Activité 54 : Modélisation des phénomènes associés à la convergence au niveau d une fosse océanique

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1 Fiche professeur - 4 e Activité 54 : Modélisation des phénomènes associés à la convergence au niveau d une fosse océanique 1. EXTRAITS REFERENTIELS DU BO Partie : L activité interne du globe Connaissances Les variations de la vitesse des ondes sismiques en profondeur permettent de distinguer la lithosphère de l asthénosphère. La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l asthénosphère qui l est moins. Les plaques sont animées de mouvements qui transforment la lithosphère (formation de chaînes de montagnes, déplacement des continents, ouverture et fermeture des océans). A raison de quelques centimètres par an, les plaques se forment et s écartent à l axe des dorsales. Elles se rapprochent et s enfouissent au niveau des fosses océaniques. L affrontement des plaques engendre des déformations de la lithosphère et aboutit à la formation de chaînes de montagnes. Capacités déclinées dans une situation d apprentissage Exprimer le résultat d une recherche : schématiser sur un planisphère, sur une représentation cartographique des mouvements aux limites de plaques. Exprimer le résultat d une recherche : réaliser un schéma fonctionnel de la partie externe de la Terre. Observer, questionner, argumenter, modéliser de façon élémentaire afin de relier les mouvements des plaques à l ouverture et à la fermeture d un océan jusqu à la formation d une chaîne de montagne. Exemples d activités Analyse de documents concernant la théorie de Wegener. [Histoire des sciences] Identification des mouvements de part et d autre des frontières des plaques sur un planisphère, à partir de données GPS. Mise en relation de l existence de fosses, de séismes profonds avec l enfoncement de la lithosphère océanique, à partir de cartes, de schémas, ou de logiciels de visualisation.[b2i] Utilisation de maquettes montrant le mouvement des plaques. Reconstitution du déplacement d une masse continentale, de la disparition d un océan et de la formation d une chaînes de montagnes, à partir de cartes et de schémas ou de logiciels de visualisation.[b2i] Observation de déformations des roches à l échelle de l affleurement. Réalisation de maquettes reproduisant ces déformations. 2. PLACE DE L ACTIVITE DANS UNE PROGRESSION Chapitre VI : Comment les plaques sont-elles délimitées? Chapitre VII : Comment comprendre les mouvements des plaques et leurs conséquences? 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 fosse océanique 2.Comment comprendre les mouvements des plaques au niveau de l axe des dorsales océaniques (zones d écartement)? 3.Quelles sont les conséquences du mouvement des plaques pour les océans et les continents au cours des temps géologiques? PIERRON 2008 page 1/8

2 Pierron - SVT Fiche professeur - 4e 3. 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 (voir photo ci-dessous) Par poste de travail : - Modèle «Age du fond des océans» Réf (voir photo ci-dessus) Environnement proposé pour une généralisation des observations réalisées : - Caméra Didacam Réf Vidéoprojecteur (ou à défaut écran télé) - Sites Internet : animations fermeture d un océan : par exemple celle disponible en ligne sur le site : (intitulée «la subduction») ou celle du site un exemple de modélisation analogique de la subduction par des géologues : voir l article illustré mis en ligne sur le site Planet-Terre de l ENS-Lyon ( )par Benoit Urgelli d après une conférence de Laurent Jolivet (Université Jussieu, Paris) et Claudio Faccenna (Università degli Studi Roma Tre) - Fiche technique Voir fiche fournie avec le modèle «Age du fond des océans» PIERRON 2008 page 2/8

