La Terre, une planète
active
Les séismes sont causés
par une rupture brutale des roches profondes
1 - Des forces
s'exerçant en permanence sur les roches provoquent leur
rupture
Expériences: casser
une roche à l'étau (notion de force)casser une craie:
notion de contrainte -visualisation des contraintes sur des
morceaux de règles polycarbonate cassées (très facile à
trouver !)
SL: contraintes sur les roches du sol
•
Des forces gigantesques
s'exercent sur des roches rigides (indéformables)
• La roche rigide
ne peut se déplacer:
• des contraintes
(forces qui tendent à cisailler la roche) s'accumulent sur
une surface donnée
•
Lorsque les contraintes
dépassent la résistance de la roche, elle casse ou glisse
le long d'une cassure.
2 - Le foyer du séisme
est le lieu de la rupture ou naissent des ondes sismiques
Expériences:ondes
produites par une cassure (son d'une craie qui se
casse)force transmise par les ondes (bang
supersonique)ondes propagée dans les solides (transmission
du son)ondes de choc (chute d'un crayon en équilibre sur la
paillasse par un coup lointain sur celle-ci) - forme des
ondes (caillou dans l'eau)
Animations et détails
SL: Propagation des ondes sismiques à
partir d'une cassure
•
La roche casse, se déplace.
Parfois, plusieurs cassures se produisent successivement.
Cassure et déplacement libèrent de l’énergie sous
forme d’ondes sismiques qui se propagent dans toutes
les directions.
Le point où se produit la cassure est le
foyer
du séisme.
3
- Les mouvements de surface provoqués par les ondes sont
enregistrés et analysés
31 - Les ondes
atteignent la surface à l'épicentre du
séisme
SL: épicentre d'un séisme
Actualité des séismes
récents
Attention:
conserver les
coupures presse sur les séismes pour étude, activité et
évaluation !
L'épicentre est le point de la surface ou les ondes
sismiques arrivent les premières. Il est situé à la
verticale du foyer. C'est en ce point que le séisme est le
plus intense, car il est le plus proche du foyer. Les ondes
sismiques semblent en surface se propager depuis
l'épicentre. Elles provoquent des dégâts qui dépendant de
leur intensité.
Vidéo
M6 "Quand la Terre tremble"
partie séisme (20 min)
32 - Les ondes sismiques sont enregistrées
et étudiées
Doc "comment ça marche ? séisme et
sismographe - l'express (principe, échelle)
Les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions
à partir du foyer et les sismographes sont très sensibles:
ces ondes sont utilisées pour étudier la structure interne
de la planète.
Simulation
: "earthquakes epicenter -
Dalousy university - (freeware - vous pouvez me le demander
- pour mac seulement !)
Ces ondes sont aussi utilisées pour explorer le sous-sol,
pour rechercher du pétrole par exemple.
On les fabrique avec des explosions souterraines ou des
vibrations.
Le volcanisme est
l'arrivée en surface du magma, matière minérale en fusion
1
- Les éruptions volcaniques: des émissions de laves, de gaz
et de matériaux solides fragmentés
Video: les volcans
SL: coupe d'un volcan en éruption
Le magma,
mélange de gaz et de roche en fusion, remonte des
profondeurs où il s’est formé.
Le magma s'accumule dans une chambre
magmatique de quelques
km3 et fait fondre d'autres roches.
(ci-dessous :
cheminée d'un ancien volcan dégagée par l'érosion -
Wyoming, USA)
Quand la
pression devient trop forte, le magma se dirige vers la
surface et jaillit.
En remontant, il peut casser des roches,
ce qui provoque de petits séismes.
Lors d'une éruption, d'énormes quantités
de gaz et de poussières sont émises dans l'atmosphère: le
climat mondial est modifié quelques mois ou quelques
années.
Activité :
étude d'une éruption récente (si disponible) ou étude de la
description originale de l'éruption du krakatoa en 1883 (je
dispose de presse d'époque).
2 - Le magma est un
liquide visqueux contenant des gaz.
SL: formation du magma
L'eau des roches favorise leur fusion à la chaleur
remontant des profondeurs. En fondant, la roche s'enrichit
en gaz dissous. Les roches fondues subissent la pression
des roches qui les recouvrent. Les gaz tendent à remonter
vers la surface et entraînent avec eux le
reste du magma.
