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Formaterre 2013 : Conférences et atelier QGIS, outil de soutien à la sortie géologique

Un livret de présentation de la formation interacadémique "Formaterre 2013". Cette formation s'est déroulée sur deux jours dans un format "conférences" le matin et atelier l'après midi. La conférence de Pierre Thomas assure le lien entre les deux journées.


Formaterre 2013 : Conférences et atelier QGIS, outil de soutien à la sortie géologique.

Éric Le Jan

CLEG Camille Saint Saëns


                        22 rue Saint Lô
                        Rouen
                        76000
                        tel: 02 35 07 83 50
                        Fax : 02 35 07 83 51
                    

Carole Larose

Lycée Corneille Rouen


                        rue du Maulévrier
                        Rouen
                        76000
                        02 35 07 88 00
                         02 35 07 47 28 
                    

Publié par

Éric Le Jan

Académie de Rouen
Résumé

Un livret de présentation de la formation interacadémique "Formaterre 2013". Cette formation s'est déroulée sur deux jours dans un format "conférences" le matin et atelier l'après midi. La conférence de Pierre Thomas assure le lien entre les deux journées.


Table des matières Liste des tableaux

Introduction :

Vous trouverez dans ce livre numérique un ensemble de résumés des conférences du matin et l'atelier proposé par l'équipe de Rouen. Vous disposez aussi des liens vers les conférences assemblées avec les présentations des conférenciers.

Chapitre 1. Conférences Formaterre 2013

Éric Le Jan

CLEG Camille Saint Saëns


                            22 rue Saint Lô
                            Rouen
                            76000
                            tel: 02 35 07 83 50
                            Fax : 02 35 07 83 51
                        

Carole Larose

Lycée Corneille Rouen

Publié par

Carole Larose

Académie de Rouen
Résumé

Ce chapitre présente les conférences qui ont eu lieu lors des deux journées de Formaterre 2013 le 14 novembre 2013 et le 15 novembre à Lyon.

Table des matières

Journée du 14 novembre 2013

présentation de Formaterre 2013

Mme Fançoise Morel-Deville , directrice de l'équipe ACCES à l'IFE inaugure cette nouvelle cession de Formaterre en remerciant l'ensemble des participants et collaborateurs associés. Elle convie M. Eric Le Jan à présenter un historique des 10 dernières éditions de Formaterre.

M. Le Jan, professeur associé à l'équipe ACCES de l'IFE, rapelle que Formaterre est un lieu de mutualisation des données pour les formateurs sur le site Acces. A ce titre, il remercie l'équipe d'Acces de lui a fait confiance et de lui avoir permis de passer de la position de stagiaire à celle de formateur au fil des années. Il remercie M. Charles-Henri Eyraud d'avoir été toujours présent lors de ces 10 années et d'avoir toujours soutenu autant de façon logistique que technique cette formation. Il rappelle également son amitié avec M. Gérard Vidal.

M. Gérad Vidal, directeur délégué adjoint du pôle de diffusion des savoirs à l'ENS Lyon et à l'IFE, remercie l'ensemble des personnes présentes, les conférenciers, Mme Morel-Deville, M. Vincent Charbonnier adjoint de Mme Morel, M. Charles-Henri Eyraud, M. Ahamada Mbaé, le cadreur des conférences. Ces remerciements prennent une grande importance à la veille des 10 ans de Formaterre qui seront fêtés en 2014.

Conférence du matin :la dynamique du manteau

Nicolas Coltice de l'université Lyon 1

Nicolas Coltice
Figure 1.1. Nicolas Coltice

Nicolas Coltice présente un historique de la mise en évidence des courants de convection depuis les travaux de Lord Kelvin jusqu'à Arthur HolmeS dans les années 1930 qui relie les différents arguments et propose une première théorie de la convection. Les connaissances des années 50 permettent les mises en équation de la conservation de la masse, de la conservation de l'énergie. Dans les années 1970/1980, des expériences analogiques avec des fluides de plus en plus performants sont réalisées et montrent par exemple le retrait de la fosse dans les zones de subduction. Les connaissances sur la dynamique interne de la Terre sont de plus en plus importantes. Il faut considéré le manteau dans son ensemble comme un système autoorganisé.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

Conférence du matin : le paléomagnétisme et ses apports dans la compréhension de la tectonique

Jean Besse de l'institut de Physique du Globe.

