la r, d d m p ag n à pa d f dan t l d c d l e ac. n ac, c e à l é c n, pƣn l p p oc d f, ca à la в ca d c f, l d gâ l p im an Matériel et mise en œuvre : Le choix a été fait de présenter dans ce manuel le sismomètre comme outil d enregistrement des sismogrammes. La raison de ce choix repose sur le fait que les stations sismiques sont équipées de ces dispositifs électromagnétiques. Les sismographes, plus anciens, dispositifs mécaniques ne sont plus utilisés. Il est toute fois possible d utiliser ces appareils pour mettre en relation le tracé du sismogramme et les vibrations enregistrées. Le dispositif ExAO présenté correspond à du matériel Jeulin. Le logiciel généraliste «Sérénis» permet de réaliser l acquisition des données. Pour cela, on relie à l interface d acquisition le déclencheur chrono et le capteur sismographe. Le capteur est placé sur une surface rigide. Le coup porté sur le déclencheur chrono, posé sur la même surface, permet de commencer l acquisition. Le capteur détecte les ondes qui se propagent le long de cette surface. Il est possible de réaliser la manipulation sans avoir l équipement complet. Il est nécessaire d avoir le capteur «sismographe» et un marteau réfl exe. Les deux sont reliés à l interface d acquisition. Le coup porté avec le marteau réfl exe déclenche l acquisition. Le fournisseur Pierron fournit un système équivalent avec son capteur «Sismodidac». Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p. 28 (activité 7). Des sites Internet Pour avoir des sismogrammes des éruptions les plus récentes, aller sur le site du RéNaSS : Réseau National de Surveillance Sismique : Il est même possible de télécharger les fichiers de dépouillement de ces éruptions qui présentent les sismogrammes associés. Le site «sismo des écoles», aster/, présente lui aussi des enregistrements de séismes récents. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les séismes 9

10 Activité 3 L origine profonde des séismes Objectifs visés Cette activité a pour objectif de faire identifier aux élèves la cause de la rupture des roches en profondeur lors des séismes : l accumulation d énergie du fait de contraintes existant en profondeur. De ce fait, cette activité est intégrée à la construction du thème de convergence «énergie». Les élèves établissent comme cause première des séismes, l accumulation d énergie en profondeur conduisant à la rupture. Connaissances construites Des contraintes s exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d énergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau du foyer où se situait une faille. L énergie libérée lors d un séisme correspond à la magnitude. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Formuler une hypothèse sur l origine des séismes et la tester par l utilisation d un modèle (documents a à c). Mettre en relation séismes et contraintes (documents a à c). Manipuler un modèle et établir un lien avec la réalité (document c). Évaluer l énergie libérée lors d un séisme (documents d à g). Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à percevoir la différence entre réalité et simulation (rupture des roches en profondeur et rupture du bloc de polystyrène : document c). 10 Les séismes

11 Réponses aux questions posées 1. n c a l ex nc d nॐ x é c n l p d la d an l doc m n a. l doc m n b, c a l y m d p m n g a (GPS) m en é d nc d m вm n g n a x d ra oc m n en G c e d un pa e d d d a pa. m вm n g n a x m n d c à l g n d m 2. an l d x ca l ma n p o n un m вm n d ra oc m n d d x ex m d oc d p y y n. a c a n l g a l oc c d à un p m n d c oc. pa d m n p l p y y n. a c a n p f p o la r. pa a p en l a. 3. d m n la an d én g l l d m d a wan : - d m n la l g d la fa ac l doc m n g : ƣ 70 km ; - aвc l d ac m n m n d 2,5 m d l doc m n g e c l g, d m n la magn d d m l doc m n e : ƣ en 7 e 8. - l doc m n d p m a d éva la an d én g l l d m en 1,99 * e 6,31 * J 4. c a n a en p d l roc g and an d én g s acc m n e f n n pa p o la r d roc a f, a n вa d un fa. d la r d l én g e l. én g e d pa la magn d d m. Matériel et mise en œuvre : Les élèves prennent connaissances des documents et répondent aux questions posées. D autres matériaux peuvent être utilisés pour modéliser la conséquence d une accumulation d énergie. Le choix a été fait d utiliser un bloc de polystyrène pour des questions de sécurité. Les matériaux projetés lors de la rupture ne sont pas dangereux. Des pastilles ont été posées sur le bloc pour faciliter l acquisition de la notion d énergie. Les élèves visualisent ainsi le transfert d énergie depuis le bloc jusqu à ces pastilles lors de la rupture. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p. 28 (activité 7). Des sites Internet Pour avoir des données complémentaires sur le séisme de Chi Chi en français : scientifi ques/ /index.html Pour avoir des données (en anglais) sur ce même séisme : Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les séismes 11