Expérience :
déboucher violemment une boisson gazeuse (salissant ! - à
faire en plein air) ou l'évoquer avec les élèves (ils
connaissent ! )
3 - Le déroulement
d'une éruption dépend de la composition des magmas émis
Selon la
composition des roches fondues, le magma peut avoir une
consistance fluide ou pâteuse.
Expérience :
les volcans
en purée (idée perso: préparez avec de la purée en flocon
une pâte très fluide et une autre très compacte. Remplissez
2 grosses seringues plastiques dont l'embout est bouché par
un peu de pâte à modeler. Appuyez fortement et brièvement
les seringues sur la paillasse, observez l'éruption...
autre variante: faites bouillir la purée fluide - apport de
gaz - , la pâteuse et comparez la violence des
projections...)
◦ Les magmas
fluides s'épanchent sans difficulté hors du volcan. Il n'y
a pas d'accumulation de pression dans le volcan, mais une
lave abondante. Ce volcanisme est dit effusif (volcans
"rouges"). Ex. Hawaï.
Une centaine de magnifiques clichés de
l'éruption du volcan Pu u O o Kupaianaha (difficilement
prononçable, hein ?) en cliquant ici! (vous pouvez les
télécharger, il y a même un diaporama disponible grâce à
l'USGS)
◦ Les magmas
pâteux s'accumulent au sommet du volcan en se solidifiant.
Ils forment un bouchon rocheux qui fait augmenter la
pression dans le volcan. Quand cette pression devient
supérieure à la limite de rupture des roches, tout ou
partie du volcan explose: c'est le volcanisme éruptif
(volcans "gris"). Ex: Mont St Helen
4 - Le refroidissement
lent ou rapide du magma donne naissance aux roches
volcaniques
41 - Des roches
différentes se forment dans des conditions de
refroidissement différentes
Quand le magma se refroidit, des cristaux s'y forment et
commencent à grossir: il ne se solidifie pas d'un coup.
Expérience :
fusion et solidification lente et rapide du soufre.
Plus le refroidissement est lent et plus les cristaux ont
le temps de devenir gros. Inversement, un refroidissement
rapide conduit à des cristaux petits ou absents.
activité:
observation de coupes minces de roches à cristaux + ou -
gros
observation d'échantillons de roches volcaniques
|
|
|
|
| Trèslent | profondeur(chambremagmatique) | Granite(gros cristaux) |
| Rapide | lavemassive dans l'airou l'eau | Basalte(cristauxmicroscopiques) |
| Trèsrapide | particulesde lave dansl'air ou l'eau | Verres(pas de cristaux) |
42 - La structure de la roche conserve les traces de ses conditions de refroidissement
Si une roche contient des cristaux,
leur taille nous renseigne sur ses conditions de
formation, voire sur les transformations qu'elle a
subies :
● Les roches à
gros cristaux se sont formées en profondeur puis ont été
dénudées par l'érosion.
●
Les basaltes et les verres
témoignent d'anciennes éruptions volcaniques avec
épanchement de lave.
Après
leur formation, les roches volcaniques peuvent être aussi
modifiées par la chaleur, la pression ou l'érosion.
Remarque: Les volcans des Pyrénées
La chaîne pyrénéenne s'est formée en deux temps, au cours
de deux épisodes de plissements séparés par une période
d'érosion et de sédimentation marine et lacustre (il y a
eu une suite de phénomènes de convergence --- divergence
--- convergence).
Le volcanisme a été très présent dans la chaîne, la
plupart des volcans se trouvant du côté espagnol.
Les volcans les mieux conservés se trouvent dans la
région de la Garrotxa (un parc naturel de 12000 Ha), en
Catalogne. Preuve de l'activité sismique pyrénéenne, la
capitale de cette région, Olot, a été entièrement
détruite en 1447 par un violent séisme.
On peut explorer dans cette région trois volcans:
le Croscat, dont les deux dernières éruptions sont datées
de 17000 et 11500 ans.
