L'histoire d'un modèle (PremièreS).
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L'histoire d'un modèle (PremièreS).

La dérive des continents, les arguments d'A.Wegener.

La première application «Dérive des continents » permet de traiter la naissance de la théorie d'A.Wegener en reprenant les différents arguments que celui-ci a utilisés dans sa publication. Le globe mobile et « zoomable » présente les différents continents dans leur position actuelle et il est possible de superposer diverses couches.

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Les marges continentales que Wegener ne connaissait pas permettent une meilleure concordance des plaques et permettent d'introduire la notion de rift.

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Les tillites de 300 Ma avec le sens d'écoulement des glaces. C'est avec ces informations que la reconstitution de la Pangée est la plus facile à réaliser.

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L'âge des formations géologiques, synthèse de l'histoire géologique de chaque plaque montre une complexité bien supérieure au document proposé par Wegener

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Les fossiles du Permo-Trias: Les sites fossilifères sont géoréférencés.

Figure 2. Les informations affichables

L’interactivité réside dans le choix de la couche à afficher et dans le positionnement des continents. En effet, un clic sur la zone centrale du continent fait apparaître un bouton permettant translation et rotation. L’élève peut ainsi déplacer les continents à sa guise de la manière la plus judicieuse en fonction des informations qu’il possède.

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Figure 3. Bouton de translation-rotation du continent

Chaque plaque peut subir une tranlation ou une rotation indépendante des autres plaques.


En phase finale du travail et sans que l’information soit en clair, l’association des touches P.A.N. permet de positionner les continents pour reconstituer la Pangée.

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Figure 4. La Pangée reconstituée

La reconstitution de la Pangée montre à la fois une cohérence de la majorité des arguments mais soulève également de nombreuses questions de la part des utilisateurs.


De la dérive des continents à la tectonique des plaques.

L’accumulation des connaissances des années 1960-1970, en particulier celles concernant l’étude du fond des océans, a permis d’élaborer la théorie de la tectonique des plaques. L’application « De la dérive des continents à la tectonique des plaques » permet de faire travailler les élèves sur ce changement de paradigme. L’application est limitée à l’ouverture de l’Atlantique Sud et à la rotation relative des plaques africaine et sud-américaine. L’écran d’accueil présente le globe mobile et « zoomable » avec les continents africain et sud-américain ainsi que la topographie des fonds de l’Atlantique Sud.

Définir le pôle de rotation de deux plaques.

La première étape consiste à déterminer le pôle de rotation eulérien relatif aux plaques africaine et sud-américaine. Pour cela, on utilise la géométrie des failles transformantes. On sélectionne tout d’abord trois failles transformantes puis un clic sur le globe fait apparaître un pôle de rotation avec trois cercles dont les centres sont sur l’axe eulérien. En positionnant correctement le pôle, la courbure des cercles se superposent aux failles tranqformantes.

Le module " Tectonique des plaques" de Géosciences 3D explique parfaitement le mécanisme. Un test de fermeture permet d’affiner cette position.

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Figure 5. Recherche du pôle de rotation relatif aux deux plaques

En pointant trois failles transformantes, l'application fait apparaitre trois cercles passant par ses points et ayant un centre commun. . En positionnant correctement ce centre, la courbure des cercles se superpose aux failles transformantes. On définit ainsi le pôle de rotation eulérien.


Estimer la vitesse angulaire de rotation à partir des données GPS.

Une fois cette position mémorisée, la seconde étape consiste à introduire le temps pour définir une vitesse angulaire de rotation. Sans remplacer les exercices classiques permettant de comprendre la notion d’accrétion océanique et de tapis roulant, les démarches proposées permettent de donner une vision plus globale.

En posant le postulat (par simplification) que la vitesse d’ouverture a été constante au cours du temps, une feuille de calculs, (Format Open Office ou Libre Office) associée à l’application, permet de transformer les vitesses linéaires actuelles d’écartement de deux stations GPS correctement choisies de part et d’autre de la dorsale médio-atlantique en vitesse angulaire. L’interrogation de la banque de données GPS Times Series permet d’obtenir les données brutes à traiter ou directement une vitesse linéaire d’écartement. Les formules prédéfinies transforment cette vitesse linéaire en vitesse angulaire. On peut alors entrer cette valeur dans l’application pour la mémoriser.