Jean Besse
Figure 1.2. Jean Besse

Jean Besse commence sa conférence par le lien entre le magnétisme et la tectonique des plaques. Le champ magnétique est enregistré dans les roches sédimentaires ou magmatiques ou encore dans les bactéries qui contiennent également de la magnétite. Les mesures récentes sur 2000 ans et plus anciennes sur plusieurs millions d'années montrent que le champ magnétique même s'il se déplace au cours des temps reste autour d'une position moyenne qui correspond à l'axe de rotation.

L’inclinaison du champ est relié à la latitude par tan i =  2 tan  ʎ (latitude). On peut mesurer le champ magnétique dans la roche donc connaitre la latitude à laquelle la roche s’est formée. Ceci permet la création de modèles de construction du déplacement des continents. Les inversions magnétiques ont permis de fonder la théorie de la tectonique des plaques. Des animations didactiques complètent utilement la conférence.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

Conférence du soir : Vision globale et historique de la géodynamique

Pierre Thomas . ENS Lyon.

Pierre Thomas
Figure 1.3. Pierre Thomas


Pierre Thomas à l'occasion de cette nouvelle conférence soulève 4 questions:

La Terre est-elle le seul corps à avoir la même dynamique interne ?

Vénus, planète jumelle pourrait également avoir une dyamique interne proche de celle de la Terre mais de nombreux arguments montrent que la tectonique est anarchique sur Vénus et de type plaque que sur la Terre. Sur Terre il y a un saut brutal de viscosité entre la lithosphère et l'asthénosphère ce qui n'est pas le cas sur Vénus. Ceci est due à l'absence d'eau dans le manteau Vénérien.

Depuis quand la Terre a-t-elle cette dynamique ?

De nombreux arguments montrent que la tectonique sur Terre est différente avant et après 2 milliards d'années. L'Archéen correspond à un premier équilibre dynamique : le manteau est très chaud, le magmatisme très abondant, les roches ductiles. Ensuite le manteau est moins chaud , les courants de convection plus lent, la Terre produit de moins en moins de chaleur avec un effet de seuil vers 2 milliard d’années. on passe à un modèle sous forme de plaques.

Y-a-t-il un lien entre la dynamique interne et les conditions externes ?

Le cycle du Carbone montre les interactions intérieur/extérieur. On note une superposition entre les changements atmosphériques et les changements de la dynamique terrestre en particulier l'apparition du O2 dans l'atmosphère terrestre.

Les épisodes boules de neige

Il existe des indices de glaciation vers -750Ma, vers -600 Ma et vers –580Ma. Une explication possible : les continents assemblés en un seul ensemble, la Rodinia, forment un couvercle thermique qui favorise l’apparition de trapps. La rupture de ce super continent et donc l'apparition de bord de mer placent les basaltes en bordure d’océan ce qui provoque une augmentation de l’altération qui consomme beaucoup de CO2. On enregistre donc une diminution du CO2 dans l'atmosphère ce qui a pour conséquence la diminution de l'effet de serre et donc de la température, la Terre devient une surface blanche. Pour sortir de cet épisode boule de neige où tout est figé avec une vie ralentie, donc des échanges réduits, il faut tenir compte compte du volcanisme qui reste actif et libère du CO2 dans l’air ce qui augmente l'effet de serre donc la température.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

Journée du 15 novembre 2013

conférence du matin:la Terre, fusion ou Terre solide

Vincent Deparis. Lycée Jean Monnet à Annemasse.