12 E Je vérifie mes connaissances xercices 1. QCM 1. a 2. b 3. a 2. Un schéma 1. épicentre 4. Vocabulaire et rédaction 1. Les séismes sont la conséquence d une rupture brutale des roches en profondeur. 2. Les séismes sont à l origine des déformations de la surface terrestre. 3. Les ondes sismiques se propagent dans les roches à partir du foyer d un séisme. 1 faille 2 foyer ondes sismiques 2. Propagation des ondes sismiques depuis le foyer. 3. Faille : plan de rupture entre deux blocs rocheux. Foyer : lieu en profondeur où se produit la rupture des roches. 5. Photo mystère On observe des rails de chemin de fer totalement tordus. Cette torsion est expliquée par l existence d une faille qui a joué et décalé les blocs rocheux de part et d autre lors d un séisme. 3. Questions à réponses courtes 1. L origine des séismes est la rupture des roches en profondeur le long d une faille. 2. Les roches subissent des contraintes en profondeur. De grandes quantités d énergie s accumulent et finissent par provoquer la rupture des roches au niveau d une faille. 3. Ondes sismiques : vibrations se propageant dans les roches, suite à un séisme. J applique mes connaissances Exercice guidé 6. Les renseignements apportés par les sismogrammes 1. Sur le sismogramme, je repère que les premières ondes sont perçues à partir du moment t = 93 secondes. 2. Les secondes ondes sont perçues à partir du moment t = 100 secondes et les ondes suivantes à partir du moment t = 135 secondes. 3. Le temps qui séparent l arrivée des deux premiers types d ondes est donc de = 7 secondes. 4. Sur le graphique, je reporte le temps 7 secondes sur l axe des abscisses et je détermine une distance de 40 km sur l axe des ordonnées. 12 Les séismes

13 7. Vivre un tremblement de terre 1. Les lits sont déplacés, les tours sont secouées, certaines s effondrent, des portions d un pont se sont effondrées, l électricité est coupée pendant plusieurs jours. 2 Sur la photographie, le terrain qui est à gauche de la faille est décalé vers le fond, alors que le terrain à droite est décalé vers l avant. 3. L origine du séisme de San Francisco est due à la rupture de la faille. 4. La ville de Los Angeles est localisée à proximité de la faille de San Andréas. Lorsqu il y a des ruptures le long de cette faille, toute la région est secouée par des séismes. 5. déformation 2 déformation 1 8. Les sismogrammes 1. C est le début de l enregistrement des ondes sismiques qui se sont propagées à partir du séisme de Tanganyika. 2. Station 1 : 645 secondes ; Station 2 : 605 secondes ; Station 3 : 520 secondes. 3. Si on considère que les ondes se déplacent à la même vitesse, les stations sont donc disposées dans cet ordre, de la plus proche à la plus éloignée, station 3, puis 2 puis Ambérieu-en-Bugey, janvier Ambérieu-en-Bugey est localisé dans la zone d intensité 2. Le séisme a donc été à peine perceptible. 2. Conand est localisé dans la zone d intensité 4 : le séisme a donc été largement ressenti par les habitants de Conand. 3. L épicentre du séisme correspond au lieu où le séisme est le plus fortement ressenti. Il est donc localisé, sur la carte, proche de la ville de Conand (à l ouest, intensité 6). 10. Séisme et énergie 1. À partir de l échelle, on mesure une faille de 40 kilomètres de long. 2. Le déplacement moyen est de 5 mètres, cela permet donc de déterminer une magnitude proche de L énergie libérée est donc de : 1,99 x 1012 x 32 x 32 = 20,4 x 1014 Joules. 4. Le nombre de bombes atomiques est de : 20,4 x 1014/1012 = Il s agit de la déformation 2. Les séismes 13

