Devenez géo-détectif !

 

https://astroedu.iau.org/en/activities/2301/become-a-geo-detective/

Créé : 2023-04-29 Mise à jour : 2023-08-07

Traduit en Francais (FR-HT) par Rulx Narcisse, NAEC-Haiti https://haitiastronomie.blogspot.com/2023/09/devenez-geo-detectif.html 

Auteurs : Henrik Hargitai, Université Eotvos Lorand ; Livia Giacomini, INAF ; Fedérica Duras, INAF

Avec cette activité pratique, les étudiants apprendront les concepts de base de la cartographie géologique planétaire basée sur la photointerprétation d'images de surfaces planétaires provenant de vaisseaux spatiaux. Ils s'entraîneront sur différentes images de la planète Mars, reconstituant la séquence d'événements qui ont façonné cet endroit précis de la planète rouge, apprenant à devenir de véritables géo-détectives !

Matériaux

• une vidéo d'introduction qui peut être utilisée en classe lors de l'activité 0 ou des suivantes ;

• une présentation à projeter ou à imprimer et à distribuer dans l'activité 0 (Pièce jointe : Introduction.ppt)

• un polycopié sans solutions pour les 4 activités (à imprimer, un pour chaque élève) (voir matériel ci-joint : Polycopié-sans-solutions.pdf)

• un polycopié avec des solutions pour les 4 activités à utiliser par l'enseignant ou à distribuer à la fin de chaque activité (voir matériel ci-joint Handout-with-solutions.pdf)

• marqueurs de couleur

Objectifs

• Développer des compétences pour distinguer et organiser les informations visuelles (motifs et formes)

• Identifiez les éléments de la surface planétaire à l'aide d'images de vaisseaux spatiaux et comprenez comment les surfaces planétaires sont cartographiées

Objectifs d'apprentissage

• Découvrez les méthodes de base de cartographie géologique des surfaces planétaires

• Apprendre à distinguer les unités géologiques de surface

• Apprenez à distinguer les motifs visuels et les formes

• Apprenez à reconstruire le relief d'une surface à partir des ombres et des ombrages

• Apprendre à distinguer l'observation (description) de l'interprétation

• Utiliser un vocabulaire descriptif

• Comprendre une séquence d’événements géologiques et être capable de former une chronologie « d’histoire »

• Utiliser les principes stratigraphiques

Arrière-plan

Comment les scientifiques étudient-ils l’histoire des autres planètes ?

Les scientifiques étudient d’autres planètes et lunes à l’aide d’images capturées par des caméras embarquées dans des missions spatiales. Mais ne pouvant pas atterrir et observer directement ces surfaces, ils ne disposent pas d’informations directes sur la matière des roches de surface ni de données historiques sur les événements de surface. Ils ont donc besoin d'atterrisseurs pour examiner directement les roches et doivent reconstruire la géologie de surface à partir de la morphologie, des formes (relief) et des motifs du terrain.

Les scientifiques apprennent ainsi à faire la distinction entre observations et interprétations. Pour les observations, nous utilisons un vocabulaire descriptif. Pour les interprétations, ils reconstruisent l'histoire de l'évolution de cette surface, en déduisant les processus géologiques qui ont dû se produire à la surface.

Quelques définitions

Pour ce faire, il est important de reconnaître la morphologie, les formes de ce que l’on voit sur ces surfaces. Certaines de ces formes sont dues à des phénomènes géologiques que l’on connaît très bien sur Terre.

Il existe des caractéristiques géologiques que nous pouvons identifier et étudier sur Terre et qui peuvent également être trouvées sur d’autres planètes et lunes telluriques (ou rocheuses).

Commençons par quelques définitions :

• Un jeune cratère est une dépression circulaire avec un bord élevé et un tablier de débris autour.

  Il est formé par un impact qui a éjecté des matériaux de l'intérieur du cratère vers le terrain autour du cratère.

• Un vieux cratère a perdu sa topographie : son bord autrefois pointu s'est érodé et est devenu plus bas et plus rond, et son intérieur s'est rempli de matériaux qui y sont tombés ou y ont glissé. L'ancien cratère a perdu sa couverture d'éjecta sur le côté extérieur du bord du cratère. Ils sont donc moins profonds que les jeunes cratères. Ils peuvent également avoir d’autres cratères. Plus il y a de petits cratères dans un cratère, plus il est ancien.

