PRS 2012 - Jardin des Sciences

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Musée de Sismologie et Magnétisme Terrestre 7‐9 rue de l'Université STRASBOURG, France Accueil de groupes scolaires CYCLE 3 sur réservation – GRATUIT Réservations : Jardin des sciences jds‐[email protected] ‐ 03 68 85 24 50 http://musee‐sismologie.unistra.fr Document d’aide à la préparation d’une visite du musée à destination des enseignants du cycle 3 (Cm1‐Cm2). Ce dossier est destiné aux enseignants des classes de cycle 3 souhaitant organiser une visite du musée de sismologie et magnétisme terrestre. Il a été élaboré en 2012, avant le développement de l’animation cycle 3 « Un sismomètre, pour quoi faire ? » par l’EOST et le Jardin des sciences, animation qui amène les élèves à comprendre le principe d’un sismomètre, l’origine des séismes et les moyens de prévention. (voir fiche pédagogique sur http://jardin‐
sciences.unistra.fr/uploads/media/Un_sismometre_pour_quoi_faire.pdf) Seule une visite guidée classique du musée était alors proposée, et elle ne pouvait être profitable qu’à condition qu’elle soit très bien préparée dans le cadre du programme. Vous pouvez cependant exploiter les documents de ce dossier pour préparer votre venue à l’animation « Un sismomètre pour quoi faire ? » (représentations initiales, questionnement à partir d’articles de presse), ou pour approfondir la thématique des séismes en classe (recherches documentaires ou expérimentales). Le dossier comporte 6 fiches décrivant des séances s’inscrivant dans cet objectif : - Expression des représentations initiales. - Situation inductrice : analyse d’un article de journal qui relate un tremblement de terre. - Phase expérimentale : simulation de la propagation des ondes, modélisation. - Les instruments de mesure et leur principe. Construction d’un sismographe. - Cartographie et repérage des zones de sismicité : les failles, la tectonique des plaques, la dérive des continents. - La prévention, la protection et les secours en cas de séisme. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Document conçu par les personnes ressources sciences de la Direction Académique du Bas-Rhin - 2012
Sommaire Informations générales 1.
Programmes de l’éducation Nationale 2.
Ce qu’il faut savoir pour comprendre le phénomène des séismes Séquence pédagogique 3.
Tableau récapitulatif de la séquence 4.
Séance n° 1 : Exprimer ses représentations initiales 5.
Séance n° 2 : S’informer et se poser des questions 6.
Séance n° 3 : Comprendre par la modélisation 7.
Séance n° 4 : Comprendre les instruments de mesure et leur principe 8.
Séance n° 5 : Cartographie et repérage des zones de sismicité 9.
Séance n° 6 : comprendre la prévention, la protection et les secours en cas de séisme 10. Bonus : séance n° 7 : Modéliser un tsunami Annexes 11. Glossaire 12. Annexes : les fiches « élève » 
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Fiche « élève » n°1a : un questionnaire d’évaluation initiale Fiche « élève » n°1b : réponses Fiche « élève » n° 2 : articles de journaux relatant un tremblement de terre. Fiche « élève » n° 3 : un questionnaire pour accompagner l’analyse les articles Fiche « élève » n° 4 : plaques tectoniques et répartition des séismes 8 fiches « élève » n° 5 : comprendre par la modélisation (modélisation séance 3) Fiche « élève » n° 6 : Zonage sismique de la France Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
1 – Programmes de l’Education Nationale Extraits des programmes de 2008 : Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectif de comprendre et de décrire le monde réel, celui de la nature et celui construit par l’Homme, d’agir sur lui, et de maîtriser les changements induits par l’activité humaine. Leur étude contribue à faire saisir aux élèves la distinction entre faits et hypothèses vérifiables d’une part, opinions et croyances d’autre part. Le ciel et la Terre Le mouvement de la Terre (et des planètes) autour du Soleil, la rotation de la Terre sur elle‐même ; la durée du jour et son changement au cours des saisons. Le mouvement de la Lune autour de la Terre. Lumières et ombres. Volcans et séismes, les risques pour les sociétés humaines. Progressions pour le cycle des approfondissements : Extrait du bulletin officiel n° 1 du 5 janvier 2012 (Le ciel et la Terre) Cours élémentaire 2 Cours moyen 1 Volcans et séismes Volcans et séismes, les risques pour ‐ Décrire une éruption volcanique les sociétés humaines terrestre en utilisant un vocabulaire ‐ Identifier les risques que adapté. représentent ‐ Distinguer les différents types les séismes, les tsunamis et les d’éruption. éruptions ‐ Connaître le phénomène des volcaniques pour la population, tremblements de terre. notamment en lien avec les Vocabulaire : volcan, éruption, événements projection, naturels se produisant au cours de cône volcanique, magma, lave, l’année scolaire. cratère, Vocabulaire : croûte terrestre, cendres, tremblement de terre. séisme, échelle de Richter, sismographe. Cours moyen 2 Volcans et séismes, les risques pour les sociétés humaines ‐ Mobiliser ses connaissances sur les risques sismiques et volcaniques pour faire le lien avec la prévention des risques majeurs, notamment à propos des événements naturels se produisant au cours de l’année scolaire (circulairen°2002‐119 du 29 mai 2002, pour la prise en compte de la dimension éducative des PPMS). Documents d’accompagnement des programmes de 2002 : connaissances – Le magma est le résultat de la fusion partielle de roches. Cette fusion se déroule à quelques dizaines de kilomètres de profondeur. Le magma remonte vers la surface, empruntant une ou plusieurs fissures de la croûte terrestre. La sortie du magma (et ses conséquences et phénomènes associés : nuées ardentes…) constitue une éruption volcanique. Une éruption présente souvent des signes précurseurs, une période d’activité maximale (écoulements de laves, explosions, nuées ardentes…) ; enfin, une période d’accalmie plus ou moins longue. – Un séisme correspond au mouvement brusque d’une ancienne fracture de roches en profondeur ou à la formation d’une nouvelle faille. Des vibrations plus ou moins fortes peuvent être ressenties en surface. Ces manifestations peuvent être catastrophiques ou imperceptibles. – L’étude des risques majeurs naturels permet de rechercher les conditions de leur prévention. Pour en savoir plus La Terre est formée de couches concentriques de nature et de consistance différentes. Par exemple, en surface, la lithosphère terrestre rigide et cassante est formée de plaques qui se déplacent sur une couche également solide mais lentement déformable à l’échelle du temps du mouvement des plaques (des millions d’années). La répartition des séismes, des volcans à la surface de la Terre est en relation avec la structure discontinue de la lithosphère terrestre. Le déplacement des plaques provoque une lente déformation des roches qui cassent lorsqu’elles ont atteint leur limite de résistance, ensuite un rebond élastique provoque les ondes sismiques. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
2 – Ce qu’il faut savoir pour comprendre le phénomène des séismes Notre planète, la Terre, est soumise à des phénomènes géologiques internes qui se traduisent par des éruptions volcaniques et des tremblements de terre, aussi appelés séismes. Structure de la Terre La Terre est constituée d’enveloppes rocheuses concentriques de constitution différente. On distingue trois enveloppes principales, la croûte, le manteau et le noyau. croûte
