La zone d'ombre

3) Ondes sismiques et structure profonde du globe. 1) La « zone d’ombre ».

3. Lien "FM démarche scientifique"

2. Ressources

1. Activité + objectifs

5. Observation/constat

4. Consigne globale

6. Problème

9. Présentation des résultats

7. Hypothèses

10. Correction

8. Expériences/ Manipulations

11. Bilan

Activité : S’informer à l’aide de différents supports afin d’expliquer le « mystère des zones d'ombre sismique ». Objectif : Mettre en œuvre quelques étapes de la démarche scientifique, faire preuve de rigueur dans la réflexion et le raisonnement pour expliquer un phénomène.

Ressources :  Documents fournis pour formuler les hypothèses.  Livre 1ère Spé SVT – Ed. Bordas 2019. Doc 1 et 2 p.150.  Vidéo de la modélisation de la zone d’ombre vidéo : http://html5.ens-lyon.fr/PlanetTerre/2001/zone-ombre/modeliser-zone-ombre.webm  Logiciel « Ondes P »

Lien "FM démarche scientifique" :

Consigne : Suivre quelques étapes de la démarche scientifique (mises en évidence) afin d’expliquer le « mystère des zones d'ombre sismique ». Utiliser la fiche méthode pour vous aider.

Observations / constat :Après mise en place de sismographes et l'enregistrement de nombreux séismes, on s'est rendu compte qu’à chaque séisme, il y avait des zones à la surface du globe où les ondes sismiques P et S n’étaient pas enregistrées par les sismographes ! Si elles ne sont pas enregistrées, c'est qu'elles n'arrivent pas dans ces zones ! Ce sont des zones de silence sismique ou "zones d'ombre sismique". Quelle que soit la localisation du séisme, on constate que ces zones d'ombre des ondes P et S sont toujours situées à la même distance par rapport à l'épicentre.

Problème : Comment expliquer la présence de ces zones d’ombre sismique ?

Hypothèses : Noter vos hypothèses... Pour formuler vos hypothèses, aidez-vous des docs et des propriétés des ondes sismiques étudiées dans la partie : 1) Découverte des ondes sismiques.

Expériences/ Manipulations : Expérience n°1 – un modèle analogique :  Livre 1ère Spé SVT – Ed. Bordas 2019. Doc 2 p.150.  Vidéo de la modélisation de la zone d’ombre vidéo : Ou : http://html5.ens-lyon.fr/PlanetTerre/2001/zone-ombre/modeliser-zone-ombre.webm

Expériences/ Manipulations : Expérience n°1 – un modèle analogique : Nous aurions dû faire cette expérience en classe... Si vous avez tout ce qu'il faut chez vous, vous pouvez essayer ! Et réaliser une petite vidéo commentée ou quelques photos pour les autres...

Expériences/ Manipulations : Expérience n° 2 – un modèle numérique : Le logiciel « Ondes P ». C'est un logiciel éducatif dont le but est d’illustrer, de manière simplifiée, une modélisation de la structure interne du globe terrestre permettant d’expliquer les caractéristiques de la zone d’ombre. Protocole.

Protocole : 1) Télécharger le logiciel ondes P en cliquant sur le lien suivant : Ou : http://www.edusismo.org/outil1.php?ref=23&typoutil=0

Protocole : 2) Il faut ensuite enregistrer le fichier dans votre ordinateur. Si ce n’est pas encore fait, je vous conseille de créer un dossier « Spé SVT » dans lequel vous créez un sous dossier « Géologie » pour enregistrer tout ce que nous faisons en ce moment et vous y retrouver plus facilement.

Protocole : 2) Il faut maintenant l’extraire.

Protocole : 2) L’icône apparait alors modifiée : Et vous pouvez utiliser le logiciel!

Protocole : 3) Suivre les indications suivantes et compléter les informations demandées dans le fichier word Si, et seulement si, ça ne marche pas, pour une raison mystérieuse... les résultats obtenus ...