14 Chapitre Les volcans Je m interroge sur ces documents Les photographies montrent des édifices volcaniques caractéristiques par leur forme. La photographie 2 présente le Piton de la Fournaise en activité. La photographie 3 a été réalisée en 1981, peu après l éruption majeure de 1980 du Mont Saint-Helens. L ensemble des documents présente deux types de volcans : des volcans éteints, ceux de la chaîne des Puys, des volcans actifs, de la Réunion et du Mont Saint-Helens aux États-Unis. La première photographie peut être utilisée pour permettre aux élèves d évoquer leurs représentations des volcans. Cette évocation pourra être verbale ou traduite par des schémas de l organisation d un volcan. Une confrontation de ces représentations et l analyse des deux autres photographies auront permis aux élèves de mobiliser leurs acquis du premier degré sur l organisation et le fonctionnement d un volcan. La comparaison entre les volcans éteints et les volcans actifs conduit à formuler le problème : «Comment les volcans entrent-ils en activité?» Programme Programme officiel consultable sur le site du B.O. : hors série n 6 du 19 avril ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/mene a_annexe3.pdf Le programme présente les références au socle commun de connaissances et de compétences en caractères droits. Le reste du programme est en italique. Connaissances Le volcanisme est l arrivée en surface de magma contenant des gaz ; il se manifeste par deux grands types d éruptions. Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz. Les matériaux émis constituent l édifice volcanique. Capacités déclinées dans une situation d apprentissage Observer et s interroger sur les manifestations de différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d éruptions. Annoter un schéma avec les différentes parties d un édifice volcanique. [Compétence I] Exemples d activités Comparaison de deux types d éruptions à partir de vidéogrammes de consultations de sites Internet ou de maquettes animées. [B2i] Schématisation d un appareil volcanique vu en coupe. Mise en relation de la répartition de foyers sismiques avec la localisation du réservoir magmatique. 14 Les volcans

15 Connaissances 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. 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 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. Capacités déclinées dans une situation d apprentissage 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 de lames minces au microscope. Exploiter une représentation cartographique, un planisphère [Compétence 5], [Compétence 4 B2i domaines 1 et 4] pour localiser les zones volcaniques. Exemples d activités 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. 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. Les acquis de l École primaire Programme officiel paru au BO hors série n 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. : Au cycle 3 Manifestations de l activité de la Terre (volcans) Le magma est le résultat de la fusion partielle de roches. Cette fusion se déroule à quelques dizaines de kilomètres de profondeur. Le magma remonte vers la surface, empruntant une ou plusieurs fissures de la croûte terrestre. La sortie du magma (et ses conséquences et phénomènes associés : nuées ardentes ) constitue une éruption volcanique. Documents d accompagnement Fiches 22 des cycles 2 et 3, consultables sur le site du CNDP : à la rubrique «Enseigner primaire secondaire». Thèmes de convergence Paru au BO hors-série n 6, volume 2 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse du site : gouv.fr/bo/2007/ hs6/mene _annex5.pdf Ce chapitre peut être intégré à la construction du thème «Énergie». Les élèves établissent facilement une relation entre l activité interne de la Planète et l énergie. Le socle commun de connaissances et de compétences Socle commun complet, paru au BO n 29 du 20 juillet 2006 consultable sur le site du BO : gouv.fr/bo/2007/29/mene D.htm Mise en œuvre du socle commun dans le programme de Sciences de la Vie et de la Terre, paru au BO n 6 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse Internet (introduction) : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/ MENE A_annexe1.pdf Ce chapitre participe à la construction de notions et de compétences : savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes ; formuler une hypothèse et à la valider. manipuler : réaliser l observation microscopique d une lame mince de roche volcanique. réaliser un croquis d interprétation des observations des lames minces. Attitudes développées au cours des quatre activités de ce chapitre le sens de l observation ; la curiosité pour la recherche des causes de phénomènes naturels ; l observation des règles élémentaires de sécurité, dans la réalisation et la mise en œuvre d une maquette de volcans. B2i Le B2i pour le collège est défini dans l arrêté paru au B.O. du 20 juillet 2006 : bo/2006/29/mene A.htm Les modalités d évaluation du B2i sont présentées dans la circulaire de mise en œuvre parue au B.O. du 16 novembre Elle présente en annexes le tableau synoptique des items évalués et les feuilles de position «élèves». MENE C.htm Atelier B2i (page 35 du manuel) : cette activité spécifique participe à la construction, par l élève, de la Compétence 3.7 : «Traiter un fichier image», en réalisant les croquis de deux lames minces de roches volcaniques : un basalte et une andésite. Le logiciel utilisé est «Mesurim». Le site : propose toutes les ressources pour élaborer cette activité : des fichiers images des deux lames minces, l adresse pour le téléchargement du logiciel Mesurim, une aide à l utilisation de Mesurim. Les volcans 15

