Auteur : Vivien FREISS

Cycle et niveau de classe 

Cycle 4 
Thème : La planète Terre, l’environnement et l’action humaine
Dynamique interne de la Terre et tectonique des plaques

Objectifs pédagogiques 

Identifier et interpréter des structures géologiques (failles, plis, laves en coussins) dans le Jura et les Alpes, puis les mettre en relation pour montrer qu’elles témoignent d’un contexte de convergence et de collision continentale à l’origine de la formation des Alpes.

Compétences et capacités travaillées 

• Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
• Expliquer les phénomènes naturels à partir de données observables
• Utiliser des outils numériques
• CRCN 1.2 Gérer des données
• CRCN 1.3 Traiter des données

Outils numériques - intérêt et limites 

Géoportail permet de situer et caractériser le relief de la zone d’étude. Les données LiDAR HD de l’IGN, exploitées avec CloudCompare, permettent de produire un MNT et de révéler des structures du relief non visibles directement. Cette approche donne accès à des données brutes et à leur traitement, mais nécessite un guidage précis pour éviter une focalisation sur l’aspect technique au détriment de l’interprétation.

Présentation de la séance 

Organisation : En groupe ou individuel / Durée : 2h

Problématique : Les chaînes de montagnes font partie des paysages les plus impressionnants de la surface de la Terre. Elles s’étendent parfois sur des milliers de kilomètres et culminent à plusieurs milliers de mètres d’altitude.
Leur formation résulte de phénomènes géologiques lents, qui transforment profondément la surface de la planète au cours de millions d’années.
Comment l’étude de différentes structures géologiques permet-elle de reconstituer l’histoire de la formation des Alpes ?

Consignes :

Étape 1 : Le Jura, les contreforts des Alpes

Le massif du Jura est une chaîne de montagnes située dans l’est de la France, le long de la frontière avec la Suisse. Bien que distincts, par leur relief et leur altitude, le Jura et les Alpes présentent une origine géologique commune, liée à une même histoire à l’échelle de la région. Étudier le Jura permet de comprendre la formation des Alpes. Vous allez étudier une zone précise dans la massif du Jura, pour l’observer cliquez ici

 Vous allez chercher dans cette zone des indices permettant de mettre en évidence les phénomènes impliqués dans la formation des Alpes.

Question 1 : Observez le paysage proposé. Décrivez, en quelques mots, l’organisation générale du relief. Qu’est-ce qui empêche de bien observer l’organisation du relief sur ces photographies aériennes ?

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Afin d’observer plus précisément l’organisation du relief, vous allez produire un Modèle Numérique de Terrain (MNT) à partir de données LiDAR.
Suivre la fiche technique afin d’extraire le MNT à partir du nuage de points.

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Question 2 : Le MNT donne-t-il des nouvelles informations quant-aux structures présentes dans le paysage ? Si oui, décrivez-les.

Question 3 : Pour appuyer votre observation précédente, choisissez une structure visible du paysage (bande ou strate).
Suivez-la visuellement dans différentes zones du relief. Que remarquez-vous ? Rédigez un court texte décrivant précisément ce que vous observez.

Question 4 : À partir de vos observations du MNT, proposez une ou plusieurs hypothèses permettant d’expliquer les différences observées dans l’organisation du relief.

Étape 2 : Les pillow-lavas ou laves en coussins du Massif du Chenaillet, dans les Alpes

Document 1 : L'affleurement de Pillow-lavas du Collet Vert (massif du Chenaillet)

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Document 2 : Morphologie des pillow lavas du massif du Chenaillet, Hautes Alpes

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Question 5 : Observez attentivement les photographies et décrivez la forme et l’organisation des roches observées.

Document 3 : Vidéo sur la formation des Pillows Lavas dans l’océan Pacifique (volcan Kïlauea)
Question 6 : À partir du document 3, indique dans quel milieu ces roches se forment habituellement.
Question 7 : Que permet d’affirmer la présence de ces roches à cette altitude sur l’histoire géologique de cette région ?

Étape 3 : Les plis alpins

Document 4 : La rivière Ardèche avec ses galets, et aux abords de la rivière de grandes falaises calcaires.

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Document 5 : Le cœur du pli-faille faille du Ravin de Saint Antoine, au-dessus de Bourg d'Oisans

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Document 6 : Pli de Saint Julien en Beauchêne (Hautes Alpes).

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Question 8 : Observez la photographie des roches sédimentaires dans les Alpes, décrivez l’organisation des couches rocheuses et indiquez ce que cette organisation révèle sur les contraintes qu’elles ont subies.
Question 9 : À l’aide de l’ensemble des documents étudiés (MNT du Jura, roches du Chenaillet, roches sédimentaires déformées) et afin de conclure votre raisonnement sur l’histoire de la formation des Alpes, indiquez si l'hypothèse de la question 3 est confirmée. Corrigez-la ou complètez-la là si nécessaire.
 

