Activité interne du globe terrestre

I) Manisfestation d'un séisme à la surface et risques sismiques

2 rapports agréables à lire, bien illustrés et très clairs!

Rapport de Pascal Domonique partie1 pour la DREAL du Nord Pas-de-Calais (3.03 Mo)

Rapport de Pascal Dominique pour la DREAL Nord Pas-de-Calaispartie2 (2.86 Mo)

 1) Manifestation

Vidéo: Vidéos montées par Mativet Emmanuelles Dupas

   

 

Description des dégâts: Lors d'un séismes, le sol vibre; les Hommes ont du mal à se tenir debout, certaines constructions humaines peuvent subir des dégâts plus ou moins importants: déformations des rails, effondrements de batiments, de routes. Le paysage est modifié. On observe des déplacements de terrains, des bombements, des failles...

 Si un séisme a lieu en mer, un raz-de-Marée (appelé aussi tsunami) peut alors avoir lieu.

 

Notions:

 Les séismes correspondent à des vibrations brutales du sol qui se propagent.

 

2) Risques sismiques

Quels sont les risques sismiques sur la planète ?

Les risques sismiques sont-ils les mêmes sur toute la surface du globe ?                       

    Risques ==> lié à la présence d'humain.

Le risque sismique n’est pas le même dans toutes les zones du globe il dépend à chaque endroit de la probabilité d’un séisme et des dégâts humains et matériel possible.

Vidéo: Vidéos montées par Mativet Emmanuelles Dupas

 

seismes année 2011     

La vidéo des séismes de l'année 2011 permet de constater que les séismes n'ont pas lieus n'importe où à la surface du globe. Certaines régions sont fortement touchées, d'autres pas ou à peine.

Documents :   

Carte relief mondial océan + continents         

 

Carte densité population mondiale                 

 

Carte répartition des séismes cliquez ici et suivre les instructions ci-dessous

Sur la page qui s'ouvre, choisir la rubrique « earthquakes information » puis « animated map of earthquakes »

Choisir la carte (world) Puis choisir une période                                                                                                                

Questions: quelles sont les zones du globes où les séismes sont les plus fréquents?    

Utiliser la carte de densité de population pour trouver quelques zones particulièrement « risquées » pour l'Homme

Notion:

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.

 

L'Homme le prend-il en compte ?

Cliquez sur les images pour les agrandir

Carte de la répartition des séimes en France depuis 1000ans et Carte des risques sismiques mise à jour en 2013 réalisée par l'Etat fracçais. 

                                                                                                   

Exemple de l'Italie:

Carte du relief et de la densité de population en Italie et Carte des risques sismiques réalisée par l'Etat italien.

                                                                                                     Zone 1: Fort risque....  Zone 4: Risque très faible

 

 

 

Notion:

Une prévention sismique basée sur l’information et l’éducation des populations (zones à risques à éviter, constructions parasismiques, conduites à tenir avant, pendant et après les séismes). Des plans d’aménagement du territoire tenant compte de ces risques sont mis en place ainsi que des plans de secours et des plans d’évacuation des populations.

 

II) Origine des séismes

Comment expliquer l'origine des séismes?

Pour les élèves les séismes sont liés aux plaques qui bougent et se chevauchent. 

Nous allons chercher à vérifier cette idée.

1  Les plaques lithosphériques

 Qu'est-ce qu'une plaque?

Les dictionnaires nous permettent d'apprendre qu'une plaque est une pièce aplatie, rigide et de faible épaisseur.

Il faut vérifier que les plaques tectoniques sont aplaties, rigides et de faible épaisseur

Les scientifiques étudient les ondes sismiques pour mieux connaitre l'intérieur du globe terrestre.

Pour comprendre le graphique ci dessous: Plus un matériaux est rigide, plus les ondes sismiques se propagent vite dans ce matériaux.

  

ATTENTION: SOYEZ ATTENTIF A LA PROFIONDEUR SUR CES 2 GRAPHES. LE PREMIER REPRESENTE LA VITESSE DES ONDES JUSQ'AU CENTRE DE LA TERRE. LE SECOND NE PRESENTE QUE LES 420 PREMIERS KILOMETRES.

     

 

"Sur ce schéma, on peut observer l'évolution de la vitesse de propagation des ondes P et S en fonction des couches internes du globe qu'elle traversent.

