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utiliser Tri_GPS en première et terminale S

mis à jour le 11/10/2004


tri_gps

Le logiciel Tri_GPS de Jean François MADRE permet de tracer automatiquement les vecteurs vitesse en exploitant les données de mouvement des balises GPS fixées à la lithosphère.

mots clés : GPS, lithosphère, tectonique, plaques, convergence, divergence, point chaud, tutoriel


Sommaire

Introduction
Acquérir et installer le logiciel
Visualiser et mesurer les mouvements des stations GPS
Positionner et orienter les vecteurs représentant les vitesses
Représenter le mouvement d'une station
Représenter les mouvements de toutes les stations
Etudier une zone de divergence
Etudier une zone de convergence
Mettre en évidence des déformations à l'intérieur des plaques
Etudier l'influence des séismes

Introduction

L'utilisation des données GPS pour mesurer le déplacement actuel des plaques lithosphériques peut donner lieu à des activités pratiques en Première S et en Terminale S. De telles activités vont d'un travail sur papier à l'utilisation plus ou moins importante de logiciels. On trouvera un échantillonage de ces pratiques sur le serveur de Nantes :
tectonique des plaques et données GPS,
utiliser openoffice ou staroffice pour éditer des cartes à l'échelle,
la convergence lithosphérique se traduit par la disparition de la lithosphère océanique dans le manteau,
les déformations de la plaque Sud-Américaine mesurées par GPS,
les déformations de la lithosphère européenne
Des ressources sont également disponibles sur le serveur de Lyon :
Convergence des plaques lithosphériques :
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/geologie/gps/convergence/convergence1.html
Déplacements de la surface du globe terrestre : http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/geologie/gps.html
Traitement des données GPS avec Excel : http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/geologie/gps/gps1.html

Jean-François MADRE, de l'académie d'Amiens vient de concevoir et de mettre en ligne "tri_GPS" ; un logiciel de visualisation des déplacements qui permet d'automatiser une grande partie de ces manipulations. Ce logiciel utilise les données disponibles sur le site de la NASA. Son usage oblige à concevoir des démarches pédagogiques un peu différentes des précédentes. Le présent dossier est destiné à donner des pistes concernant son utilisation en classe. Cette publication est réalisée avec l'accord de Jean François MADRE.

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Acquérir et installer le logiciel

Le logiciel tri_GPS est disponible sur le site de l'académie d'Amiens à l'adresse ci-contre

http://svt.ac-amiens.fr/archives/info/logiciels/Tri_GPS/Tri_GPS.zip

 

On accède directement à la boîte de téléchargement du fichier compressé Tri_GPS.zip
Le fichier étant de grande taille, il est préférable de disposer d'une liaison rapide.

Une fois le téléchargement terminé il suffit de décompresser le fichier avec un utilitaire.
En raison du très grand nombre d'images, la décompression peut prendre un temps important.
L'icône de démarrage ne s'installe pas dans le menu "Démarrer/Programme". Il est donc souhaitable de placer un raccourci sur le bureau.

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Visualiser et mesurer les mouvements des stations GPS

Un clic sur l'icône affiche l'écran principal de Tri_GPS.

Un clic sur "carte" affiche une planisphère complète

En cliquant sur "Affichage" puis "Points GPS" chacune des stations de la base s'affiche sous la forme d'un point jaune.

Pour une première utilisation des données, il est intéressant de comparer les résultats avec ceux acquis en mesurant les vitesses apparentes des points chauds. En utilisant les curseurs de zoom et de décalage, centrez la carte sur Hawaï.

Définissez la zone d'étude par un glissé de souris.

En cliquant sur "OK" on revient à l'écran principal. Il suffit de cliquer sur "Trier" pour que s'affiche les stations incluses dans la zone géographique définie
Chaque station est décrite par deux lignes de données. La seconde ligne correspond aux incertitudes de mesures.
En faisant un double clic sur une des cellules à l'exclusion de celles de la première colonne on obtient l'affichage de l'image des enregistrements telle qu'elle existe dans la base de données de la Nasa.