16 Activité 1 Des volcans en éruption Objectifs visés Cette activité a pour objectif de conduire les élèves à différencier les deux types d éruptions présentées. Ils pourront les identifier à partir de leurs caractéristiques : viscosités différentes des magmas, types de matériaux émis, éruptions explosives ou effusives. Connaissances construites Le volcanisme est l arrivée en surface de magma contenant des gaz ; il se manifeste en surface 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. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à la construction de : «savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes». Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Observer et s interroger sur les manifestations des différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d éruptions (documents a à e). Relier les manifestations volcaniques à la présence d un magma (documents a à e). 16 Les volcans

17 Réponses aux questions posées 1. Tableau complété : Matériaux produits Magma visqueux ou fluide Type d éruption (explosive, effusive) Mérapi a d n (ma n ag m ang d ga $ an $ d $ agm n d magma), ga, c nd d (magma). x ca d m dan $ n d ($ x n $ n ). x в. Krafla d $ aв (magma d ga $ d ). a n d $ aв. d ($ a $ aв $ $ and $ d $ ॐ : 9 $ m m $ $ a ca ). в. 2. d x $ y d $ $ d nc n $ a la na d $ od $ m $ $ a $ a c d magma $ m Matériel et mise en œuvre : Le choix des deux volcans étudiés dans cette activité repose sur deux critères : L étude d éruptions récentes caractéristiques. La localisation des deux types de volcans : zone de subduction et zone de dorsale, dans l optique de faciliter l acquisition des notions du chapitre 3 concernant la localisation des deux types d activité volcanique dans le monde. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur A. Brahic et al., Sciences de la Terre et de l Univers, éditions Vuibert (1999). J.-M. Caron et al., Comprendre et enseigner la planète Terre, éditions Ophrys GAP (1995). A. Foucault & J. F. Raoult, Dictionnaire de Géologie, éditions Masson (1988). Ch. Pomerol, Y. Lagabrielle et M. Renard, Éléments de Géologie, éditions Dunod (2000). J.-M. Bardintzeff, Volcanologie, éditions Dunod (1999). Des ouvrages généraux pour les élèves (pour le CDI) J.-M. Bardintzeff, Volcans, éditions Armand Colin (1993). Maurice Krafft, Les feux de la terre : histoires de volcans, Découvertes Gallimard (2003) Des sites Internet Pour compléter l étude des deux volcans, des documents complémentaires peuvent être recherchés sur Internet : Mérapi : Activite.html (site présentant l activité du Mérapi au jour le jour lors de sa dernière activité à partir du printemps Ce site ouvre sur des données complémentaires : images, interview de Mr Bardzinteff, volcanologue Krafla : vnum= =&volp... (site en anglais mais complet sur l activité du Krafla). Des vidéogrammes Pour faciliter l étude des types d éruption des documents complémentaires peuvent être utilisés comme les vidéogrammes. À ce jour, ces documents n existent pas pour les deux volcans étudiés. Mais on peut trouver de nombreuses vidéos sur Internet. À ce titre on peut citer le site à la mémoire de Maurice et Katia Krafft : Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les volcans 17

