Utiliser le SIG Educarte pour traiter les caractéristiques des zones de subduction en Terminale S

Un inventaire des différents logiciels représentés dans les banques de sujets d’évaluation des capacités expérimentales concernant la partie "la convergence lithosphérique et ses effets" met en relief l’apparition du logiciel Educarte en 2007 ainsi que sa persistance en 2008 et 2009. Pendant la même période, le logiciel Sismolog reste bien représenté dans les banques de sujets.
Educarte est un outil complètement gratuit qui, tout en comportant des fonctionnalités assez voisines de celles de Sismolog, offre de nouvelles possibilités.
Cet article contient une proposition d’utilisation pédagogique du logiciel Educarte au cours de la même séance de travaux pratiques que celle exploitant le logiciel Sismolog : il s’agit de réaliser l’investigation d’une zone de subduction océan-océan avec le logiciel Educarte alors que le couple (Excel + Sismolog) vient tout juste d’être utilisé pour l’étude d’une zone de subduction océan-continent. Au delà de "l’intérêt pédagogique réel" de l’outil Educarte, l’utilisation des deux logiciels (Sismolog et Educarte) permet de s’affranchir du risque de se retrouver - au moment de la parution de la liste des vingt-cinq situations d’évaluation retenues pour l’ECE- face à des propositions ne comportant pas l’outil auquel on aurait formé les élèves.

L’outil Educarte : un SIG qui s’est invité dans les banques de sujets d’ECE

Contexte de l’activité

Description de l’activité

Une fiche synthétique résumant les caractéristiques du secteur des Mariannes

Quelques liens utiles


L’outil Educarte : un SIG qui s’est invité dans les banques de sujets d’ECE

Sur le site éduscol où les situations d’évaluation des capacités expérimentales (2009) sont présentées, on peut lire, au sein du paragraphe relatif aux caractéristiques de la banque 2009, la remarque suivante : "des logiciels encore peu utilisés mais à l’intérêt pédagogique réel sont introduits (ex. : éducarte)." Cette petite phrase pousse d’une part à explorer les banques de sujets pour procéder à un inventaire statistique de la représentation des différents logiciels en géosciences, d’autre part à se pencher sur les atouts d’Educarte.

L’exploration des différentes banques de sujets d’ECE permet de recenser (tableau ci-dessous) la nature et le nombre de sujets exploitant des logiciels dédiés aux géosciences pour la partie I.5 du programme :

Année Sismolog couple (Sismolog + Excel) Excel TectoglobChoix entre Sismolog et Tectoglob Educarte
banque 2005 1 sujet 0 2 sujets 0 0 0
banque 2006 0 1 sujet 1 sujet 0 0 0
banque 2007 1 sujet 2 sujets 2 sujets 2 sujets 0 1 sujet
banque 2008 1 sujet 1 sujet 2 sujets 1 sujet 1 sujet 1 sujet
banque 2009 1 sujet 1 sujet 2 sujets 1 sujet 1 sujet 1 sujet

De cet inventaire il ressort que la présence d’Educarte semble désormais bien stabilisée dans les banques de sujets. Par conséquent, le professeur de SVT qui forme ses élèves de Terminale S à l’épreuve d’évaluation des capacités expérimentales peut être amené à se poser la question de la pertinence du choix de Sismolog (un outil bien représenté dans les banques de sujets et dont l’occurrence est fréquente dans la "liste des vingt-cinq situations d’évaluation retenues pour l’évaluation des capacités expérimentales en sciences de la vie et de la Terre " publiée au BO en mars de chaque année) ou d’Educarte (un outil moins bien représenté dans les banques de sujets, mais officiellement signalé) dans une situation d’apprentissage au moment de traiter les caractéristiques des zones de subduction en Terminale S.