Vincent Deparis
Figure 1.4. Vincent Deparis


Vincent Deparis présente une approche historique sur une controverse du XIXème siècle et l'état de la matière à l'intérieur de la Terre. Le premier paradigme instauré à la suite des travaux de Cordier en 1827 est la Terre est en fusion avec une mince croûte solide qui la recouvre. Lord Kelvin en 1862 développe une théorie selon laquelle la Terre aurait un comportement élastique. Les données de la sismologie au début du XXème siècle seront décisives, différentes discontinuités sont mises en évidence , le manteau est solide et Jeffreys proposent en étudiant l'argument des marées en parallèle avec celui de la propagation des ondes que le noyau externe liquide. Cependant les données isostatiques montrent que sur de grandes échelles de temps le comportement de la Terre pourrait être celle d'un fluide. La compréhension du comportement rhéologique des roches apportent des précisions à la théorie de la tectonique des plaques.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

conférence du matin: le GPS et ses applications en Sciences de la Terre

Jean-Pierre Lièvre. Lycée du Parc à Lyon.

Jean-Pierre Lièvre
Figure 1.5. Jean-Pierre Lièvre


Jean-Pierre Lièvre commence son exposé par l'exemple de la foudre avec l'émission de lumière et du son. La mesure du temps qu'il faut pour que le son arrive permet de connaitre la distance, c'est le principe au GPS. Les principes généraux sont alors énoncés: 4 satellites bien positionnés sont nécessaires pour donner une position à un point donné sur Terre avec des zones d'incertitudes qui doivent être réduites le plus possible dans le cas de l'étude du déplacement des plaques.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

conférence du matin: unicité et diversité des combustibles fossiles

François Baudin. Université de Pierre et Marie Curie à Paris.

Francois Baudin
Figure 1.6. Francois Baudin

La chimie de la matière organique a beaucoup évolué avec l'apparition des êtres vivants en particulier des plantes à lignine. François Baudin présente alors les milieux conservateurs de cette matière organique. Les divers combustibles fossiles ne représentent qu'une infime partie de la matière organique présente dans les roches sédimentaires. Il existe ainsi différents types de kérogènes qui évoluent au cours du temps et leur enfouissement permet d'aboutir aux huiles et gaz recherchés.

Vous pouvez consulter la vidéo assemblée avec le diaporama en suivant ce lien

Chapitre 2. Atelier Formaterre 2013 : QGIS, outil de soutien à la sortie géologique

Eric Le Jan

Professeur de SVT
iFé-ENS-Lyon


                            Allée de Fontenay
                            69000
                            Lyon
                            
                        

Carole Larose

Professeur de SVT
iFé-ENS-Lyon


                            Allée de Fontenay
                            69000
                            Lyon
                            
                        

Résumé

Ces deux activités illustrent la possibilité d'exploiter les ressources d'une sortie géologique pour aborder un mode de production particulier: le compte rendu de sortie. L'utilisation de QGIS permet d'inscrire cette production dans un contexte géologique et géographique géoréférencé. L'affichage du projet dans le QGISCloud ou son exportation au format kmz permettent de disposer sur le réseau des productions de chaque groupe d'élève.

Le format .epub de cette production poursuit le même objectif, la mutualisation des productions.

Table des matières

Les données des programmes

Voici deux cadres possibles pour l'application de cet atelier :

L'exploitation en Première S. 

Connaissances:

un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte proche de l’établissement scolaire. Son étude (nature, gisement) permet de comprendre que ses conditions d’existence peuvent être décrites en utilisant le cadre général de la tectonique des plaques.

Objectif et mots clés. Il s’agit de montrer l’intérêt local et concret du modèle. Tout exemple de matériau géologique d’intérêt pratique peut être retenu.

Capacités et Attitudes:

Recenser, extraire et organiser des informations notamment lors d’une sortie sur le terrain.

Tableau 2.1. Tectonique des plaques et ressources locales


L'exploitation en Cinquième. 

Connaissances:

L’Homme prélève dans son environnement géologique les matériaux qui lui sont nécessaires et prend en compte les conséquences de son action sur le paysage.

Capacités et Attitudes:

Observer, recenser et organiser des informations afin de comprendre la nécessité d’exploitation de matériaux géologiques et de percevoir les effets de cette exploitation sur l’environnement.

Observer, recenser et organiser des informations relatives au risque d’accidents naturels (glissements de terrain, inondations, effondrements, éboulements...).

Tableau 2.2. Géologie externe : évolution des paysages


la sortie dans le pays de Bray.

