L activité interne du globe 1 - Les séismes Comment se manifeste un séisme et quelles en sont les conséquences? Activité 1 Régulièrement dans les actualités on parle de tremblements de terre ou séismes qui se manifestent par des secousses, ressenties plus ou moins fortement par la population. Ces séismes s accompagnent parfois de dégâts considérables. Pour certains un séisme c est : «quand il y a beaucoup de morts et de dégâts à un endroit particulier de la Terre.» Pour d autres c est plutôt : «quand la Terre se casse.» Et si ce n était pas aussi simple? Alors un séisme qu est-ce-que c est exactement? A l aide des informations apportées par les documents 1,2 et 3, indiquer dans un tableau les conséquences d un séisme. Décrire ensuite en quelques phrases la manière dont les dégâts sont répartis. A l aide du document 4, proposer une explication à cette répartition des dégâts en étudiant les données apportées par les sismogrammes. Les documents 1- Le 26 décembre 2003, de fortes secousses (vibrations) du sol dues à un séisme ont détruit la ville historique de Bam (Iran), faisant plus de 26 000 morts, 30 000 blessés et 50 000 sans-abris (doc. 1 et doc.2). Document 1 : Photos de la ville de Bam. Document 2b : Tableau liant intensité d un séisme et dégâts observés (échelle MSK) Document 2a : Echelle d intensité MSK et carte des intensités établies après le séisme de Bam. Afin d estimer l importance du séisme en un endroit, on utilise l échelle MSK (d après Medvedev, Sponheuer et Karnik) (doc.2b). On trace des cartes d isoséistes (courbes représentant, sur la carte, les endroits où le séisme a été ressenti avec la même intensité.) Ces intensités correspondent aux éléments suivants 2- Des témoignages et des observations sur le terrain peuvent également aider les géologues : «Il est 5 heures 13, la ville s éveille [ ] annoncé par un tonnerre venant des entrailles de la Terre, 13 secondes d apocalypse vont ruiner toutes les habitations de la ville, la Terre gronde, les murs tremblent, panique et essais de sauvetage de ceux qui sont pris au piège des maisons vacillantes d où il est difficile d entrer et de sortir, nous diront les survivants. L effondrement total de toutes les maisons faites de briques de terre séchée, un immense nuage de poussière «s étend» sur toute la ville.» D après Médecins du Monde International, 26 décembre 2003. Document 3a : Le séisme raconté par un sauveteur. Document 3b : Une faille apparue au niveau d un paysage à 5 km de Bam après le séisme.
3- Pour comprendre la répartition des dégâts aux alentours d une zone sismique, on étudie les données obtenues dans 3 stations d enregistrement (doc.4). Chaque station a réalisé des enregistrements du séisme à l aide de sismographes (appareils) qui enregistrent les vibrations du sol. Les vibrations sont représentées par des variations du tracé proportionnelles à leur amplitude. Ces enregistrements, appelés sismogrammes, sont représentées ci- contre. les aides ou "coup de pouce" Aide à la démarche de résolution : Apport de savoir-faire : Apport de connaissances : Document 4 : Sismogrammes enregistrés après le séisme de Bam dans 3 stations. Les séismes correspondent à des vibrations totales 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. Epicentre : lieu en surface, à la verticale du foyer, où arrivent les ondes ayant le plus d énergie Faille : cassure de l écorce terrestre accompagnée de mouvement du sous sol. - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles - Définir hypocentre ; épicentre ; faille -La conclusion
Quelle est l origine des séismes? Activité 2 L hypothèse suivante H 0 à l origine des dégâts constatés doit être validée H 0 : Une rupture de blocs de roches en profondeur est à l origine des mouvements de terrains en surface. Vous disposez pour réaliser valider H 0 d une craie, modèle réduit d une roche située en profondeur Q1. Proposer alors une expérience simple qui permet de vérifier H 0. Ra Q2. Représenter simplement cette expérience et son résultat sous forme d un schéma. Le commenter. Q3. Interpréter les résultats de cette expérience et l étendre à la réalité Ra Q4. Compléter alors le bloc-diagramme I/C I/C 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. A partir du foyer, la déformation se propage sous forme d ondes sismiques Foyer ou hypocentre : endroit où se produit en premier la rupture des roches et d où partent les secousses. - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles - RÉALISER, MANIPULER, MESURER, CALCULER, APPLIQUER DES CONSIGNES Faire un schéma Faire un dessin - RAISONNER, ARGUMENTER, PRATIQUER UNE DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE OU TECHNOLOGIQUE Proposer une méthode, un calcul, une expérience (protocole), un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole). Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire, valider ou invalider (la conjecture), l hypothèse
