Projet « Sismo des écoles »

Au collège sainte Marthe

 

I. Données Sismiques

 

q       Générales

q       Européennes

q       Françaises

q       Régionales.

 

 

II. Le réseau « Sismo des écoles »

 

q       Sismomètre

q       Système d’acquisition

q       Réseau d’enseignement

q       Exemple de Réseau de surveillance sismique à but éducatif.

 

 

III.  Objectifs et devenir du projet

 

q       Objectifs

q       Interdisciplinarité

q       Groupe académique

q       Banque de données mondiale.

 

 

 

I.                Données Sismiques

 

A) Générales :

 

Là où la Terre a tremblé, elle tremblera. C’est une règle élémentaire en sismologie. L’Europe et le bassin méditerranéen ont été par le passé le théâtre de séismes meurtriers : Jéricho en 1250 avant Jésus-Christ, Bâle en 1356, Lisbonne en 1755, Lambesc 1909, Frioul en 1976,  El Asnam et Irpinia en 1980, le golfe de Corinthe 1994 ou encore Izmit en 1999. Et toujours les mêmes questions : sur quelles failles et à quel moment se produira la prochaine secousse ?

 

Les séismes ne sont qu’un des effets superficiels du lent mouvement des plaques lithosphériques à la surface du Globe. Environ 95% de l’énergie sismique totale relâchée à la surface de la Terre l’est au niveau des grandes failles qui les bordent. Qu’elles s’enfoncent comme au Japon ou qu’elles coulissent le long de grandes fractures comme à San Andreas, en Californie, les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres à des vitesses moyennes de un à dix centimètres par an.

 

Les zones de frictions sont le lieu privilégié des séismes. Les tentions s’accumulent pendant des dizaines voire des centaines d’années, déformant les roches. Comme un ressort trop tendu qui lâche, les roches déformées finissent par se casser, libérant de manière quasi instantanée toute l’énergie emmagasinée sous la contrainte. Les tremblements de terre les plus violents, de magnitude 8 à 9, correspondent à des glissements soudains,  en quelques secondes, de 10 à 20 mètres sur des surfaces ( « le plan de faille ») de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres carrés. Ces glissements et ébranlements violents relâchent l’énergie accumulée sous forme de déformation élastique, résultat du déplacement relatif entre les deux plaques pendant l’intervalle de temps séparant un fort séisme du suivant. Cet intervalle ou récurrence est généralement de l’ordre de la centaine d’années. D’autres séismes sont très destructeurs et meurtriers malgré leur faible poids dans le bilan énergétique total ( moins de 5 %). De magnitude 6 à 8, ils se produisent à l’intérieur des continents tous les quelques milliers d’années. Les  déplacements sont plus lents (un à dix millimètres par an) et les failles impliquées plus petites (quelques centaines de kilomètres carrées). Ces failles sont particulièrement nombreuses au niveau des frontières plus diffuses et larges de plusieurs centaines de kilomètres,

telle que celle séparant l’Afrique de l’Europe.

 

 

Définition d’un séisme :

 

                On appelle séisme un ébranlement brutal du sol, provoqué en profondeur par le mouvement relatif de deux compartiments. Si des zones de l’écorce terrestre sont soumises à des tensions croissantes qui tendent à les déplacer en sens inverse, les matériaux se déforment élastiquement avec accumulation d’énergie. Lorsque le seuil d’élasticité est dépassé, il y a rupture, l’énergie accumulée est brutalement libérée.

         C’est la théorie du rebondissement élastique.

 

 

         On appelle foyer ou hypocentre le lieu précis où se produit la rupture initiale et la libération d’énergie,

la projection du foyer à la surface       du sol est l’épicentre (voir fig. 2).

Un séisme important comprend 3 phases :

 

 

q       Des secousses prémonitoires faibles, de plus en plus nombreuses,

q       La phase paroxysmale ou secousse principale très brève ( de quelques secondes à une ou deux minutes ) qui correspond à l’unique mouvement,

q       Des répliques de plus en plus faible.

