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Paléomagnétisme et Smartphone

mis à jour le 03/01/2017


v_smartphone.gif

En classe de 1èreS, la modélisation et la mesure de l'intensité du paléomagnétisme de la croûte océanique dans une séquence de TP nécessite du matériel ExAO avec une sonde "teslamètre" ainsi qu'un système représentant la croûte océanique  pouvant être conservé d'une année sur l'autre. Cette ressource, explique comment (à moindre coût) on peut construire un modèle de plancher océanique aimanté et pouvoir y mesurer l'intensité du champ magnétique avec un simple Smartphone (sous iOS ou Android).

mots clés : paléomagnétisme, smartphone, teslamètre, expansion océanique, modélisation


Fiche laboratoire

Matériel nécessaire :


Dans un tasseau de 1 mètre de long de section rectangulaire 50mm X 20mm  environ.

  • Percer des trous, tous les 7cm (soit 13 trous au total), de 4mm de diamètre traversant le tasseau.

  • Insérer des aimants cylindriques de 4mm X 25mm dans chaque trou. Veiller à les disposer de manière symétrique (avec le 7ème trou comme axe de symétrie).
 

Conseils techniques et matériels


Les aimants utilisés dans cette ressource sont des cylindres magnétiques de Ø 4 mm, hauteur 25 mm en Néodyme, (ref:N42), nickelé.
Bien évidemment, en fonction des aimants disponibles, on peut modifier le montage en adaptant la taille des trous.
Cependant, les caractéristiques à respecter sont l'espacement entre les aimants (pour bien enregistrer une variation) ainsi que l'utilisation d'aimants cylindriques facilement ajustables dans des trous faits à la perceuse.
Tous les smartphones ne permettent pas d'effectuer ces mesures car ils ne possèdent pas tous un capteur permettant de mesurer le champ magnétique.

Ce capteur est présent dans tous les smartphones (ou tablettes) sous iOS. Par-contre, pour ceux sous Android, en fonction des marques et des modèles, cela n'est pas toujours vrai.

De plus, l'idée de croire qu'il faut un smartphone cher afin de garantir la présence de ce capteur n'est pas toujours vérifiée . En effet, certaines marques à bas coûts peuvent posséder ce capteur.

Le même raisonnement peut être tenu en ce qui concerne les smartphones et tablettes sous windows10.
 

Applications pour Smartphone :


Application "Sensors" sous Android avec option "Geomagnetic field"

Application "Magnetometer" sous iOS
 

Protocoles pour l'élève

Mesure quantitative du champ magnétique (= profil magnétique) le long d'un tasseau modélisant la croûte océanique :


 
  • Déposer une bande de papier sur le tasseau (afin de pouvoir écrire dessus sans écrire directement sur le tasseau.

  • Déplacer la boussole, le long du tasseau représentant la croûte océanique, d'une extrémité à une autre.

  • Tracer un trait transversal là où l'aiguille de la boussole se place parallèlement au bord long de la plaque (au moment ou elle « hésite » entre deux orientations).
 
Remarque : L'orientation du champ magnétique, représentée par le sens de l'aiguille rouge de la boussole, modélise des anomalies du CMT. Vers le haut on parle d'anomalies positives = périodes normales  (équivalentes au CMT actuel), et vers le bas d'anomalies négatives = périodes inverses (inversées par rapport au CMT actuel).
 
  • Colorier en noir les périodes dites "normales" et laisser en blanc, les périodes dites "inverses".
     
  • Noter les longueurs de ces anomalies.
     
  • Repérer par un trait rouge, la position d'un éventuel axe de symétrie.
     
Schéma illustrant la réalisation du profil magnétique

 
 

Mesure qualitative du champ magnétique le long d'un tasseau modélisant la croûte océanique :


  • Placer le Smartphone à l’une des extrémités du tasseau (voir schéma suivant).


  • Avec "Sensors" attendre que le capteur se stabilise (quelques secondes) et enregistrer la mesure en cliquant sur . Une fois toutes les mesures enregistrées, les reprendre afin de compléter le tableau de résultats suivant, ou le compléter directement à la prise de chaque mesure.

  • Avec "Magnetometer", attendre que le capteur se stabilise (quelques secondes) et compléter directement le tableau de résultats suivant. Avec cette application, il n'y a pas la possibilité d'enregistrer les données.

  • Décaler le Smartphone de 3 cm et faire de même.

  • Une fois l’autre extrémité du tasseau atteinte, reporter les mesures dans un tableur de résultats et construire le graphique montrant l’évolution de l’intensité du champ magnétique (z-axis) le long du tasseau.

Remarque : Les deux axes du champ magnétique dont l'intensité est à prendre en compte sont les axes y et z.

Tableau de résultats et exemple de graphique

|td bGcomor="#cccccc">
-73
-66,1
-22,1
-10,6
-112
etc...
Distance le long du tasseau en cm

Intensité du champ magnétique (z-axis) en µT


0
3
6
9
12
etc...

 

Exploitation des résultats : mise en relation des deux mesures


Le document suivant correspond à la mise en commun du profil magnétique du tasseau modélisant la croûte océanique et de la mesure de l'intensité du champ magnétique le long de ce même tasseau.

On peut demander à l'élève de reporter sur le graphique obtenu la position des différentes bandes d'anomalies magnétiques du profil obtenu avec la boussole.

 
 
 
auteur(s) :

David Boudeau, professeur au lycée F. Truffaut à Challans

contributeur(s) :

Emmanuel Level, Technicien de laboratoire en SVT au lycée F. Truffaut de Challans

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère S

type pédagogique : démarche pédagogique, préparation pédagogique, travaux pratiques, tutoriel

public visé : enseignant, personnel de laboratoire

contexte d'usage : classe, atelier, AP

référence aux programmes :

Thème 1-B La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

Comprendre comment la corrélation entre les anomalies magnétiques découvertes sur le plancher océanique et la connaissance plus ancienne de l’existence d’inversion des pôles magnétiques confirma l’hypothèse de l’expansion océanique.

fichier joint

information(s) technique(s) : Exemple de fichier xls contenant les données ayant servi à la ressource.

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