Quelles sont les informations fournies par l enregistrement des séismes? Activité 3 1. un appareil mesurant les ondes sismiques On peut modéliser (imiter pour comprendre) le comportement des ondes sismiques en jetant un morceau de roche dans l eau. Après avoir observé l expérience présentée : Q1. Représenter simplement cette expérience et son résultat sous forme d un schéma. Le commenter. I/C Q2. Interpréter les résultats de cette expérience et l étendre à la réalité Ra A partir de votre livre (p.142 doc1 et 2) et du matériel proposé (potence ; fil ; crayon à papier ; poids ; 2 serre-joints), Q3. Réaliser un sismographe rudimentaire que vous pourriez fabriquer. Le représenter. I/Ra Les ondes sismiques sont enregistrables en tout point du globe sur des sismographes qui donnent des tracés caractéristiques : les sismogrammes (Figure 5 & 6). Q4. Décrire les tracés des ondes sismiques aux 3 stations d enregistrement. I/Ra 2. L exploitation du tracé A partir de votre livre (p142 doc3 et doc 4), Q5. Présenter les résultats des différents tracés dans un tableau selon l ordre suivant. C Nommer l épicentre du séisme et les stations d enregistrement. I Calculer la distance séparant de l épicentre de chaque station. Re Calculer le temps mis par chaque train d ondes pour parcourir la distance séparant de l épicentre de chaque station. Re Calculer la vitesse de propagation (distance/temps en km/s) des trains ondes qui arrivent à chaque station Re Q5. Écrire comment varie la vitesse des trains d ondes en fonction de la distance à l épicentre. I A partir du foyer, la déformation se propage sous forme d ondes sismiques enregistrables. - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles Reformuler, traduire, coder, décoder. - RÉALISER, MANIPULER, MESURER, CALCULER, APPLIQUER DES CONSIGNES Effectuer un calcul Faire un schéma - Percevoir la différence entre réalité (les ondes sismiques) et simulation (modèles de propagation d ondes) - Percevoir le lien entre sciences (propagation des ondes) et techniques (sismogrammes). -La conclusion
Des ondes sismiques enregistrables par le sismomètre (sismographe) Je m informe sur les séismes
Principe de fonctionnement : Le sismomètre (ou sismographe) possède un socle solidaire du sol, sur lequel repose tout le dispositif d enregistrement des vibrations. Seul le stylet est en inertie totale (immobile en permanence). Lorsque le sol vibre, le cylindre enregistreur tournant vibre aussi et un tracé sinueux s inscrit sur celuici : cet enregistrement d ondes sismiques se nomme un sismogramme.
Comment sont répartis les séismes à la surface de la Terre? Activité 4 1. Les séismes dans le monde Q1. Décrire la répartition des séismes dans le monde et/ou carte projeté (p. 170 doc.2). I Q2. Comparer cette carte de la répartition des séismes (p. 170 doc.2) à celle de la carte des reliefs au niveau de l océan Atlantique (p. 171 doc.3). Ra 2. Les séismes dans la région Observer la carte de la répartition des séismes dans notre région. Q3. Exposer la remarque que vous pouvez faire concernant la région de Toulon I Q4. Décrire où se répartissent les séismes de forte intensité I Q5. Repérer à l aide d une croix le séisme de Lambesc qui a eu lieu le 11 juin 1909 I Donner son intensité I Les séismes sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre. Ils se produisent surtout dans les chaînes de montagnes, près des fosses océaniques et aussi le long de l'axe des dorsales. - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles - Exploiter un planisphère et une représentation cartographique, pour localiser les zones sismiques à l'échelle mondiale et locale. -La conclusion
Comment peut-on gérer un risque sismique? Activité 5 : Le risque sismique à Istanbul Istanbul attend dans l anxiété un inéluctable séisme (www.24h.ch) ALERTE Dix ans après la catastrophe de 1999, la grande métropole turque n est pas prête à affronter le tremblement de terre annoncé. GABRIELLE DANZAS / ISTANBUL 15.08.2009 00:02 Est-ce que le séisme vous fait peur? «Non!» hurlent les petits stambouliotes en cœur. A Istanbul, ils sont bien les seuls, car les 15 millions d habitants attendent dans l angoisse le «big one». Le 17 août 1999, un tremblement de terre à Izmit, dans la grande banlieue, fit plus de 20000 morts, dont un millier à Istanbul, alors que l épicentre se trouvait à 90 kilomètres. Dix ans après, les spécialistes tirent la sonnette d alarme: l échéance du prochain désastre se rapproche inéluctablement, mais la mégapole turque n est pas du tout prête à l affronter. En utilisant les documents fournis ci-dessous, évaluer le risque sismique encouru par les stambouliotes. Document 1 : carte géographique de la Turquie (tirée de http://earthquake.usgs.gov) Document 2 : carte des frontières de plaques en Turquie Document 3 : sismicité de la Turquie de 1990 à 2006 (tirée de http://earthquake.usgs.gov) Document 4 : Constructions anciennes sur la rive européenne d'istanbul Le maillon faible vient de l immobilier. Dans cette ville à l urbanisation galopante, 70% de l habitat est illégal. Il a été construit sans respecter les