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

Copyright : 2013 université Lyon 1

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.

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

Jean Besse de l'institut de Physique du Globe.

Copyright : 2013 Institut de Physique du Globe

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.

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Conférence du soir : Vision globale et historique de la géodynamique

Pierre Thomas . ENS Lyon.

Copyright : 2013 ENS Lyon.

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.

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conférence du matin:la Terre, fusion ou Terre solide

Vincent Deparis. Lycée Jean Monnet à Annemasse.

Copyright : 2013 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.

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

Jean-Pierre Lièvre. Lycée du Parc à Lyon.

Copyright : 2013 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.

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conférence du matin: unicité et diversité des combustibles fossiles

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

Copyright : 2013 université Pierre et Marie Curie

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.

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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.

Copyright : 2013 Carole Larose

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

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.

Copyright : 2014 Carole Larose 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

Copyright : 2014 Carole Larose 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.

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.

Copyright : 2013 Carole Larose

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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.

Copyright : 2013 Carole Larose

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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.

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.

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

Copyright : 2013 Carole Larose

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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:

Copyright : 2013 Carole Larose

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

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:

Copyright : 2013 Carole Larose

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

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.

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.

Copyright : 2013 Carole Larose

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

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.

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".

Copyright : 2013 Eric Le Jan

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

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.

Copyright : 2013 Éric Le Jan

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

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.