Les séismes résultent d’une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre.

Les activités peuvent avoir lieu dès que les élèves par exploitation de vidéogramme, courbes isoséistes, ont compris qu’un séisme provient d’un endroit localisé qu’il se propage et qu’il peut être accompagné de déformations.

Constats de cassures, de vibrations du sol, de données chiffrées d’intensité.

D’où une question : comment sont réalisées les mesures d’intensité ?

un problème : qu’est ce qui provoque le séisme et les déformations du sol ?

Pour illustrer ces points de manière pratique, on peut concevoir un TP tournant avec des postes différents :

2-1 Pour analyser le déroulement d’un séisme : mesure de l’intensité

Réponse : il faut réaliser un appareil. Cet appareil doit avoir une partie fixée au sol et une partie mobile qui ne bouge pas avec le sol. Si le sol bouge, un objet suspendu ne devrait pas bouger en même temps que lui. Stratégie 1: à l’aide d’objets simples, on va essayer de construire un sismographe rudimentaire. L’appareil confectionné sera testé à partir de vibrations horizontales données à la table.  Validation de l’appareil : s’il parvient à inscrire sur une feuille de papier des mouvements induits par les vibrations.  Consignes : utiliser les objets à votre disposition pour construire un appareil simple . Donner ensuite des mouvements à la table et observer. Si nécessaire, apporter des améliorations à votre dispositif.  Matériel : une potence, du fil, des ciseaux, du scotch, un objet lourd, un crayon, une feuille de papier.

Stratégie 2 : Une collaboration est possible avec les physiciens. Aujourd’hui beaucoup de sismographes sont réalisés avec une bobine suspendue et qui passe dans un cylindre magnétique. Les mouvements engendrent des courants induits enregistrés sur un ordinateur. Les élèves peuvent aussi, par exemple, réaliser un sismographe rudimentaire relié à un oscilloscope.

Compétences mises en œuvre :
Réaliser, s’Informer, Raisonner, Communiquer.

2-2 Pour rechercher l’origine des séismes et des déformations du sol

On cherche à comprendre ce qui provoque les vibrations et les déformations

Hypothèses : Des forces cassent les roches : des forces qui tirent, des forces qui poussent , des forces qui appuient par dessous…

Stratégie : Pour comprendre les mécanismes mis en jeu, on va essayer de produire des phénomènes, à l’aide de modèles simples réalisables en classe, qui donneront une idée de ce qui peut se passer en réalité puis on verra si les résultats obtenus ressemblent aux données du terrain.

Remarque. Les modèles doivent être utilisés avec beaucoup de précautions. En aucun cas un modèle ne saurait constituer une preuve. Simplement il illustre ou donne l’idée d’un phénomène beaucoup plus complexe.Rappeler ici : les différences d’échelle, de temps, de qualité des matériaux choisis, de point d’appui des forces….
 

1er poste : on va exercer une force sur un matériau rigide, le siporex et sur un matériau moins rigide, la paraffine et observer comment il réagissent à la pression.

Matériel :
 

Consignes : placer le morceau de matière dans le dispositif en bois et à l’aide du serre-joint puis exercer une pression sur la cale en bois mobile. Augmenter progressivement la pression (dispositif de mesure ?) et donner des arguments qui traduisent comment se comporte la matière compressée.
 

Production attendue : Une phrase qui comporte les mots : force, rupture, brutal, continu, déplacement.Dessin des morceaux de matériau avant et après leur cassure.Comparaison avec des structures existantes dans la réalité ( photos montrant des failles ayant joué au moment d’un séisme ). La rupture brutale consécutive à une force continue serait la cause du tremblement soudain du sol.Il est essentiel de revenir à des données du terrain après l’utilisation du modèle. Par des analyses de terrains, cartes, sorties, documents, sur lesquels on calcule les arguments (hauteur des rejets, décrochements, déformations orientées) à corréler à ceux mis en évidence au cours de l’utilisation du modèle.

Compétences mises en œuvre : Réaliser, s’Informer, Raisonner, Communiquer.
 

2ème poste : on va exercer des forces convergentes qui pressent les terrains

Matériel :

Consignes : étaler au fond du bac des couches de sable humide ou de plâtre en alternant une couche normale puis une couche colorée. Avant de commencer à pousser le côté mobile, réaliser un 1er calque des couches disposées au fond du bac. Pousser progressivement, observer et réaliser le 2ème calque. Conseil pratique : le Plexiglas se coupe facilement avec une scie sauteuse.

Un collègue, Gilles PINEAU de Vihiers ( 49 ) nous propose un montage simple réalisé avec des boites de coton tige. La boite est percée d’un coté, pour laisser passer la tige qui pousse. Il nous recommande de percer la boite à l’aide d’une perceuse électrique en mettant une cale en bois derrière pour éviter de briser le Plexiglas.
Bon marché, le système permet de multiplier les boites. Deuxième avantage : la petite taille de la boite évite le maniement de beaucoup de plâtre ou de sable.
 

Production attendue : Deux calques et une phrase avec les mots : forces convergentes, failles, plis.

La critique du modèle : différence d’échelle, de temps, de matériaux, d’application de la force…

Comparaison avec des figures observées sur le terrain. On donnera des photos montrant des plis ou des failles inverses afin de terminer sur le réel et afin de calculer des arguments à retrouver sur le modèle.

Compétences mises en œuvre : Réaliser, s’Informer, Raisonner, Communiquer.
 
 

3ème poste : on va appliquer des forces divergentes qui tirent les terrains.

Protocole : dans un bac transparent on va exercer des forces qui vont écarter des couches colorées de roches ou de plâtre et voir comment elles se comportent. Consignes : placer correctement les deux parties mobiles en position resserrée avant d’étaler le sable. Étaler au fond du bac environ 5 couches de sable humide en alternant une couche normale puis une couche colorée. Les couches font 2 cm d’épaisseur environ. Avant de commencer à déplacer les côtés, réaliser un 1er calque des couches disposées dans le bac. Écarter progressivement les côtés mobiles et observer les déformations.Écarter progressivement, observer et réaliser le 2ème calque.

Production attendue : Les deux calques et une phrase avec les mots : forces divergentes, effondrement, failles.La critique du modèle : idem précédent.
Comparaison avec des structures observées sur le terrain : photos montrant des failles normales, des effondrements, analyse comparative du modèle et des déformations étudiées sur le terrain (mesure des épaisseurs, variations de surface ou de distance), avec des références sur des cartes géologiques

.Compétences mises en œuvre : Réaliser, s’Informer, Raisonner, Communiquer.

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