Supports :

• Fiche activité élève (version modifiable)
• Nuage de points
• Vidéo protocole d'utilisation de Cloud Compare
• Document 1 : L'affleurement de Pillow-lavas du Collet Vert (massif du Chenaillet)
• Document 2 : Morphologie des pillow lavas du massif du Chenaillet, Hautes Alpes
• Document 3 : Vidéo sur la formation des Pillows Lavas dans l’océan Pacifique (volcan Kïlauea)
• Document 4 : La rivière Ardèche avec ses galets, et aux abords de la rivière de grandes falaises calcaires.
• Document 5 : Le cœur du pli-faille faille du Ravin de Saint Antoine, au-dessus de Bourg d'Oisans
• Document 6 : Pli de Saint Julien en Beauchêne (Hautes Alpes).

Copies des élèves :

• Exemple 1
• Exemple 2
• Exemple 3

Bilan et retour des élèves 

L’activité a été expérimentée auprès de quatre classes de quatrième, soit environ une centaine d’élèves, lors de deux séances d’une heure organisées en binômes. Tous les élèves ont produit eux-mêmes un Modèle Numérique de Terrain (MNT) à partir d’un nuage de points LiDAR téléchargé via l’ENT puis traité avec le logiciel CloudCompare. 
Cette activité constituait leur première confrontation avec CloudCompare. La prise en main du logiciel s’est révélée particulièrement exigeante. Lors de la première expérimentation, seuls deux groupes sur douze sont parvenus à produire un MNT exploitable. Cette première mise en œuvre a conduit à une révision du tutoriel afin de simplifier certaines étapes et de renforcer le guidage proposé aux élèves. Grâce à ces adaptations, le taux de réussite a fortement progressé dans les classes suivantes, atteignant environ 80 % des élèves. Malgré cette amélioration, CloudCompare demeure un logiciel peu intuitif pour des élèves de quatrième et nécessite un accompagnement important de l’enseignant. 

L’un des principaux points de vigilance concerne le sens donné aux manipulations numériques. Les élèves peuvent rapidement se concentrer sur les aspects techniques du traitement du nuage de points et perdre de vue l’objectif scientifique de la séance. Il apparaît donc indispensable d’expliciter régulièrement le rôle de chaque étape afin de maintenir le lien entre les manipulations réalisées et les questions géologiques étudiées. 

L’exploitation des données LiDAR constitue cependant un puissant levier d’engagement. L’obtention du modèle numérique de terrain produit un fort effet de surprise chez les élèves. La possibilité de supprimer virtuellement la végétation afin d’observer uniquement la forme du relief suscite un réel enthousiasme et renforce leur implication dans l’activité. L’effet « waouh » associé à l’apparition du MNT constitue un moteur important de motivation. 

Du point de vue des apprentissages, l’identification des structures géologiques observées sur le MNT nécessite la maîtrise préalable des notions de strate et de roche sédimentaire. Une fois ces notions mobilisées, le décalage des strates apparaît clairement sur le modèle numérique de terrain et a été identifié par la quasi-totalité des groupes. Les élèves formulent alors des hypothèses faisant généralement intervenir l’application de contraintes importantes sur les roches. En revanche, la notion de rapprochement des plaques ou de collision lithosphérique est rarement évoquée spontanément à ce stade de l’activité. 

L’étude successive des laves en coussins du Chenaillet puis des plis alpins permet d’enrichir progressivement le raisonnement. Les élèves comprennent que certaines roches observées aujourd’hui en altitude se sont formées dans un environnement océanique et que les couches sédimentaires ont subi d’importantes déformations. Les productions recueillies montrent que la majorité des binômes parvient finalement à reconstruire un scénario cohérent associant fermeture d’un domaine océanique, rapprochement des plaques lithosphériques et formation des Alpes. 

Cette activité met particulièrement en évidence la plus-value des données LiDAR dans l’enseignement de la tectonique des plaques. Les structures géologiques étudiées sont invisibles sur les photographies aériennes classiques et difficilement identifiables autrement que par l’utilisation de cartes géologiques spécialisées. Le LiDAR permet ici de révéler directement les strates décalées et de fournir aux élèves un premier indice essentiel pour construire un raisonnement géologique. Sans ces données, l’activité ne pourrait pas être menée dans les mêmes conditions.

Pour aller plus loin / Liens 

Les trois étapes de l’activité peuvent être menées successivement avec l’ensemble de la classe, ou réparties entre plusieurs groupes dans le cadre d’une organisation en mosaïque, afin de favoriser la mise en commun et de différencier les démarches. En cas de contrainte temporelle, le modèle numérique de terrain peut être fourni aux élèves déjà produit, de manière à recentrer l’activité sur son exploitation et son interprétation.
 

Questionnaire

Les TraAM (Travaux Académiques Mutualisés)  permettent de développer des compétences des élèves grâce à des ressources numériques innovantes (exemple : LIDAR)

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