Etudier le volcanisme de point chaud (Hawaï) avec Tectoglob3D

par Philippe Cosentino

RÉSUMÉ

La mobilité des plaques tectoniques peut être étudiée à travers l’alignement des volcans de point chaud de l’archipel d’Hawaï.

Plusieurs scenarii pédagogiques ont déjà été publiés sur ce sujet, mais presque tous reposent sur l’utilisation de Google Earth. Or la version « en ligne » de Google Earth ne permet pas de travailler sur ces données, et certains enseignants se retrouvent ainsi en difficulté.

Nous proposons une alternative ne nécessitant que le logiciel Tectoglob3D, disponible en ligne et hors ligne. Cette activité s’appuie largement sur la ressource publiée en 2008 sur le site Eduterre, dont le lien est donné en fin d’article.

 

 PLACE DE L’ACTIVITÉ

Niveau concerné Première, programme de spécialité
Place dans le  programme La dynamique de la lithosphère
Place dans la démarche / séquence La caractérisation de la mobilité horizontale
Mots-clés points chauds, tectonique, volcanisme

 

OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES

Attendus de fin de cycle /Notions fondamentales mobilisées Connaissances
Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : études des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l’âge des roches par rapport à la dorsale, alignements volcaniques liés aux points chauds.Capacités
Analyser des bases de données de vitesse de déplacement (mesure laser, mesures GPS).
Compétences travaillées (en lien avec socle collège- celles des préambules  des  programmes en lycée) Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage
mathématiqueUtiliser des outils numériques.Utiliser des logiciels (…) de traitement de données.Interpréter des résultats et en tirer des conclusions
Compétence du cadre de référence des compétences numériques

 

Sélectionner et mettre en relation des informations issues de ressources numériques

Traiter des données pour analyser une problématique

Insérer, saisir et trier des données dans un tableur pour les exploiter.

Créer des contenus majoritairement textuels à l’aide de différentes applications
Enrichir un document en y intégrant des objets numériques variés

 

MODALITÉS 
Durée indicative 1h
Matériel nécessaire Logiciel tectoglob3D. Fichier KMZ.
Tableur grapheur.
Prérequis Les notions de lithosphère océanique et de plaques tectoniques mobiles doivent avoir été traitées en amont.

 

DESCRIPTION DU SCÉNARIO / ACTIVITÉ

L’objectif de l’activité est d’amener l’élève à déterminer les caractéristiques du déplacement de la plaque tectonique Pacifique, sur laquelle se trouvent ces volcans. Pour y arriver, l’élève devra mettre en relation l’âge des édifices volcaniques avec leur position, puis dans un deuxième temps, vérifier que la vitesse de déplacement calculée est cohérente avec celle relevée sur les balises GPS placées sur Hawaï.

Exemple de scénario (introduction et questionnement) :

Dans l’archipel d’Hawaï, des volcans actifs (comme le Mauna Loa) côtoient des édifices plus anciens, éteints (comme le Kohala).

Ces volcans sont le produit de l’activité d’un point chaud, dont la position est fixe par rapport à la Terre (contrairement aux plaques tectoniques qui elles sont mobiles).

Des méthodes reposant sur la désintégration d’un isotope radioactif du potassium (40K) contenu dans les roches volcaniques de ces édifices ont permis de dater celles-ci.

Ces âges sont regroupés dans un fichier mis à votre disposition. Un logiciel (Tectoglob3D) vous permettra de visualiser le contenu de ce fichier sur un globe virtuel et d’y réaliser des mesures.

Questionnement :

  • Comment expliquer la répartition actuelle des édifices volcaniques de l’archipel d’Hawaï ?

 

Etapes à suivre :

  1. A partir de la simple observation de la position et de l’âge des édifices volcaniques, proposez une explication quant à leur répartition.
  2. Poursuivez votre interprétation afin de déterminer le sens et la direction du déplacement de la plaque Pacifique.
  3. En prenant le volcan Kilauea comme référence, relevez la distance et l’âge de chaque édifice volcanique de l’archipel.
  4. A l’aide d’un grapheur tableur, construisez le graphique de la distance en fonction de l’âge. Aide : commencez par saisir les valeurs dans le tableur, puis affichez le nuage de points correspondant, et enfin tracez la droite de tendance.
  5. A partir du coefficient directeur (pente) de cette droite, calculez la vitesse de déplacement de la plaque pacifique.
  6. Affichez les vecteurs GPS (menu « Données affichées ») et vérifiez que la vitesse relevée par la balise GPS de Mauna Kea est cohérente avec celle calculée précédemment (vous pouvez afficher les relevés de cette station GPS en réalisant un clic droit à la base du vecteur et en choisissant « Informations sur ce lieu »).
  7. Construisez un schéma de synthèse montrant comment s’est formé l’alignement volcanique d’Hawaï.
 

 

GESTES TECHNIQUES ET EXEMPLES DE RÉSULTATS OBTENUS

Chargement du fichier KMZ

Une fois Tectoglob3D lancé (qu’il s’agisse de la version en ligne ou téléchargeable), on ouvre le fichier KMZ via le menu « Fichier / Importer / Importer un dossier compressé Google Earth (KMZ) »

On se rend ensuite, en faisant pivoter le globe à l’aide de la souris, au niveau de l’archipel d’Hawaï. En zoomant, on constate que l’âge des volcans apparaît, ainsi qu’une vue satellite détaillée de l’île principale d’Hawaï.