Image : Jeunes cratères d’impact. À gauche : Cratère Meteor (Barringer) en Arizona, États-Unis. Le cratère mesure environ 1 km de diamètre et est vieux de 50 000 ans. Vue de perspective. Crédit : Shane.torgerson, Wikimedia Creative Commons Attribution 3.0 non porté https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en

À droite : Un jeune cratère d’impact sur Mars. Le cratère mesure environ 1 km de diamètre. La partie supérieure de l'image est en couleur. HiRISE ESP_012857_1910 NASA/JPL-Caltech/UArizona

Image : cratères simples jeunes et vieux sur la Lune.

• Une caldeira volcanique est un grand creux en forme de chaudron qui se forme peu de temps après la vidange d'une chambre magmatique lors d'une éruption volcanique.

Image : caldeira. Gauche : Photo aérienne du cratère de la fosse Halemaumau en 2009, montrant un panache blanc émis par un petit lac de lave actif. Le cratère est situé dans la caldeira beaucoup plus grande du Kīlauea à Hawaï. Crédit : Observatoire du volcan d'Hawaï, USGS. À droite : la caldeira complexe et imbriquée au sommet du plus haut volcan de Mars, Olympus Mons. La caldeira fait 10 km de diamètre. Crédit : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

• Une coulée de lave est une accumulation de matière à marge lobée, à surface rugueuse et allongée.

Il était constitué de lave volcanique s'écoulant lorsqu'elle était chaude et fluide, puis devenant solide en se refroidissant, coulant le long de la pente.

Image : Coulée de lave. Gauche : Coulée de lave du volcan Sabancaya, Pérou. Crédit : NASA, International Space Station Science, 15/07/10, Attribution-NonCommercial (CC BY-NC 2.0). À droite : Coulée de lave sur Mars, depuis le versant sud d'Arsia Mons à 20,824°, 233,290°E. Image THEMIS, Crédit : NASA/JPL-Caltech/Arizona State University.

• Un canal est une très longue dépression avec un fond lisse et plat et un bord abrupt.

  Il a été creusé dans le sol par des écoulements d'eau ou, à certains endroits, par des écoulements de lave.

• Une île profilée est une terre en forme de larme surélevée au-dessus d'une région plus basse.

  Il a été formé par un courant de matière fluide qui l’a traversé.

Image : Canal et île profilée : À gauche : Petits canaux avec îles profilées, sur la plage de sable de Galveston, Texas. Crédit : HH (auteur). À droite : Canaux sur Mars, à l’est d’Olympus Mons, flanqués de coulées de lave. Les canaux contiennent des coulées de lave supplémentaires, mais de l'eau peut également y avoir coulé dans le passé. Il s'agit probablement d'un canal de lave. Il présente des îles profilées et plus irrégulières, créées par de l'eau ou de la lave très fluide (de faible viscosité). Crédit : NASA/JPL-Caltech/Arizona State University.

Une vidéo de présentation

Pour savoir comment obtenir des informations en observant des images de satellites, regardez la vidéo d'introduction suivante sur comment devenir géo-détective ! Cette vidéo peut également être utilisée en salle de classe pour être montrée aux élèves (voir Activité 0).

Lien vers la vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=GbNWOdaWhGM

Les règles de base pour un géodétectif

Distinguer les reliefs négatifs et positifs

La première chose à savoir lorsqu'on approche une image d'une surface planétaire est de savoir comment distinguer le relief négatif du positif en utilisant la lumière et les ombres pour distinguer les formes en haut et en bas relief des surfaces planes (voir la vidéo pour mieux comprendre comment).

Image : Cette figure explique la relation entre la direction de l'éclairage, les ombres et le relief. Une même image peut résulter de deux situations de relief différentes selon la provenance de l'éclairage. Sans objets familiers ou sans connaître la direction du Soleil, nous sommes incapables de déterminer le relief correct. La partie gauche de la figure montre le relief du sol sous forme de coupe transversale tandis que le côté droit montre les mêmes objets vus d'en haut que ceux vus sur une image de vaisseau spatial. La partie supérieure montre à quoi ressembleraient les dépressions et la partie inférieure montre les élévations.

Distinguer les anciennes des nouvelles surfaces

Les géologues reconstituent l'histoire de la formation d'un paysage en déterminant quelles roches et quelles formes se sont formées dans cette région.

En stratigraphie, vous disposerez de quatre outils pour déterminer quelle unité est la plus ancienne. Les résultats des quatre outils doivent être cohérents les uns avec les autres.

• La loi de superposition stipule que l’unité qui en recouvre une autre est la plus jeune des deux.

• Le principe des relations transversales veut que l'élément qui traverse un autre est le plus jeune des deux.

• Densité des cratères : une unité avec des cratères d'impact plus denses est plus ancienne qu'une unité avec moins de cratères par taille d'unité, car elle a été exposée aux cratères d'impact pendant des périodes plus longues.

