Modèles et modélisation en SVT : Déplacement des plaques lithosphériques

DEPLACEMENT DES PLAQUES LITHOSPHERIQUES (1)

Réflexions pédagogiques

Objectifs

Connaissances :

Mesurer le mouvement des plaques et leurs variations, à partir de données directes.
Un modèle se construit avec des allers-retours entre les données recueillies et celles extrapolées.

Capacités :

Utiliser des techniques ou supports géologiques
Utiliser un tableur-grapheur de type OpenOffice Calc ou Microsoft Excel
Choisir un modèle qui soit en cohérence avec les données recueillies

Attitude... :

...critique et réfléchie vis à vis de l’information disponible
...de responsabilité dans l’utilisation des outils interactifs

Exemple de consigne donnée aux élèves

Il est possible d'accéder directement aux vitesses de déplacements en latitude et en longitude d'une station à partir du site de la Nasa :
http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html puis stations en dessous de la carte ou bien "Geodetic Positions and Velocities" (voir un exemple, station PAMA ).

Les élèves peuvent alors tracer des vecteurs vitesses mais ils ne peuvent pas prendre conscience qu'il s'agit de modèles mathématiques. Pour participer à la mise en forme des données GPS et réaliser qu'il s'agit de modèles sur lesquels ils peuvent discuter, il est plus intéressant de leur permettre de construire à partir des données.

"Vous avez des relevés de variations de longitude et latitude (par rapport à un point de référence) correspondants à des mouvements des lieux où sont situées des stations. Vous devez évaluer les vitesses de déplacement d'un de ces lieux "

Propositions d'activités

Représentation graphique de l'évolution temporelle de la latitude de la station PAMA
Fig. 1 : Latitude de la station PAMA

Les élèves ont à leur disposition des données par station présentées dans un classeur de type Excel (voir les données de la station PAMA ).
Pour récupérer ces données : ftp://sideshow.jpl.nasa.gov/pub/usrs/mbh/point/series/6param/

Ils utiliseront l'option "nuages de points" puis devront faire apparaître deux modèles mathématiques :

courbe de tendance (linéaire) : y=ax+b
courbe de tendance (polynomiale de degré 2) : y=ax²+bx+c

ainsi que les coefficients de détermination correspondants.

Dans les 2 cas on a une distance et un temps donc accés à des vitesses de déplacement (voir le graphe station PAMA ).

Comment choisir entre ces deux modèles ?

Dans les 2 cas, le déplacement du point suit la même évolution et les coefficients de détermination sont sensiblement les mêmes (dans l'exemple : 0.9541-0.9582 et 0.9209-0.9219)
Il faut alors réfléchir sur ce que représentent ces deux modèles. La fonction linéaire modélise un déplacement à vitesse constante alors que la polynomiale indique que la vitesse de déplacement n'est pas constante.
Qu'est ce que cela veut dire au niveau géologique ? Les élèves peuvent alors utiliser ce qu'ils savent du déplacement des plaques et du moteur de ce déplacement.
Par là même ils caractérisent des domaines de validité de chacun des modèles : l'intervalle de temps étudié est alors évoqué donnant sa pertinence au modèle "linéaire". De même, le modèle "polynomial" trouve sa cohérence avec des variations de l'activité interne de la Terre sur des intervalles de temps plus importants.