manteau
noyau
La partie superficielle du globe réunissant la croûte et la lithosphère est divisée en plaques, les plaques lithosphériques ou plaques tectoniques. Elles se déplacent les unes par rapport aux autres de 1 à 20 cm par an. La surface du globe est donc en mouvement permanent. Les plaques tectoniques et leurs mouvements Le déplacement des plaques est dû à de lents mouvements de la matière qui constitue le manteau sur lequel les plaques reposent. Ces mouvements sont liés au flux de chaleur issu de l’intérieur du globe. Les plaques coulissent l’une contre l’autre, s’écartent ou convergent. Ces flux sont à l’origine des tremblements de terre et de la majorité des éruptions volcaniques. Ils sont aussi à l’origine de la formation des océans et des chaînes de montagne et expliquent que leurs fluctuations au cours de l’histoire de la Terre. Les séismes ou tremblement de terre Les tremblements de terre, encore appelés séismes, sont une conséquence des mouvements des plaques tectoniques et correspondent à la rupture des roches au sein de l’écorce terrestre. Le lent déplacement des plaques entraîne la déformation progressive des roches situées en profondeur pendant des dizaines, voire des centaines d’années, jusqu’à ce que leur seuil d’élasticité soit dépassé. Comprimées, étirés ou cisaillées, les roches résistent et se déforment comme un élastique jusqu’au point de rupture. Il se produit alors une fracture accompagnée d’une libération d’énergie sous forme d’ondes. Très souvent, les séismes se produisent au niveau de zones de faiblesse de l’écorce terrestre, les failles, qui correspondent à d’anciennes zones de fracture réactivées. Foyer et épicentre La zone de l’écorce terrestre où se produit la rupture est appelée foyer. Elle se situe à des profondeurs allant de 700 km jusqu’à quelques dizaines de km de profondeur. Le point de la surface du sol situé à la verticale du foyer est appelé épicentre. À partir du foyer, les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions. On mesure ces mouvements avec des appareils appelés sismométres (ou sismographes) qui permettent d’établir diverses échelles de magnitude (énergie dégagée par le séisme) ou d’intensité (effets ou dégâts qu’il produit). Les séismes sont des phénomènes fréquents, mais la majorité d’entre eux n’est pas ressentie. Pour limiter les dégâts, la construction des bâtiments dans les zones à risque doit obéir à des normes parasismiques. La sismicité en France Les zones où des séismes importants peuvent survenir sont connues. On appelle sismicité (ou séismicité) la distribution géographique des séismes en fonction du temps. On dénombre en moyenne chaque année une vingtaine de séismes de magnitude supérieure à 3.5. 5000 séismes ont été enregistrés depuis 10 siècles; la rareté des séismes de magnitude supérieure à 7 (4 par siècle) ne doit pas faire oublier qu'ils peuvent être très destructeurs s'ils sont localisés près des villes. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Depuis le 22 octobre 2010, la France dispose d’un nouveau zonage sismique divisant le territoire national en cinq zones de sismicité croissante en fonction de la probabilité d’occurrence des séismes Pour en savoir plus : -
le site du musée de sismologie http://eost.u‐strasbg.fr/musee/ le site de la Main à la pâte http://www.lamap.fr le projet www.quand‐la‐terre‐gronde.fr et le concours www.mavilleseprepare.fr Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Tableau récapitulatif de la séquence Séanc Objectifs, e notions 1 Exprimer ses représentati
ons initiales 2 S’informer et se poser des questions 3 Comprendre par la modélisation Activités Matériel Mots jetés – Questionnaire d’évaluation initiale Questions et réponses Dessin annoté d’un séisme pour en expliquer le fonctionnement Voir annexe n° 1a et 1b (individuel puis en groupe) Questionnaire autour de 3 articles de journaux Articles et questionnaire Voir annexes n° 2 et 3 8 modélisations ‐ visualiser une onde (eau et corde) ‐ constater l’existence d’une onde et comparer sa propagation selon le support ‐ montrer que l’importance des effets est fonction de la distance à l’épicentre ‐ comprendre que les déplacements de roches s’accompagnent d’une libération d’énergie ‐ fabriquer un séisme de type subduction ‐ fabriquer une faille d’extension ‐ simuler un séisme (type glissement californien) Bille, eau, bassine (grande taille) Corde Grande table Crémaillère d’étagère (ou râpe à bois) ou un marteau Dominos ou morceaux de sucre. Bouteilles, pâte à modeler Annexe 5 : fiches « élèves » Scotch Crayon avec sa gomme 2 trombones Ecrous Ficelle Feuilles de papier Boîte à chaussure Pâte à modeler Boîte de conserve Planisphère représentant les plaques terrestres et la localisation des séismes Voir annexe n° 4 Documents polycopiés Images vidéo de Kobé Carte MSK ??? 4 Comprendre Maquette simplifiée d’un sismographe : utilisation et analyse les instruments de mesure et leur principe 5 Repérer les zones de sismicité Mettre en évidence la corrélation entre la présence de séismes et les frontières de plaques de l'écorce terrestre Observer la carte qui représente les continents, les plaques terrestres et les zones de séismes 6 La prévention, la protection et les secours en cas de séisme. 7 Modéliser un tsunami La sismicité en France et en Chine : Lecture des documents et répondre aux questions Constructions antisismiques ‐ Répondre aux questions ‐ A partir du même nombre de brique, fabriquer des bâtiments qui résisteront plus ou moins bien à un choc Attitudes à observer ‐ Lecture des logos ‐ Rappel (exercice) Réalisation avec du matériel simple Aquarium (environ 60/30 cm, polystyrène, grillage fin) Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Séance n° 1 : Exprimer ses représentations initiales Objectifs : Les mots « tremblement de terre », « séisme» ne sont pas des mots d’une langue étrangère pour les enfants. Ils les entendent régulièrement grâce notamment aux médias. Ces mots produisent par conséquent des représentations mentales, évoquent des images, des ambiances, peut‐être des souvenirs vécus et des émotions. Ils constituent des connaissances ou des méconnaissances, il est fort probable qu’additionnées les représentations individuelles fassent le « tour du sujet », certes de manière désordonnée et floue. Le but de cette séance est de collecter cette matière individuellement et collectivement, d’en faire la base des investigations ultérieures, de les compléter ou de les corriger pour aboutir de manière progressive et active aux savoirs constitués. Elle permet de mettre la balle dans le camp des apprenants en les rendant actifs dès le démarrage de l’apprentissage. La mise en commun des représentations initiales révèle très souvent des contradictions et provoquent le débat. De cette confrontation découle des questions problèmes sur lesquelles l’enseignant pourra initier les démarches d’investigation. Moyens : -
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-