De fait, Educarte se révèle être un outil séduisant pour l’étude de la subduction. Il s’agit d’un SIG (Système d’Information Géographique), c’est-à-dire un ensemble formé de données géoréférencées et d’un logiciel qui permet de les afficher, de les superposer et/ou de les traiter. Dans le cas d’Educarte, le logiciel est tout simplement un navigateur internet, et les données sont celles du module Educarte du réseau "Sismos à l’école". L’élève peut, sur le planisphère d’Educarte, visualiser et superposer des données riches (séismes, volcans, données GPS) et utiliser des outils pour le traitement de ces données (construction du vecteur vitesse du déplacement d’une station ; réalisation d’une coupe en profondeur et d’un bloc diagramme 3D). Grâce à toutes ces possibilités, Educarte remplit les rôles habituellement dévolus au couple (Excel + Sismolog). Enfin, il s’agit d’un outil totalement gratuit dont l’installation est simplissime puisqu’on peut l’utiliser directement en ligne.

En croisant les deux analyses précédentes (d’une part ce que contiennent les banques de sujets d’ECE, d’autre part tout ce qu’Educarte permet de faire) on peut retenir la possibilité d’oser l’utilisation d’Educarte avec les élèves sans renoncer à Sismolog et sans que cela "coûte" une séance de TP supplémentaire dédiée à l’investigation des caractéristiques morphologiques et géologiques des zones de subduction.


Contexte de l’activité

Le programme de Terminale S indique de traiter "les caractéristiques principales des zones de subduction" et d’établir "la distinction entre subduction sous une marge continentale et subduction intra-océanique". L’activité décrite ci-après se place immédiatement après avoir traité un exemple de subduction sous une marge continentale (par exemple la subduction andine). À l’occasion de cette étude préalable, les élèves auront utilisé d’une part le logiciel Excel (construction et exploitation de graphes du déplacement longitudinal et latitudinal d’une station GPS en fonction du temps afin de s’assurer, via la construction de vecteurs vitesses, que la zone étudiée est bien un secteur où deux plaques convergent) et d’autre part le logiciel Sismolog (affichage des volcans et des séismes sur le planisphère ; réalisation d’une vue 3D ; réalisation d’une coupe). Les élèves savent donc désormais qu’une zone de subduction sous une marge continentale comporte des reliefs particuliers (un relief positif représenté par une chaîne de montagnes ; un relief négatif représenté par une fosse océanique), une activité magmatique importante (présence de volcans actifs disposés sur la bordure continentale, parallèlement à la fosse) et une activité sismique intense avec une distribution très particulière des foyers sismiques (des séismes à foyers superficiels couvrent toute la zone ; les foyers des séismes intermédiaires et profonds sont disposés le long d’une surface inclinée qui permet d’identifier le panneau lithosphérique subduit).
Il s’agit alors de réinvestir sur-le-champ la reconnaissance de marqueurs d’une zone de subduction en se plaçant dans un autre secteur correspondant cette fois à une subduction intra-océanique. On se situe désormais dans le secteur des Mariannes et on confie aux élèves le logiciel Educarte pour l’investigation des caractéristiques de cette zone.


Description de l’activité

1. Les ressources mises à disposition des élèves pour cette activité
2. L’énoncé du travail donné aux élèves
3. Des exemples de productions pouvant être réalisées par les élèves


1. Les ressources mises à disposition des élèves pour cette activité

Logiciel Educarte Tutoriel Document
Système d’Information Géographique pour la sismologie éducative (auteurs : Jean-Luc Berenguer et Anthony Lomax)

- adresse de la version* en ligne : http://www.edusismo.org/educarte.html

- adresse de téléchargement de la version* hors-ligne (module Educarte à dézipper) : http://www.edusismo.org/docs/outils/educarte/EduCarte.zip

* le fonctionnement d’Educarte nécessite un environnement java ; si cet environnement n’existe pas déjà sur l’ordinateur, le télécharger à l’adresse suivante : http://www.ac-nice.fr/svt/aster/educ/ressources/dwload/j2re-1_4_2_06-windows-i586-p.exe

Fiche technique des fonctionnalités du logiciel Educarte
Fiche technique EDUCARTE
Planisphère avec les principales plaques lithosphériques et la situation géographique du secteur des Mariannes
Planisphère

