SVT (collège)

Publié le 5 juin 2012 Modifié le : 2 oct. 2012

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Le  mardi 5 juin 2012

Création et enregistrement d'ondes sismiques

modélisation d'une rupture, enregistrement des ondes, capteurs piezo

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    Contenu notionnel :

    Les séismes résultent d'une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre

    Des contraintes s'exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d'énergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau d'une faille.

    le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture

    à partir du foyer, la déformation se propage sous forme d'ondes sismiques enregistrables

    Description de l'activité :  

    A l'aide d'un modèle les élèves déplacent un élément en bois par rapport à un autre. Ce déplacement se fait en faisant tourner un boulon, qui pousse une des plaques en bois. L'autre est fixe.

    A l'intersection de ces plaques il y a un morceau de bois sec (qui casse, je déconseille les allumettes, trop "souples", merci à André, mon aide laboratoire). C'est ce que l'on voit ici :

     création ondes 1

    Ensuite pour enregistrer les ondes (s’il doit y en avoir, hypothèse à vérifier des élèves), on dispose deux capteurs (Pourquoi 2 ? Parce que je le leur impose, plus tard cela me servira…)

     création ondes 2

     

     

    Ensuite ils branchent le cable des capteurs sur l'entrée ligne de l'ordinateur. Attention pas la prise micro (qui est mono et donc n'enregistre qu'un capteur) mais bien l'entrée ligne (qui elle est stéréo. L'entrée ligne se reconnait comme à droite (voir le symbole à côté de la prise jack femelle).

    création ondes 3

    Ils lancent le logiciel Audacity et commence un enregistrement (toujours en prenant soin de prendre "entrée ligne" en haut à droite du logiciel. Puis ils se mettent à tourner le boulon.

     création ondes 5

    l'aspect du morceau de bois à la fin de la manipulation

     A la fin de la manipulation (qui dure moins d'une minute), les élèves ont un enregistrement exploitable.

    Toutefois il est possible qu'un traitement informatique soit nécessaire (pour enlever un bruit de fond dans les enregistrements).

    Ce dernier est explicité dans le document ci-joint (format pdf).

     Enfin les élèves obtiennent un enregistrement similaire à celui ci :

     création ondes 6

     

    Il faut évidemment savoir quel capteur correspond à la voie d'en haut (capteur 2 dans notre exemple) ou d'en bas (capteur 1).

    A la suite les élèves doivent capturer une image de leur écran, l'insérer dans un document Open office, puis faire une légende pour montrer les amplitudes des ondes au niveau des deux capteurs et leur moment d'arrivée.

    création ondes 7 

     Par l'étude (ultérieure) de ce document on remarque :

    - que les ondes s'amortissent en s'éloignant de la zone de rupture (nommée foyer)

    - que les ondes ne sont pas simultanées dans tout le matériau, il y a un décalage (faible certes) dans les enregistrements. Attention que les câbles des capteurs piezo ne se "suivent" pas sinon ils se parasitent l'un l'autre et on obtient des enregistrements simultanés).

    Compétences B2i :

    C33 : je sais regrouper plusieurs éléments au sein d'un document composite (pour le document final)

    C36 : je sais utiliser un outil de simulation (ou de modélisation) en étant conscient de ses limites. Pour savoir cela il faut questionner les élèves sur les vitesses des plaques et celle de la plaque en bois, sur les duretés des matériaux et sur les distances mises en oeuvre.

    C37 : je sais traiter un fichier image. Si besoin, pour retailler et retoucher la captude d'écran.

    C37 : je sais retoucher un fichier son. A voir, quand on nettoie l'enregistrement (par élimination du bruit). Toutefois cette étape peut être très "presse bouton" et donc pas évaluables en compétence B2I.

    Durée : 50 min

    Modalités :

    Dans une séance antérieure les élèves ont étudié différents séismes. Ils ont pu définir ce qu'est un séisme. A ce moment ils ont étudié des sismogrammes. La question se pose alors ce qui peut provoquer ces séismes. L'étude d'une carte de répartition des séismes leur montre que ces derniers ont lieu au niveau des frontières de plaques tectoniques. La question se pose alors de savoir si un mouvement continu peut provoquer des vibrations.

    Place de l'activité dans la démarche :

    Test d'hypothèse ("les déplacements de plaques provoquent des vibrations à leurs limites").

    Outils nécessaires :

    1)  Modèle de déplacement (fait maison, mais pas des plus complexe à faire)

     une vue du modèle : une partie mobile

    création ondes 8

     une vue du modèle : une partie fixe

     création ondes 9

    capteur piezoélectrique

     un capteur piezoelectrique (acheté sur le web), avec son fil soudé :

    création ondes 10

     la prise jack (pour se brancher sur l'entrée ligne de l'ordinateur), avec les cables de 2 capteurs (droite et gauche) soudés dessus :

    création ondes 11

    Serge Reynoard

    Mise à jour 30/03/2008