Activité 48 : Quand la Terre tremble : découvrir les manifestations et les caractéristiques des séismes. 1. EXTRAITS REFERENTIELS DU BO Partie : L'activité interne du globe Connaissances Les séismes résultent d'une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre. 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. 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. 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. 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). Exploiter une représentation cartographique, un planisphère [Compétence 5], [Compétence 4 B2i domaines 1 et 4] pour localiser les zones sismiques à l'échelle mondiale. Situer un séisme dans l espace en utilisant des cartes à différentes échelles. [Compétence 5] S informer, se documenter grâce à un logiciel ou un site Internet sur la localisation des séismes. [Compétence 4 B2i domaine 4] 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. 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] 2. PLACE DE L ACTIVITE DANS UNE PROGRESSION Chapitre I. Chapitre II. Les séismes Activité 48 : Quand la Terre tremble : découvrir les manifestations et les caractéristiques des séismes Les volcans PIERRON 2007 page 1/10
3. PRESENTATION DE L ACTIVITE - Objectifs de connaissances Les principales manifestations de surface d'un séisme. Les causes de ces manifestations sont à associer à la naissance et la propagation d'ondes sismiques. L'idée de propagation des ondes sismiques dans les solides est confortée par l'étude d'un sismogramme. - Objectifs méthodologiques et/ou technologiques Saisies d'informations et mise en relation Modélisation de l'enregistrement d'ondes sismiques avec un dispositif adapté Analyse d'un sismogramme - Liste du matériel Pour visualiser quelques effets des séismes (secousses, dégâts, témoignages.) : o DVD C'est pas sorcier séismes Réf 21283 o Exemples de sites Internet consultables en complément: http://www.ac-nice.fr/svt/aster/docs/news/news_index_world.htm http://www.ac-nice.fr/svt/aster/sismo/video/video_index.htm http://www.prevention2000.org/cat_nat/temoignages/temoignages.htm Maquette de sismographe : SISMO 3D Réf 12104 PIERRON 2007 page 2/10
Visualisation de sismogrammes : plusieurs possibilités o Banque de données sismiques du réseau "Sismo des Ecoles" : possibilité de recherche de sismogrammes particuliers, analyse en ligne des sismogrammes ou possibilité de téléchargement des données ainsi que du logiciel de traitement. http://www.ac-nice.fr/svt/aster/data/data_index.htm o Cédérom "Etude de sismogrammes" Réf 20307 - Fiche technique pour l'utilisation de Sismo 3D Ce modèle permet de comprendre le principe de fonctionnement d'un sismographe. Un sismographe enregistre le déplacement du sol par rapport à une masse très lourde qui reste presque immobile du fait de son inertie. Modèle Sismo 3D : la masse reste immobile alors qu'autour d'elle tout se met à bouger sous l'effet d'un choc. Le stylo enregistre les déplacements du papier déroulé manuellement. Il convient o De porter un choc unique sur la table à l'aide d'un maillet en caoutchouc : les vibrations qui naissent au point d'impact se propagent à travers les solides (table, support) ; le socle et le papier se déplacent sous la pointe du stylo qui, lui, est solidaire de la masse et ne bouge pas. o De dérouler le papier le plus régulièrement possible durant la manipulation. o De recommencer plusieurs fois la manipulation en frappant la table plus ou moins fortement. - Intégration pédagogique L'activité proposée se situe au départ de la démarche d'investigation proposée aux élèves par le programme : les élèves observent les manifestations de surface de plusieurs séismes et découvrent qu'elles résultent de vibrations du sol susceptibles de se propage. Une situation déclenchante est ainsi créée qui aboutira à la formulation du problème de l'origine des séismes. Le traitement simultané de plusieurs exemples d'événements sismiques par des petits groupes d'élèves et la mise en commun des résultats des travaux de groupe permettront à la fois un gain de temps et renforceront l'effet motivateur. Il conviendra : - de sélectionner des exemples récents si possible - de choisir des événements dont les manifestations sont d'intensité variable - de diversifier, si le matériel le permet, les supports proposés (lecture de DVD, enregistrement d'actualités télévisées, consultation de sites Internet, textes et photographies etc. ) Pour la séquence manipulation de maquette, il est souhaitable de disposer d'un Sismo 3D par groupe d'élèves. PIERRON 2007 page 3/10
Fiche élève - 4 e Nom : Prénom : Classe : Date : Evaluation expérimentale S.V.T. Activité 48 : Quand la Terre tremble : découvrir les manifestations et les caractéristiques des séismes. Première partie : Les manifestations de surface des séismes A partir de l'exploitation des divers documents proposés : 1. Que ressent-on pendant un tremblement de terre? 2. Quelles sont les conséquences possibles d'un séisme? Cite les conséquences éventuelles d'un séisme observées dans le paysage au niveau des habitations Pour la population Dans le cas d un séisme dévastateur, qu observe-t-on lorsqu on s éloigne de la zone la plus touchée (= épicentre du séisme)? PIERRON 2007 page 4/10