Les vitesses de propagation des ondes sismiques vont dépendre de l'état du milieu traversé et de sa constitution. Les ondes sismiques permettent donc d'étudier la structure interne du globe.

Quel est la différence entre lithosphère et asthénosphère?
La lithosphère : c’est la couche superficielle du globe terrestre (70 à 300 km d’épaisseur), rigide, formée par la croûte continentale ou océanique et la partie supérieure du manteau alors que l’asthénosphère correspond à la  partie inférieure du manteau terrestre située sous la lithosphère; moins rigide, elle est constituée de roches partiellement fondues."

extrait de :http://phdulou.com/site2013/documents/quatrieme/documents/lactiviteinterneduglobe/latectoniquedesplaques/documents/cours2013/documents/cours2011.html

 

Notion: La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui l’est moins.

Répartition des séismes:

                                                                                                      

 

Notion: La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques.

 

2 Fonctionnement :      

  Teaser L'age de glace 4 : La dérive des continents        

                                             

 a) Démarche historique

L'idée que les plaques se déplacent  Wegener et Pichon 

  Situer dans le temps des découvertes scientifiques en exploitant les textes de Wegener et de Le Pichon.   

                                                                                                                                                                  

 

b) Observation du mouvement par les Hommes  

Tectoglobe   

                                                                                                                     

 Notion:

À raison de quelques centimètres par an, les plaques s’écartent et se forment dans l'axe des dorsales. Elles rapprochent et s'enfouissent au niveau des fosses océaniques.

Les plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres

 

c) Origine du mouvement des plaques : l'expansion océanique

Hess + age des océans.

 

                                                                      

                                                                                                                                                   Une animation flash (du site http://www.biologieenflash.net)

 

 

Formation d'un océan.  http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s3/formation.ocean.html

 

 

3 Résultat du mouvement des plaques

 a) Origine des séismes

Pour mieux comprendre l'origine des séismes, nous allons utiliser des modèles analogiques. ( Expérimentation en laboratoire qui vise à reproduire un processus naturel afin de mieux le comprendre.)

Nous cherchons à savoir quelle est la cause des séismes et donc où naissent les vibrations qui se propagent à l'origine des tremblements de terre.

A l'aide de la carte de localisation des séismes et de la définition d'une faille (illustrations ci-dessous), formule une hypothèse sur l'origine des séismes.

                                                                    

Hypothèse: Je pense que les séismes sont dus...

ou Je suppose que....

ou En analysant la carte de répartition des séismes, je constate que ... d'autre part le bloc diagramme nous montre que.... donc je pense que les séismes sont dus à .....

 

Pour vérifier cette hypothèse, nous utilisons différents modèles analogiques. Nous comparerons ensuite les résultats obtenus à ceux observés lors d'un séisme réel.

Pour chaque modèle vous ferez un schéma, puis indiquerez dans un tableau les caractéristiques du modèle. Enfin vous comparerez les résultats du modèle et d'un séismes réel.

Modèle 1 : Exercer une contrainte sur le spaghetti et observer comment il réagit.

Modèle 2 : Exercer une contrainte sur le second matériau à votre disposition.

 Modélisation des séismes: un matériau rigide: la plâtre

Avant contrainte                                              

 

 Après contrainte                                                   

 

La vidéo: 

  

Enrégistrement des vibrations provoquées par la rupture du matériau:                                                                                   

 Pour enregistrer les vibrations causées par un séisme, il est possible d'utiliser un sismographe.

Exemple:

Pour comprendre et tester le fonctionnement d'un sismographe, vous pouvez aller voir ICI

Il est aussi possible d'utiliser des capteurs piezo-électriques que l'on branche directement à un ordinateur/

Les vibrations peuvent alors être enregistrées grâce à un logiciel audio. On obtient un sismogramme.

    Exemple de sismogramme enregistré avec le logiciel Audacity à télécharger ICI Ce sismographe a été enregistré lors de la rupture d'une plaque de plâtre insérée dans un étaux (voir vidéos précédentes)

 

  Modélisation des séismes: autres matériaux  

Matériaux	avant la contrainte	Pendant la contrainte	Après la contrainte
Isolant polystyrène extrudé (rigide)
Pâte à modeler (maléable ou ductile)

   

 

Ce que nous apprennent les modèles.

