Les logiciels pour l’enseignement des Sciences de la Terre
1. Prise en compte du temps en sciences de la Terre
Les obstacles didactiques à l’apprentissage des sciences de la Terre en terme de relation au temps sont nombreux : temps longs, dynamisme des phénomènes, caractère contingent et unidirectionnel des changements géologiques et raisonnement diachronique. Deux applications tenant compte de ces obstacles ont été réalisées : Chronocoupe et le Calendrier Géologique.
Calendrier géologique
Cette application permet d’explorer des données datées (paléobiosphères, paléogéographies, paléoenvironnements, paléoclimats…). Elle offre aux élèves, de l’école élémentaire à la terminale, un environnement qui leur permet d’explorer des jeux de données datées (paléobiosphères, paléogéographies, paléoenvironnements, paléoclimats…). Les travaux de recherche conduits visent à identifier les usages du Calendrier Géologique dans l’enseignement secondaire et à valider les choix didactiques qui ont présidé à la conception de l’application.
L'application donne, pour les différentes périodes sélectionnées, un aperçu de la biosphère et de la paléogéographie, la situation de la période parmi les grands événements de la Terre, son âge absolu, sa position dans le temps en ramenant l'histoire de la Terre à un an et la couleur utilisée pour représenter cette période sur la carte géologique de la France. L'application possède un mode édition qui permet à l’enseignant de créer de nouveaux jeux de données (paléoclimats, crises biologiques, évolution humaine...) et à l’élève de créer sa propre frise du temps à partir d’événements géologiques sélectionnés.
Calendrier géologique a été développé par Gilles Fuxa et Eric Sanchez. Il a bénéficié du concours de Michèle Prieur (INRP) et François Atrops (univ Lyon 1).
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Chronocoupe
Chronocoupe est un logiciel destiné à l'apprentissage des méthodes mises en œuvre pour établir une chronologie relative (principes de superposition et de recoupement). L’élève est placé en situation de résolution de problème : reproduire des images de coupes géologiques « modèles ». Ce travail le conduit à identifier les relations géométriques entre des structures géologiques, proposer des hypothèses sur la chronologie des événements géologiques à l’origine de ces structures et tester ces hypothèses en simulant leurs conséquences. Sept types d’événements géologiques sont modélisés : sédimentation, érosion, volcanisme, plutonisme, distension, plissement et chevauchement.
Chronocoupe a été réalisé par Gilles Fuxa et Eric Sanchez.
Consulter : Les publications de l'équipe
Télécharger : le logiciel chronocoupe
Radiochronologie (Académie d'Amiens)
Time Scale Creator
Ce logiciel permet de construire une échelle des temps géologiques en choisissant les données que l'on souhaite faire apparaitre (niveau des mers, géomagnétisme...)
Etape 1: Cliquer sur Settings, la fenêtre ci-dessous s'affiche.
Etape 2: Choisir un intervalle de temps (par noms d'étage ou par âges en millions d'années)
Aide: échelle des temps géologiques (ICS) disponible sur le site http://www.stratigraphy.org
Choisir la graduation de l'échelle pour le temps.
Les couleurs de l'échelle seront par défaut celles de l'USGS (United States Geological Survey) mais vous pouvez aussi choisir les couleurs de la carte géologique de la France au 1/1000000ème.
Cocher l'option "Add MouseOver info", celle-ci permet d'avoir des informations supplémentaires concernant les sources... sous forme de balises actives sur l'échelle construite.
Etape 3: Choisir les données que l'on souhaite faire apparaître en cliquant sur "Choose Zonations"
Remarque: Pour avoir des informations et les références de chaque donnée, il suffit de cliquer dessus, et les informations apparaissent en bas à droite de la fenêtre.
Il est possible de renommer chaque donnée (initialement en anglais): pour cela, cliquer sur la donnée et modifier le contenu de la fenêtre "Edit Titles".
Etape 4: Pour créer l'échelle, cliquer sur "Generate"
Exemple: échelle illustrant la limite Permo-Trias:
Au niveau de la balise GSSP, il existe un lien vers le site http://www.stratigraphy.org
Sur ce document, la limite Permo-Trias est mise en évidence par l'apparition du conodonte Hindeodus Parvus (marqueur officiel de la limite), par une régression marine antérieure, par la disparition des fusulines. Le pic d'extinction (limite Permo-trias "effective") n'est pas visible sur ce document. Les radiolaires semblent disparaitre, ce n'est pourtant pas le cas! La sédimentation de leur test n'a pas été possible, compte-tenu des conditions physico-chimiques de l'époque. Les radiolaires "réapparaissent" ensuite. Attention, il ne s'agit donc pas d'un taxon lazare.
Remarque 1: La limite Permo-Trias "officielle" est postérieure au pic d'extinction (limite Permo-Trias "effective").
Remarque 2: La "disparition des radiolaires" est antérieure au pic d'extinction.
2. Prise en compte de l’espace dans l’enseignement des sciences de la Terre
Les obstacles didactiques à l’apprentissage des sciences de la Terre sont également liées aux rapports que la discipline entretient avec l’espace : difficultés à appréhender les différentes échelles impliquées, à s’orienter, à passer de représentations bi-dimensionnelles à des représentations tridimensionnelles ou à changer de référentiel d’observation.