Fiche élève - 4 e b. Bilan des observations : a) Quelles sont les causes des manifestations de surface plus ou moins fortes observées lors d un séisme? b) Complète la phrase suivante : A partir de l'épicentre du séisme, les. qui apparaissent se propagent dans toutes les directions en.progressivement : ce sont les ondes sismiques. Deuxième partie : l'enregistrement des secousses sismiques La mesure des caractéristiques d'un séisme (durée, force) se fait par l'enregistrement des ondes sismiques grâce à un appareil appelé sismographe ; les enregistrements obtenus sont des sismogrammes. 1. Un modèle simple de sismographe : Une masse assez lourde suspendue à un support reste immobile lorsque tout bouge autour d'elle, sous l'effet d'une secousse de la table. Un choc est porté perpendiculairement à la lame métallique qui porte la masse. Un stylo fixé à cette masse enregistre le signal (sismogramme) sur un papier déroulé manuellement. a) Observe le dispositif puis porte, sur le schéma, les annotations : b) Réalise plusieurs essais en variant la force du choc porté sur la table et en faisant attention à ce que la vitesse de déroulement du papier soit la plus régulière possible c) A partir de la comparaison des tracés obtenus lors des différents essais, indique comment il est possible d'évaluer la durée d'un séisme ainsi que sa puissance. PIERRON 2007 page 5/10
Fiche élève - 4 e d) Sur l'image ci-dessous, trace le trait qui renseigne sur la durée et celui qui indique la puissance du phénomène. sens de déroulement du papier 2. Un exemple de sismogramme : Evénement du 20 janvier 2006 à 20h 52m 58s, enregistré par le sismographe du Collège de Saint Dalmas de Tende (Alpes maritimes), distant de 75km de l'épicentre. a) A quelle heure le sismographe du collège enregistre-t-il l'arrivée du séisme? b) Evalue la différence de temps entre l'heure du séisme et son enregistrement à Saint Dalmas de Tende. Propose une explication à cette différence. c) Détermine le temps pendant lequel le collège a subi les secousses sismiques. PIERRON 2007 page 6/10
FICHE ELEVE CORRIGÉE Activité 48 : Quand la Terre tremble : découvrir les manifestations et les caractéristiques des séismes Première partie : Les manifestations de surface des séismes A partir de l'exploitation des divers documents proposés : 1. Que ressent- on pendant un tremblement de terre? Bruits sourds - grondements Vibrations du sol et de l'ensemble des objets 2. Quelles sont les conséquences possibles d'un séisme? Cite quelques conséquences éventuelles d'un séisme observées dans le paysage D'aucune modification jusqu'à des déplacements du sol, horizontaux ou verticaux de plusieurs mètres avec éboulements, effondrements, destructions de routes, de ponts etc au niveau des habitations Déplacements, chutes d'objets ; bascules voire effondrements d'immeubles ; coupures d'électricité, ruptures de canalisations, incendies et explosions etc pour la population Victimes, blessés, sans abris.difficultés d'approvisionnement et de circulation, épidémies Dans le cas d'un séisme dévastateur, qu'observe-t-on lorsqu'on s'éloigne de la zone la plus touchée (= épicentre du séisme)? L'importance des dégâts diminue. 3. Bilan des observations : a) Quelles sont les causes des manifestations de surface plus ou moins fortes observées lors d'un séisme? Les causes des manifestations de surface plus ou moins fortes sont des secousses ou vibrations du sol. PIERRON 2007 page 7/10
b) Complète la phrase suivante : A partir de l'épicentre du séisme, les vibrations qui apparaissent se propagent dans toutes les directions en s'atténuant progressivement : ce sont les ondes sismiques. Deuxième partie : l'enregistrement des secousses sismiques La mesure des caractéristiques d'un séisme (durée, force) se fait par l'enregistrement des ondes sismiques grâce à un appareil appelé sismographe ; les enregistrements obtenus sont des sismogrammes. 1. Un modèle simple de sismographe : Une masse assez lourde suspendue à un support reste immobile lorsque tout bouge autour d'elle, sous l'effet d'une secousse de la table. Un choc est porté perpendiculairement à la lame métallique qui porte la masse. Un stylo fixé à cette masse enregistre le signal (sismogramme) sur un papier déroulé manuellement. a) Observe le dispositif puis porte sur le schéma les annotations : Support Trace=sismogramme Masse Stylo Rouleau de papier b) Réalise plusieurs essais en variant la force du choc porté sur la table et en faisant attention à ce que la vitesse de déroulement du papier soit la plus régulière possible c) A partir de la comparaison des tracés obtenus lors des différents essais, indique comment il est possible d'évaluer la durée d'un séisme ainsi que sa puissance. La durée est évaluée par la longueur de l'ensemble des oscillations provoquées par le choc. L'amplitude des oscillations renseigne sur la force avec laquelle le choc a été porté, PIERRON 2007 page 8/10
d) Sur l'image ci-dessous, trace le trait qui renseigne sur la durée et celui qui indique la puissance du phénomène. Sens de déroulement du papier 2. Un exemple de sismogramme : Durée Evénement du 20 janvier 2006 à 20h 52m 58s, enregistré par le sismographe du Collège de Saint Dalmas de Tende (Alpes maritimes), distant de 75 km de l'épicentre. Amplitude a) A quelle heure le sismographe du collège enregistre-t-il l'arrivée du séisme? 20h 53m 10s b) Evalue la différence de temps entre l'heure du séisme et son enregistrement à Saint Dalmas de Tende. Propose une explication à cette différence. 20h 53m 10s - 20h 52m 58s = 12 secondes Ce délai correspond au temps nécessaire aux ondes sismiques pour parcourir la distance séparant le séisme de l'endroit où se trouve le sismographe. c) Détermine le temps pendant lequel le collège a subi les secousses sismiques. Environ 40 secondes. PIERRON 2007 page 9/10
PISTES D EVALUATION Questions Objectifs Résultats Barème 1 Savoir saisir des informations 2 Première partie 2 Savoir saisir des informations 5 3 Savoir saisir des informations et les mettre en relation 1a Comprendre le dispositif : Annotations correctes du schéma 2+1 2 Deuxième partie 1b Suivre des consignes manipulatoires 2 1c Interpréter un tracé 2 2 Exploiter un sismogramme 4 TOTAL 20 PIERRON 2007 page 10/10