Mots jetés : demander aux élèves de lister les mots qui viennent à l’esprit après le mot « tremblement de terre ». La liste peut être établie individuellement ou collectivement, écrite par les élèves eux‐mêmes ou par le maître au tableau. Dessin : dessiner librement un tremblement de terre (avec des annotations pour en expliquer le fonctionnement) Photo langage : réunir des images (photos, représentations, schémas) en cherchant dans la presse, dans les documents de la BCD ou sur la toile, en choisir une représentant le mieux le phénomène (séisme) et la commenter. Questionnaire : annoncer ce que l’on va apprendre et faire le point des connaissances des élèves avant le démarrage de l’apprentissage. Le même questionnaire pourra être utilisé pour évaluer les connaissances acquises en fin de séquence. (voir questionnaire en annexe) Fiches « élèves » ( en annexe) ‐ un questionnaire de connaissance Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Séance n° 2 : S’informer et se poser des questions
Objectifs : -
Faire émerger la curiosité et le questionnement Comprendre un texte informatif Rechercher des informations écrites Acquérir un vocabulaire spécifique. Aborder les notions liées au tremblement de terre. Moyens : Analyse d’un article de journal relatant un tremblement de terre. Les 3 articles peuvent être étudiés dans leur globalité ou non. Pour une meilleure compréhension des textes, il serait préférable de faire une première lecture collective en mettant l’accent sur le vocabulaire spécifique des séismes. Cette première partie permettra une seconde lecture en autonomie ou par petit groupe et les élèves pourront alors chercher les réponses aux autres questions. Fiches « élèves » ( en annexe) : - N° 2 : trois articles de quotidiens - N° 3 : un questionnaire pour accompagner l’analyse les articles - Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Séance n° 3 : Comprendre par la modélisation Qu’est‐ce qu’une onde et comment se propage‐t‐elle ? Modélisation 1 : visualiser une onde Matériel : une bassine ou mieux un aquarium de grande taille une bille (une pierre) de petite taille Protocole : On laisse tomber la bille au centre de la bassine. L’intérêt d’une grande bassine est de permettre l’observation de la propagation d’une onde « propre » avant l’interférence par les ondes réfléchies (par les parois). Interprétation : La chute de la bille crée une perturbation qui se transmet dans toutes les directions, c’est pourquoi on voit une onde (vaguelette) qui s’éloigne du lieu de la chute. Modélisation 2 : visualiser une onde Matériel : une corde de 3‐4 m Protocole : Deux élèves tenant la corde à chaque extrémité se mettent face à face. Ils s’éloignent sans tendre la corde et l’un d’eux donne une impulsion verticale à l’une des extrémités. On constate alors une « vague » qui se déplace plus ou moins loin en fonction de la force de l’impulsion. Interprétation : La perturbation initiée par un élève ne reste pas à cet endroit mais voyage le long de la corde. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Modélisation 3 : constater l’existence d’une onde et comparer sa propagation selon le support Matériel : Une table d’école (ou un support plat en matière rigide) un bac avec du sable. deux verres contenant de l’eau une râpe à bois ou une crémaillère bois (support d’étagère) ou un marteau Protocole : On dispose aux deux extrémités de la table les deux verres On tire une des extrémités de la table vers soit on observe une agitation de la surface de l’eau dans les deux verres. L’agitation dans les verres n’est pas la même. Dans le verre à l’extrémité qui a été tirée il y a une forte agitation alors que dans le verre à l’opposé il y a une faible agitation. A l’extrémité proche du mouvement A l’extrémité opposée au mouvement Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
1)
On renouvelle l’expérience avec un verre dans un bac contenant du sable (la propagation est amoindrie voire inexistante). 2)
3)
Avant Après On frotte la râpe (ou la crémaillère) au milieu de la table (ou on frappe avec le marteau ou la main): on observe une agitation de la surface de l’eau dans les deux verres. On renouvelle l’expérience avec un verre dans un bac contenant du sable (la propagation est amoindrie voire inexistante). Interprétation : 1) Les ondes se propagent dans toutes les directions et plus elles s’éloignent de l’épicentre plus elles perdent en intensité. On constate que dans le verre au niveau de l’épicentre les perturbations de l’eau sont plus importantes que dans le verre à l’opposé. 2)
La table transmet la perturbation dans les deux sens. 3)
Le sable ne transmet pas (ou transmet mal) la perturbation La propagation d’une onde est fonction du support. La table transmet mieux les ondes que le sable. La transmission d’une onde se fait dans tous les sens possibles. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
Modélisation 4 : montrer que l’importance des effets est fonction de la distance à l’épicentre. Matériel : ‐
Une grande planche (équivalant 4 tables d’écoliers); ‐
Un tabouret ; ‐
Une crémaillère d’étagère (ou râpe à bois) ou un marteau ‐
Des dominos ou des morceaux de sucre. (ou des verres remplis d’eau) Protocole : Poser la planche sur le tabouret qui sera central. Les dominos sont disposés en 2 demi‐cercles concentriques (l’un distant de 20 cm au minimum, l’autre à 1 m) ; Le frottement de la crémaillère (ou un coup de marteau) sur le bord de la planche (au centre du premier demi‐cercle) provoque des vibrations qui font tomber les dominos les plus proches. Les élèves peuvent ressentir les vibrations en posant leurs mains sur le pourtour de la planche. Interprétation : Plus on est proche de la perturbation, plus la vibration et les effets sont importants. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Modélisation 5 : comprendre que les déplacements de roches s’accompagnent d’une libération d’énergie Pour illustrer le lien entre les glissements des plaques et leurs effets. Se frotter les mains. On constate alors un échauffement des mains (la chaleur est une forme d’énergie). On constate ainsi que tout frottement produit de l’énergie. Modélisation 6 : fabriquer un séisme de type subduction Un séisme en bouteille (type subduction) Matériel : Une bouteille d’eau en plastique, des ciseaux, du sable, deux farines différentes (blé et maïs , par exemple) Réalisation : Découper la partie supérieure de la bouteille, couper le corps de la bouteille dans le sens de la longueur pour obtenir deux demi‐cylindres identiques. Emboîter les deux demis cylindres l’un dans l’autre. Verser à l’intérieur une couche de sable d’un centimètre au moins. La mouiller aussitôt. Déposer ensuite une couche équivalente de l’une des farines et l’humidifier également. Déposer ensuite une couche de l’autre farine et la mouiller. Laisser reposer le tout entre 30 mn et 1 heure. Protocole : Si on pousse doucement les deux parties de la bouteille l’une vers l’autre, les couches de sable et de farine ondulent sans se casser. Si on donne un coup brusque, la gâteau se brise. Les morceaux peuvent même se chevaucher. Comment ça marche ? Lorsqu’on rapproche doucement les 2 parties de la bouteille, les couches de sable et de farine humides sont comprimées; elles se déforment lentement sans se rompre car les grains qui les composent ont le temps de glisser les uns contre les autres, en revanche, elles se cassent lorsqu’on les pousse brutalement. Il se passe à peu près la même chose lorsque deux morceaux de la croûte terrestre se dirigent l’un vers l’autre. Si la croûte se déplace à un rythme lent et régulier, les couches de roche qui la constituent se plient au fil du temps. C’est ainsi que se sont formées des montagnes comme les Alpes ou l’Himalaya. Mais si le déplacement est brutal, la croûte n’est pas assez souple et se brise. