Scolaires et public familial peuvent découvrir les failles de la nature en modèle réduit.
© C. Rousselin, Palais de la Découverte


Nous proposons des scénarios d’utilisation qui tiennent compte des vocations et des contraintes spécifiques des différents types d’établissements d’enseignement ou de culture scientifique.

Atouts
L’utilisation de la boîte à sable a plusieurs avantages :

- plusieurs personnes peuvent participer à la conception, à la préparation et à la réalisation puis à l'interprétation;

- grâce aux glaces, on peut suivre les déformations en temps réel;

- Il est possible d'arrêter l'expérience puis d'en reprendre le cours, sans modifier le résultat;

- le résultat est très esthétique quel que soit le nombre des couleurs utilisées et bien visible par un groupe de dix à vingt personnes. Des photos sont possibles grâce à la transparence des parois;

- les déformations obtenues dans le sable peuvent être comparées avec des photos de terrain;

- chaque expérience est très peu onéreuse;

- la réalisation de l'expérience d'extension en elle-même est très rapide. Elle peut être menée à bien en deux minutes, mais on peut la faire tout doucement pour suivre l'apparition des failles.

Contraintes matérielles
- préparation d'une "boîte" adaptée qui servira de longues années. Un bricoleur y parvient facilement,

- préparation préalable d'un stock de sables colorés à conserver dans des récipients différents. Mais un seul sable coloré alternant avec du sable brut peut suffire,

- veiller à bien mélanger le colorant poudre ou liquide et à employer du sable bien séché,

- les couches de sable doivent être déposées avec soin : une même couche doit être bien horizontale et d'épaisseur régulière. Cette étape peut être menée à bien à l'avance ou faire partie du processus pédagogique,

- éviter de travailler sur de la moquette ! Sur un sol dur, prévoir un balayage…

- impossibilité de revenir à l'état initial : l'expérience doit être préparée à chaque fois.

Expositions ? oui et non !
Cette manipulation exige une préparation et n'est pas réversible, vous ne pourrez donc pas proposer aux visiteurs de la réaliser eux-mêmes; elle n’est pas exploitable en "libre-service" dans une exposition.
Elle peut cependant être exposée, déjà faite, pour illustrer les sciences de la Terre ou bien un aspect de la démarche scientifique : la démarche expérimentale, la modélisation.
Il convient alors d'en protéger la surface par un couvercle et de l'accompagner de la projection d'un film réalisé pendant sa préparation et sa réalisation, film montrant les étapes de la déformation.

En construisant une boîte de grande dimension et en employant de belles couleurs pour les sables, l'expérience est très attractive. Une expérience similaire concernant le thème “compression” et réalisée directement par J. Malavieille, chercheur à Montpellier, est exposée à la Cité des Sciences depuis 1986 et a été refaite et présentée de façon identique par le Muséum de New York.
Réaliser un film présente aussi l’avantage de pouvoir y insérer des photos et des documents de terrain pour comparer roches et sables déformés.


Démonstrations ? oui !

L'animateur devra préparer le contenu de la boîte à l'avance.

Nous suggérons qu'il dépose cependant les dernières couches devant son public en expliquant qu'il fabrique un modèle réduit représentatif des couches superficielles de la Terre, en particulier des roches sédimentaires. Il peut alors expliquer le choix du sable pour les représenter.

Il devra avoir prévu un environnement d'illustrations.

Il lui sera possible de faire tirer le piston par un participant en insistant pour qu'il aille lentement et en maintenant lui-même la boîte.

Travail en équipes ? oui !

Cette expérience peut constituer le cœur d'une démarche scientifique complète. L'animateur organisera alors plusieurs équipes et distribuera les tâches. Les jeunes pourraient d'ailleurs élaborer eux-mêmes la succession des tâches à accomplir à partir de la question formulée (Ex : comment le fossé du Rhin a-t-il pu se former ?) à partir de l’étude d’une carte morphologique de l’Europe, ou d’une image satellite de l'Afrique de l'Est.

Consulter les documents de terrain et poser le problème

- Sélection et impression de photos de terrain, de cartes, de coupes mises à disposition dans le site.

- Étude de documents géologiques proposés par le professeur ou l'animateur.

Écoute de l'interview du chercheur.
" Si on regarde la carte géologique de la France et celle de l'Allemagne, le graben du Rhin apparaît comme une dépression très allongée, de 300 km de long, remplie de sédiments tertiaires et quaternaires. Deux lignes sismiques descendant jusqu'à une quarantaine de kilomètres de profondeur ont été tirées à travers le graben du Rhin. Elles nous permettent de voir la structure très asymétrique de ce graben du point de vue du remplissage sédimentaire, du point de vue de son système de failles et nous montrant aussi une remontée du Moho, base de la croûte, sous le graben et de manière plutôt asymétrique également. Le fonctionnement de ce système peut être mieux compris à l'aide d'expériences de laboratoire".