 

L’énergie libérée donne naissance à des vibrations ou ondes qui se propagent dans toutes les directions de l’espace. Comme on associe un rayon lumineux aux ondes lumineuses, on associe un rai sismique aux ondes sismiques.

Dans un milieu anisotrope comme la terre les rais sont courbes tant qu’il n’y a pas de discontinuités physiques. Lorsqu’il y a une discontinuité physique, les ondes sismiques sont réfléchies et réfractées comme les ondes lumineuses au niveau d’un dioptre. Lorsque l’onde est réfractée, sa vitesse change. Ainsi, différentes stations réparties sur le globe enregistrent le même séisme avec des décalages dans le temps dont la comparaison permet de savoir si les ondes ont rencontré une discontinuité, et de positionner l’épicentre du séisme.

 

 

 

B)      Européennes :

 

         La sismicité du bassin méditerranéen résulte de la collision entre l’Afrique et l’Europe qui s’opposent

depuis bientôt quatre vingt millions d’années.

Les tremblements de terre diminuent à mesure que l’on remonte vers le nord ou que l’on descend vers le sud, de part et d’autre de la zone d’affrontement marquée par la chaîne alpine au sens large : Maghrébines, Bétiques, Pyrénées, Alpes, Apennins, Carpates, Dinarides, Hellénides, Pontides...

La sismicité augmente en revanche d’ouest en est au sein de cette zone de collision en même temps que les vitesses de convergence entre les deux continents : de six millimètres par an au niveau du méridien d’Alger, à onze millimètres par an au niveau de celui du Caire

 

La sismicité est le reflet des mécanismes de collision. Mécanismes qui se superposent à ceux plus précoces de ce processus. Il faut donc pouvoir distinguer les failles actives de celles qui ne le sont plus. Le projet « sismo des écoles » rentre dans la détection et la surveillance de ces failles actives.

 

 

 

C)     Françaises :

 

La France, pourtant bien moins active que ses voisins, n’est pas à l’abri d’un séisme. Pour preuve, la secousse de magnitude 6,2 qui ruina, le 11 juin 1909, les villes de Lambesc, Saint-Cannat et Rognes en Provence.

         Aujourd’hui, en la matière, l’activité de l’Hexagone se manifeste essentiellement sous forme de microséismes. Une vingtaine est enregistrée chaque semaine sur le territoire national. Le risque que ne survienne une secousse ravageuse, semblable à celle de Lambesc ou d’Arette n’est toutefois pas négligeable.

Mais comment savoir où, quand et pourquoi, pareil drame pourrait se reproduire ? La connaissance du passé sismique de notre pays et l’étude des empreintes laissées dans les couches géologiques devraient apporter un premier élément de réponse. Aucune région n’est véritablement à l’abri d’un séisme ( voir figure 2 ). Si 90 % de l’énergie sismique nationale est libérée au niveau des Alpes et des Pyrénées, des régions réputées calmes comme le Pas-de-Calais peuvent à l’occasion bouger. La répartition de la sismicité sur le territoire métropolitain est le fruit du rapprochement de l’Afrique et de l’Europe.

 

Figure 2 : la sismicité de la France

 

 

D)     Régionales :

 

Notre région est une zone où le risque sismique existe. Elle est en effet coincée entre la faille de la Durance,  et la faille de Nîmes. La faille de la Durance qui entaille la vallée de Durance, vallée qui  a été par le passé le siége de plusieurs séismes destructeurs comme celui de 1708 près de Manosque. D’où l’utilité de mettre en place un réseau de surveillance sismique.

 

 

 

II. Le réseau « Sismo des écoles »

 

 

A) le sismomètre :

 

Les ondes sismiques sont enregistrées à la surface de la terre, en différentes stations à un moment précis à l’aide de sismographes. Appareil formé d’un pendule à grande inertie, très amorti qui reste immobile quand le support est ébranlé (voir fig. 3)

 

L’analyse d’un sismogramme montre :

 

q       Ondes premières ou ondes P

q       Ondes Secondes ou ondes S

q       Ondes Longues ou ondes L.