règles parasismiques. Les contrôles des chantiers en cours, même s ils se sont améliorés, restent insuffisants. «Après 1999, 1730 écoles vulnérables avaient été recensées. Seulement 230 ont été fortifiées. Sur les 635 bâtiments hospitaliers, seuls trois l ont été. Rien n a été fait pour les centrales électriques, les centres commerciaux, les minarets, les canalisations de gaz énumère Cemal Gökçe, président de la Chambre des ingénieurs civils d Istanbul. Ce n est même pas un problème d argent, car la Banque mondiale a débloqué 310 millions d euros pour les ouvrages publics: c est une question de volonté politique.» d'après www.24h.ch GABRIELLE DANZAS / ISTANBUL 15.08.2009 00:02 les aides ou "coup de pouce" Aide à la démarche de résolution : Apport de savoir-faire : Apport de connaissances :
Les aléas sismiques dus à l'activité de la planète engendrent des risques pour l'homme - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - C3 /Rechercher, extraire et organiser l information utile - C3 / pratiquer une démarche scientifique : savoir observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, argumenter - C5 /exprimer et exploiter les résultats d'une mesure ou d'une recherche et pour cela utiliser les langages scientifiques à l'écrit - lire et employer différents langages : textes, graphiques, cartes, images, musiques -La conclusion
2 Le volcanisme Les éruptions volcaniques sont-elles toutes les mêmes? Activité 6 A partir de vidéos projetées, Q1. Écrire dans un tableau les manifestations du volcan Mont St Helens et celles du Piton de la Fournaise (couleur ; fréquence ; durée ; émission des produits ; type de lave ; dangerosité). I Couleur dominante Fréquence des éruptions Durée des éruptions Caractéristiques des émissions Type de lave Dangerosité Type de volcanisme Mont St HELENS (U.S.A) Le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) Q2. Comparer les 2 types de volcans puis associer les caractéristiques des manifestations à la qualité de la lave émise dans chaque cas. Ra Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz. Le volcanisme est l'arrivée en surface de magma et se manifeste 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. - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles - Observer et s interroger sur les manifestations de différentes éruptions volcaniques et les produits émis pour identifier deux types d éruptions. -La conclusion
D où proviennent les matériaux des éruptions volcaniques? Activité 7 Figure 1 : Répartition des séismes sous le Piton de la Fournaise. Le schéma ci-contre montre la répartition en profondeur des foyers de très nombreux petits séismes enregistrés avant l'éruption du Piton de la Fournaise. À une certaine profondeur, on n enregistra plus de fracture de la roche (pointillés). Texte 1 «La matière est constituée d'atomes. Quand les atomes sont liés solidement entre eux, la matière est solide. Quand les atomes sont liés faiblement, la matière est liquide. La pression pousse les atomes les uns contre les autres et tend à rendre la matière solide. À l'inverse la température (élevée) tend à écarter les atomes, donc à rendre la matière liquide. Dans l'intérieur du globe, pression et température se livrent à une lutte formidable, et augmente avec la profondeur...» Extrait modifié d'un texte de Claude Allègre. Texte 2 A un certain niveau en profondeur, les effets opposés de la température de la pression s'annulent et les roches sont à un stade proche de la fusion ou en partie fondues. Ces zones semblent favorables à la production de magma. Plus en profondeur, la pression s'oppose à la température et les roches sont solides A partir de la figure 1, Q1. Exposer la caractéristique de l état de la roche à une certaine profondeur sous un volcan (Fig.1) Formuler une hypothèse qui dit l'état de la matière à une certaine profondeur sous le volcan. A partir des 2 textes, Q2. Extraire des arguments dans les 2 textes qui valident l hypothèse. I/Ra Après avoir observé la remontée des gaz d une eau pétillante, Q3. Décrire le phénomène qui se produit après une agitation de la bouteille et le débouchage. I Interpréter le phénomène dans le cas du volcanisme Déduire alors les définitions du mot magma et du mot lave. Ra I/Ra Q4. Compléter le schéma de l édifice volcanique après avoir observé le vidéogramme des éruptions du Vésuve. ApC 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 matériaux émis constituent l édifice volcanique. - Savoir utiliser des connaissances : la terre et l univers (compétence 3) - RECHERCHER, EXTRAIRE ET ORGANISER L INFORMATION UTILE Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles Reformuler, traduire, coder, décoder. - RAISONNER, ARGUMENTER, PRATIQUER UNE DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE OU TECHNOLOGIQUE Émettre une hypothèse Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire, valider ou invalider (la conjecture), l hypothèse -La conclusion
Figure 7 : Schéma comparatif des deux activités volcaniques.