 

Si l'on veut procéder à des mesures, il est indispensable de définir les différentes échelles. Utilisez "Définir" dans "Echelles".

Cochez d'abord la case "échelle des temps" et définissez la date de début puis celle de fin par un "glissé de souris". Entrez les valeurs correspondantes dans les cases situées à gauche.

Faites de même pour les latitudes les longitudes et les altitudes.

Validez par "OK" .

Cette définition des échelles permet maintenant de connaître pour chaque point de la droite la date et la valeur pointée par la souris.

Attention, l'affichage se fait en mm alors que les diagrammes sont gradués en cm.

Il devient ainsi facile de calculer la pente c'est à dire le coefficient a de la fonction affine (lat=at+b par exemple)

Ce coefficient est égal à la vitesse du point en mm/an.

On notera que la vitesse moyenne de la station sur l'intervalle de temps est portée sur chaque graphique sous le forme "Rate 34.86+- 0.16 mm/yr"

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Positionner et orienter les vecteurs représentant les vitesses

Les vitesses étant connues il faut maintenant reporter le déplacement des stations sous la forme de vecteurs. Des exercices sont fournis avec le logiciel pour se familiariser avec le positionnement des stations et l'orientation des vecteurs

Concernant le positionnement, l'exercice consiste à positionner successivement trois stations sur la carte. On notera que contrairement aux données de la base, l'exercice utilise les notations N, S, E et O. Il faut simplement retenir que les valeurs positives dans la base correspondent au Nord ou à l'Est et les valeurs négatives au Sud ou à l'Ouest.

Un second exercice concerne l'orientation des vecteurs. Cette fois, les conventions de signes sont les mêmes que dans la base de données.

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Représenter le mouvement d'une station

 
Pour se familiariser avec les principes de représentation utilisés par le logiciel, il peut être utile de faire un travail sur papier pour tracer un vecteur dans un repère cartésien tel que cela est décrit dans l'activité "Traçage des vecteurs vitesses sur papier" :
tectonique des plaques et données GPS sur le serveur de Nantes

Dans un premier temps la vitesse d'une seule station sera tracée. Pour cela, affichez la carte en cliquant sur le bouton correspondant.

Affichez les points de mesure par la commande ci-dessous.

Utilisez ensuite le zoom et des différents curseurs pour voir clairement la région de Tahiti.

Délimitez cette zone avec la souris et cliquez sur "OK"

En appuyant sur le bouton "Trier" , seules les stations incluses dans la zone délimitée apparaissent.

Sélectionnez alors la station PAMA en faisant un double clic sur la cellule correspondante de la colonne "V"

Cliquez ensuite sur "Carte" . Le vecteur correspondant à la station sélectionnée s'affiche directement sur le fond de carte.

Il est possible d'afficher une échelle en utilisant les commandes "Vecteur" , "Afficher une échelle" et "OK".

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Représenter le mouvements de toutes les stations

Pour une mise en évidence des déplacements de toutes les plaques, il faut sélectionner l'ensemble de la carte et revenir à l'écran principal. Après un clic sur le bouton "Trier" , il faut sélectionner "cocher tout" dans "Choix des stations" . Un clic sur le bouton "Carte" affiche directement l'ensemble des vecteurs. Il suffit d'utiliser le zoom et les curseurs pour mettre en évidence les trois types de limites entre les plaques.

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Etudier une zone de divergence

Paradoxalement, les zones de divergences ne sont pas très riches en stations GPS. Elles sont en effet situées pour la plupart sous les océans et ne présentent aucun risque sismique particulier. C'est la divergence entre les plaques Pacifique et Nazca qui sera choisie.

En appliquant les méthodes précédentes, la divergence est bien visible même si les points sont peu nombreux.