18 Activité 2 Des édifices volcaniques Objectifs visés Cette activité a pour objectif de faire découvrir aux élèves comment se sont construits deux édifices volcaniques résultant d éruptions explosive ou effusive. L étude de la structure profonde et celle de la répartition des matériaux éruptifs en surface de deux édifices volcaniques, permettent d établir une relation structurefonctionnement de chaque type de volcan. Connaissances construites Les matériaux émis lors des évènements éruptifs constituent un édifice volcanique. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à consolider la connaissance de la planète Terre : «Savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes». Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Observer et s interroger sur les manifestations des différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d éruptions (documents a à e). 18 Les volcans

19 Réponses aux questions posées 1. a n - n v can d $ y $ x, a $ n $ m d c. n в a un c a в dan l t в un d. a c p d d v can r d a inc n cॐ d ma a x v can d d ta va : c nd la e bॐ 2. y ag go, v can e, a l a un f m d c. A, t в un c a aвc un lac d laв p man n. L an ma Goog a p m d r l c d laв r a n a d c a l f anc d v can. p вn d c a n d f d l f anc c l un l a c l p r c n é an en ac. 3. d x éd c v can d a n - n e d y ag go f m a c d d n é p od ém acc m p ac e f m, p og вm n, l éd c Matériel et mise en œuvre : Il est possible d utiliser des échantillons présents au laboratoire. L étude des lapillis et des bombes peut permettre de faire découvrir aux élèves la porosité de ces matériaux. Cela peut amener à faire comprendre le rôle des gaz dans l éruption de type explosif développé par la suite. Le fi chier nyiragongo.kmz est téléchargeable sur le site de Didier au niveau des fi chiers B2i du chapitre. Adresse Pour exécuter ce fi chier, le logiciel GoogleEarth doit être installé sur l ordinateur. Ce logiciel gratuit est téléchargeable à partir du site : Pour utiliser ce logiciel : Il est utile d exagérer le relief pour une meilleure lisibilité du document. Pour cela, aller dans le menu «Outils», sélectionner «Options». Dans la fenêtre «Vue 3D» qui s affi che, déplacer le curseur «Qualité du relief» jusqu à 3. Valider en cliquant sur OK. Pour se déplacer autour du Nyiragongo, on utilise la boussole en haut à gauche de l écran. Le curseur horizontal permet d incliner l angle de vue. Le curseur vertical permet de se rapprocher ou de s éloigner de la zone. Les fl èches permettent un déplacement selon la direction indiquée. Le curseur circulaire fait pivoter autour de la zone. Pour masquer la carte géologique, il faut affi cher la barre latérale à partir du menu «Affi chage». Dans la fenêtre «lieux», cliquer sur «Nyiragongo», un curseur peut être déplacé en bas de la fenêtre ce qui modifi e la transparence de la carte. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p 17 (activité 1) J-C Komorowski, «Chapitre 2 : diversité du volcanisme Terrestre : processus et produits», P. De Wever (Ed.) Nyiragongo, janvier 2002 : une éruption effusive complexe et exceptionnelle. Le volcanisme : cause de mort et source de vie, Editions Vuibert, (2003). Des sites Internet Pour avoir des informations complémentaires sur les produits émis par le St-Helens, le site de USGS liste des liens (en anglais) : tephra.html Pour maîtriser l utilisation de GoogleEarth dans le cadre des SVT, le site de l académie d Orléans-Tours fournit des informations : google_earth_fr/dossier/html/pcsigooglearth.htm Pour compléter l étude du Nyiragongo, des documents complémentaires peuvent être trouvés sur Internet : eruption.htm Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les volcans 19