Si "tracer un cercle" ne marche pas, les résultats obtenus sont : Rayon R = ~ 3 450 km et la profondeur P = ~ 2 920 km

Si "Afficher"→ le graphe célérité-profondeur" ne marche pas, les résultats obtenus sont :

4) Présentation des résultats :A partir du document suivant, compléter le schéma mettant en relation la vitesse de propagation des ondes sismiques et la structure de la Terre. Pour cela :  Nommer les différentes enveloppes terrestres.  Préciser pour chaque enveloppe, quand c’est possible, si elle est : - Solide - Liquide - Solide cassante - Solide ductile

Schéma mettant en relation la vitesse de propagation des ondes sismiques et la structure de la Terre.

Production attendue : - A quoi correspondent les deux zones d’ombre sur le modèle ? → Zones en surface où les ondes P n’arrivent pas. - En déplaçant le pointeur sur une zone d’ombre, noter les distances angulaires de ces zones d’ombre. → De 103°à 141° (pas de rais calculés donc reçus) - Noter le rayon du cercle → Rayon R = ~ 3 450 km et la profondeur P = ~ 2 920 km - Déterminer le rayon moyen de la planète terre. → R = 6 700 km, puis son diamètre : D = 13 400 km.

Production attendue (suite) : - Noter le titre du graphique. → Graphique présentant une mesure de la vitesse de propagation des ondes P ou VP en fonction de la profondeur. - Rédiger une phrase traduisant la variation de VP pour la profondeur P notée précédemment ; donner des valeurs chiffrées (le pointeur donne les coordonnées de chaque point de la courbe). → A 2 900 km de profondeur, la VP diminue brusquement et passe de 13,4 km/s à ~ 8 km/s → Lire le texte dans la partie : « zone d’ombre et structure du globe » Dire quelle est la structure mise en évidence à l’intérieur du globe ? → Le noyau terrestre

Production attendue (suite) : - Lire le texte dans la partie : « les rais sismiques » Dire comment s’expliquent les variations brusques de la VP ? → Les variations brusques sont dues à de brusques changements de composition de la roche (ou à un changement d'état). - A partir des connaissances acquises, rappeler comment on appelle, en géologie, une interface correspondant à une variation brutale de la vitesse de propagation des ondes sismiques ? → C’est une discontinuité

Schéma mettant en relation la vitesse de propagation des ondes sismiques et la structure de la Terre.

Conclusion de l’activité : - La zone d'ombre des ondes P entre 103° et 142° a permis de mettre en évidence une discontinuité à 2 900 km de profondeur, qui sépare 2 milieux aux propriétés physiques différentes : le manteau et le noyau = c'est la discontinuité de Gutenberg. - Les ondes S : elles "disparaissent" après 103° donc elles ne "passent" pas dans le noyau ; or les ondes S ne se propagent pas dans les milieux liquides, donc le manteau est solide et le noyau est liquide (au moins dans sa partie externe) - Une autre discontinuité située à 5 100 km de profondeur sépare le noyau externe liquide du noyau interne ou graine, solide : c'est la discontinuité de Lehman.

Bilan : Quel que soit le lieu d’un séisme, il existe une zone d’ombre sismique entre 103° et 142° par rapport à l’épicentre. Elle s’explique si on admet l’existence d’une discontinuité séparant le manteau du noyau. En dessous de 2900 km, les ondes P ralentissent brutalement et les ondes S sont stoppées, mais réapparaissent à partir de 5150km de profondeur. Le noyau externe est donc liquide alors que le noyau interne est solide. Les études sismiques ont conduit les géologues à proposer un modèle sismique du globe, le modèle PREM (=Preliminary Reference Earth Model).

D'après : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1753

Schéma présentant l'interprétation de la zone d'ombre.

Une vidéo : Ou https://sciencetonnante.wordpress.com/2017/10/17/voyage-au-centre-de-la-terre-video/

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