Lien vers le dossier de recherche élève correspondant au thème 7 : Des astres actifs dans le système solaire
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Lien vers la production du groupe d’élèves autour de ce thème sous forme de capsule vidéo :
Compléments pédagogiques au thème 7 : Des astres actifs dans le système solaire
Ce thème porte sur trois des cinq grandes thématiques : voir rubrique (Actualités / Cassini-Huygens / Titan)
L’idée de départ est la poursuite du travail autour du sismomètre du lycée, réalisé dans le cadre de l’atelier SISMOS (voir entrée disciplinaire SVT), pour arriver à la mission Insight (https://insight.cnes.fr/) dont l’atterrisseur déposera un sismomètre sur Mars en novembre 2018, préfigurant d’autres missions vers le système saturnien et en particulier Titan.
Le complément mathématique réside dans différentes méthodes de localisation d’un séisme et du problème lié à Mars avec un seul sismomètre.
Ce dossier est donné à un groupe de quatre bons élèves qui se sont investis dans le travail proposé. Le travail est construit en imbriquant les disciplines SVT et mathématiques dans la deuxième partie.
Pour la partie sciences de la vie et de la Terre :
Ce dossier a permis aux élèves de remobiliser des connaissances acquises au Collège en matière de volcanisme et de tectonique afin de redéfinir ces termes à propos des autres astres (planètes et satellites) du système solaire.
La mission Insight a tout d’abord permis d’initier le travail avec la recherche du lieu d’arrivée de l’atterrisseur sur Mars (figurant sur leur "boarding pass") et la découverte de la topographie de cette planète. Lors de la promotion de la mission Insight, toutes les personnes intéressées ont pu s’inscrire sur Internet (ce qui a été fait pour les élèves du projet AstroDuclaux) et se voir attribuer un "ticket d’embarquement" à leur nom et indiquant le lieu de départ et d’arrivée.
Les élèves ont ensuite effectué des recherches guidées (fichiers pdf + liens Internet) afin de dégager les caractéristiques permettant de conclure à l’activité d’un astre. Ainsi la notion de « volcanisme froid » a-t-elle pu être découverte.
De même, une étude de la tectonique dans le système solaire a amené les élèves à comprendre que cette notion est à dissocier de la présence de plaques comme pour la Terre. Cette partie a permis ensuite d’associer Mathématiques et SVT dans une activité sur la sismologie : en s’appuyant sur les notions abordées dans le cadre de l’atelier SISMOS, les élèves ont analysé des sismogrammes concernant un séisme terrestre donné dont ils devaient retrouver la localisation de l’épicentre. La méthode par triangulation a été montrée mathématiquement et illustrée avec le logiciel GeoGebra (réalisable aussi avec le logiciel Educarte). Puis en SVT, à l’aide du logiciel Seisgram2K, ils ont dû repérer et faire un pointé des ondes de surface pour trois stations du réseau Edusismo et déterminer le délai entre leur apparition et le temps t0 du séisme, pour utiliser le logiciel GeoGebra en Mathématiques afin de déterminer les coordonnées de cet épicentre par synchronisation des sismomètres. Les informations apportées aux enseignants dans les fichiers du « Blind Test » pour la mission Insight, qui débarquera le sismomètre SEIS sur Mars, nécessitent la compréhension de la méthode utilisée dans ce contexte particulier à un seul sismomètre (vue en atelier SISMOS) et ont donné lieu à une illustration en Mathématiques avec GeoGebra.
NB : Les logiciels Seisgram2K (+ Educarte) et les sismogrammes sont téléchargeables gratuitement sur le site du réseau SISMOS à l’École (http://www.edusismo.org/) ainsi que de multiples informations (vidéogrammes ...etc) sur les séismes et la sismologie. Lien vers le dossier zippé des sismogrammes utilisés.
Pour la partie mathématique :
Objectifs liés au programme : se repérer dans l’espace, coordonnées sphériques, latitude longitude, notion de plan, utilisation du logiciel GeoGebra3D + proportionnalité et manipulation de formules avec des lettres.
Malgré nos efforts de clarification des questions, l’utilisation de la proportionnalité dans les formules et les lectures reste difficile. Mais je regrette de ne pas avoir pu être présente pour accompagner le groupe lors de ces phases d’expérimentation (j’étais dans une autre salle, car plusieurs endroits du lycée utilisés pour encadrer les 10 groupes, chacun avec plus ou moins de besoins). Le vocabulaire plus spécifique des mathématiques permet souvent de clarifier les outils utilisés. Deux approches sont choisies pour déterminer la distance à l’épicentre du séisme. Même si elles sont simplifiées par rapport aux méthodes utilisées actuellement en pratique, elles permettent de comprendre l’enjeu sur Mars.
- La première méthode consiste à utiliser les résultats des relevés de distances fournis par le logiciel de SVT (Seisgram2K) (donc avec des distances à l’épicentre déjà calculées) pour trois sismomètres : d1 , d2 et d3 . En utilisant la propriété mathématique des points équidistants à un sismomètre qui sont sur une sphère, il ne reste plus qu’à construire l’intersection des trois sphères avec le logiciel GeoGebra3D sur la surface de la Terre.
- La deuxième méthode se rapproche plus du travail réel des sismologues avec la connaissance des décalages dans le temps de réception des signaux entre les trois sismomètres synchronisés. Les élèves lisent les intervalles de temps sur les relevés fournis en SVT.
La construction Geogebra3D a pour objectif de simuler la position du séisme par un point libre M, puis faire calculer par le logiciel sa distance aux trois sismomètres. Ensuite, on met en évidence la propriété permettant de déterminer la vitesse des ondes de surface, connaissant le décalage en termes de distance et de temps depuis le séisme (M) jusqu’aux trois sismomètres (S1, S2 et S3). Cette vitesse est presque constante selon les géologues, ce qui n’est pas le cas des autres ondes émises par un séisme, qui traversent des roches de composition différentes à l’intérieur de la Terre. Il ne reste plus qu’à déplacer le point M en recherchant une position telle que les trois valeurs des vitesses soient sensiblement égales.
C’est ce principe qui sera utilisé pour Mars, où il n’y aura qu’un seul sismomètre, et donc pas de possibilité de triangulation. Mais la planète étant plus petite, les géologues espèrent le retour du signal sur un tour complet (voire plusieurs !), il suffit alors d’utiliser la formule établie précédemment pour donner une idée de la distance du séisme (donc d’estimer sa position sur un cercle de Mars dont manifestement on privilégie la donnée de l’angle au centre de Mars). L’animation sur GeoGebra3D de la propagation des ondes à la surface de Mars permet de comprendre le principe exposé dans le TP fourni et de simulations de relevés établies par l’équipe de la mission Insight.
En réalité, l’obtention du lieu du séisme n’est pas un gros problème avec les outils actuels, mais l’étude des sismogrammes permet aussi de comprendre la structure de la Terre ou d’une autre planète. http://musee-sismologie.unistra.fr/...
le TP du cours sur l’utilisation de GeoGebra3D pour le repérage : (lien fichierTD + lien vers fichiers GeoGebra .ggb)
liens vers les animations réalisées par les élèves :
lien internet direct vers les animations de localisation des séismes (peu ergonomique) suivi du lien vers le fichier GeoGebra à ouvrir à partir du logiciel GeoGebra à télécharger gratuitement :
SismoMars : https://ggbm.at/vmzd3F8h + lien vers fichier GeoGebra
SismoTerre1 : https://ggbm.at/SQU42Nz6 + lien vers fichier GeoGebra
SismoTerre2 : https://ggbm.at/umRdcZE3 + lien vers fichier GeoGebra