20 Activité 3 L origine du magma Objectifs visés Cette activité a pour objectif de faire : découvrir la structure profonde de l appareil volcanique ; localiser le réservoir magmatique par l étude de la répartition des foyers sismiques ; préciser le mécanisme de montée du magma par la réalisation et l utilisation d une maquette de volcan. Connaissances construites Le magma, contenu dans un réservoir magmatique localisé à plusieurs kilomètres de profondeur, est de la matière en fusion véhiculant des éléments solides et des gaz. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à : «savoir que la planète Terre présente une structure et des phénomènes dynamiques internes», «formuler une hypothèse et à la valider». Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Observer et s interroger sur les manifestations des différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d éruptions (documents a à d). Annoter un schéma avec les différentes parties d un édifice volcanique (documents a et b). Manipuler une maquette animée de volcan. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à mettre l élève en situation d observer des règles élémentaires de sécurité lors de la manipulation de la maquette du volcan (document d). Réponses aux questions posées 1. n c a d x d roc x m en p ac dan l c a. roc f m pa r ƣd m n d magma e m d p d d v can. 2. f m loca l v can. m g n pa l m вm n d magma en p d dan l r vƣ magma ma a dan l c m n l i m в la ac. L hy p e d c va d. 20 Les volcans

21 3. 4. a ma c p m d m Cratère et dôme l c a ag d la c e d c Cheminée pa ag à l é a l d n pa p e 0 d ba. fa dan l t en Réservoir magmatique p a. a ex c un p dan l ba. a c c e a p в l 4 Magma ha. n p c a la c e t Réservoir, dan l t n à r n. magmatique 8 a c n p d t d ƣ. m can m d r m d magma, évo dan l doc m n c d à la d ga 12 d magma. a f m d ex c n 0 4 distance (km) un p l magma e l p в l ha. a ma an m va d d c l m can m d r m d magma. profondeur (km) Matériel et mise en œuvre : La maquette est facilement réalisable, pour cela prévoir : un moule à tarte métallique percé en son centre, deux supports métalliques avec noix de vissage, du mastic de vitrier pour assurer l étanchéité entre le moule et le tube droit, de la verrerie habituelle de laboratoire : ballon, tube droit, tube coudé, un tube plastique pour permettre de souffl er relativement loin de la source de chauffage, un bouchon de bouchage du ballon avec deux ouvertures pour les tubes, un dispositif de chauffage, des bougies de couleurs différentes : vérifier que ces bougies sont bien colorées à l intérieur. Des bougies blanches et des colorants de maçons permettent de teinter la cire de différentes couleurs. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p 17 (activité 1) Des sites Internet Le site : HELENS/helenscs_dc.html permet de suivre la répartition des foyers des séismes au quotidien. Il présente les répartitions longitudinales EW et NS et les répartitions transversales de ces foyers. Toutes ces «vues» peuvent être utiles pour localiser les réservoirs Quelques précautions : quand la cire est chaude, il faut souffl er lentement pour maîtriser la sortie de la cire du tube droit. quand une coulée a été déposée, il faut attendre qu elle se solidifi e avant d en déposer une autre, sinon le matériel se mélange. pour changer la cire colorée, il faut attendre aussi que tout soit solidifi é. En effet, il faut démonter le matériel pour pouvoir introduire une cire de couleur différente dans le ballon. préparer plusieurs coulées au laboratoire. Les élèves n ont qu une seule coulée à faire sortir. Le changement de cire dans le ballon demande de laisser refroidir celui-ci. Un ou deux réservoirs sous le volcan? Il y a actuellement débat entre les spécialistes. Les partisans d un seul réservoir expliquent l inégale répartition des foyers par un réservoir très longiligne, plus ou moins épais. Pour une facilité d exploitation du document présenté par les élèves, nous avons fait le choix de présenter deux réservoirs. magmatiques sous le volcan. Le site établit un lien vers une webcam observant en permanence le volcan. Pour construire un modèle plus ancien avec de la purée et de l aspirine, le site SVT de l académie de Besançon présente un TP: cyclecentral/laves/laves.htm Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les volcans 21