• Dégradation : une entité à la topographie atténuée est généralement plus ancienne qu’une entité aux contours nets. L'érosion et les dépôts éliminent les formes élevées et transportent leurs matériaux vers des terres basses, remplissant des bassins et des montagnes en érosion. Même sur la Lune, où il n'y a pas d'atmosphère et donc pas de pluie ni de vent, l'érosion se fait par érosion cosmique : impacts de petites et grandes météorites.

Image : une image de la Lune où l'on peut voir l'importance de la densité des cratères pour évaluer l'âge d'une surface. La mare lisse et sombre (plaine de lave) est plus jeune (côté gauche – elle ne présente que quelques petits cratères). Les terrains montagneux accidentés et densément cratérisés sont plus anciens (côté droit). La surface rugueuse est le résultat de dépressions de cratères et d’éjectas de cratères superposés. Crédits : NASA.

Description complète

Avant l'activité

• L'activité 0 est une introduction qui utilise le fichier Introduction.ppt que vous trouvez dans les pièces jointes (à projeter ou à imprimer et à distribuer)

• Pour les activités 1 à 4, imprimez le document-sans-solutions.pdf à distribuer aux élèves (imprimez-en un pour chacun)

• Lisez attentivement les informations en arrière-plan et le Handout-with-solutions.pdf

• L'activité 1 est décrite étape par étape, puis nous fournissons 3 images supplémentaires pour les activités 2, 3 et 4 afin de répliquer le processus sur d'autres zones.

Activité 0 - introduction

Pour cette activité d'introduction, vous devrez projeter les diapositives ou distribuer des copies imprimées du fichier Introduction.ppt et stimuler une discussion en classe avec les élèves, en posant des questions et en discutant des réponses.

Étape 1 – Apprenez à distinguer le relief négatif du positif.

• Dites aux élèves qu'ils apprendront à utiliser les ombres pour distinguer les formes à haut et bas relief d'une surface plane sur des images satellite. Cependant, nous verrons que cela ne suffit pas pour déterminer quelle forme est haute et laquelle est basse.

• Montrez à vos élèves la première image de la présentation (Image A), une image de la lune glacée Europe. puis posez la question suivante sur l'image A :

  QUESTION : Les éléments linéaires sont-ils des fissures profondes ou des crêtes élevées ? Les éléments circulaires sont-ils des dépressions/cratères ou des monticules ?

• Discutez des réponses possibles, puis expliquez aux élèves LE PROBLÈME DE L'ILLUSION D'OPTIQUE : Dans les images d'engins spatiaux, il est difficile de distinguer les monticules/cônes circulaires élevés des dépressions circulaires car il n'y a pas de points de repère familiers dans la scène. Dans ces images, le relief est souvent inversé lorsqu'on retourne l'image. Il est donc essentiel de trouver un relief familier permettant de déterminer correctement le relief. Sur Terre, les reliefs familiers sont les bâtiments, les arbres, les hautes montagnes aux calottes enneigées. De telles choses n'existent pas sur Mars. Sur l'Europe recouverte de glace, les reliefs de glace semblent si inhabituels que nous ne pouvons les comparer à aucune expérience terrestre.

• Montrer aux élèves l'image B de la présentation : la deuxième image à droite montre la même scène mais à l'envers et précise que :

  RÉPONSE PARTIELLE : Vous ne pourrez peut-être répondre à cette question que si vous connaissez la direction de l'éclairage, car il n'y a aucun objet familier sur l'image.

• Dites aux élèves que la direction de l'éclairage peut être lue à partir de l'étiquette originale des données de l'image du vaisseau spatial (par des scientifiques) calculée à partir de l'emplacement du vaisseau spatial par rapport au soleil et à la planète cible au moment de la prise de l'image, ou qu'ils ont une connaissance géologique préalable de la géologie d'Europe où la plupart des éléments linéaires sont des crêtes de glace construites par l'eau extraite des fissures de l'océan souterrain et gelée à la surface. Dans la plupart des cas, cependant, les formes circulaires sont presque toutes des cratères, c'est-à-dire des dépressions.

• Dites aux élèves l’interprétation correcte de l’IMAGE A : LA LUMIÈRE VIENT DE LA DROITE !

  BONNE RÉPONSE : La bonne réponse est : 1 est un dôme, 2 est une crête, 3 est une dépression.

• Dites maintenant de regarder l'image C et de vous entraîner avec les élèves pour comprendre la relation entre la direction de l'éclairage, les ombres/ombrages et le relief.