Cette sortie à proximité du lycée permet la réponse à la problématique:

Comment les affleurements et les paysages montrent-ils des traces à l'échelle de la tectonique locale?

la préparation de la sortie

la sortie peut se préparer lors d'une séance d'accompagnement personnalisé. Les élèves prennent alors contact avec:

Les principes de la sédimentologie : les roches sédimentaires sont déposées horizontalement et respectent le principe de superposition.

Les strates inclinées ont été soumises à des contraintes ce qui aboutit à des plis visibles dans le paysage, sur une coupe ou la carte géologique.

le travail sur le terrain

Le travail des élèves sur le terrain consiste à collecter des informations leur permettant de répondre à la problématique: les photos des différents arrêts, des croquis le pendage relevé sur le terrain, la coupe géologique. Ils utilisent également l'extrait de carte géologique fournie au départ.

Le travail est menée par groupe de trois élèves, en autonomie et correspond à une tâche complexe.

Les élèves peuvent s'approcher de la carrière munis d'un casque et mesurer le pendage.

Arrêt 1 : la carrière du Mont du Gât

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.1. Arrêt 1 : la carrière du Mont du Gât

Les sables de cette carrière sont en exploitation, ils sont utilisés principalement pour la réalisation de drainage routier ou encore le drainage des bâtiments. De plus, un projet de réaménagement de cette carrière est en cours pour l'année prochaine.

Cette illustration est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International 4.0

La coupe géologique à la Ferté Saint Samson

Cette illustration est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International 4.0

Le paysage à la Ferté Saint Samson.

Figure 2.2. Arrêt 2 : photos du paysage et de la coupe géologique à la Ferté Saint Samson

Le paysage et la carte géologique montrent la présence d'un pli. La présence de la strate la plus âgée au centre et des plus récentes de part et d'autre indiquent un anticlinal.

Arrêt 3: photo de la carrière à Grumesnil

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.3. Arrêt 3: photo de la carrière à Grumesnil


A Grumesnil, les élèves localisent sur la carte géologique fournie ou à l'aide de leur téléphone portable munie de l'application i.infoTerre la carrière observée. Les sables ont le même âge que ceux observés au Mont du Gât avec un pendage d'environ 40°, preuve d'un remaniement local.

Extrait de la carte géologique de Forges les eaux fourni aux élèves

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Figure 2.4. Extrait de la carte géologique de Forges les eaux fourni aux élèves

La carte géologique permet de localiser les points et permet de confirmer la présence d'un pli anticlinal ( à l'aide de la notice géologique donnant l'âge des strates)

le compte rendu à l'aide de QGis

QGis permet pour chacun des arrêts la création d'une couche point.

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.5. La vidéo de la création de la couche

Chaque groupe d'élève créé une couche correspondant à l'un des arrêts. La table d'attribut est constituée avec autant de colonnes comportant les attributs c'est à dire les données recueillies à l'arrêt considéré.

Arrêt 1 : la carrière du Mont du Gât

Les attributs utiles sont ici : une photo de la carrière, la nature des roches rencontrées, l'âge, la mesure du pendage, des éléments de réponse au problème posé.

L'outil eVis permet l'insertion des photos ou des liens internet.

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.6. la vidéo de l'utilisation de l'outil eVis


Le résultat obtenu pour la couche point du Mont du Gât est alors celui-ci:

informations sur la couche Mont du Gât avec eVis

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.7. informations sur la couche Mont du Gât avec eVis


Arrêt 2 : le paysage de la Ferté Saint Samson

Les attributs utiles sont alors: une photo du paysage de la Ferté, une photo de la coupe géologique, des éléments de réponse au problème posé.

De la même façon que précédemment avec l'outil eVis, nous pouvons obetenir le compte rendu suivant:

Informations sur la couche Paysage de la Ferté Saint Samson avec eVis

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.8. Informations sur la couche Paysage de la Ferté Saint Samson avec eVis


Arrêt 3 : la carrière de Grumesnil

Les attributs utiles sont alors : une photo de la carrière, la nature des roches rencontrées, l'âge, la mesure du pendage, des éléments de réponse au problème posé.