2. L’énoncé du travail donné aux élèves

Un énoncé possible Quelques directives de travail
À partir de l’exploitation des fonctionnalités du logiciel Educarte, démontrez que la zone des Mariannes présente bien toutes les caractéristiques d’une zone de subduction. À l’aide de la fonctionnalité "déterminer les vitesses de déplacement de balises GPS", mettre en évidence la convergence des plaques Philippine et Pacifique.
À l’aide des fonctionnalités " afficher et/ou superposer des données " puis "réaliser une coupe en profondeur", retrouver dans la zone des Mariannes les marqueurs topographiques, bathymétriques et géologiques d’une subduction.

3. Des exemples de productions pouvant être réalisées par les élèves

3.1 - Premier temps : mise en évidence de la convergence des plaques Philippine et Pacifique dans la zone des Mariannes

À l’occasion de l’étude préalable de l’exemple d’une subduction sous une marge continentale, les élèves ont construit avec le logiciel Excel des graphes du déplacement de stations GPS en fonction du temps. Avec le logiciel Educarte, on s’affranchit de cette étape de construction car chaque balise GPS affichée sur le planisphère conduit précisément, par un lien menant au site de la NASA, à une image du graphique de son déplacement au cours du temps.
Toujours à l’occasion de l’étude préalable, les élèves ont eux-mêmes construit sur papier les vecteurs vitesses du déplacement absolu d’un couple de stations. Avec le logiciel Educarte, on fait là encore l’économie de cette construction car le vecteur vitesse du déplacement d’une station s’affiche sur le planisphère une fois que l’utilisateur a saisi à l’écran les valeurs de vitesse de déplacement (latitudinal et longitudinal) extraites du graphique lié à la balise.

EtapesRésultat
a. Affichage des balises GPS et recrutement de celles utiles pour la démonstration de la convergence. Un zoom sur le secteur des Mariannes suivi d’un affichage des balises GPS disponibles dans ce secteur amène, après consultation du planisphère fourni en document papier, à recruter les balises portées par les stations KWJ1 (plaque Pacifique) et GUAM (plaque Philippine) :
b. Consultation, pour chaque station recrutée, du graphique de son déplacement dans le temps. En empruntant sur le planisphère d’une part le lien à partir de GUAM et d’autre part le lien à partir de KWJ1, on capture sur le site de la NASA des graphiques utiles pour la saisie des valeurs de vitesse de déplacement (latitudinal et longitudinal) de chaque balise. L’élève peut noter dans un tableau les valeurs ainsi récupérées :
Graphique GUAM
Graphique KWJ1
c. À partir des valeurs relevées, affichage des vecteurs vitesses du déplacement absolu de chaque station. On saisit ensuite, dans la zone d’onglets sous le planisphère d’Educarte, les différentes vitesses relevées :
- pour KWJ1 :
- pour GUAM :
Pour finir, on demande l’affichage, sur le planisphère, de la vitesse de déplacement absolu de chaque station :
d. Conclusion relative à la convergence des deux plaques. La plaque Pacifique (portant la station KWJ1) et la plaque Philippine (portant la station GUAM) se déplacent toutes les deux dans le même sens, vers le Nord-Ouest. Comme le déplacement de la plaque Pacifique est plus rapide, on peut affirmer que la plaque Pacifique se rapproche de la plaque Philippine : il y a bien convergence de ces deux plaques dans le secteur des Mariannes.