  Préciser qu'une même image peut résulter de deux situations de relief différentes selon l'origine de l'éclairage. Sans objets familiers ou sans connaître la direction du Soleil, nous sommes incapables de déterminer le relief correct. La partie gauche de la figure montre le relief du sol en coupe transversale tandis que le côté droit montre les mêmes objets vus d'en haut que ceux vus sur une image de vaisseau spatial. La partie supérieure montre à quoi ressembleraient les dépressions et la partie inférieure montre les élévations.

Étape 2 -r Distingue l'ancienne surface de la nouvelle

Expliquer aux élèves les 4 outils permettant de déterminer quelle unité est la plus ancienne : la loi de superposition, les relations transversales, la densité et la dégradation des cratères (pour plus d'informations, voir la section Contexte et la vidéo).

Dites aux élèves de regarder l’image D de la présentation et demandez-leur ce qui suit :

QUESTION : Quelle partie de l'image est la plus ancienne, le côté droit ou le côté gauche ?

RÉPONSE : La jument lisse et sombre (plaine de lave) est plus jeune (côté gauche – elle n'a que quelques petits cratères). Les terrains montagneux accidentés et densément cratérisés sont plus anciens (côté droit). La surface rugueuse est le résultat de dépressions de cratères et d’éjectas de cratères superposés.

Dites aux élèves de regarder l’image E et posez-leur la question suivante :

QUESTION : classez les cratères a–d par ordre chronologique.

RÉPONSE : Solution : du plus vieux au plus jeune : c, a, b.

Activité 1

Étape 1

• Organisez une discussion avec les élèves en classe et présentez la leçon en disant qu'ils apprendront à reconnaître ce qui s'est passé à la surface d'une planète en regardant des images prises par des satellites et des missions spatiales. Pour ce faire, ils deviendront de véritables géodétectives et apprendront quoi chercher !

• Distribuez le document Handout-Without-solutions.pdf aux élèves.

Étape 2

Montrez aux élèves l’image ci-dessous et lancez une discussion en leur demandant de quoi il s’agit.

Image 1 : Mars. Une partie de Marte Vallis, Mars. C'est au sud de la grande montée volcanique de l'Elysium. Crédits NASA/JPL/MSSS

• Après discussion, vous pourrez leur dire que c'est Mars. C'est l'une des régions les plus jeunes de la planète, dont l'activité géologique a récemment remodelé la surface. JEUNE signifie il y a 10 à 100 millions d'années selon les normes martiennes.

Étape 3

• Commencez à guider les élèves dans l’analyse de l’image, en leur posant des questions et en modérant la discussion.

• Énumérons les caractéristiques que vous pouvez reconnaître sur l'image et quels types de reliefs terrestres connaissez-vous (petits ou grands) qui ont la même caractéristique ? (forme, élévation, finesse, luminosité).

  • Par forme

    • montrer les FORMES CIRCULAIRES

    • montrer les FORMES ALLONGÉES

    • afficher les FORMES SIMPLIFIÉES

    • afficher les FORMES DE MARGE LOBÉE

• Par élévation

  • où sont les FORMES DE HAUT STANDING ?

  • où sont les FORMES DE FAIBLE STANDING ?

  • où sont les FORMES PLATES ?

  • où sont les PENTES LES PLUS RIDES ?

  • l'élément circulaire est-il UN TROU OU UN MONTICUL ? Comment pouvez-vous dire?

• Par taille

  • combien de temps faudrait-il pour traverser le canal à pied (voir la barre d'échelle) ?

• Par rugosité

  • afficher les RÉGIONS LES PLUS LISSES

  • afficher les RÉGIONS LES PLUS DIFFICILES

• Par luminosité/obscurité (par rapport à l'environnement)

  • montrer les PARTIES LES PLUS SOMBRE de l'image

  • afficher les PARTIES LES PLUS LUMINEUSES de l'image

Étape 4

• Guidez les élèves dans une discussion sur l’histoire géologique de ce relief, en posant les questions suivantes :

  • Pouvez-vous déterminer quand ces formulaires ont été formés ?

    • la DÉPRESSION CIRCULAIRE est-elle plus jeune ou plus ancienne que la terre en dessous ?

    • le LAVA FLOW est-il plus jeune ou plus vieux que le canal ?

    • le GRAND CRATERE est-il plus jeune ou plus vieux que le canal ?

  • Pouvez-vous déterminer quel processus géologique a généré ces formes ?

    • Comment s'est formée la DÉPRESSION CIRCULAIRE (OU CRATÈRE) ?

    • Comment le CHANNEL FORM a-t-il été formé ?

    • Comment s'est formé le LAVA FLOW ?