Avec eVis , le résultat obtenu:

Informations sur la couche carrière de Grumesnil

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.9. Informations sur la couche carrière de Grumesnil


Pour mettre en évidence l'axe du pli sur la carte géologique, les élèves sont alors amenés à créer une couche vecteur ligne; la technique est très similaire à celle de la couche point.

On peut s'affranchir d'internet et donc des couches WMS en préparant les extraits de carte géologiques géoréférencées.

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.10. Géoréférencement d'une capture d'écran


le résultat obtenu dans QGis

Lorsque tous les élèves ont fini la création de leur couche, le projet finalisé se présente sous cette forme: les trois couches points avec leur table d'attribut remplie des informations utiles à la résolution du problème posé, la couche ligne correspondant à l'axe du pli.

Projet fini dans QGis

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Figure 2.11. Projet fini dans QGis


Cette production peut se faire lors d'une séance de travaux pratiques au retour de la sortie ou encore en AP suivant la progression établie sur l'année.

Les monuments de Rouen : l'utilisation des roches comme matériau de construction

Les élèves sont invités à réfléchir aux matériaux de construction du patrimoine de la ville de Rouen. Quelques monuments voisins de l'établissement sont retenus comme site de visite.

Il est convenu que les groupes de deux élèves doivent réaliser deux ou trois photographies afin de caractériser le matériau de construction de chaque monument.

La mise en oeuvre de QGIS est abordée par la création d'une couche vecteur "points". Les champs attributaires sont choisis pour la classe. Les projets sont sauvegardés, un par groupe de deux élèves.

La mise en oeuvre de QGIS

Le logiciel est utilisé en classe sur une dizaine de machines. Un projet est créé et les élèves le chargent. Le projet contient une couche WMS qui permet de se situer géographiquement. La couche utilisée est "google physical". Ceci inscrit le projet dans une projection particulière, "WGS84/Google Mercator".

Le projet ouvert

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.12. Le projet ouvert

La création de la couche "compte rendu"

Les couches doivent pouvoir être fusionnées. Le plus simple est donc d'avoir des intitulés d'attributs identiques. Nous avons retenu :

  1. Nom 1 (texte 255 caractères)
  2. Nom 2 (texte 255 caractères)
  3. Monument (texte 255 caractères)
  4. Photo1 (texte 255 caractères)
  5. Photo2 (texte 255 caractères)
  6. Photo3 (texte 255 caractères)
  7. Comment1 (texte 255 caractères)
  8. Comment2 (texte 255 caractères)
  9. Comment3 (texte 255 caractères)
  10. Consigne (texte 255 caractères)

Les champs "consigne", "nom 1" , "nom 2" sont remplis pour que les élèves comprennent comment saisir leur compte rendu au retour de la sortie.

Vous pouvez voir les étapes dans la vidéo de création de couche.

La préparation du retour de terrain : les extraits de cartes géologiques.

Au retour de la sortie les élèves disposent d'observations qui leur donnent la possibilité de remplir une partie de leur compte rendu.

En revanche ils ne disposent pas des origines des roches qu'ils ont observées. Il leur est donc fourni des liens qui leur permettent d'identifier l'origine des roches ayant servi à la construction des monuments.

Pour parer les difficultés liées à l'affichage des couches WMS on peut aussi préparer des extraits de cartes géologiques en les géoréférençant à l'avance.

Cette étape est décrite dans la vidéo du géoréférencement d'une couche RASTER.

Le projet une fois produit

Les élèves disposent donc d'un projet contenant les liens vers les sites de références à la fois pour les monuments et les carrières d'extraction des matériaux de construction.

Il peuvent compléter leur compte rendu puis assembler leur propre projet.

L'aspect du projet en fin de travail.

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Figure 2.13. L'aspect du projet en fin de travail.


Conclusion :

Une fois que les élèves ont rendu leurs projets il est possible de fusionner les couches des différents groupes pour obtenir une couche vecteur pour la classe.

Le travail peut être conduit en 2 heures de TP si la séquence est préparée un peu à la maison par les élèves.

Conclusion :

Cette session de Formaterre sera suivie en 2014 par une formation organisée de la même façon. Bonne utilisation de cette production et à l'année prochaine.

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