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Modélisation 7 : fabriquer une faille d’extension Matériel : 50g de sable humide, du carton lisse (type calendrier), un rouleau à pâtisserie Réalisation : Disposer le sable humide en couche uniforme sur le carton. Tasser et égaliser la surface avec le rouleau à pâtisserie. Protocole : Soulever le carton à deux mains et le presser de façon à ce qu’il présente une courbure convexe vers le haut. Observations : On voit se dessiner sur le sable des fissures plus ou moins longues qui délimitent des zones où le sable reste plus cohérent. L’allongement de ces fissures se fait parallèlement aux bords du carton que l’on tient dans les mains En observant attentivement les fissures, on y découvre une série de paliers successifs. Comment ça marche ? Le mouvement imprimé au carton a augmenté la surface sur laquelle reposait le sable car on est passé d’un plan à une fraction de sphère. Le sable qui présente une certaine cohésion parce qu’il est mouillé, s’adapte comme il peut à ce changement de surface. Il en résulte la formation de lignes de rupture qui sont autant de petites failles. Comme le phénomène se produit dans un espace qui s’est étendu, on dit des failles qu’elles sont d’extension. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Modélisation 8 : fabriquer un séisme (type glissement californien) But : mettre en évidence la déformation de matériaux assimilés à des plaques Matériel : pâte à modeler de 3 couleurs des photos de la faille de San Andréas (voir sur la toile) Réalisation : Former 3 couches de pâte à modeler de couleurs différentes et les superposer pour former un seul bloc. Couper ce bloc en 2 avec un couteau. Faire glisser les 2 morceaux l’un contre l’autre et observer ce qui se passe. Représenter le résultat de la manipulation par un dessin ou un schéma sur la feuille de groupe. Comparer votre dessin avec la photo de la faille de San Andreas. Résultats (ce que devront remarquer les élèves) : La pâte à modeler se déforme Il se forme des creux, des bosses et des cassures Interprétation : Les couches de pâte à modeler se déforment sous l’action de forces (compression). Il en est de même pour les couches superficielles des plaques terrestres. En effet, ces plaques se déplacent dans différentes directions. Lorsque deux d’entre‐elles entrent en collision, les roches se déforment, se plient, se cassent. Cela donne lieu à des paysages parfois impressionnants, à l’image de celui observé en Californie au niveau de la faille de San Andreas Traces écrites possibles : Les plaques terrestres se déplacent, ce qui entraîne des déformations en profondeur et en surface de la roche. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Séance n° 4 : Comprendre les instruments de mesure et leur principe Comment enregistrer un séisme ? Un séisme provoque des vibrations du sol qui se propagent au loin dans toutes les directions : ce sont les ondes sismiques. À l’aide d’un appareil appelé sismomètre (ou sismographe), on peut enregistrer les ondes dans une direction déterminée. Les enregistrements obtenus sont des sismogrammes. Un sismographe est constitué d’un socle fixé au sol et d’une masse reliée. Lors d’une secousse, le socle est brutalement déplacé et le stylet attaché à la masse inscrit les vibrations sur le papier placé sur un cylindre tournant. Le stylet traduit le mouvement du sol, le tracé obtenu est appelé sismogramme. Les sismomètres modernes sont électroniques, les sismogrammes se visualisent sur un écran d’ordinateur. Maquette simplifiée de sismomètre Réaliser une maquette simplifiée avec : * 1 paire de ciseaux * du scotch * un crayon avec sa gomme * 2 trombones * des écrous * de la ficelle * des feuilles de papier * Une boite à chaussure * De la pâte à modeler * Une boîte de conserve La manipulation 1. Découper délicatement une entaille dans le couvercle de la boîte à chaussures près d'un des bords, vers le centre. 2. Placer la boîte dressée sur un des côtés et installer la boîte de conserve à l'intérieur pour la maintenir en équilibre. 3. Fixer le couvercle à la boîte pour former un "L" inversé en la collant avec la bande adhésive. 4. Fixer solidement les écrous à la pointe du crayon à l'aide de la pâte à modeler. 5. Déplier une extrémité d'un des trombones et l'enfoncer précautionneusement dans la gomme du crayon. Attacher le fil à l'autre extrémité pliée du trombone. Attacher le second trombone à l'extrémité libre du fil. 6. Enrouler ce fil autour du trombone, comme on ferait de la ficelle d'un cerf‐volant autour d'un bâton. Glisser le trombone dans la fente du couvercle de la boîte et ajuster la hauteur du fil pour que la pointe du crayon touche la table. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Notre expérience. Le sismomètre est réalisé avec un crayon suspendu au support à l'aide d'un fil. Pour que les réactions de ce pendule soient observables, il faut qu'il y ait une surface de contact la plus faible possible entre la pointe du crayon et la feuille (sismogramme) qui défile à vitesse constante. Le sismogramme est alors une représentation des mouvements du sol en deux dimensions, c'est‐à‐dire dans le plan du support sur lequel est positionné l'appareil. Le crayon ayant été alourdi par des petites masses, il ne peut pas bouger et est directement soumis à l'attraction terrestre tandis que le support, fixé sur la table, accompagne les mouvements de celle‐ci. Le terme "sismomètre" contient "sismo" renvoyant directement à l'idée de séisme et "mètre" pour la mesure. On mesure donc le séisme. Résultat de la mesure : le sismogramme renvoie toutes les informations nécessaires au décryptage du séisme, c'est à dire l'intensité de celui‐ci et de ses répliques, les différentes ondes qui se propagent et à quelles vitesses. Que voit‐on ? •
•
Lorsqu'il n'y a pas de secousses (les petits hommes restent debout), le sismographe est une ligne droite. Quand le séisme a lieu (les petits hommes tombent sur le dos), le sismographe présente des pics irréguliers Titre :
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Un sismomètre est constitué d’un socle, solidaire du sol, d’un support, de deux cylindres munis de leur manivelle. Lors de l’enregistrement, le stylet inscrit les vibrations sur un papier millimétré qui est maintenu horizontal par une cale. Elément du
subit les
ne subit pas
1/ A
l’aide des informations données dans le texte, placez
sismographe
vibrations
les
vibrations
les légendes sur le schéma du sismomètre.
Socle
x
2/ Le sismographe est posé sur le sol. Quelle partie en
Support
x
contact
avec le sol va trembler lors d’un séisme ?
Cylindre
x
3/ Le papier étant solidaire des cylindres, eux-mêmes
Papier
x
fixés au socle, lorsque le sol tremble, le papier tremble
Cale
x
aussi. Quel élément permet au stylet de rester immobile
inscrire les vibrations ? Pourquoi ?
Ressort
x
pour
Masse
x
4/ Si le sol tremble, quelles sont les parties de ce
Stylet
x
sismomètre
qui subissent les vibrations et celles qui ne
Tableau
comparatif
des
éléments
d’un
les subissent pas ? Complétez le tableau ci-joint.
sismographe face aux vibrations.
5/ Colorez en rouge les parties du sismographe qui ne
subissent
pas les vibrations lors du séisme.
