Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains

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1 Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains 2 sous parties : Tectonique des plaques et géologie appliquée Nourrir l humanité

2 Une exemple de tâche complexe

3 Rappel : «La tâche complexe est une tâche mobilisant des ressources internes (culture, capacités, connaissances, vécu ) et externes (aides méthodologiques, protocoles, fiches techniques, ressources documentaires ).» Vade-mecum du socle commun La mise en oeuvre de la tache complexe passe par une proposition d'une situation réaliste qui peut poser implicitement un problème scientifique. Elle s'appuie sur la fourniture aux élèves de documents de travail et outils divers et variées, sans questionnement guidé : l'élève devra par lui même utiliser une combinaison de procédure simples qu'il élaborera en autonomie. Les consignes sont ainsi réduites à une question de départ, ainsi qu'une éventuelle production attendue.

4 Objectifs: Intérêt appliqué du modèle de la tectonique des plaques dans la recherche des hydrocarbures Morphologie et structure des marges passives À partir de l étude d un exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte : -d un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d une matière organique abondante et à sa conservation ; -d une tectonique en cours de dépôt (subsidence) et après le dépôt qui permettent l enfouissement et la transformation de la matière organique puis la mise en place du gisement. Recenser, extraire et organiser des informations permettant de reconstituer le contexte géographique et géologique à l époque du dépôt à l origine de l hydrocarbure de l exemple étudié. Découvrir la morphologie et la structure des marges passives à partir des profils de sismique réflexion et/ou des cartes et/ou des coupes Analyser les positions relatives des continents et des océans (Téthys ou Atlantique) lors des périodes d absence ou de grande accumulation de roches mères pétrolières pour comprendre les conditions favorables à leur dépôt. Repérer les grandes caractéristiques d un bassin sédimentaire et de quelques roches sédimentaires

5 Une accroche: Extrait d actualité sur «l accident» de la plateforme off shore Deepwater Horizon

6 Un constat: Le golfe du Mexique est une des régions du monde les plus riches en gisement d hydrocarbures

7 Un problème: En quoi l histoire géologique du Golfe du Mexique a-t-elle permis la formation des gisements??

8 Les consignes Question ouverte et précision du type de production attendue: A partir de la mise en relation des informations tirées des différentes ressources: Représentez par un schéma simple la structure géologique de la bordure du Golfe du Mexique. Expliquez en quoi la position géographique et l histoire géologique du Golfe du Mexique a- t-elle favorisé la formation d hydrocarbure?

9 Consignes Ressources Carte bathymétrique Situation du Golfe du Mexique dans la carte des plaques tectoniques Images satellitales du delta du Mississipi Animation sur le fonctionnement des failles normales Texte sur l histoire géologique du Golfe du Mexique Protocole: Expérience de modélisation de la tectonique en extension Profil sismique du golfe du Mexique + animation sur la sismique réfraction Log stratigraphique Carte mondiale de l épaisseur des bassins sédimentaires Lexique avec définition des mots «barbares» des ressources Cartes paléogéographiques

10 Consignes Ressources Situation du Golfe du Mexique dans la carte des plaques tectoniques D'après Julien BOURDET. Histoire de la diagenèse et des remplissages des réservoirs pétroliers carbonatés d'âge mésozoïque du bassin du Sud-Est mexicain. Thèse Nancy 2008

11 Consignes Ressources Image satellitale du delta du Mississipi Suspension organique en rose. Sat. Aqua

12 Consignes Ressources Profil sismique du golfe du Mexique + animation sur la sismique réfraction D'après Humberto ALZAGA RUIZ: Architecture et remplissage sédimentairedu bassin profond du Golfe du Mexique (Thèse 2008)

13 Consignes Ressources Profil sismique du golfe du Mexique + animation sur la sismique réfraction

14 Consignes Ressources Log stratigraphique

15 Consignes Ressources Carte mondiale de l épaisseur des bassins sédimentaires

16 Consignes Ressources Protocole: Expérience de modélisation de la tectonique en extension Ou en vidéo:

17 Consignes Ressources Animation sur le fonctionnement des failles normales

18 Consignes Ressources Cartes paléogéographiques Texte sur l histoire géologique du Golfe du Mexique

19 Consignes Ressources Carte bathymétrique Situation du Golfe du Mexique dans la carte des plaques tectoniques Images satellitales du delta du Mississipi Animation sur le fonctionnement des failles normales Texte sur l histoire géologique du Golfe du Mexique Protocole: Expérience de modélisation de la tectonique en extension Profil sismique du golfe du Mexique + animation sur la sismique réfraction Log stratigraphique Carte mondiale de l épaisseur des bassins sédimentaires Lexique avec définition des mots «barbares» des ressources Cartes paléogéographiques

20 Deux exemples de démarches possibles parmi d autres: Consignes Ressources Diversité des stratégies Etude de la structure de la marge du Golfe Interprétation par l histoire géologique Etude de l histoire géologique du Golfe. Identification des périodes de formation d hydrocarbures Recherche des conditions propices à la formation des hydrocarbures Recherche des facteurs favorisant la formation des hydrocarbures Conséquence sur la structure actuelle de la marge.

