1) Niveau :

Seconde / Les enjeux contemporains de la planète / Géosciences et dynamique des paysages / L’érosion, processus et conséquences

2) Compétences :

2.1) Connaissances

L’érosion affecte la totalité des reliefs terrestres. L’eau est le principal facteur de leur altération (modification physique et chimique des roches) et de leur érosion (ablation et transport des produits de l’altération). (…)
Une partie des produits d’altération, solubles et/ou solides, sont transportés jusqu’au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification du paysage.

2.2) Capacités

Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique.
Identifier et choisir des notions, des outils et des techniques, ou des modèles simples pour mettre en œuvre une démarche scientifique.
Concevoir et mettre en œuvre un protocole.

3) Description de l’activité :

3.1 Matériel en photo et activités des élèves (version 1) :

Détail du montage : comment coincer le tuyau d’eau contre le demi-tube en PVC

Les élèves mettent en place le dispositif et s’interrogent sur la manière de l’utiliser pour vérifier le diagramme de Hjulström.

Durant ce temps de conception, ils réalisent qu’ils doivent effectuer des mesures chiffrées pour obtenir la vitesse du courant d’eau créé et savoir ouvrir le robinet de la même manière entre deux mesures pour ne pas fausser les résultats.

Ils prennent donc un repère d’ouverture du robinet de manière que l’eau ne s’écoule pas trop fort pour ne pas arroser le voisinage (par exemple, trois quarts de tour).

Les élèves mesurent le temps d’écoulement de l’eau dans un demi-tube, gradué tous les 10 centimètre : une boulette de papier est déposée en haut du tube. Le chronomètre, ou le téléphone portable et son appli chronomètre, permet de déterminer son temps de déplacement sur les 50 cm du tube.

Ils en déduisent la vitesse de déplacement de l’eau.

Ils déposent ensuite des éléments de roche de différentes taille (sable et ou gravier) en haut du demi-tube et ouvrent le robinet en se callant sur le repère d’ouverture (par exemple, trois quarts de tour).

Ils placent les résultats de la mesure réalisée (vitesse du courant et taille du gravier ou du sable) sur le diagramme de Hjulström pour vérifier si la modélisation réalisée en classe vérifie les résultats de Hjulström.

Diagramme de Hjulström (source site ens)

Les vitesses obtenues en classe sont de l’ordre de 8 à 10 m/s, ce qui permet bien de discriminer les comportements du sable (transport) et du gravier (sédimentation).

3.2 Activité des élèves (version 2) :

Matériel et activité en Photos :

Montage avec un erlenmeyer avec écoulement : l’intérêt du montage est de conserver la même vitesse d’écoulement de l’eau en sortie de l’erlenmeyer. C’est la variation de la pente (voir image ci-dessous) qui pourra faire varier la vitesse de l’eau.

Modélisation analogique du transport différentiel lié à la pente.

Dans cette deuxième version les cailloux et les graviers sont placés dans la pente avant écoulement. Leur taille est mesurée après écoulement par un pied à coulisse (gravier) et par tamisage (sable).

4) Place de l’activité dans la progression du cours

Les élèves ont travaillé sur l’érosion dans un premier temps en constatant par exemple qu’une rivière comme le verdon creuse des gorges profondes de plusieurs centaines de mètres dans des falaises calcaires. Pour comprendre les mécanismes de l’érosion, ils ont ensuite découvert les mécanismes d’altération chimique des roches pour en venir au transport.

5) Deux propositions de démarche :

5.1) une démarche hors OHERIC, de vérifications des données publiées par un chercheur

La démarche proposée s’affranchit du modèle OHERIC :

Il ne s’agit pas ici de partir d’une observation, réaliser une hypothèse et de la vérifier par une expérience de modélisation du transport d’éléments rocheux.

La démarche proposée est plutôt celle d’une vérification des données publiées par un chercheur. Cela permet d’introduire un aspect des sciences parfois ignoré par les élèves : les résultats d’un chercheur sont vérifiés par tous les laboratoires qui travaillent sur le même sujet. On sort ainsi de tout dogmatisme : « Les savoirs sont des constructions collectives. S’agissant des savoirs scientifiques, aucun résultat n’acquiert le statut de savoir s’il n’est pas corroboré par des équipes indépendantes, à plus ou moins long terme. » Guillaume Lecointre Savoirs, opinions, croyances.

L’activité est donc présentée aux élèves de la classe comme un travail scientifique de vérification des résultats obtenus par un chercheur (Hjulström).

5.2) Une démarche OHERIC,

L’observation part du document ci-dessous :

Comment expliquer la coexistence de plage de galets (côte occidentale) et de sable (côte orientale) au niveau du Cap Corse ?

L’hypothèse est posée sur la différence de pente. L’activité (version 2) proposée en 3.2 permet de répondre à l’hypothèse.

Nom des auteurs et mail : Thierry Campo et Yann Maillard prénom.nom@ac-aix-marseille.fr