3.2 - Deuxième temps : recherche des caractéristiques morphologiques et géologiques de la zone de Mariannes en relation avec la subduction …

a)... d’abord par une lecture d’informations superposées sur le planisphère

Lecture possible du relief grâce à l’échelle des profondeurs et des altitudes Dans le secteur des Mariannes on retrouve des marqueurs morphologiques d’une subduction : un relief négatif (ici, la fosse des Mariannes) et un relief positif (ici, une guirlande d’iles volcaniques dessinant un arc insulaire) disposés parallèlement.
Superposition de données concernant les caractéristiques géologiques du secteur des Mariannes Dans le secteur des Mariannes on retrouve des marqueurs géologiques d’une subduction : les foyers sismiques en dessous de 100 km de profondeur (là où normalement se situe l’asthénosphère ductile dont on sait parfaitement qu’elle ne peut pas être le siège de séismes) trahissent la présence d’une lithosphère (matériaux rigides donc cassants) qui s’introduit dans l’asthénosphère.

b)... puis par la production d’un bloc-diagramme 3D de la zone étudiée mettant en évidence ses particularités topographiques, bathymétriques et géologiques

Avec Sismolog, à l’occasion de l’étude préalable de l’exemple d’une subduction sous une marge continentale, les élèves ont déjà appris à réaliser une coupe pertinente destinée à bien mettre en évidence la subduction. On reproduit avec Educarte la même technique : le trait de coupe doit être perpendiculaire à la fosse c’est-à-dire perpendiculaire à la limite de plaques (il peut être utile d’afficher les limites de plaques) et il s’agit de choisir un trait de coupe de largeur réaliste (tous les séismes englobés dans la largeur du trait de coupe définie sur le planisphère seront ensuite projetés sur la coupe au titre de foyers).

Situation du trait de coupe
Un exemple de coupe (point de vue : Sud) avec exagération verticale de la topographie, et son interprétation : Ce bloc 3D est moins esthétique que la vue 3D qu’on obtiendrait avec le logiciel Sismolog, mais il a le mérite de fournir une image réaliste de la topographie et de la bathymétrie. Ici, le relief a été exagéré d’un facteur 15.
Un exemple de coupe (point de vue : Sud) sans exagération verticale de la topographie, avec son interprétation : Les foyers des séismes intermédiaires et profonds sont distribués le long d’une zone (plan de Wadati-Benioff) dont l’inclinaison révèle la trajectoire de la plaque en subduction. Dans le secteur des Mariannes, on identifie la subduction de la plaque Pacifique sous la plaque Philippine.

À l’usage, le supplément de temps nécessaire pour l’investissement de l’élève dans un nouvel outil au moment d’aborder l’étude de la subduction intra-océanique est compensé par un gain de temps réalisé à différentes moments : allègement des manipulations dédiées à la démonstration de la convergence, ergonomie de la fonctionnalité de réalisation d’une coupe. Au final, l’élève au sortir d’une unique séance de TP s’est familiarisé avec un outil qu’il pourra s’il le souhaite réutiliser librement à la maison, y compris pour réviser l’exemple préalable d’une subduction sous une marge continentale.


Une fiche synthétique résumant les caractéristiques du secteur des Mariannes

Fiche signalétique Mariannes

Quelques liens utiles

- Sur le site edusismo.org, un manuel d’utilisation d’Educarte :
http://www.edusismo.org/docs/outils/educarte/educarte_decouverte.pdf
- La banque 2009 des situations d’évaluation des capacités expérimentales en SVT :
http://eduscol.education.fr/cid47782/evaluation-des-capacites-experimentales.html
- Le sujet de la banque 2009 s’appuyant sur l’utilisation d’Educarte :

Subduction dans la zone indonésienne


- D’autres exemples d’utilisation pédagogique du logiciel Educarte dans le cadre de l’étude de la convergence lithosphérique :
étude de cas au niveau des Antilles (site SVT de l’académie de Montpellier) : http://pedagogie.ac-montpellier.fr:8080/disciplines/svt/spip/spip.php?article259
marqueurs de la subduction en Amérique du Sud (site SVT de l’académie de Nice) : http://www.ac-nice.fr/svt/aster/educ/activites/pdf/subduction_chili.pdf


Auteur de cet article : Anne FLORIMOND, lycée Richelieu, Rueil-Malmaison, académie de Versailles.
Remerciements à Muriel BLOT et à Laurent GUERRE pour leur relecture.

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