Comment se forment les roches volcaniques à partir de la lave? Activité 8 Q1. Comparer à l œil nu, puis à la loupe, l aspect d une roche née d un volcanisme explosif, l andésite, à celle d une roche née d'un volcanisme effusif, le basalte. I/Ra Q2. Comparer au microscope la structure d une lame mince d andésite à celle du basalte I/Ra Malgré des éruptions très différentes, les roches volcaniques ont la même structure microlithique et sont partiellement cristallisées : on dit que la structure est hémi cristalline. - 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 - Manipuler : réaliser l observation microscopique d une lame mince de roche volcanique - Exprimer le résultat d une recherche - La conclusion
Comment naît cette structure commune aux roches volcaniques? Activité 9 Observation : L'observation du basalte et de l'andésite au microscope polarisant a révélé la présence de phénocristaux et de microcristaux noyés dans un verre (structure hémi cristalline). Q1. Formuler un problème qui naît de ce constat Ra Q2. Proposer au moins une hypothèse qui puisse répondre à ce problème Ra Donner des conséquences vérifiables de cette hypothèse Ra Pour valider l hypothèse, on se propose de réaliser l expérience de cristallisation de la vanilline. Expérience et mode opératoire - La vanilline s achète sous forme de cristaux en pharmacie. - Pour observer facilement sa cristallisation, placer quelques cristaux entre deux lames, puis chauffer à l'aide d une plaque chauffante électrique. (Les lames sont maintenues bien serrées grâce à des pinces en bois). - Dès que la vanilline est fondue, on place la préparation sous le microscope polarisant. On fait de même en refroidissant brutalement les lames sur un lit de glace. N.B. : Plus les pinces sont serrées, plus les cristaux seront colorés et clairs (épaisseur réduite) Résultats Q3. Décrire la formation des cristaux à température ambiante observée sous le microscope polarisant I/C Q4. Représenter sous forme de croquis les résultats des deux types de refroidissement C Discussion et conclusion Q5. (a) Interpréter ces résultats et (b) répondre au problème soulevé. Ra 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. - 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. - Réalisation d'un croquis montrant la structure de ces roches vues au microscope polarisant - Observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, modéliser la formation des roches volcaniques. - Manipuler : réaliser l observation microscopique - Exprimer le résultat d une recherche - La conclusion
Comment est réparti le volcanisme à la surface de la Terre? Activité 10 Il existe dans le monde plus de 5000 volcans actifs (Fig.9a). Certains ont une activité quasi permanente (Piton de la Fournaise). D'autres se réveillent après plusieurs années de sommeil (500 ans pour le Pinatubo). Q1. Décrire la répartition des volcans à travers le Monde (p. 172 doc.3 ou Fig.9). I Q2. Repérer sur la carte ce que les géologues nomment «le Cercle de feu du Pacifique». I Q3. Comparer la répartition mondiale du volcanisme à celle de la répartition mondiale des séismes. (Fig. 9 a & b ou p. 174 doc.1 et doc.2). Ra Figure 9 : Cartes de la répartition mondiale du volcanisme (a) et des séismes (b). Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe - Sur les continents, des volcans actifs sont alignés, principalement autour de l océan Pacifique et le long de grandes cassures. - Dans les océans, les zones volcaniques se situent dans l axe des dorsales océaniques. - Localisation des zones volcaniques du globe à partir d'un planisphère, ou d un logiciel de visualisation - Exploiter une représentation cartographique, un planisphère pour localiser les zones volcaniques - Comparaison de la répartition mondiale des séismes et des volcans. - La conclusion
Comment est réparti le volcanisme à la surface de la Terre? Activité 10 : La répartition mondiale des volcans Les médias relatent fréquemment des éruptions volcaniques à la surface du globe, ces volcans peuvent être situés dans diverses régions du globe, comment se répartissent les volcans actifs à l échelle planétaire? A partir de l exploitation du logiciel Google Earth, déduire la répartition mondiale des volcans actifs à la surface de la planète. Document 1 : Répartition mondiale des volcans actifs Document 2 : Reliefs des continents et des océans et répartition mondiale des volcans actifs Les aides ou "coup de pouce" Aide à la démarche de résolution : Apport de savoir faire : Apport de connaissances : Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe : - Sur les continents, des volcans actifs sont alignés, principalement autour de l océan Pacifique et le long de grandes cassures. - Dans les océans, les zones volcaniques se situent dans l axe des dorsales océaniques. - Localisation des zones volcaniques du globe à partir d'un planisphère, ou d un logiciel de visualisation - Exploiter une représentation cartographique, un planisphère pour localiser les zones volcaniques - Comparaison de la répartition mondiale des séismes et des volcans. - La conclusion