Le chercheur peut avoir employé des termes trop complexes. Les jeunes en trouveront l’explication dans le glossaire, dans des ouvrages de bibliothèque ou dans les manuels.

- Un exercice intéressant consiste à faire reformuler, pour les camarades du groupe, la problématique du chercheur en termes plus simples.

- Recherche de régions en extension sur une carte de tectonique globale.


Expérimenter

- Conception de l'expérience à faire, rassemblement du matériel.

- Étude des analogies entre matériaux naturels et ceux de l'expérience.

- Dépôt des couches de sable. L'équipe qui effectuera le dépôt devra expliquer aux autres qu'elle simule des dépôts sédimentaires ou (à un niveau supérieur) qu'elle dispose des marqueurs colorés dans un ensemble qui représente la croûte terrestre rigide puisque les couches de sables cassent mais ne plient pas.

- Déformation par un manipulateur, sous l’œil de tous. Il peut marquer des arrêts pour dessins ou photos.

Interpréter

- Projections de photos de terrain, manipulation d'échantillons disponibles dans l'établissement.

- Photographies de la réalisation (photo polaroïd ou numérique). On peut souligner d’un trait les structures apparues.

- Dessin par chaque participant de l'expérience achevée, choix des photos de terrain correspondantes.

- Constitution d’un dossier thématique en insérant l’expérience dans plusieurs contextes : celui des travaux des pionniers du XIXème siècle, celui de la tectonique des plaques selon la démarche privilégiée par l'animateur.


Discuter, enrichir
- Vous pouvez échanger avec d’autres classes les photographies de votre travail, les dossiers, via Internet.

- Vous pourriez contacter des classes de la région rhénane, organiser une excursion en profitant le cas échéant des géologues animateurs des structures culturelles de votre région (clubs, CCSTI, réserves géologiques etc.)

- Collaborations disciplinaires : histoire des sciences, physique, géographie.

- Vous avez de nombreuses autres idées …


Travaux Personnels Encadrés, télé-enseignement, bien sûr…
L'élève trouvera de nombreux documents qui lui permettront d'approfondir puis d'illustrer sa thématique.


Exploitation du site Géomanips…

Si vous disposez d'un vidéo-projecteur la classe pourra exploiter le site Géomanips selon plusieurs démarches.

Partez du terrain en respectant la démarche géologique, puis écoutez la question que se pose le chercheur.


Allez sur le terrain , travaillez sur les images satellite et les cartes géologiques. Feuilletez les documents graphiques rassemblés, le groupe peut en sélectionner certains, les imprimer.


Proposez une enquête sur le mécanisme possible des déformations observées (manuels, vos propres documents, le texte "La tectonique en extension", ...).

Cette démarche suit exactement la démarche du géologue.

Suivez le travail du chercheur et observez son expérience :

Écoutez le géologue !...
Il vous parle en direct de sa problématique, puis suivez les diverses étapes de son expérimentation en laboratoire.
La consultation du site permet de suivre une première fois l'expérience du chercheur.
Profitez du site pour proposer une "remise à plat" des déformations obtenues ce qui est, bien entendu, impossible dans la réalité du laboratoire ... comme dans la nature !
Un clic l'avancera ou l'arrêtera à chaque étape pour bien suivre les déformations.

Vous pouvez alors repartir sur le module terrain et consulter les documents scientifiques (photo, carte, coupe) correspondants.
Faites des allers et retours entre les modules "terrain" et "recherche"

Enfin, faites faire l’expérience… même si…

Même si vous n’avez pas pu préparer le matériel actionnez la boîte qui est proposée !

L'expérience simplifiée, comme celle du chercheur, peut être faite et défaite sur l'écran, belle consolation si l'on manque de matériel.
Organisez le travail en équipe (voir plus haut).
Rendez vous souvent sur le module terrain. Là est toujours la réalité !
Nous vous souhaitons de belles expériences.


Expérimenter sur ordinateur, ou presque !

Dans quelques temps, Géomanips vous proposera une interaction avec des expériences numériques. Vous avez dès maintenant quelques images fixes à la fin du module recherche.


Approfondissement

Des documents complémentaires sont disponibles sur certains sites web des laboratoires de recherche dont une sélection est faite par Géomanips.