Volcans et séismes sont répartis dans certaines zones de
la surface terrestre
Idée :
si vous avez le temps,
faire construire la carte aux élèves à partir d'un fond
blanc,avec quelques références de séismes bien choisis -
excellent travail de géographie! (pourquoi ne pas
recruter le prof de géo et faire cour à 2 cette fois ?)
Séismes et volcans ne se
répartissent pas au hasard sur la surface terrestre. A
quels reliefs sont-ils associés ?
1 - Volcans et
séismes sont liés à certaines chaînes de montagnes
Séismes et
volcans sont fréquents tout autour du Pacifique, où
l’on trouve des chaînes montagneuses volcaniques.
Ces chaînes suivent le tracé de profondes dépressions
sous marines: les fosses
océaniques
(+ de 10 km de profondeur
parfois)
si
possible mentionner le bathyscaphe et le Pr. Picard, un
peu d'histoire des sciences ne faisant jamais de mal
!
Des séismes se concentrent aussi au niveau de certaines
chaînes continentales (Himalaya, Pyrénées...)
2 - Sous les océans,
séismes et volcans sont liès à des chaînes de montagnes
sous marines, les dorsales.
Des séismes se
produisent le long de chaînes de montagnes sous-marines
découvertes en 1956, les dorsales.
Un documentaire en ligne
sur les dorsales et leur exploration lors de l'opération
FAMOUS
Les dorsales sont le lieu d'un
volcanisme intense (émission
fréquente de magma qui refroidit rapidement et forme
du basalte).
En se solidifiant, les laves sous marines prennent la
forme de coussins.
Dans les rares régions où les
dorsales émergent (Islande), les volcans sont
actifs, abondants et en forme de fissures.
La partie externe de
la Terre est formée de plaques en mouvement permanent
C'est à mon sens le cour le plus important:
illustrez, illustrez et illustrez! Il est selon moi plus
logique de le présenter au début de la seconde partie, et
de s'appuyer dessus pour décrire ensuite volcanisme et
séismes... néanmoins, je le présente ici dans la position
prévue, bien qu'a mon sens ce ne soit pas la meilleure...
a vous de voir.
1 - volcans actifs et
séismes ne sont pas répartis au hasard
L'emplacement des volcans actifs et des séismes sur le
globe dessine les frontières de 12 grandes zones dans
lesquelles séismes et volcans sont très rares. Ces zones
sont des plaques
tectoniques.
La surface solide de la planète est
donc brisée en plusieurs plaques de taille
variée.
2 - Les ondes
sismiques permettent de différencier la lithosphère et
l'asthénosphère
Les ondes sismiques
peuvent servir de "radar" pour découvrir comment est fait
le sous-sol.
Ainsi, on a pu différencier deux
zones aux propriétés différentes:
● la
lithosphère,
externe, rigide et dure. La partie supérieure de la
lithosphère est la croûte terrestre.
●
l'asthénosphère,
plus profonde, est très visqueuse.
3 - La croûte est
formée de granite sous les continents et de basalte sous
les océans.
Sous les
continents, la croûte est épaisse (30 à 70 km), âgée
(plusieurs milliards d'années) et formée surtout de
granite.
Sous
les océans, la croûte, plus jeune, est surtout formée de
basalte et est plus fine (7 à 10 km).
Sous la croûte, on trouve une roche
particulière, la péridotite.
Lorsque cette roche commence à fondre, on passe de la
lithosphère à l'asthénosphère.
Cela
à lieu à une température de 1300°C environ.
Schéma: la partie externe de la
Terre.
4 - Les plaques se
déplacent de quelques Cm par an, s'affrontant ou
s'écartant
Observations
et mesures ont montré que les plaques
tectoniques sont mobiles: elles s'écartent ou se rapprochent à
des vitesses de l'ordre du cm par an.
Les zones où les
plaques s'écartent (frontières divergentes)
prennent la forme de
dorsales le plus souvent sous marines. C’est à ce
niveau que se forment les plaques.
Dans les régions où
les plaques se rencontrent (frontières convergentes), une
plaque disparaît sous une autre: c'est la
subduction.