• Les matériaux cassent s'ils sont rigides: Rappel : la lithosphère est rigide;
• Ils sont plus ou moins resistants selon leur composition, leur épaisseur...

 

Critique des modèles:

• Les dimensions des modèles ne sont pas les même qu'en réalité;
• Les durées ne sont pas les mêmes: la durée de la contrainte (quelques secondes pour le modèle, contre des milliers/millions d'années en réalité), la durée de la rupture (quelques fractions de secondes pour les modèles, contre plusieurs secondes (jusqu'à 250s pour les plus gros séismes);
• Les matériaux utlisés sont différents. Leur réaction est donc peut-être différente de celle des roches;
• Les forces appliquées qsoint différentes;
• Les dégâts engendré par la rupture sont différents;
• ...

 

 Notion:

Les séismes correspondent à des vibrations du sol qui se propagent

Des contraintes s'exerçant en permanence sur les roches consuisent à une accumulation d'énergie qui finit par provoquer une rupture des roches.

Cette rupture génère les vibrations: le tremblement de terre.

 

Comment les mouvements des plaques peuvent-ils affecter les zones d'écartement? (zones de divergence)

Les élèves proposent eux-mêmes un modèle qu'ils souhaitent mettre en place en classe. L'objectif est de mieux comprendre ce qui se passe dans une zone d'écartement (zone de divergence). Voici le résultat en vidéos!

 

 Critique des modèles:

Echelle est réduite

• Les matériaux ne sont pas les mêmes qu'en réalité;
• les durées sont différentes (durée de la contrainte, e la rupture);
• les forces mises en jeu ne sont pas les mêmes;
• les dégâts sont réduits.

b) Formation des montagnes

Exemple: la formation de l'Himalaya.

Grâce au document disponible ICI  expliquer en une dizaine de ligne la formation de l'Himalaya.

Proposition de correction:

Initialement, les continents Indien et Asiatique étaient séparés par un océan : la Thétys. (Diapo 4) Le continent Indien s'est progressivement déplacé vers le continent asiatique. Ils sont entrés en contact il y a environ 45Millions d'années au niveau de l'actuel plateau tibétain. (Diapo 2 et 4)

 

Dans un premier temps, la lithosphère océanique du continent indien est passé sous la plaque continentale asiatique (cela s'appelle la subduction diapo 8). Puis les plaques continentales sont entrées en collision l'une avec l'autre. La plaque Indienne a alors arrêté de plonger et a commencé à exercer une pression sur la plaque Asiatique (diapo 3).

Cette compression (diapo 3) a provoqué des déformations de la plaque asiatique (plis, fractures, éboulements… diapo 2).Les roches peuvent se chevaucher au niveau des failles (diapo 6). Les déformations se poursuivant ont donc permis la création de l'Himalaya (diapo 5 et 8) et certaines roches qui ont constitué le fond des océans se retrouvent parfois au milieux de montagne à plus de 2500m d'altitude. (diapo 7)

 

Notion: La collision des continents engendre des déformations et aboutit à la formation de chaînes de montagnes.

 

Notions à savoir et activités associées :

 

Tectonique des plaques :

• La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui l’est moins. (vitesse ondes sismiques)

 

• La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques. (analyse carte de répartition des séismes et volcans)

• Les plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres. (Wegener)

• À raison de quelques centimètres par an, les plaques s’écartent et se forment dans l'axe des dorsales. Elles rapprochent et s'enfouissent au niveau des fosses océaniques. (Tectoglobe balises GPS, Hess)

• La collision des continents engendre des déformations et aboutit à la formation de chaînes de montagnes. (Formation de l'Himalaya)

Séismes

• Les séismes correspondent à des vibrations du sol qui se propagent (enregistrement vibration, observation sismographes)

• Des contraintes s'exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d'énergie qui finit par provoquer une rupture des roches. (Cause des séismes, modèle plâtre, isolant...)

• Cette rupture génère les vibrations: le tremblement de terre. (Enregistrement vibrations)

• 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. (Tectoglobe + Carte répartition des séismes)

• Une prévention sismique basée sur l’information et l’éducation des populations (zones à risques à éviter, constructions parasismiques, conduites à tenir avant, pendant et après les séismes). Des plans d’aménagement du territoire tenant compte de ces risques sont mis en place ainsi que des plans de secours et des plans d’évacuation des populations. (Tectoglobe pour les risques et Livre, prévention et information du public)