Le sismomètre est un appareil qui mesure le mouvement du sol et l'enregistre sur un support visuel. Le tracé de ce mouvement s'appelle un sismogramme. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Séance n° 5 : Repérer les zones de sismicité Objectif : mettre en évidence la corrélation entre la présence de séisme et les frontières de plaques de l'écorce terrestre Matériel : Un planisphère représentant les plaques terrestres et la localisation des séismes Voir document élève (fiche‐élève n°4, page 33) sur les plaques tectoniques et la répartition des séismes. Réalisation : par groupe de 2 élèves Observer la carte qui représente les continents, les plaques terrestres et les zones de séismes (en rouge) Nommer les continents, les océans. Où se produit le plus de séismes ? Quel est le lien le plus évident à faire ? Résultat (ce que devront repérer les élèves): Les séismes sont localisés au niveau des frontières de plaques de l'écorce terrestre. Interprétation : Les plaques terrestres à la surface du globe se déplacent les unes par rapport aux autres ( voir les flèches de la carte). Ce mouvement a débuté il y a des millions d’années et se poursuit encore aujourd’hui. Les séismes se répartissent au niveau des frontières de plaques. En effet, c’est là que les roches subissent les forces les plus importantes (elles sont fortement comprimées ou étendues). Lorsque ces contraintes deviennent trop importantes, les roches dures en profondeur finissent par céder. Cela donne naissance à un séisme (l’endroit où les roches cassent en est le foyer). Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Séance n° 6 : Pour comprendre la prévention, la protection et les secours en cas de séisme. Matériel : ‐ Fiche « élève » zonage sismique de la France ‐ Vidéos prises sur Internet : http://www.youtube.com/watch?v=JTgglppspoA&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=OMELC9Em9jc&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=mu7P6iyBT‐E http://www.youtube.com/watch?v=bAHNhtRT50A&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=LSoXm691pRY&feature=related Protocole : 1 – Emergence des représentations initiales : Y a‐t‐il un risque de séisme en France ? 2 – Lecture du zonage sismique en France : (fiche « élèves » n° .) 3 – Comment se protéger des conséquences d’un séisme ? Emission d’hypothèses Avant de regarder les vidéos, les élèves remplissent le tableau en y écrivant ce que, d’après eux, on doit faire avant, pendant et après un séisme afin d’éviter au mieux les dégâts matériels et humains (formulation d’hypothèses). 4 ‐ Confronter les idées des élèves. 5 – vérifications par le visionnage de vidéos, compléter le tableau de façon individuelle (vérification). 6 ‐ Mise en commun. 7 ‐ Interprétation : AVANT PENDANT APRES Après la première secousse, ‐ à l'intérieur : se mettre près d'un mur, se méfier des répliques : il peut y avoir une colonne porteuse, ou sous des d'autres secousses. meubles solides ; s'éloigner des Pour prévenir les dégâts matériels : fenêtres ; Constructions parasismiques Si on est en bordure de mer, s'éloigner ‐ à l'extérieur : ne pas rester sous des des zones côtières, même longtemps fils électriques ou ce qui peut Pour éviter d’être blessé : après la fin des secousses, en raison s'effondrer (ponts, corniches, S’entrainer aux bons gestes par des d'éventuels raz‐de‐marée. toitures...) ; exercices de simulation ‐ en voiture : s'arrêter et ne pas De façon générale, organiser les descendre avant la fin des secousses. secours et l’aide internationale ‐ partout : se protéger la tête éventuelle Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Séance n° 7 : Modéliser un tsunami Objectif : modéliser dans un aquarium un tsunami dont le phénomène déclenchant est un déplacement vertical (remontée brutale du plancher océanique). Matériel : ‐ aquarium rectangulaire d’environ 60 x 30 cm ‐ Polystyrène expansé ‐ mastic ou silicone ‐ pot en verre On utilise du polystyrène expansé pour figurer la plage, le plateau et le talus continental. Il faut veiller à étanchéifier sur les côtés avec du mastic ou du silicone. La largeur du polystyrène doit correspondre à la largeur de l’aquarium. Polystyrène
Protocole : La perturbation est réalisée par un mouvement d’ascenseur d’un pot en verre immergé, contenant de l’air (ouverture vers le bas). On enfonce le pot dans l’eau, puis on le relâche. Le pot remonte. Pour éviter que le pot ne se renverse et se remplisse d’eau (ce qui créerait un courant d’eau horizontal). On réalise une cage (d’ascenseur) avec du grillage fin. Cette cage conserve le pot dans sa position initiale Lorsque l’on relâche le pot, ce dernier remonte créant une oscillation verticale de l’eau : les vagues. Le phénomène est trop rapide pour être analysé à l’œil nu. Un enregistrement vidéo de la manipulation est recommandé pour ensuite échantillonner les images et ralentir la visualisation du phénomène. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Interprétation : ci‐après les étapes de la modélisation. Grillage
Le pot vient d’être lâché, l’eau
n’est plus au repos, on voit naître
une oscillation
Premier retrait de « la mer »
. Déferlement de la première vague
Préparation de la seconde vague
Déferlement de la seconde vague
plus haute
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Glossaire Aléa sismique: Probabilité pour une région de subir des secousses sismiques. Amplitude (des ondes) : Hauteur maximale de la crête d'une onde ou profondeur maximale d'un creux (voir période). Echelle de Mercalli : Echelle d'intensité de séisme qui date de 1902. Elle n'est plus guère utilisée. Echelle M.S.K : Echelle d'intensité de séisme qui comporte 12 degrés. Le degré I correspond à une secousse seulement détectée par les instruments, les dégâts matériels ne sont importants qu'à partir de VIII, et XII caractérise une catastrophe. C'est actuellement l'échelle de référence en phase d'être remplacée en Europe par l'échelle EMS 92 (European Macroseismic Scale 1992). Echelle de Richter : Echelle de référence qui évalue l'énergie des séismes par la valeur de la magnitude. Lieu de plus forte intensité ressentie; il peut être différent de l'épicentre réel ou Epicentre macrosismique : microsismique, car les effets de surface comme la présence d'alluvions ou le relief peuvent amplifier les ondes sismiques. Epicentre microsismique : Point de la surface terrestre situé à la verticale du foyer (ou hypocentre) d'un (ou épicentre réel) séisme. Série de séismes ayant lieu dans une zone restreinte, aucun d'entre eux n'étant de Essaim de séismes : grandeur exceptionnelle. Fracture ou zone de rupture dans la roche, le long de laquelle les deux bords se déplacent l'un par rapport à l'autre, parallèlement à la trace de la fracture. Faille : Foyer (ou hypocentre) : Intensité (d'un séisme) : Magnitude : Manteau : P (onde) : Précurseurs (séismes) : Précurseurs (signaux) : Répliques : Point de départ de la rupture des roches. Mesure des secousses du sol évaluée à partir des dégâts subis par les constructions, les modifications de la surface du sol et les impressions des témoins. Valeur calculée traduisant la quantité d'énergie libérée lors d'un séisme. région de l'intérieur de la Terre Onde primaire; c'est l'onde sismique qui se propage le plus rapidement à travers les roches et qui correspond à une succession de compressions et de dilatations du milieu. On l'appelle aussi onde de compression ou onde longitudinale. Petits séismes précédant le séisme principal dans une série d'événements localisés dans une zone proche. Ensemble d'observations faites juste avant un séisme et pouvant conduire à formuler une prédiction à court terme. Séismes de moindre importance succédant au plus grand (dit séisme principal) d'une série de séismes situés dans une zone proche. