Fiche d'identité de l'activité

Niveau : 4ème — Cycle 4
Thème programme : le risque sismique
Configuration : binômes ou trinômes recommandés
Matériel élèves : smartphone (si autorisé dans le règlement intérieur de l'établissement) ou tablette (1 par groupe), spaghettis crus, règle graduée, table stable
Matériel numérique : l'application SismoPifomètre fonctionne sur tous les équipements individuels mobiles et ne nécessitent plus de connexion une fois lancée. https://sagniel.forge.apps.education.fr/sismometre/
Prérequis : notion de vibration (son), notion de faille sismique (introduction possible en amont)
Durée : 1h ou 1h30

Contexte

Cette activité s'inscrit dans le thème La Terre, une planète dynamique du programme de cycle 4. Elle aborde la propagation des ondes sismiques comme conséquence directe d'une rupture de faille, et fait le lien entre le phénomène géologique (le séisme) et ses effets mesurables en un lieu donné.
Un séisme est défini comme une libération brutale d’énergie convertie en ondes sismiques qui se propagent et font bouger le sous-sol.

Mécanismes et modélisation :

Les élèves doivent être capables de modéliser le lien entre l’accumulation de tensions au niveau des failles et la survenue du séisme lors de la libération de cette énergie.

Deux constats fondamentaux sont visés par les élèves, sans recours à des notions complexes : 
• plus un séisme libère de l'énergie, plus la vibration produite est ample — modélisé par la taille du spaghetti cassé.
• plus on s'éloigne de l'épicentre, plus la vibration s'atténue — modélisé par la distance entre le spaghetti et le smartphone.

Ces deux constats, construits empiriquement par les élèves, permettent de comprendre pourquoi les dégâts d'un séisme ne sont pas uniformes sur le territoire, et d'introduire, si souhaité, la distinction entre magnitude et intensité en prolongement.

Compétences travaillées

• Pratiquer des démarches scientifiques : concevoir un protocole simple ; analyser des résultats et en tirer une conclusion.
•  Utiliser des outils numériques : exploiter une simulation numérique interactive pour visualiser un phénomène inaccessible à l'observation directe ; utiliser un capteur numérique (accéléromètre du smartphone) comme outil de mesure. 
• Modéliser : identifier les analogies et les limites d'un modèle expérimental par rapport au phénomène réel.
• Communiquer : rédiger une conclusion scientifique structurée en utilisant un vocabulaire ciblé.
   

Matériel et préparation

Déroulement possible avec les durées estimées

Accroche ⏱ 5 min
Le 11 novembre 2019 à 11 h 52 min 47 un séisme de magnitude 5.4 a touché la commune du Teil (Ardèche) à 40 km de Pont Saint esprit. Des milliers de personnes ont ressenti les secousses, mais les habitants proches de l'épicentre ont subi de bien plus gros dégâts que ceux des villes proches. Pourquoi ?Choisir le dernier séisme important le plus proche de votre établissement avec une vidéo.

Simulation numérique ⏱ 10 min
Les élèves ouvrent l'application "Étude des Ondes" (smartphone / tablette / salle informatique) à l'adresse  https://sagniel.forge.apps.education.fr/Etude_des_ondes

Déroulé guidé par la fiche élève :
–    expérience A : faire varier la hauteur de chute
–    expérience B : faire varier la distance faille/sismomètre

Expérimentation ⏱ 15 min
Chaque groupe dispose d'une tablette (ou smartphone) posé à plat sur la table, l'application SismoPifomètre lancée. Les deux expériences sont menées successivement.

Expérience 1 — Effet de la "force" de la cassure
Distance D fixe à 8 cm. Les élèves testent 2 longueurs de spaghetti (5 et 15 cm dépassant du bord). Ils notent qualitativement l'amplitude observée (petit / moyen / grand) 

Expérience 2 — Effet de la distance
Longueur de spaghetti fixe (10 cm). Les élèves déplacent le téléphone à 8, 16, 24 et 32 cm de la cassure. Ils notent l'évolution de l'amplitude et rédigent la conclusion.