Différentes applications permettant la prise en charge de ces difficultés ont été identifiées ou développées : Geonote, les hyperpaysages, le visualisateur interactif de cartographie 3D
Geonote
Geonote est une application qui permet d'accéder à des données géoréférencées sur une carte. Un clic sur un point chaud de la carte ouvre un menu qui permet d'accéder à des données de type image ou texte. L'application constitue un environnement complet de travail sur les données. L'élève peut superposer différents types de cartes, réaliser des mesures, zoomer sur un détail, rechercher des données indexées, annoter ces données, prendre des notes, accéder à de la documentation.
Géonote possède également un mode édition qui permet de créer un jeu de données comprenant différentes cartes d'une région reconnue pour son intérêt pédagogique et les images et textes associés.
Cette application a été testée en lycée et en collège. En terminale S, 103 élèves l’ont utilisé pour préparer et exploiter une classe de terrain . Ils ont identifié les indices à rechercher et déterminé le trajet à emprunter en consultant les informations de Géonote et ont réalisé au retour, en guise de compte rendu, leur propre parcours géologique avec les données qu'ils avaient récoltées sur le terrain à l'aide d'un appareil photo numérique et d'un GPS. En quatrième, 86 élèves ont exploré une région éloignée du globe à partir des informations de Geonote de façon à identifier le modèle de fonctionnement des plaques lithosphériques de cette région.
Géonote a été développé dans le cadre des travaux de l'équipe de recherche en éducation e.Praxis - INRP par E. Sanchez et O. Lefèvre. L'application a été testée par l'équipe de didactique des sciences de la Terre de l'ERTé ACCES (M. Michaud, M. Prieur, Gilda Putinier et E. Sanchez). Géonote est un projet du groupe INRP-Géomatique.
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Hyperpaysage
Les hyperpaysages sont des images de paysages pour lesquelles certaines zones peuvent être rendues cliquables. On constitue ainsi des liens qui renvoient à d’autres types de documents (textes, images, séquences vidéo, hyperpaysages plus détaillés, …), qui peuvent eux mêmes avoir un caractère interactif. Comme le terme aujourd’hui bien connu d’hypertexte, le terme hyperpaysage renvoie donc à une organisation en réseau de l’information. Les hyperpaysages permettent une exploration libre ou guidée de cette information, pour laquelle les élèves peuvent prendre une part active.
Le plus souvent, les hyperpaysages sont des vues panoramiques animées réalisées à partir d’images prises à 360°. Il est ainsi possible de se déplacer horizontalement ou verticalement dans l’image et de zoomer dans la limite de la résolution choisie. L’image panoramique peut également être associée à une carte (topographique et/ou géologique) sur laquelle sont repérés le point à partir duquel a été réalisé le panorama et un secteur qui matérialise la zone visible sur l’image (direction et angle de la prise de vue). Un déplacement dans l’image panoramique conduit alors à une modification de ce secteur sur la carte. Cet effet, obtenu à l’aide de deux applets JAVA intégrés à une page Web, constitue une aide à la localisation dans l’espace.
Visualisateur interactif de cartographie 3D
Le visualisateur de cartographie 3D permet des lectures scientifiques de la topographie d'un site. Il s’agit d'orthophotos aériennes superposées à un modèle numérique de terrain à partir de la banque de données de l'IGN.
En collaboration avec l'entreprise JOKYO et l'office de tourisme de Montgenèvre (05), il a été réalisé un drapage de différentes cartes géologiques (BRGM, 1995 et Chalot-Prat, 2005) sur la visualisation géographique 3D, l'idée étant de faire le lien entre la topographie et les interprétations géologiques proposées par les différents experts . A tout moment de la navigation 3D, il est possible de revenir à la carte topographique 2D. Notons que sur le prototype JOKYO, on peut passer de la topographie à la géologie par un effet de transparence. Cet effet permet de discuter les interprétations faites par les cartographes de terrain lorsqu'ils positionnent différentes unités lithologiques sur la surface étudiée.
Publication :
URGELLI B. SANCHEZ E. INAMI L. (2005) Développement d’un visualisateur interactif de cartographie 3D pour une approche géologique des paysages. Colloque Quartz. Le terrain dans tous ses états. 26-28 mai 2005.
Pour aller plus loin :
- Place et rôle des modèles dans l’enseignement des sciences de la Terre
- La classe de terrain dans l’enseignement des sciences de la Terre
- publication
- hyperpaysage Crussol (pour lancer l'hyperpaysage ouvrir "Panorama 1.html")
3. The Paleobiology Database
Cette banque de données internationale est un travail collaboratif. Sur la base du volontariat, des chercheurs du monde entier mettent en ligne des données sur les fossiles qu'ils étudient (taxonomie, distribution, photographies...).
Pour accéder à la banque de données: http://paleodb.org/cgi-bin/bridge.pl
Exemple: Recherche de données concernant les fusulines.
Map: Pour afficher une carte montrant la distribution géographique du fossile .
Autres options:
- Animations sur la position des continents,
- Courbe de diversité du nombre d'espèces ou de genres,
- Classification des fossiles à partir du nom d'espèce,
- Données d'abondance,
- Cartes montrant la répartition d'une collection de fossiles...
Exemple: Les amphibiens au permien