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Conséquences de l'aléa sismique sur le plan humain, matériel et économique. S (onde) : Onde sismique secondaire qui se propage plus lentement que l'onde primaire P et qui consiste en vibrations élastiques transversales, perpendiculaires à la direction de propagation. L'onde S ne peut se propager dans un fluide. On l'appelle aussi onde de cisaillement ou onde transversale. Séisme (ou tremblement de terre) : Mouvement sur une faille qui engendre des secousses plus ou moins violentes à la surface du sol. Séisme local : Séisme dont la distance épicentrale est inférieure à 1000 km environ. Séisme dont la distance épicentrale est intermédiaire entre celle des séismes locaux et des téléséismes. Risque sismique : Séisme régional : Sismicité (ou séismicité) : Distribution géographique des séismes en fonction du temps. Sismique (onde) : Sismogramme (ou séismogramme): Sismographe (ou séismographe) : Sismologie : Sismomètre (ou séismomètre) : Tsunami : Onde élastique se propageant à l'intérieur de la Terre, engendrée généralement par un séisme ou par une explosion. Tracé de séisme. Terme ancien désignant un appareil permettant de représenter sur un graphe les mouvements du sol. Il est souvent utilisé à la place de sismomètre. Science qui étudie les tremblements de terre naturels ou artificiels, et d'une manière générale la propagation des ondes sismiques à travers la Terre. Détecteur des mouvements du sol qui comporte un capteur mécanique, un amplificateur et un enregistreur. On utilise encore parfois le mot sismographe. Raz de marée généralement engendré par un mouvement brutal du fond de la mer au cours d'un séisme. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Annexes Fiche « élève » N°1a : Questionnaire d’évaluation initiale Volcans et séismes, les risques pour les sociétés humaines. ‐ Quelle est l’origine commune des volcans et des séismes ? ‐ Qu’est‐ce qu’un séisme ? ‐ Comment se répartissent les séismes et les volcans sur la planète ? ‐ Comment peut‐on se protéger contre les risques sismiques ? Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » N°1b : Réponses Volcans et séismes, les risques pour les sociétés humaines. ‐ Quelle est l’origine commune des volcans et des séismes ? Les volcans et les séismes sont des manifestations de l’activité interne du globe terrestre. La Terre est formée de couches concentriques de nature et de consistance différentes. On distingue trois enveloppes principales, la croûte, le manteau et le noyau. En surface, la lithosphère terrestre rigide et cassante est formée de plaques qui se déplacent sur une couche également solide mais lentement déformable à l’échelle du temps du mouvement des plaques (des millions d’années). Le magma est le résultat de la fusion partielle de roches. Cette fusion se déroule à quelques dizaines de kilomètres de profondeur. Le magma remonte vers la surface, empruntant une ou plusieurs fissures de la croûte terrestre. La sortie du magma (et ses conséquences et phénomènes associés : nuées ardentes…) constitue une éruption volcanique. ‐ Qu’est‐ce qu’un séisme ? Un séisme, ou tremblement de terre, correspond au mouvement brusque d’une ancienne fracture de roches en profondeur ou à la formation d’une nouvelle faille. Des vibrations plus ou moins fortes peuvent être ressenties en surface. Ces manifestations peuvent être catastrophiques ou imperceptibles. Le résultat de la rupture des roches en surface s'appelle une faille. Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains. Environ cent mille séismes sont enregistrés par an sur la planète grâce à des sismographes (appareils permettant de détecter les ondes sismiques à plus de milliers de kilomètres du foyer sismique). ‐ Comment se répartissent les séismes et les volcans sur la planète ? La répartition des séismes et des volcans à la surface de la Terre est en relation avec la structure discontinue de la lithosphère terrestre. Le déplacement des plaques provoque une lente déformation des roches qui cassent lorsqu’elles ont atteint leur limite de résistance, ensuite un rebond élastique provoque les ondes sismiques. ‐ Comment peut‐on se protéger contre les risques sismiques ? A la différence d'autres risques naturels (inondations, avalanches…), on est totalement impuissant face à un séisme. La seule manière efficace de se protéger des séismes est donc la prévention. Cette prévention consiste à : ‐
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construire des bâtiments capables de résister aux secousses sismiques. informer et préparer les populations des zones à risques ainsi que les moyens de secours et d'information à ces événements. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n°2 : Articles de journaux relatant un tremblement de terre. Indonésie: un puissant séisme au large de Sumatra sème la panique Publié le 10.01.2012, 20h35 / Le Parisien .Un puissant séisme de magnitude 7,3 s'est produit mercredi au large de l'île indonésienne de Sumatra, sans faire ni dégâts ni victimes, mais suscitant la panique parmi la population après le lancement d'une alerte au tsunami levée peu après. | Frederick Florinr Un puissant séisme de magnitude 7,3 s'est produit mercredi au large de l'île indonésienne de Sumatra, sans faire ni dégâts ni victimes, mais suscitant la panique parmi la population après le lancement d'une alerte au tsunami levée peu après. La secousse est survenue en pleine nuit, à 01H37 locales mercredi (18H37 GMT mardi), à environ 420 km au sud‐ouest de Banda Aceh, la capitale de la province d'Aceh sur l'île de Sumatra, a annoncé l'Institut américain de géophysique (USGS). "Nous n'avons reçu aucune information concernant des dégâts ou des victimes et c'est toujours le cas", a déclaré à l'AFP un responsable de l'agence de géophysique indonésienne, Tiar Prasetya, onze heures environ après le séisme. Une alerte au tsunami a été lancée par le Centre d'alerte du Pacifique, ainsi que par l'Agence de météorologie et de géophysique en Indonésie, qui l'a levée environ deux heures plus tard sans que soient signalés de mouvements des eaux significatifs. Le tremblement de terre n'en a pas moins déclenché un vent de panique parmi la population, réveillant le spectre du violent séisme, de 9,1 celui‐là, qui était survenu le 26 décembre 2004 non loin de là. Un tsunami s'en était suivi, faisant plus de 220.000 morts sur les rives de l'océan Indien, dont 168.000 en Indonésie. A Banda Aceh, ville de plus de 200.000 habitants, le sol a tremblé pendant 30 secondes, précipitant dans la rue des centaines d'habitants, certains sautant sur leur cyclomoteur pour s'abriter dans des mosquées ou pour rejoindre des reliefs moins susceptibles d'être inondés, a constaté un journaliste de l'AFP. "Je suis tellement terrifiée", a témoigné une résidente de Banda Aceh réveillée par la secousse, tout en se précipitant, avec son jeune garçon dans les bras, sur un cyclomoteur conduit par son mari. Une vingtaine d'habitants inquiets se sont réunis sur un pont de la capitale provinciale, scrutant la mer à la recherche de signe d'un tsunami. Sur l'île de Simeulue, à 200 km seulement de l'épicentre, des milliers de personnes ont également fui le rivage. Mais la levée de l'alerte au tsunami les a vite rassurées et la plupart d'entre elles étaient rentrées chez elles dans la matinée. Deux répliques de magnitude 5,4 et 5 sont survenues, respectivement une demi‐heure et une heure après la première secousse, mais elles n'ont pas été ressenties à Banda Aceh. Dans le village de Sinabang, un des plus proches de l'épicentre du séisme, des habitants ont constaté avec angoisse que le niveau des eaux avait baissé, signe prémonitoire de l'arrivée imminente d'un tsunami. Mais la menace ne s'est pas concrétisée. L'Indonésie est située sur la "Ceinture de Feu" du Pacifique, où la rencontre de plusieurs plaques continentales provoque une forte activité volcanique et sismique. En septembre 2009, un puissant séisme avait tué plus de mille personnes sur l'île de Sumatra. Les sismologues avertissent régulièrement que la région est susceptible d'être frappée par une autre forte secousse dans les années à venir.