Cette vue peut faire l'objet d'une activité d'édition et de légende. Il suffit de la captuer dans le presse papier et de la coller dans un traitement d'image vectoriel tel que OpenOffice.org.

Les élèves peuvent alors tracer les limites de plaques, identifier les stations et reporter le vitesses en valeurs numériques.

A ce propos il suffit d'appliquer le théorème de Pythagore pour trouver la valeur de la vitesse en fonction des vitesses latitudinales et longitudinales.

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Etudier une zone de convergence

Le meilleur exemple de convergence pour la classe de première S concerne les plaques Pacifique et Eurasie.
Cette convergence très forte peut être mise en relation avec les phénomènes sismiques et volcaniques. En dehors de l'affrontement des deux plaques citées ci-dessus, on remarquera que la plaque des Philippines, coincée entre deux zones de convergence, se dirige vers le sud-ouest. Les plaques apparaissent aussi rigides que les morceaux d'un puzzle.

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Mettre en évidence des déformations à l'intérieur des plaques

En classe de Terminale S les phénomènes de collision peuvent aussi être étudiés avec Tri_GPS. On voit ici les données qui mettent en évidence que la plaque Nazca se déplace vers l'est à grande vitesse tandis que la plaque sud américaine glisse vers le nord.

La collision résulte du mouvement relatif d'une plaque part rapport à l'autre. Le logiciel permet de calculer les mouvements relatifs par rapport à la station de son choix.

Il suffit de faire un double clic sur la station. On voit ici que si l'on considère Brazilia comme point de référence, la plaque Nazca se déplace rapidement par rapport à l'ensemble de l'Amérique du sud.

A l'intérieur de la plaque sud américaine, les points les plus à l'est se déplacent vers Brazilia ce qui veut dire qu'il y a déformation de la plaque au niveau des Andes. les matériaux de la lithosphère étant rigides, il ne peut en résulter qu'un épaississement.

La chaîne alpine peut aussi faire l'objet d'une étude de déformation interne. Les valeurs des vitesses absolues ne permettent pas de conclure.

Si l'on choisit Bruxelles comme point de référence, on constate que la plaque européenne se déforme. Pour mieux voir les directions de déplacements relatifs il faut utiliser "Vecteurs" et "Agrandir"

 
De cette manière, la rotation de la plaque apulienne apparaît nettement. Cette rotation dans le sens trigonométrique est provoquée par le mouvement de l'Afrique vers le nord. Elle induit la relaxation au niveau des Alpes occidentales et une compression au niveau de la côte dalmate.

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Etudier l'influence des séismes

La station d'Arequipa sur la côte péruvienne montre les deux types de déformations de la lithosphère. Jusqu'à l'été 2001 la station se déplace régulièrement vers le nord et l'est ce qui correspond au déplacement moyen dans cette zone. A l'été 2001 la station est brutalement décalée 30 cm vers le sud et 35 cm vers l'ouest. Il s'agit de la trace d'un séisme. On voit qu'il est suivi de plusieurs répliques.

Si l'on observe les mouvements verticaux on voit que la station s'enfonce. Il est probable qu'elle est située sur le compartiment inférieur à une faille inverse ce qui explique le mouvement en sens inverse du mouvement moyen.

Après le séisme la station retrouve son déplacement initial.

Le séisme apparaît donc comme la relaxation des contraintes emmagasinées lors de la déformation élastique.

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auteur(s) :

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

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère S, Terminale S

type pédagogique : tutoriel, travaux pratiques

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier, classe, laboratoire, salle multimedia

référence aux programmes :

Structure, composition et dynamique de la Terre
La convergence lithosphérique et ses effets

La tectonique des plaques : l'histoire d'un modèle

fichier joint

information(s) technique(s) : fichier zip à décompressé. Ne contient pas le logiciel

taille : 1,65 mo ;

documents complémentaires

fichier au format pdf
    guide tri_GPS.pdf

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sciences de la vie et de la Terre - Rectorat de l'Académie de Nantes