3 Fiche professeur - 4 e - Intégration pédagogique : 1. Après avoir montré l existence de plaques lithosphériques animées de mouvements de rapprochement ou d éloignement, on se propose ici de modéliser l enfouissement des plaques au niveau des fosses océaniques. Le choix de traiter la «subduction» avant l «accrétion» est à mettre en lien (sans que cette précision soit exigible voire même explicitée suivant le niveau de la classe) avec le fait que les géologues ont montré que dans la réalité c est l enfoncement de la plaque au niveau des fosses océaniques de par la différence de densité avec l asthénosphère sous-jacente qui «tire» cette plaque (pour 80%) et engendre ainsi l 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 un planisphère 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 des foyers des séismes (voir manuel) 3. La phase de critique du modèle pourra utilement revenir sur la durée des phénomènes géologiques. 4. En fonction du nombre de modèles disponibles, on peut imaginer un TP «en mosaïque» avec les 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 explicative proposée mais aussi différences modèle/réalité repérées) ; un groupe choisi présente le travail à la classe pour chacun des TP (une Didacam reliée au vidéoprojecteur assurant à tous la bonne vision des données présentées). 5. Une synthèse du modèle explicatif de l enfouissement des plaques lithosphériques pourra se faire à partir d une animation numérique : par exemple celle disponible en ligne sur le site : (intitulée «la subduction») ou celle du site pourra aussi montrer un modèle utilisé par des géologues spécialistes du sujet (voir site évoqué plus haut). PIERRON 2008 page 3/8

4 Fiche élève - 4 e Nom : Prénom : Classe : Date : Evaluation expérimentale S.V.T. Activité 54: Modélisation des phénomènes associés à la convergence au niveau d une fosse océanique On rappelle que les données GPS ont montré un mouvement de rapprochement de points situés de part et d autre des fosses océaniques (on parle de convergence): on peut donc penser que dans cette zone des portions de plaques disparaissent de la surface du globe. Par ailleurs on a pu localiser les foyers des séismes profonds dans cette zone (voir coupe fournie) Votre objectif est de modéliser cette hypothèse de disparition des plaques au niveau des fosses océaniques afin de mettre en relation l existence de fosses océaniques, celle de séismes profonds, la disparition de portions d une plaque lithosphérique et le devenir d un océan dans cette 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 légendes suivantes au schéma du modèle (étape 1): «zone représentant la fosse océanique, «élément représentant le continent sud-américain», «élément représentant l Océan Pacifique» ; «élément représentant la plaque Nazca», «élément représentant la plaque sud-américaine» ; et en ajoutant des flèches représentant le mouvement de ces deux plaques ; - Pour agir sur le modèle, placez l une des plaques bleues complètement à gauche du modèle, (cette plaque ne représente aucune structure dans l exemple choisi), placez l autre plaque bleue au milieu du modèle et repliez la feuille plastique sous cette plaque ( cette partie repliée ne correspond à aucune 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 des foyers sismiques. PIERRON 2008 page 4/8

5 Fiche élève - 4 e 3.Rédigez un compte-rendu de votre travail en précisant l hypothèse de disparition d une plaque lithosphérique 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 de fosse 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 de mieux comprendre. Etape 1 : Etape 2 : Etape 3 : PIERRON 2008 page 5/8

6 Fiche professeur - 4 e FICHE ELEVE CORRIGÉE Activité 54 : Modélisation des phénomènes associés à la convergence au niveau d une fosse océanique 1. 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 de quelques 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-après 3. Rédigez un compte-rendu de votre travail en précisant l hypothèse de disparition des plaques lithosphériques 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 des plaques lithosphériques : au niveau des fosses océaniques, l une des plaques s enfonce dans l asthénosphère sous-jacente en provoquant des séismes. Ce phénomène engendre aussi la fermeture d un océan. - en relevant les différences entre ce modèle et la réalité des phénomènes géologiques qu il permet de mieux comprendre. modèle réalité Vitesse des mouvements cm/ s cm/an Matières plastique roches Volumes déplacés cm 3 milliers de km 3 Matériau présent sous les plaques air Roches essentiellement solides constituants l asthénosphère PIERRON 2008 page 6/8

7 Fiche professeur - 4 e Etape 1 : zone représentant la fosse océanique élément représentant l Océan Pacifique élément représentant le continent sud-américain élément représentant la plaque Nazca élément représentant la plaque sud-américaine Etape 2 : Etape 3 : PIERRON 2008 page 7/8

8 Fiche professeur- 4 e PISTES D EVALUATION pour la capacité : «Utiliser un modèle dans le but de comprendre une hypothèse explicative (Raisonner)» CRITERES DE REUSSITE RESULTATS BAREME Prise en compte des données réelles (carte) 2 Schématisation en début de modélisation 2 Schématisation des étapes 2, 3 et 4 de la 2 modélisation Formulation d une hypothèse explicative 2 Comparaison du modèle avec la réalité 2 TOTAL 10 PIERRON 2008 page 8/8

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