22 Activité 4 Du magma à la roche volcanique Objectifs visés : Cette activité a pour objectif d identifier la structure commune des roches volcaniques : la structure microlitique. Des observations des lames minces de basalte et d andésite permettent de repérer les éléments communs aux deux roches : des minéraux de taille variable et du verre. L utilisation du modèle de la cristallisation de la vanilline dans différentes conditions de température permet de mettre en relation la taille des cristaux formés et le verre formé en relation avec la vitesse de refroidissement du magma. La structure microlitique commune des roches volcaniques apparaît comme une conséquence du mode de refroidissement par étape de ces roches. Connaissances construites : 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. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité : Observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, modéliser la formation des roches volcaniques. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à la formation de l élève à : manipuler : réaliser l observation microscopique d une lame mince de roche volcanique, réaliser un croquis d interprétation des observations des lames minces. Réponses aux questions posées 1. n в dan l d x roc d m n a x d ta d n (d p e d g e d в. d x é m n en m l t mƣn d un c m c. 2. n c a l l r ƣd m n e t ra d ( la g ac ), i f m d в. l r ƣd m n e ra d ( la pa a ), i f m d p ag d c a x d 22 Les volcans

23 p ta. l r ƣd m n e l n ( l ba n-ma à 50 C) i f m d p ag d c a x d g and ta. c p l r ƣd m n e l n, p la ta d c a x d van n e g and. l r ƣd m n e t ra d, l c a x n f m n pa ma d в d van n f m. 3. ba a e l and p n d magma r m n d p d an la c am magma, l r ƣd m n e l n, l g m n a x f m n. an la c m n, l r ƣd m n e ra d (n p d d t m a, ma pa c l magma y d m p d t m, l p m n a x f m n. n ac, l r ƣd m n e ex m m n ra d, d в f m, l m n a x n pa l t m d f m. 4. roc v can f m n pa r ƣd m n pa é a d magma. m n a x d ta va e d в f m van la d r ƣd m n. roc v can un c m c d fa d c r ƣd m n en é a. Matériel et mise en œuvre : Les échantillons permettent de repérer un caractère commun : une roche homogène avec des grains plus ou moins important. Les lames minces observées permettent de repérer que les grains sont des minéraux de grande taille. On identifi e des petits minéraux et du verre volcanique : zones amorphes opaques en permanence en LPA. La manipulation avec la vanilline est facilement réalisable. Quelques cristaux de vanilline sont fondus sur plusieurs lames au-dessus d un dispositif de chauffage. Les lames sont tenues avec des pinces en bois. La lame qui doit être refroidie très rapidement est placée, immédiatement après fusion, sur la glace. Le refroidissement sur la paillasse ne pose pas de problème particulier. Le refroidissement au dessus du bain-marie nécessite un porte-tube métallique déposé dans le bain. L intérêt de cette manipulation est de contrôler la température. La même observation peut être faite en déposant la lame sur la platine du microscope allumé. Mais le paramètre température est plus diffi cile à contrôler avec un thermomètre. Cette plaquette est téléchargeable sur le serveur ftp suivant : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/syst/ons/risque _securite_svt.pdf Aucun interdit n est donné sur la manipulation de la vanilline. Il convient de vérifi er sur le site de cet Observatoire gouvernemental, si tel est toujours le cas dans les années à venir. Température ATTENTION Marche Arrêt lame NIVEAU D EAU MINIMUM La question de la sécurité de la manipulation L Observatoire national de la sécurité des établissements scolaires et d enseignement supérieur a publié en octobre 2006 une plaquette sur les consignes de sécurité en SVT. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p 17 (activité 1) M. Roubault, Détermination des minéraux des roches au microscope polarisant, éditions Lamarre-Poinat (1963). Des sites Internet : Pour obtenir un protocole de réalisation de la cristallisation de vanilline, le site des éditions Didier met en ligne des ressources : Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Les volcans 23