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Alerte au tsunami levée en Indonésie après un séisme de 7,3 LEMONDE.FR avec Reuters | 10.01.12 | Le gouvernement indonésien a levé l'alerte au tsunami lancée mardi 10 janvier soir à la suite d'un séisme d'une intensité de 7,3 sur l'échelle de Richter au large de Sumatra. Selon le centre sismologique américain USGS, le tremblement de terre s'est produit dans l'océan Indien à 2 h 37 locales mercredi (19 h 37, heures de Paris, mardi), à 420 km au sud‐
ouest de Banda Aceh. Son épicentre se trouvait à une profondeur de 29 km sous la surface terrestre. A Banda Aceh, à l'extrémité nord de l'île de Sumatra, des scènes de panique ont été signalées. Après l'annonce du séisme, des habitants ont quitté en toute hâte leurs immeubles. La population garde en mémoire le terrible tsunami de décembre 2004 : la vague sismique soulevée par un tremblement de terre au large d'Aceh avait fait plus de deux cent vingt‐cinq mille morts sur les rivages du pourtour de l'océan Indien, dont près de cent soixante‐dix mille dans la seule province indonésienne d'Aceh. Un bref séisme a secoué la Corse et Marseille Par lefigaro.fr Publié le 08/07/2011 Capture de la carte du Bureau central sismologique français. (lefigaro.fr) La secousse d'une magnitude de 5,2 n'a fait ni dégât ni victime. C'est le plus fort tremblement de terre ressenti dans le Sud depuis 1963. La terre a tremblé jeudi soir en Corse, à Marseille, dans le Var et les Alpes‐Maritimes. Le séisme d'une magnitude de 5,2 est survenu à 21h21 et n'a fait aucun dégât ni victime. La région n'avait pas connu de secousse aussi importante depuis l'été 1963. Le bureau central sismologique français de Strasbourg a localisé l'épicentre en mer, à 100 km à l'ouest d'Ajaccio. À 20 km de profondeur, précise le centre sismologique euro‐
méditerranéen. Un premier séisme de 4 degrés avait été enregistré dans le même secteur samedi dernier, rappelle La Provence. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Le séisme a été ressenti dans toute l'île de Beauté où 1200 personnes ont contacté les pompiers. À Marseille, ce sont les arrondissements proches du littoral, qui ont été les plus touchés. La préfecture des Bouches‐du‐
Rhône a précisé que dans la zone des Calanques et du littoral, ont été ressenties «deux secousses sismiques: une à 21h20 d'une magnitude de 5,2, et une deuxième à 22h04, d'une magnitude de 2,9». «Mon immeuble a eu comme un frisson, c'est toute l'ossature qui a vibré, ça a duré une seconde maximum», a raconté un témoin. Dans le Var, les tremblements ont été ressentis aussi bien à Toulon que dans certains quartiers de Draguignan. Dans les Alpes‐Maritimes, la préfecture a précisé que la secousse avait été légèrement ressentie dans l'ouest du département, entre Grasse et Saint‐Laurent‐du‐Var, où une trentaine d'appels ont été passés aux pompiers. Séisme de 6 degrés atteint en 1909 La Provence et la région de Nice et de Monaco sont souvent sujettes aux tremblements de terre. L'activité sismique dans l'Hexagone résulte du choc frontal entre la plaque tectonique africaine (qui remonte vers le nord) et la plaque eurasienne. La première plonge sous la seconde en Méditerranée. Parmi les failles actives en Provence, on compte la Trevaresse, à l'origine du plus important séisme qu'ait connu la France au siècle dernier, le 11 juin 1909 à Lambesc. D'une magnitude de 6 degrés, la secousse avait frappé ce village des Bouches‐du‐Rhône ainsi que les localités avoisinantes, faisant 46 morts et provoquant la destruction de 1500 habitations. Ce tremblement de terre est resté un véritable traumatisme dans la région. Si ce niveau n'a pas été surpassé depuis, plusieurs tremblements de terre ont eu lieu dans le Sud. En juillet 1963, un séisme de 5,6 à 5,7 degrés sur l'échelle de Richter avait été ressenti en Corse et tout le littoral méditerranéen de l'Italie jusqu'à la plaine du Roussillon. Il n'avait fait ni dégât ni blessé. La terre a également bougé en novembre 1999 au nord est de Nice (3,3°), en juin 1997 dans la vallée de la Vésubie (3,8°) et le 21 avril 1995 (4,7°) à Nice, Menton, Monaco et sur le littoral italien proche, où quelques bâtiments avaient été endommagés. Plus récemment, un tremblement de terre de 4.2° a touché en 2006 le littoral de la Côte d'Azur, notamment les hauteurs de Cagnes. Face à ce risque sismique, dont la dangerosité est renforcée par la présence dans la région de plusieurs implantations nucléaires, les autorités ont mis en place depuis 2008 un plan séisme régional, destiné notamment à informer et sensibiliser les populations. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n°3 : Les séismes dans la presse écrite ‐ Des questions pour aider à comprendre les articles des journaux. a ‐ A l’aide d’un dictionnaire (ou d’Internet), explique les mots soulignés dans les articles de journaux. Séisme : Dévastateur : Magnitude : Echelle de Richter : Sismologie : Précurseur : Discernable: Une faille : Une réplique : b ‐ Quand a eu lieu le séisme ? c ‐ Repère le lieu sur la carte du monde. c ‐ Sur quelle faille a eu lieu le tremblement de terre ? c ‐ Le séisme est intervenu entre deux plaques, lesquelles ? f ‐ Pourquoi n’a t’on rien pu prévoir ? g ‐ Y a‐t‐il eu des répliques à ce tremblement de terre ? h ‐ Quelle est la durée du tremblement de terre ? i ‐ Cite quelques dégâts dus au séisme. ( Les questions sont générales : elles ne trouvent pas forcément de réponses dans l’article lu, le maître peut adapter ce questionnaire) Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n°4 : plaques tectoniques et répartition des séismes Scanner l’article « Quand la terre tremble » Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐1 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 1 : visualiser une onde Matériel : ‐ une bassine ou mieux un aquarium de grande taille. ‐ une bille de petite taille. Protocole : Laisse tomber la bille au centre de l’aquarium. Si tu n’as pas de bille, tu peux laisser tomber une goutte de ton doigt. Qu’observes‐tu lorsque tu laisses tomber la bille au centre de la bassine ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… A quoi peux‐tu comparer cette observation dans le cas d’un séisme ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………… Fiche « élève » n° 5‐2 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 2 : visualiser une onde Matériel : ‐ une corde de 3‐4 m Protocole : Deux élèves tenant la corde à chaque extrémité se mettent face à face. Ils s’éloignent sans trop tendre la corde qui repose sur le sol et l’un d’eux fait un mouvement vertical du bras à l’une des extrémités de la corde. Que constates‐tu ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… Essayons maintenant de faire un mouvement sec du bras, puis un peu moins sec, puis très doux. La corde réagit‐elle toujours de la même façon, quelle que soit la force du mouvement que nous faisons ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… A quoi peux‐tu comparer cette observation dans le cas d’un séisme ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐3 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 3 : constater l’existence d’une onde et comparer sa propagation selon le support Matériel : 7. Une table 8. Un bac avec du sable 9. Deux verres contenant de l’eau Protocole : Les verres remplis d’eau sont placés aux deux extrémités de la table. On tire une extrémité de la