Schéma:
subduction d'une plaque
Animations de la NOAA montrant l'ensemble
zone de divergence + subduction(ainsi que de
nombreuses photos et données de biologie
marine)
5
- L'énergie responsable du mouvement des plaques provient
de l'intérieur de la Terre
La
température augmente avec la profondeur, ce qui révèle
une énergie qui vient de l’intérieur de la planète.
L’asthénosphère contient des
matériaux radioactifs qui produisent une grande quantité
de chaleur.
Cette chaleur,
d’origine radioactive, créée des courants dans
l’asthénosphère qui mettent les plaques en
mouvement.
Les mouvements des
plaques transforment la lithosphère
1 - Les mouvements
provoquent le déplacement des continents, l'ouverture et
la fermeture des océans.
Comme les
plaques tectoniques sont mobiles, celles qui portent des
continents déplacent ces derniers: ils ne sont pas
fixes. Les géologues
ont pu reconstituer leurs emplacements dans le passé.
Lorsque de la croûte océanique se crée, il y a formation
d'un océan, qui peut se développer et s'agrandir. Si
cette formation s'arrête, cet océan pourra se refermer.
Schéma: ouverture et fermeture d'un océan
2 - La lithosphère se
déforme dans les zones de convergence, créant ainsi les
chaînes de montagnes
Lorsque deux
plaques se rencontrent, l'un passe sous l'autre
(subduction) mais cela provoque un soulèvement d'une
plaque qui est compressée: il se forme une chaîne de
montagnes, et l'activité volcanique est importante.
Lorsque deux morceaux de croûte continentale entrent en
collision, la lithosphère se déforme plus intensément et
des chaînes de montagnes se forment également (Alpes,
Himalaya...).
Schéma: formation d'une chaîne de montagnes :
exemple des Alpes
L'activité de la
planète engendre des risques pour l'Homme
1
- Un risque géologique se définit par rapport à un
phénomène (séisme, éruption...), sa probabilité et ses
conséquences.
Les risques géologiques sont variés:
séismes, éruptions, inondations, glissements de
terrain...
La prévention de ces risques dépend de
leur probabilité en un endroit donné. Les connaissances
géologiques permettent de repérer les principales zones
de risque.
2 - La prévention est un
équilibre entre probabilité du risque et coût de la
protection.
21
- La prévision des séismes est difficile
Les
constructions parasismiques (résistantes aux séismes)
coûtent cher: elles ne sont donc obligatoires que dans
les zones de risque maximum (en France, région de Nice
surtout, mais au Japon, tous le pays est concerné).
Des réseaux de sismographes surveillent les zones
sismiques, mais on ne peut encore prévoir un
séisme.
Exemples:
●Réseau
sismologique pyrénéen: 20 stations françaises + 25
espagnoles couvrant W-E. Données Toulouse ou RenaSS.
●Un
séisme dévastateur et imprévu, faute de surveillance: le
Tsunami de décembre 2004
22 - Les éruptions volcaniques sont prévisibles si le
volcan est connu et surveillé
140 volcans
surveillés dans le monde: 12 Japon, 3 USA, 4 Islande, 4
Italie, 3 France (Guadeloupe, Réunion, Martinique).
Derniers volcans en métropole: Montpezat (Ardèche) 10000
ans, idem chaîne puys (lac Pavin, Montcineyre)
réactivables...
Les zones dangereuses sont très
surveillées: des observatoires vulcanologiques et des
équipes de géologues surveillent en permanence 140
volcans actifs des zones habitées
Des
régions entières (Andes p.e.) peuvent être surveillées
soit localement, soit par des satellites mesurant les
déformations et les mouvements du
sol.
3)La prévention
utilise plusieurs méthodes
Dans les zones les plus
exposées:
●surveillance
permanente et automatique
●constructions
adaptées
●éducation
des populations: c'est une des mesures les plus
efficaces, elle dépend des risques (séismes au Japon et
en Californie; volcanisme à Naples)
●En
France, plan d'occupation des sol (POS) et plan
d’exposition aux risques (PER) permettent
d’agir sur les zones potentiellement dangereuses
(inconstructibles p.e).
L'étude de la
géologie permet d'améliorer nos connaissances sur la
cause de ces risques et donc de mieux les comprendre, les
prévenir et agir en fonction de leur existence et de
leurs caractéristiques.