 

Mesure des distances

Il est possible de mesurer des distances en passant par le menu « Actions / Mesurer une distance ».

La distance A/B se trace de la même manière qu’une coupe, par 2 clics (un en A, un en B).

Plusieurs distances sont proposées, l’une, à vol d’oiseau, correspond à « l’arc de grand cercle », celle en ligne droite correspond à la corde. Les déplacements de plaque étant des rotations autour de pôles eulériens, on prendra la distance « à vol d’oiseau ».

 

Construction du graphique

On commence par relever les couples distance/âge, en prenant le volcan Kilauea comme référence.

On relèvera les âges (en Ma) dans la première colonne (x, abscisse), et les distances (en km) dans la 2ème colonne, afin d’avoir au final un graphique du type distance = fonction (âge), dont le coefficient directeur correspondra à la vitesse (en km/Ma).

d = v.t

v est le coefficient directeur de la droite.

Ici v = 101 km / Ma, soit v = 0,1 m/a (10 cm par an).

Le calcul de la vitesse peut également se faire « manuellement » (v = d/t) en prenant 2 volcans, mais l’intérêt du graphique est de montrer que cette vitesse moyenne est restée à peu près constante au cours des 3 derniers millions d’années au moins.

 

Affichage des données GPS

Les vecteurs GPS s’affichent via le menu « Données affichées / Vecteurs GPS ».

En réalisant un clic droit à la base d’un vecteur GPS, et en choisissant « Informations sur ce lieu », on a accès aux données de la balise : vitesse en latitude, en longitude, vitesse globale, photographie de la balise et graphiques.

Pour le sens et la direction, on a bien un déplacement de la plaque Pacifique vers le Nord-Ouest.

Pour la vitesse, il est possible de se contenter de relever la vitesse globale : 7,3 cm/a, ou de la faire calculer à partir des graphiques (cliquer sur « graphique » sous la balise GPS).

Si cette vitesse est du même ordre de grandeur que celle calculée précédemment (10 cm/a), l’écart n’est tout de même pas insignifiant. Il est difficile de l’expliquer, mais il faut rappeler à l’élève que comme le montre l’alignement imparfait des points sur le graphique, et les fluctuations du graphique « Time series », la vitesse peut légèrement varier au cours du temps, tout en restant autour de cet ordre de grandeur de 10 cm/a.

 

Schéma de synthèse

En guise de conclusion, l’élève est invité à produire un schéma de synthèse qui peut ressembler à celui-ci (mais bien d’autres schémas sont acceptables) :

Un exemple de schéma explicatif que peut produire un élève.(illustration d'André Bourgue)

Un exemple de schéma explicatif que peut produire un élève.
(d’après une illustration d’André Bourgue)

 

PISTES D’ÉVALUATION

Nous proposons ici d’évaluer la compétence (telle qu’indiquée en préambule du programme de 1ère) « Utiliser des logiciels (…) de traitement de données. ».

L’élève doit être capable d’extraire les données (âge et distance) de Tectoglob3D, et de les traiter (tableur / grapheur) afin de produire un graphique de la distance en fonction de l’âge des volcans.

Niveau Description
A : Maîtrise très satisfaisante L’élève obtient des résultats exploitables sans aucune aide : les âges et vitesse ont tous été relevés sans erreur, et le graphique obtenu est complet.
B : Maîtrise satisfaisante L’élève obtient des résultats exploitables avec des aides mineures (par ex. de l’aide pour utiliser une fonctionnalité de Tectoglob3D), ou bien obtient des résultats exploitables mais incomplets (valeur manquante, unité manquante).
C : Maîtrise fragile L’élève obtient des résultats exploitables avec une aide majeure, ou bien ne parvient à réaliser qu’une partie de la tâche (construire le graphique OU relever les âges et vitesses).
D : Maîtrise insuffisante Malgré toutes les aides apportées, il n’obtient pas de résultats exploitables. Un document de secours donnant ces résultats est fourni aux élèves.

Le document de secours étant la capture d’écran du tableur/grapheur présente dans cet article.

 

CONCLUSION – OUVERTURE – ESPRIT CRITIQUE

L’étude de l’alignement volcanique d’Hawaï est un grand classique, et les enseignants de SVT pourront désormais la réaliser sans utiliser d’outil « propriétaire » comme Google Earth.

De plus, Tectoglob3D comporte des fonctionnalités qui pourront être utilisées en complément, si l’enseignant souhaite approfondir la question avec ses élèves : sismicité, tomographie, carte de l’âge du plancher océanique, possibilité de « remonter le temps » (via le menu « Actions/Extra ») etc.

 

LIENS

Télécharger le fichier KMZ contenant les âges des volcans (ce KMZ est très simplifié par rapport à celui fourni par Eduterre)

Lancer le logiciel Tectoglob3D (en ligne sur le serveur académique)

Lancer le logiciel Tectoglob3D (site miroir, sur le serveur de l’auteur)

Télécharger le logiciel Tectoglob3D

Article d’origine sur le site EduTerre

 

Aller au contenu principal