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Figure 6. Feuille de calcul pour transformer la vitesse linéaire d'éloignement de deux stations en vitesse angulaire

L'interrogation de la banque de données GPS donne les vitesses angulaires de déplacement absolu pour chaque station. La feuille de calcul permet d'obtenir la vitesse angulaire d'écartement de deux stations bien choisies.


Estimer la vitesse angulaire de rotation à partir de repères temporels.

La deuxième méthode consiste à utiliser des limites qui sont parfaitement datées sur le fond de l’océan. On peut faire apparaître la carte de l’âge du fond de l’océan ou la carte des anomalies magnétiques.

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Choix de la limite Oligocène-Miocène (23Ma).

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Choix de la limite Crétacé sup.-Paléocène (66Ma).

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Choix de la limite Crétacé inf.-Crétacé sup. (100Ma).

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La datation précise des anomalies magnétiques est impossible à effectuer à cette échelle. L'application propose la fin du superchron C34 du Crétacé qui est parfaitement repérée (83Ma).

Figure 7. Les 4 limites datées au choix:

Les contraintes techniques liées à l'application Unity n'ont pas permis de faire disparaître la croûte océanique par le centre de l'océan pour visualiser la notion de "tapis roulant". La solution qui a été retenue a été de choisir une limite datée, d’effectuer une rotation eulérienne des deux plaques pour faire correspondre les deux limites de même âge et de noter cet âge dans l’application. L’application calcule alors la vitesse angulaire correspondant à cette période d’ouverture de l’océan.

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Le Choix de la limite Oligocène-Micoène (23Ma) est effectué.

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Après avoir fermé l'océan avec le curseur, on entre la date de 23 Ma pour que l'application calcule la vitesse angulaire.

Figure 8. Disparition du fond de l'océan lors de la fermeture:

Les résultats pour réfléchir.

Le positionnement du pôle de rotation établi par rapport à la courbure des failles transformantes amène lorsque l’on teste la fermeture à fermer l’atlantique sud aux faibles latitudes mais laisse un espace important dans la partie la plus au sud. Cela pousse à se questionner sur la validité de la méthode.

La recherche intuitive d’une meilleure position ou l’observation de la topographie des fonds océaniques avec une bonne définition, par exemple sur Google Earth, permet d’observer que la position de ce pôle a changé au cours du temps. L’application utilise dans la synthèse la position résultante de ces différentes rotations eulériennes au cours du temps. Les déplacements des continents ne sont plus libres et indépendants comme dans l’application « dérive des continents » mais contraints par le pôle de rotation eulérien. Cette contrainte s’explique par le mécanisme d’accrétion océanique.

L’introduction du temps vient alors apporter des arguments dans ce sens. L’utilisation des données GPS permet de définir la vitesse angulaire de rotation actuelle. En remontant le temps, on estime l’âge d’ouverture de l’océan atlantique Sud.

La comparaison des vitesses estimées à partir des divers repères temporels montre la difficulté à obtenir une « vérité » scientifique. L’âge d’ouverture de l’océan atlantique sud varie selon la méthode entre 96 Ma et 139 Ma alors que l’âge, communément admis par la communauté scientifique, est de 130 Ma. Comprendre cette dispersion des résultats, proposer des explications, analyser les imperfections du modèle proposé présente autant d’intérêt si ce n’est plus, que la simple recherche de la valeur de l’âge d’ouverture.

Cette application permet ainsi de montrer toute la portée d’un modèle scientifique.

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Figure 9. Ecran bilan présentant toutes les valeurs calculées par l'application.

L'écran de synthèse récapitule les estimations pour les diverses méthodes de mesure qui ont été réalisées. La comparaison de ces valeurs effectuées par divers utilisateurs constitue le point de départ de la réflexion sur la notion de modèle.