 

Magnitude

 

         Elle permet de mesurer l’énergie libérée. Elle est définie par le logarithme décimal de l’amplitude maximale d’oscillations A mesurée en micromètres sur un sismogramme étalonné à la distance épi centrale de 100 km. La magnitude d’un séisme en un lieu est repérée sur l’échelle de Richter. Cette échelle n’a pas de limites, les séismes connus ont une magnitude qui varie de 1 à 9.

 

B) Système d’acquisition:

 

 

 

 

PROJET

" SISMO DES ECOLES "

 

 

Dans le cadre de la sensibilisation des écoles aux risques majeurs, et notamment au risque sismique, un projet d'installation de sismométries  sur divers sites scolaires reliés en réseau a été engagé dès octobre 95.

 

                 

      Ce projet, appelé "sismo des écoles" vise à mettre en place un réseau d'établissements scolaires (collèges et/ou lycées) réunis autour d'un centre de ressources sismiques à vocation éducative.

Des élèves de 13 à 18 ans sont chargés d'installer, dans leur établissement, un capteur sismique. Les signaux dus à l'activité sismique alimentent une base de données en ligne, véritable centre de ressources sismiques, et point de départ d'activités scientifiques utilisant les nouvelles technologies de l'information et de la communication.

 

Mise en place d'un système d'acquisition de données sismiques au niveau local.

 

Le sismomètre numérique prototype, installé dans chaque école, doit permettre l'enregistrement de séismes proches ou de téléséismes. Un capteur GPS permet simultanément l'acquisition du temps universel par données satellites.

 

Un ordinateur PC-ACQUI (voir figure 1), entièrement dédié à cette tache d'acquisition des données, sert de support à cette première étape, avec les capteurs sismiques et GPS.

fig. 1 : système d'acquisition installé dans une école.

La validation de ce système d'acquisition prototype a fait l'objet d'une recherche initiée, en octobre 95, par l'atelier d'animation scientifique ASTER du Centre International de Valbonne en partenariat avec le laboratoire GéosciencesAzur du CNRS et la délégation régionale de l'ANVAR.

 

 

C) Réseau d’enseignement :

 

 

 

Chaque école dispose ainsi d'un tel système d'acquisition et assure sa maintenance. Elle assure son installation technique dans un lieu adéquat de l'établissement. Elle vérifie le bon fonctionnement de l'acquisition et de l'enregistrement de données sur le PC-ACQUI.

 

Ce centre de contrôle effectue, en effet, quotidiennement, une requête par réseau téléphonique, sur les sites scolaires pour acquérir les données significatives des PC-ACQUI. Cette requête s'effectue à partir d'une sélection de tranches horaires significatives définie par des centres de recherche.

 

 

fig. 2 : Transmission des signaux acquis dans les écoles vers un centre régional.

 

 

 

Les données enregistrées par chaque station sont disponibles par Internet dans une banque de données destinées aux élèves des collèges et des lycées. Les fichiers de la banque de données sont disponibles dans des formats compatibles avec les logiciels éducatifs courants en sismologie.

 

 

 

 

 

E)    Exemple de Réseau de surveillance sismique à but éducatif :

 

Descriptif de la station sismique

 

 

La station sismique numérique

 

Avec son capteur sismique (enregistrement mouvement du sol) installé sur le rocher et son capteur GPS (enregistrement du temps universel) sur le toit du laboratoire.

 

Périodiquement, la station transmet sur requête téléphonique automatique les fichiers numérisés significatifs enregistrés à un ordinateur central.

 

L’activité sismique régionale, nationale, voire mondiale peut être enregistrée en continu et étudiée dans le cadre d’activités traditionnelles (club, classe).

 

 

 

 

 

 

 

 

III.  Objectifs et devenir du projet

 

 

A) Objectifs :

 

 

Promouvoir les sciences expérimentales et les nouvelles technologies chez les adolescents du collège et du lycée.