Points de vigilance
• rappeler aux élèves d'appuyer sur RÉINITIALISER entre chaque essai.
• vérifier que le téléphone est posé sur la même table que la cassure (et non tenu en main).
• si les vibrations sont trop faibles : vérifier le gain (bouton X5 ou X10 du SismoPifomètre).
• éviter que plusieurs groupes cassent des spaghettis simultanément (interférences).
• la cassure simule essentiellement la composante verticale de l'onde sismique .
 

Mise en commun ⏱ 5 min
Retour en grand groupe. Projeter au tableau un sismogramme réel (https://edumed.unice.fr/teachers/) et demander aux élèves d'y retrouver ce qu'ils ont observé : une grande secousse initiale, puis des vibrations qui diminuent progressivement.

Bilan rédigé ⏱ 5 min
Chaque élève rédige individuellement son bilan (5-6 lignes) en utilisant une liste de mots imposés.

Critères de réussite du bilan :
– mention du lien entre l'énergie du choc et l'amplitude de la vibration.
– mention de l'atténuation de l'onde avec la distance.
– lien explicite avec les dégâts différentiels lors d'un vrai séisme.
– utilisation d'au moins 4 des 7 mots imposés.

Critique des modèles

En « classe dehors », les élèves aménagent la salle de classe dans la cour et peuvent mener différentes expériences de lâcher. Ils doivent toutefois garder un regard critique sur ces simulations. Lâcher un objet d'un mètre est un modèle trompeur, car il simule un impact vertical localisé et bref, alors qu'un séisme est une libération d'énergie interne massive provoquant des ondes qui se propagent dans plusieurs directions. Contrairement à la chute d'un poids qui s'arrête instantanément, un tremblement de terre dure plusieurs secondes et génère des ondes successives. L'objet teste la résistance d'un point d'impact, tandis que le séisme ébranle la dynamique globale d'une région par une rupture du sol lui-même.

Des élèves ont comparé un lâcher sur la pelouse et un lâcher sur le goudron. Leurs observations les ont conduits à penser que l'onde était atténuée sur l'herbe et que cela était « normal car c'est plus mou ». Cette déduction nous amènera à expérimenter le véritable effet de site lors de la prochaine séance, afin de comprendre pourquoi un sol mou peut, au contraire, amplifier les dégâts lors d'un séisme réel. L'article est disponible à cette adresse : https://pedagogie.ac-montpellier.fr/simulation-de-leffet-de-site-du-college-au-lycee

Exemple de Grille de maitrise des compétences : 

Différenciation pédagogique

Pour les élèves en difficulté :
• fournir une fiche de vocabulaire illustrée (onde = cercle sur l'eau, amplitude = hauteur de la vague).
• pré-remplir les documents.
• guider la conclusion avec davantage de mots proposés.

Conclusion — Plus-value pédagogique

Les élèves étudient par eux-mêmes l’effet de la source et l'atténuation avec la distance.
La cassure du spaghetti, bien que rudimentaire, est une vraie expérience dont les résultats sont imprévisibles et dépendent du protocole. C'est précisément cette incertitude qui donne du sens à la démarche.
L'application Étude des Ondes ne remplace pas l'expérience, elle la prépare. En rendant visible ce qui est invisible à l'œil nu — la propagation d'une onde dans un milieu — elle construit chez l'élève une représentation mentale que la manipulation physique va ensuite ancrer dans le concret. Ce va-et-vient entre le modèle numérique et le réel est riche pour articuler simulation et expérimentation.
L'usage du SismoPifomètre transforme un objet du quotidien en outil de mesure. Pour les élèves de 4ème, souvent convaincus que "les sciences se font en laboratoire avec des appareils compliqués", réaliser que leur propre téléphone est capable de détecter des vibrations infimes — comme un vrai sismographe — est une révélation. Cela démystifie la mesure scientifique et renforce le sentiment de compétence technique.
La situation de départ (un séisme récent, des victimes, des dégâts inégaux selon la distance) ancre l'activité dans une réalité sociale et géographique. Le fait de répondre à une vraie question — pourquoi les dégâts sont-ils plus forts près de l'épicentre ? — donne un sens immédiat aux manipulations et aux conclusions, bien au-delà d'une simple illustration du cours.