Une équipe de trois élèves du lycée Jean Perrin de Rezé a traité ce sujet dans le cadre du thème "Science et vision du monde" au cours de l'enseignement d'exploration "Méthodes et Pratiques Scientifiques"
Organisation de l'enseignement d'exploration MPS au lycée Jean Perrin de Rezé
Au lycée Jean Perrin de Rezé, 51 élèves ont choisi l'enseignement d'exploration "Méthodes et pratiques scientifiques" en 2010-2011. Trois disciplines sont concernées par cet enseignement : les mathématiques, les sciences physiques et chimiques et les sciences de la vie et de la Terre. Lors d'une séance inaugurale commune à tous les élèves, la démarche et les éléments d'organisation du travail ont été présentés aux élèves. Ceux-ci ont été répartis en trois groupes de 17 pour 2 séances tournantes de présentation d'outils en rapport avec le thème "Science et vision du monde" qui a été choisi pour cette première partie de l'année. Ainsi chaque élève a suivi 2 séances en mathématiques consacrées au codage numérique des images et aux outils mathématiques pour la géolocalisation, 2 séances en physique-chimie consacrées aux radiations, aux capteurs, à l'optique et à l'orbitographie et 2 séances en SVT consacrées à la radiométrie, le traitement d'images satellitales, la géolocalisation, l'utilisation du globe virtuel Google Earth et du SIG Mapwindow.
Au terme de ces 6 séances, une nouvelle séance plénière a permis de proposer une liste de sujets sous la forme de problématiques. Chaque équipe de 2 à 3 élèves devait effectuer une sélection de trois sujets l'intéressant. De rapides négociations ont conduit à l'absence de doublons. Certains sujets ont été reformulés par les élèves avec notre accord. Pour les séances suivantes chaque professeur prend en charge un certain nombre d'équipes en fonction des sujets choisis. Au cours de l'évolution du travail ces équipes peuvent être amenées à changer de discipline de pilotage en fonction des besoins en outillage méthodologique et/ou pratique. L'objectif fixé aux élèves était de présenter leur travail sur une affiche ou "Poster" à la fin du mois de janvier.
Elles ont sans doute été motivées par les catastrophes récentes comme le tremblement de terre à Haïti.
La première partie de leur travail a consisté à rechercher sur Internet des clichés et schémas de failles afin d'en caractériser les différents types.
Bon nombre de ces clichés provenant de la lithothèque nationale sont pourvus d'éléments d'échelles comme des personnages ou des objets de dimensions connues, elles ont utilisé mesurim pro pour faire une mesure approximative du déplacement relatif (rejet).
Ces clichés ne permettent cependant pas de savoir si le rejet d'une faille se constitue lors d'un évènement unique ou de plusieurs séismes.
Les mesures ont été faites en longitude, latitude et altitude et la mise en oeuvre du théorème de Pythagore en deux puis en trois dimensions à permis de calculer la valeur du déplacement relatif des blocs lors de ces séismes.
Pour une lecture plus aisée, le contenu du panneau est reproduit ci-dessous sans respecter la mise en page originale.
La faille
Problématique : Comment calculer le rejet d'une faille ?
Faille : Une faille est une rupture de l'écorce terrestre accompagnée d'un rejet.
Image : Adeline Leuleu
Il existe 3 types de failles :
Failles normales :
Faille inverse :
Faille coulissante (décrochante) :
Image R.Lacassin
Mesurim est un outil qui permet de mesurer un objet quelconque sur une image/photo à l'aide d'une échelle définie au départ :
Nous avons pris la taille de l'homme (170cm) comme échelle puis nous avons mesuré le rejet (trait noir) et donc nous trouvons qu'il mesure 270 cm.
Images provenant de tectoglob
Les graphiques du haut correspondent au déplacement de la faille en latitude. Ceux du milieu correspondent au déplacement de la faille en longitude. Les deux derniers, correspondent au déplacement de la faille en altitude.