21 Consignes Ressources Diversité des stratégies Capacités mises en oeuvre Identifier le problème Extraire d'un document les informations relatives à un thème de travail Utiliser une ressource numérique Organiser les informations pour les utiliser Faire un schéma scientifique Adopter une démarche explicative

22 Consignes Les aides ne sont pas destinées à donner des réponses mais à guider les élèves dans leur réflexion, dans la mise en œuvre de capacités ou dans la mobilisation de connaissances. Ces aides doivent être mises à disposition de l'élève en fonction des difficultés qu'il rencontre, seulement quand il en a besoin et dans l'ordre qui lui convient. Apport de connaissances Ressources Diversité des stratégies Capacités mises en oeuvre Aides Conditions d accumulation de la M.O.: En règle générale, la biosphère recycle la quasi-totalité des sous-produits et débris. Cependant, une petite minorité de la matière «morte» sédimente. Ce phénomène concerne des environnements particuliers, tels que les endroit confinés (lagunes, deltas ), surtout en milieu tropical et lors de périodes de réchauffement climatique intense (comme le jurassique et le crétacé), où le volume de débris organiques excède la capacité de «recyclage».

23 Consignes Les aides ne sont pas destinées à donner des réponses mais à guider les élèves dans leur réflexion, dans la mise en œuvre de capacités ou dans la mobilisation de connaissances. Ces aides doivent être mises à disposition de l'élève en fonction des difficultés qu'il rencontre, seulement quand il en a besoin et dans l'ordre qui lui convient. Apport de savoir-faire Ressources Diversité des stratégies Capacités mises en oeuvre Aides Analyse du profil sismique: Identifier la discontinuité représentant la limite du socle. Identifier les discontinuité représentant les principales limites de couches sédimentaires. Identifier les discontinuités recoupant ces couches. Observer le comportement des couches de part et d autre de ces discontinuités. A l aide de l animation «Failles», identifier ces discontinuités.

24 Consignes Les aides ne sont pas destinées à donner des réponses mais à guider les élèves dans leur réflexion, dans la mise en œuvre de capacités ou dans la mobilisation de connaissances. Ces aides doivent être mises à disposition de l'élève en fonction des difficultés qu'il rencontre, seulement quand il en a besoin et dans l'ordre qui lui convient. Aide méthodologique Ressources Diversité des stratégies Capacités mises en oeuvre Aides Mise en relation /documents: Dans les divers documents relevez les facteurs ayant favorisé L accumulation de matière organique dans les sédiments du Golfe.. Son enfouissement rapide à l origine de sa transformation en hydrocarbures..

25 Consignes Ressources Diversité des stratégies Capacités mises en oeuvre Aides Bilan Conditions favorables à la formation d hydrocarbure Accumulation de matière organique Enfouissement de la matière organique en profondeur Géologie du Golfe du Mexique Position proche de l équateur Apport important de M.O. au niveau du delta du Mississipi Milieu relativement confiné Période d accumulation chaude (Jurassique) Faible circulation marine Bassin sédimentaire de type marge passive résultant de l ouverture du golfe du Mexique au Trias-Jurassique (tectonique en extension) Forte épaisseur de sédiments>12 km (carte + profil) Accumulation des sédiments le long des failles normales. Subsidence thermique au Crétacé.

26 Une exemple de démarche d investigation

27 Objectifs: Intérêt appliqué du modèle de la tectonique des plaques dans la recherche des hydrocarbures Morphologie et structure des marges passives

28 Une motivation pour définir une situation Des voitures, du pétrole

29 De l or noir dans le grand bleu Un défi à relever. Vous êtes géologue dans une compagnie pétrolière La majorité des gisements connus sont en cours d'exploitation. Des compagnies concurrentes ont repéré de nouveaux gisements profonds dans le golfe du Mexique. On vous confie une mission : chercher de nouveaux sites de prospection en océan profond. Les coûts étant très importants, votre compagnie ne peut pas prospecter au hasard...

30 Problématisation Des études de sismiques réflexions ont permis de reconnaitre la structure de marge passive de la zone prospectée. On vous demande les zones dans lesquelles les forages ont le plus de chance de rencontrer des nappes de gas et de pétrole. (Rappel: le gaz à une plus faible densité que le pétrole)

31 Problématisation Hypothèses explicatives Proposition d une hypothèse individuelle A partir d une coupe simplifiée de la marge passive du Golfe du Mexique présentant les propriétés des différentes roches sédimentaires, l élève propose de localiser les gisements de pétrole et de gaz.

32 Problématisation hypothèses explicatives Confrontation et proposition d une hypothèse collective Par atelier, les élèves confrontent leurs hypothèses et proposent une hypothèse collective.

33 Problématisation hypothèses explicatives Investigation expérimentale Concevoir et réaliser des expérience de modélisation permettant de tester les hypothèses sur la localisation des gisements ou sur la position relative du gaz et du pétrole Activités des Programmes: Modéliser la circulation de fluides de densités différentes non miscibles dans des roches perméables. Concevoir une modélisation et suivre un protocole pour comprendre comment une structure géologique associée à un recouvrement imperméable constitue un piège à liquide.

34 Decontextualisation/ Confrontation au savoir référent précise hypothèses explicatives Investigation expérimentale Institutionnalisation Animation Total «Formation des gisements de pétrole, étude géologiques fondamentaux», C. Sallé et J.Debyser, éditions Technip, 1976

35 Marges passives

36 Mise en commun/élaboration de la trace écrite Problématisation Hypothèses explicatives Investigation expérimentale Les structures géologiques mises en place dans le cadre de la tectonique des plaques (par exemple les failles normales dans le cadre d une tectonique en extension) forment des pièges permettant la mise en place des gisements d hydrocarbures. Institutionnalisation