Geosciences 3D – Un projet d’animations et de logiciels de Sciences de la Terre

J’ai fait partie d’un partie d’un petit groupe qui a commencé à monter sous la direction de Nicolas Coltice et la réalisation de Frédéric Urien et Tom Rivière (Université de Lyon) des vidéos explicatives et des logiciels utilisables en classe. Je n’ai participé qu’à deux d’entre eux mais la collection de ce groupe s’étoffe très rapidement. Les utilisations sont multiples et peuvent être faits à différents niveaux d’enseignements. Ce projet s’appelle Geosciences 3D.

Geosciences 3D

Mouvements d’une plaque rigide sur la surface de la terre
Cette vidéo présente le théorème d’Euler qui est au centre de la théorie de la tectonique des plaques. En effet, le théorème d’Euler permet de décrire la vitesse en tout point d’une plaque rigide en mouvement sur une sphère.
La 3D permet ici d’illustrer de manière efficace, contrairement à des projections 2D, ce théorème de géométrie sphérique qui a joué un rôle crucial dans l’établissement d’une théorie fondamentale les géosciences modernes.
Tectonique des plaques
Cette vidéo représente le mouvement relatif de 3 plaques à la surface d’une sphère. L’usage de la 3D présente comment le mouvement d’une plaque rigide correspond à une rotation en bloc. Les failles transformantes se situent sur des lieux géométriques liés à cette rotation. Sur une sphère, la vitesse varie à l’intérieur des plaques rigides sans que celles-ci ne se déforment. Ainsi, cet exemple simple montre les principales caractéristiques de la théorie de la tectonique des plaques.
Les ondes sismiques
Cette application 3D interactive permet de visualiser le déplacement du sol lors du passage des ondes sismiques de volume P et S (horizontale et verticale), et des ondes de surface Rayleigh et Love.
Le déplacement est modélisé sur un bloc 3D que l’on peut positionner à une distance choisie d’un séisme proche de la surface. L’enregistrement du déplacement par un sismomètre virtuel permet de mettre en évidence les différences de vitesse entre ces ondes sismiques.
Mécanismes au foyer
Cette application permet de relier la propagation des ondes sismiques après un séisme et l’enregistrement sismologique au mouvement de la faille active. L’utilisateur peut placer des sismomètres comme il le souhaite sur le terrain et observer le premier mouvement des ondes P après déclenchement du séisme. Il peut également orienter la faille et changer son sens (dextre ou senestre)
De l’atome à la roche
Cette vidéo montre comment est composée une roche, dans ce cas une péridotite qui est la roche caractéristique du manteau supérieur. Il s’agit ici de montrer la structure 3D d’une roche à différentes échelles : celle de l’atome, celle du minéral et celle de la roche.
La 3D permet ici de présenter clairement l’arrangement des atomes formant un cristal et la structure de minéraux importants du manteau: l’olivine et les pyroxènes.
Propagation des ondes sismiques
Lorsqu’un séisme se produit, des ondes se propagent à l’intérieur et le long de la surface de la Terre. Les sismomètres enregistrent un peu partout sur le globe ces signaux complexes et variés. Cette application permet de visualiser la différence de propagation et d’enregistrement entre les ondes de volume (ondes P et ondes S) et les ondes de surface (ondes de Rayleigh et ondes de Love), dans un cas très simplifié : une Terre homogène, qui n’aurait donc pas de noyau. Seules les ondes directes sont montrées.
Placer votre séisme, placez vos sismomètres, et suivez la propagation et l’enregistrement des ondes. Ce qu’est un hodochrone n’aura plus de secret.
Mouvements des plaques tectoniques
Cette application 3D interactive permet positionner à la surface d’une sphère des plaques tectoniques simplifiées de différentes tailles, et de choisir le pôle d’Euler et la vitesse angulaire permettant de décrire leur mouvement. Les vitesses en surfaces varient en fonction de la position du pôle et de l’intensité de la rotation. La cinématique de surface produite décrit une tectonique des plaques virtuelle et peut être ensuite projetée sur une carte.
Déformation cassante des roches
Cette vidéo présente le mécanisme de la déformation cassante. La déformation est observée à l’échelle atomique, celle du minéral et celle de la roche.
L’objectif est ici de montrer comment s’opère le mécanisme de déformation, qui génère les failles et les tremblements de Terre. Dans le cas présenté d’une contrainte uniaxiale, la géométrie de la faille et d’une fracture est présentée.
Déformation ductile des roches
Cette vidéo présente un mécanisme de déformation ductile, ici par diffusion des lacunes dans les cristaux.
Il existe d’autres mécanismes de déformation ductile (dislocation par exemple), mais les principes restent proches : la déformation ductile produit des zones de cisaillement avec une déformation continue, contrairement aux failles. Le mécanisme est présenté à l’échelle atomique, du minéral et de la roche.
La dérive des continents
Cette application 3D interactive permet de se mettre dans la peau d’Alfred Wegener, qui a proposé la dérive des continents en 1912. Il s’agit ici de reconstituer la position des continents lorsqu’ils formaient la Pangée il y a plus de 200 Ma, en utilisant les données topographiques, paléoclimatiques, géologiques et paléontologiques.
Grâce à la 3D temps réel, il est très facile de manipuler les continents et de les positionner sur le globe pour reformer la Pangée.


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