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comment calculer le rejet d'une faille ?

mis à jour le 13/06/2011


faille

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"

mots clés : MPS, faille, séisme, images, mesurim, tectoglob, déformation, mathématiques


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.



Démarche des élèves

 
faille01Parmi les problématiques proposées par l'équipe pédagogique les trois élèves ont choisi :

Comment mesurer le rejet d'une faille ?

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). 
 
faille02Une autre recherche faite sur google earth à permis de mesurer des décalages de vallées en Californie.

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.
 
faille03A la suite du module de découverte de la géolocalisation, les enregistrements GPS présents dans Tectoglob ont permis des mesures des décalages liés à des séismes particulièrement violents.

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.
 

Production des élèves


Afficher le panneau produit par les élèves dans une nouvelle fenêtre

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.
 
faille05Rejet : C'est la valeur du déplacement entre les deux compartiments d'une faille.

Image : Adeline Leuleu
 
Il existe 3 types de failles :

Failles normales : faille06
 
Faille inverse : faille07
 
Faille coulissante (décrochante) : faille08








Image R.Lacassin
 
faille09- Par Mesurim :

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.
 
faille10faille11- Par TectoGlob : Nous avons sélectionné une zone sismique dans laquelle nous avons choisi une station. Ici, nous prenons SSIA et AREQ deux stations situées en Amérique latine et centrale.




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)

E²= m²+n²
E²= (-40)² + (-28)²
E²= 1600 + 784
E²= 2384
E= 48.8cm

AREQ s'est déplacé de 48.8cm dans le plan horizontal.

Calcul en intégrant la hauteur (y) du rejet (Q) :

Q= E²+y²
Q²=48²+(-3)²
Q²= 2313
Q=48.1cm

AREQ s'est déplacé de 48.1cm dans l'espace.

http://www.lithotheque.ac-aix-marseille.fr/Affleurements_PACA/plis_failles/13_plis_failles_failles_2rejet.htm,

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FailleDecrochement.png


Ressources utilisées


Les images de failles ont été prises dans diverses lithothèques académiques : http://pedagogie.ac-montpellier.fr/svtlithobd/lithotheque.asp?
 
faille12Les images capturées ont ensuite été traitées avec Mesurim pro disponible sur le site d'Amiens.
http://svt.ac-amiens.fr/archives_svt/info/logiciels/Mesurim2/Telecharge.htm
 
faille13Le données sur les enregistrements des stations GPS ont été acquises avec le logiciel tectoglob lui aussi en téléchargement sur le site d'Amiens.
http://svt.ac-amiens.fr/archives_svt/info/logiciels/Tectoglob/index.html
 
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.


Bilan et suite de la démarche


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.

 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : 2nde

type pédagogique : démarche pédagogique, production d'élève

public visé : enseignant

contexte d'usage : salle multimedia, laboratoire, travail autonome

référence aux programmes : Science et vision du monde

documents complémentaires

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