Pour calculer le rejet de la faille, nous utilisons le théorème de Pythagore et les données des graphiques (latitude, longitude, altitude) avec des formules précises que voici :
SSIA :
Latitude de 2.5 à -3cm > -3-2.5=-5.5cm Longitude de -4.5 à -1.5 cm > -1.5+4.5 = 3.5 cm Hauteur à 0cm
Calcul du rejet (E) avec la variation de longitude (m) et la variation de latitude (n). E²= m² + n² E²= 3.5²+ (-5.5)² E²= 42.5 Le graphique (height) nous prouve E= 6.5 cm
Ce rejet est de 6.5 cm. Le déplacement en altitude est négligeable
AREQ :
Latitude de 38cm à 10cm > 10-38= -28cm Longitude de 55 cm à 15cm > 15-55=-40cm Hauteur de 1cm à -2cm > -2-1=-3cm
Calcul du rejet (E) avec la variation de longitude (m) et la variation de latitude (n)
Les calculs font appel à des notions de collège de mathématiques. La difficulté résidait essentiellement à montrer que ce qui est connu dans un espace à 2 dimensions peut être appliqué dans un espace à trois dimensions.
Lors de la séance finale de ce thème, consacrée à la présentation et l'évaluation des travaux, les élèves ont présenté leur travail à l'aide du panneau réalisé. Le professeur évaluateur était un de ceux qui n'avaient pas encadré le travail, ici le professeur de Physique-Chimie. Les élèves des autres équipes devaient prendre des notes et rédiger des questions auxquelles chaque équipier devait répondre par écrit. Les questions et les réponses étaient évaluées au terme de la séance.
Il est apparu qu'au-delà des problèmes de maîtrise de l'oral, la qualité des questions et des réponses montraient une assez bonne maîtrise du sujet traité.
L'établissement ayant choisi d'utiliser un coefficient 0 pour toutes les notes attribuées dans les enseignements d'exploration, nous n'avons pas porté de notes dans le bulletin trimestriel mais une appréciation détaillée. Elle est conçue pour être utilisée dans la procédure d'orientation. Les éléments appréciés étaient essentiellement la qualité du travail en groupe, la prise d'autonomie, la rigueur de la démarche scientifique et les qualités de la présentation des résultats. Les élèves ont signalé lors du bilan de fin d'année avoir apprécié le fait que le travail ne donne pas lieu à des notes.
Concernant le groupe dont les travaux sont relatés ici, l'autonomie des élèves a été très importante. Le rôle du professeur s'étant limité à fournir les outils matériels et logiciels et quelques démonstrations sur leurs usages. La recherche dans la lithothèque a été efficace. L'application du théorème de Pythagore a nécessité quelques explications. Avec plus de temps il eut été possible d'aller plus loin que le calcul de l'amplitude du rejet et de tenter de représenter l'orientation du mouvement dans l'espace, cependant la manipulation des coordonnées polaires dans un espace à trois dimensions est un exercice difficile pour des élèves de seconde. Nous avons regretté que les images de failles coulissantes californiennes trouvées sur Google Earth n'aient pas été utilisées alors qu'elles étaient exploitables.
Pour ce qui est des méthodes et des pratiques, les élèves ont donc appris à rechercher de la documentation sur des objets géologiques précis, à catégoriser ces objets et à schématiser les mouvements relatifs. Elles ont utilisé la notion d'échelle en géologie et manipulé le logiciel mesurim pro pour faire des mesures. Elles ont su exploiter leurs connaissances en géométrie pour calculer l'amplitude d'un mouvement géologique.
L'ensemble des panneaux a fait l'objet d'une présentation par les élèves lors de la journée portes ouvertes de l'établissement.
Concernant l'ensemble du groupe, le second thème choisi est "science et prévention des risques d'origine humaine". Nous avons décidé de ne pas reconduire les modules de découverte d'outils mais de continuer à soumettre aux élèves une liste de propositions de problématiques.