24 E Je vérifie mes connaissances xercices 1. QCM 1. a, b. 2. c. 3. a, b. 2. Mots croisés 4. Un croquis Légendes attendues : «verre» et «minéraux». verre 1 R E S E R V O I R 2 M I C R O L I T I Q U E 3 E X P L O S I F 4 C O U L E E S 5 G A Z 6 M I N E R A U X 3. Questions-réponses 1. L arrivée du magma en surface se manifeste par des coulées et par des explosions projetant des matériaux. 2. Une éruption effusve se manifeste par des coulées (magma fluide). 3. Une éruption explosive se manifeste par des explosions projetant des matériaux (magma visqueux et gaz). 5. Photo-mystère minéraux On observe une structure géologique en dôme. Cette structure en dôme est la conséquence d une éruption volcanique de type explosif. J applique mes connaissances Exercice guidé 6. La structure des roches volcaniques sous-marines 1. Le texte décrit des coulées de lave à l origine des pillows lava. De plus, il est précisé que les pillows sont constitués de basalte. Il s agit donc d une éruption de type effusif. 3. Comme il y a peu de minéraux en périphérie et beaucoup de verre cela signifie que le refroidissement a été très rapide. Au cœur du pillow lava, il y a plus de minéraux et moins de verre. Le refroidissement est donc plus lent au centre du pillow lava qu en sa périphérie. 4. La périphérie du pillow se trouve au contact d une eau très froide : le refroidissement est donc très rapide. Le cœur, plus éloigné de l eau froide subi un refroidissement plus lent. 7. La chaîne des Puys 1. Le puy Pariou est en forme de cône avec un cratère à son sommet. Le puy de Dôme est en forme de cône, à son sommet on observe un dôme. (En fait deux, mais ils ne sont pas visibles sur la photographie). 2. À partir du puy Pariou, on observe une coulée de magma longue de plus de 5 km. 3. Le type d éruption du puy Pariou est donc effusif (longue coulée). Le type d éruption du puy de Dôme est explosif. À son sommet, on trouve deux dômes de magma qui ne se sont pas répandus. Ils étaient donc visqueux. 4. Puy des Goules, puy de Côme, puy Grave noire. 24 Les volcans

25 8. Sous le volcan, des minéraux se forment Questions 1, 2 et 4 : 2 1 Édifice volcanique Cheminée Réservoir magmatique 3. Dans la roche, on observe des gros minéraux, des minéraux de petites tailles et du verre. Cette roche possède donc une structure microlitique. 9. Le mont Pelée 1. Les manifestations de l activité du volcan sont : masse considérable de fumée et de terre projetée, trombe de feu, pluies de roches. 2. Toutes ces manifestations sont associées à une éruption de type explosif. Ce sont des nuées ardentes qui sont décrites. 3. Le magma en profondeur a dégazé. La pression de gaz a poussé vers le haut le magma. Ce magma visqueux a formé ce cône. 10. Des manipulations 1. Le comprimé effervescent libère du gaz dès qu il est dans l eau. 2. Purée pâteuse : on observe un cylindre de purée qui sort du tube. Purée liquide : on observe de la purée qui s est répandue le long du tube jusqu au support. 3. Un matériel visqueux ne se répand pas. Le magma visqueux d une éruption explosive forme un dôme. Un matériel fluide se répand. Le magma fluide se répand sous forme de coulées lors d une éruption effusive. 11. Des volcans extraterrestres 1. On constate que les cônes repérés sur la surface de Io sont colorés en jaune rouge sur l analyse infrarouge. Ces cônes sont donc chauds. 2. Au dessus d un de ces cônes, on observe un panache de fumée. Ces cônes sont chauds et émettent des panaches de fumées. Ce sont des volcans. 12. La sismologie pour localiser le réservoir magmatique 1. Les lignes horizontales sur le profil correspondent à des zones du sous-sol qui réfléchissent les ondes sismiques provenant de la surface. Ces zones sont solides. 2. Au niveau de la zone A, on ne trouve plus ces lignes horizontales. 3. Le texte apporte l information suivante : certaines ondes ne se propagent pas dans les milieux liquides. Sous A, on trouve donc du matériel liquide. Ce matériel se trouve sous un volcan, c est le réservoir magmatique où est stocké le magma. Les volcans 25