    • Comment se sont formées les FORMES rationalisées ?

Étape 5

• Lorsque vous sentez qu'ils sont prêts, montrez aux élèves la vidéo Géo-détective et discutez des sujets présentés dans la vidéo (vous pouvez également utiliser la présentation d'introduction si nécessaire) :

voir la vidéo sur le lien https://drive.google.com/file/d/1FMbxK-p1sTakHe0gd1PXT4n2EDgqmZ8s/view?usp=sharing

Étape 6

• Les élèves vont maintenant utiliser le document pour reconstituer l'histoire géologique de cette terre. La première étape consiste à dessiner un croquis sur l'image, en traçant les contours : observez sur la photo où se trouvent des formes et des motifs distincts. Ce sont les unités géologiques. Les élèves doivent délimiter les unités en traçant des lignes autour d'elles (voir l'image ci-dessous 2).

Image 2 : Carte de Mars avec contours. Crédits : Henrik Hargitai

REMARQUE : Pourquoi le contour du cratère dans l'image ci-dessus est-il plus grand que vous ne l'imaginez ? Attention, car la dépression en forme de bol n'est qu'une partie d'un cratère ! Le contour doit être à la base du rebord, y compris le rebord et la dépression. C'est le contour de l'unité géomorphologique du cratère. Dans le plan, les matériaux rocheux projetés par le cratère peuvent également être inclus. Il s'agit de l'unité géologique du cratère, car elle comprend tous les matériaux du sol liés à la formation de ce cratère. Le matériau des éjectas des cratères plus anciens est déjà érodé. Donc sois prudent! Dans nos exercices de cartographie géologique, nous devons cartographier les unités matérielles (roches) qui se sont formées lors d'un événement, et non les formes géomorphiques du paysage.

Ensuite, les élèves doivent colorier l'intérieur des contours avec différentes couleurs, en imaginant leur histoire et en choisissant des couleurs plus fortes pour les formes plus jeunes et des couleurs pâles pour les plus âgées. Dans l'image 3 ci-dessous : 1) cratère – jaune ; 2) remplissage du cratère – ​​vert ; 3) uni - rose ; 4) crête ridée, île - rouge, 5) surface rugueuse et roulante - brun jaunâtre, 6) canal sinueux - bleu, avec des points, 7) tranchée droite - brun foncé.

Image 3 : Carte de Mars avec contours et zones colorées. Crédits : Henrik Hargitai

À ce stade, les élèves peuvent imaginer quels événements ont dû se produire avant et lesquels après en fonction de la relation des reliefs (croisement, chevauchement). Ils doivent ensuite marquer les unités de la même couleur avec des lettres : la couche la plus jeune (la plus haute) sera l'unité « A », la plus ancienne sera « B », etc.

Image 4 : Carte de Mars avec historique. Crédits : Henrik Hargitai

Étape 7

• Montrez la première page du document contenant les solutions aux élèves, en vérifiant avec eux si l'histoire qu'ils ont imaginée est correcte.

Activité 2, 3, 4

Dans le document et le document avec solutions, nous fournissons des images à utiliser pour reproduire l'activité sur d'autres zones géologiques.

Évaluation

Quatre images différentes de Mars sont fournies pour être utilisées dans cette activité. L’un d’eux peut être utilisé comme évaluation finale pour comprendre ce que les élèves ont appris de cette activité.

Sur cette carte, les enseignants peuvent demander aux élèves de :

• Étiqueter les unités géologiques similaires en utilisant des termes descriptifs

• Distinguer correctement le relief positif du négatif

• Nommer les unités de surface de manière descriptive et attribuer également une interprétation à chaque unité

• Attribuer des processus géologiques en tant que catégories aux motifs et formes de surface

• Classer les unités par ordre chronologique

CITATION

Henrik Hargitai; Livia Giacomini; Federica Duras, 2023, Become a Geo-detective!,

astroEDU, 2301

MOTS CLÉS

volcan, cratère, mars, science planétaire, carte planétaire, géologie, géographie, terre

CATÉGORIE

Terre, Autre, Le système solaire

ÂGE

12 - 16

NIVEAU

Collège Secondaire

TEMPS

2h

GROUPE

Groupe

COÛT

Gratuit

COMPÉTENCES

Analyser et interpréter des données, Construire des explications

TYPE D'APPRENTISSAGE

Groupes de discussion, Apprentissage par découverte guidée, Résolution de problèmes basée sur l’observation

ACCESSOIRES

Introduction (ppt)

Polycopié SANS solutions (pdf)

Polycopié AVEC solutions (pdf)

TÉLÉCHARGEMENTS