Lors de ce modelage, la tâche réalisée devant les élèves mobilise les habiletés suivantes :

• Construire un premier modèle simple avec une vitesse des ondes P constante (V = k).
• Générer un hodochrone simulé à partir du modèle théorique.
• Comparer l’hodochrone simulé à l’hodochrone réel.
• Critiquer le modèle numérique.

Lors des interactions avec les élèves, il s’agira :

• de mobiliser les connaissances sur les propriétés des ondes sismiques ;
• de verbaliser les choix effectués (« haut-parleur sur la pensée ») pour réaliser le modèle de profil de vitesse théorique ;
• de questionner la cohérence physique du modèle ;
• de confronter systématiquement modèle et observations.

Le déroulé de la démonstration montrée par le professeur est le suivant :

Exemples de questions :

1. Présentation de la partie modèle de Tectoglob 3D et création d’un premier modèle simple à vitesse constante quelle que soit la profondeur. Capture de la fenêtre du logiciel présentant le modèle V = k 2. Obtention de l’hodochrone théorique associé avec logiciel tableur-grapheur. 3. Comparaison avec les données réelles. 4. Critique du modèle avec mise en évidence des limites (absence de zone d’ombre, rais rectilignes), et nécessité de l’améliorer.

Que signifie une vitesse constante en profondeur (nature, propriété physique des roches) ? Quelle est la valeur de la vitesse choisie dans ce modèle ? Que signifie un écart entre les hodochrones observé et calculé ? Dans quel cas un modèle pourra-t-il être validé ? Quelles critiques du modèles pouvons-nous formuler ? Quelle propriété physique des roches évolue avec la profondeur ? Comment traduire cette évolution sur la vitesse des ondes P ? puis sur le profil de vitesse afin d‘améliorer le modèle ?

Les élèves, en binôme ou en solo, construisent un second modèle plus complexe, dans lequel la vitesse des ondes P augmente linéairement avec la profondeur (V = k*profondeur + k0).
Ils appliquent la méthode présentée dans le modelage par le professeur avec le même déroulé :
1. Ils créent le modèle de vitesse.

2. Il construisent l’hodochrone théorique sur le fichier à compléter précédent.
3. Ils le comparent à l’hodochrone réel (rais courbes mais toujours pas de zone d’ombre, vitesse parfois sous ou sur-évaluée).
4. Ils formulent une critique argumentée et proposent une amélioration (création d’une discontinuité provoquant un saut de vitesse).

La vérification de la préparation à la pratique autonome repose sur la capacité des élèves à expliquer les limites de ce modèle et à proposer une amélioration pertinente. Il est important de demander directement à l’élève s’il se sent prêt à tenter l’exercice seul. Il faut bien garder en tête que cette méthode est perméable et qu’un retour en pratique guidée est toujours envisageable même au cours de l’exercice de pratique autonome. Le tout est de tenter au maximum de suivre le rythme de l’élève ou du binôme.

Les élèves améliorent à nouveau leur modèle en introduisant une discontinuité marquée par un saut de vitesse et traduisant un changement de nature ou d’état physique des matériaux.
Ils construisent les nouveaux hodochrones, identifient l’apparition de la zone d’ombre et évaluent la pertinence du modèle ainsi obtenu.

Exemples de questions :

• A quoi peut être dû une discontinuité dans le globe ?
• Quel est l’impact d’un changement de la nature ou de l’état physique d’une roche sur la vitesse ?
• Comment se traduirait ce changement sur la vitesse et donc dans le modèle ?
• Que représente un saut de vitesse ?
• Quelle pourrait être la raison d’un saut de vitesse avec accélération ou décélération ?

L’enseignant aide les élèves à prendre conscience :

• des réussites méthodologiques (démarche de modélisation, construction de l’hodochrone théorique et comparaison à l’hodochrone réel) ;
• des dernières difficultés, notamment liées à la manipulation du logiciel et au réglage du saut de vitesse.

– Travail à faire à la maison pour la prochaine séance qui sera corrigé avant de faire le bilan en classe :

• Montrer que le modèle PREM semble le plus cohérent avec la réalité et déterminer la profondeur de la discontinuité de Gutenberg. Capture de la fenêtre du logiciel présentant le modèle PREM

  

• A partir du profil de vitesse des ondes S, mettre en évidence une nouvelle discontinuité dans le noyau et déterminer sa profondeur et l’état physique des enveloppes.
• Tracer les différentes discontinuités sur le profil de vitesse papier.

– Prochaine séance :
On mettra en évidence une nouvelle discontinuité par étude sismique, séparant deux enveloppes aux propriétés différentes : la lithosphère et l’asthénosphère.

– Travail à faire pour réviser la séance :
S’entraîner sur le modèle sismique radial lunaire.