table vers soit. On frappe avec la main au milieu de la table. ‐ Tire une extrémité de la table vers toi. Qu’observes‐tu dans les verres ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………… ‐ Frappe avec ta main au milieu de la table. Qu’observes‐tu dans les verres ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………… ‐ Essaie maintenant de faire la même chose avec un verre dans le bac contenant le sable (les 2 verres sont au même endroit). Qu’observes‐tu dans les verres ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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…………………………………………………………… ‐ Quelle conclusion peux‐tu tirer de ces deux expériences ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………… Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐4 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 4 : montrer que l’importance des effets est fonction de la distance à l’épicentre Matériel : ‐ Une table ‐ Des dominos Protocole : 1) Fabrique plusieurs bâtiments en dominos sur la table et place‐les plus ou moins loin de la planche. Donne un coup avec ta main au milieu de la table et observe la réaction des constructions. Que se passe‐t‐il ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2) Remets en place les bâtiments et donne cette fois un coup plus fort sur la planche. Que remarques‐tu ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3) A quoi peux‐tu comparer cette observation dans le cas d’un séisme ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐5 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 5 : comprendre que les déplacements de roches s’accompagnent d’une libération d’énergie Protocole : Frotte‐toi les mains pendant un certain temps. Que constates‐tu ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… A quoi peux‐tu comparer ce phénomène dans le cas d’un séisme ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐6 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 6 : fabriquer un séisme de type subduction Matériel : ‐ Une bouteille d’eau en plastique ‐ des ciseaux ‐ du sable ‐ deux farines différentes (blé et maïs , par exemple) Préparation : 1) Découper la partie supérieure de la bouteille, couper le corps de la bouteille dans le sens de la longueur pour obtenir deux demis cylindres identiques. Emboîter les deux demis cylindres l’un dans l’autre. 2) Verser à l’intérieur une couche de sable d’un centimètre au moins. La mouiller aussitôt. 3) Déposer ensuite une couche équivalente de farine et l’humidifier également. 4) Déposer ensuite une couche de l’autre farine ou de l’autre sable et la mouiller. 5) Laisser reposer le tout entre 30 mn et 1 heure. Protocole : 1) Pousse doucement les deux parties de la bouteille l’une vers l’autre. Que remarques‐tu ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………… 2) Donne maintenant un coup brusque dans les deux parties. Que remarques‐tu ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………… Explication scientifique : Lorsqu’on rapproche doucement les 2 parties de la bouteille, les couches de sable et de farine humides sont comprimées; elles se déforment lentement sans se rompre car les grains qui les composent ont le temps de glisser les uns contre les autres, en revanche, elles se Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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cassent lorsqu’on les pousse brutalement. Il se passe à peu près la même chose lorsque deux morceaux de la croûte terrestre se dirigent l’un vers l’autre. Si la croûte se déplace à un rythme lent et régulier, les couches de roche qui la constituent se plient au fil du temps. C’est ainsi que se sont formées des montagnes comme les Alpes ou l’Himalaya. Mais si le déplacement est brutal , la croûte n’est pas assez souple et se brise. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐7 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 7 : fabriquer une faille d’extension Matériel : ‐ 50g de sable humide ‐ du carton lisse (type calendrier) ‐ un rouleau à pâtisserie Préparation : 1) Disposer le sable humide en couche uniforme sur le carton. 2) Tasser et égaliser la surface avec le rouleau à pâtisserie. Protocole : Soulever le carton à deux mains et le presser de façon à ce qu’il soit courbé vers le haut. Que voit‐on se dessiner sur le sable ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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……………… Explication scientifique : Le mouvement donné au carton a augmenté la surface sur laquelle reposait le sable car on est passé d’un plan (ligne droite) à un morceau de sphère. Le sable qui présente une certaine cohésion parce qu’il est mouillé, s’adapte comme il peut à ce changement de surface. Il en résulte la formation de lignes de rupture qui sont autant de petites failles. Comme le phénomène se produit dans un espace plus étendu, on dit des failles qu’elles sont d’extension. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Fiche « élève » n° 5‐8 : Comprendre par la modélisation (voir séance n° 3) Modélisation 8 : Fabrication d’un séisme (type glissement californien) Matériel : ‐ pâte à modeler de 3 couleurs ‐ photo de la faille de San Andréas Préparation : 10. Former 3 couches de pâte à modeler de couleurs différentes et les superposer pour former un seul bloc. 11. Couper ce bloc en 2 avec un couteau. Protocole : ‐ Fais glisser les 2 morceaux l’un contre l’autre et observer ce qui se passe. ‐ Que remarques‐tu ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………… ‐ Représente le résultat de la manipulation par un dessin ou un schéma. ‐ Compare ton dessin avec la photo de la faille de San Andreas. Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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Explication scientifique : Les couches de pâte à modeler se déforment sous l’action de forces (compression). Il en est de même pour les couches superficielles des plaques terrestres. En effet, ces plaques se déplacent dans différentes directions. Lorsque deux d’entre‐elles entrent en collision, les roches se déforment, se plient, se cassent. Cela donne lieu à des paysages parfois impressionnants, à l’image de celui observé en Californie au niveau de la faille de San Andreas. Fiche « élève » n° 6 : Zonage sismique de la France (voir séance n°6) Depuis le 22 octobre 2010, la France dispose d’un nouveau zonage sismique divisant le territoire national en cinq zones de sismicité croissante en fonction de la probabilité d’occurrence des séismes : zone 1 : sismicité très faible (pas de prescription parasismique particulière pour les bâtiments à risque normal) zone 2 : sismicité faible (règles de construction parasismique applicables aux nouveaux et aux anciens bâtiments) zone 3 : sismicité modérée zone 4 : sismicité moyenne zone 5 : sismicité forte. Source : http://www.planseisme.fr/Zonage‐sismique‐de‐la‐France.html Document d’aide à la préparation d’une visite du musée de sismologie de Strasbourg à destination des enseignants du premier degré.
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 Questions pour les élèves :
1) Existe-t-il des zones de forte sismicité en France
métropolitaine ?
2) Y a-t-il parfois des séismes en Alsace ?
3) Dans quelle zone de sismicité se situe la ville où tu
habites ?
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PRS 2012 - Jardin des Sciences

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