Le suivi de la station sismique permet aux enfants de développer un certain nombre de savoir-faire spécifiques aux sciences expérimentales (mesurer, observer, mettre en relation des informations..) et aux technologies nouvelles (s'informer, traiter des données, les communiquer..).

 

Développer le sens de l'autonomie et de la responsabilité chez les jeunes à travers la gestion d'un projet.

Dans le cadre de la classe (enseignement disciplinaire et parcours diversifié), et/ou d'activités périphériques (clubs, ateliers..), le suivi de la station sismique amène les élèves à développer leurs qualités personnelles dans le travail en équipe, l'autonomie, la persévérance..

 

Renforcer et développer des liens avec des partenaires régionaux et internationaux des domaines économiques, Educatifs et culturels.

La mise en place du projet peut permettre de découvrir, de rencontrer de nombreux partenaires (organismes de recherche, services environnement...) associés à l'initiative. Le projet apporte alors une ouverture de l'établissement vers l'extérieur.

 

Favoriser une prise de conscience rationnelle des problèmes liés à l'évaluation et la prévention des risques sismiques.

Les contributions à l'éducation à l'environnement sont soulignées au fil des différentes parties des nouveaux programmes de collège. Elles appellent à une coordination entre les disciplines pour préparer les élèves à une vision globale des problèmes d'environnement et notamment la prévention des risques majeurs.

 

 

 

 

 

B) Interdisciplinarité :

 

 

Dans le cadre des cours de Sciences de la Vie et de la Terre

Les nouveaux programmes du Cycle Central donnent une place élargie au phénomène sismique. Par exemple : structure des plaques lithosphériques, sismicité régionale et risque majeur.

 

Dans le cadre des parcours diversifiés du Cycle Central

Le réseau de surveillance sismique peut être le support privilégié à un projet interdisciplinaire regroupant enseignants de sciences expérimentales et technologiques mais aussi mathématiques (mesure et calcul), géographie (cartographie, localisation) …

 

Dans le cadre d’activités périphériques

La gestion d’une station sismique peut faire l’objet d’un club ou atelier d’animation scientifique à travers lequel les collégiens sont invités à développer leurs savoir-faire en matière de technologies nouvelles.

 

 

 

Compte tenu des orientations du projet (donnant une grande place aux technologies nouvelles de communication), de sa dimension éducative (sensibilisation au risque sismique), de son contenu scientifique (sismologie et sciences de la terre), et de son importance à l’échelle régionale voire nationale (mise en réseau d’établissements scolaires), de nombreuses pistes peuvent être exploitées par les équipes pédagogiques des établissements scolaires.

Ce projet « sismo des écoles » donnera lieu à l’obtention de sismogrammes visualisable sur un site Internet, site où les élèves pourront à leur tour envoyer des pages de leur composition. Ce projet peut donc rassembler autour de lui les enseignements suivants :

 

q       Sciences Physiques

q       Mathématiques

q       Français

q       Géographie

q       Education Civique

q       Sciences Techniques

q       Sciences de la vie et de la terre.

 

C’est ainsi un projet complet qui englobe une partie sinon l’ensemble des acteurs du Collège.

 

 

 

 

C) Groupe académique :

 

Lycées et collèges participants :

 

 

 

Lycée Luynes, Aix en Provence

Lycée Honnorat, Barcelonnette

Lycée Paul Aréne, Sisteron

Lycée de Digne

Collège Marie Mauron, Pertuis

Collège Les Caillols, Marseille

Collège Sainte Marthe, Tarascon.

 

 

 

 

 

Pour l’académie d’Aix - Marseille, le nombre d’établissements participants au projets est arrêté à 7. Ils participent à un groupe de travail chargé de poursuivre le projet et d’offrir des éléments de travail aux autres établissements de l’académie.

 

D) Banque de données mondiale:

 

 

Les données recueillies par les 7 stations seront stockées sur un serveur à fin de constituer une banque de données disponibles à toutes personnes désirant obtenir des renseignements sur la sismicité de notre région.

 

 

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