1. Sciences de la Terre « Géologie »

1.1    Sciences de la Terre : Aspect historique et fonctionnaliste

Les travaux de Gohau (1990) ont montré que la géologie est à la fois une science historique et fonctionnelle. Au cours des années, elle s’est divisée progressivement en de nombreuses disciplines. Mais son évolution générale reste marquée par deux grands axes de recherche : la description de l’écorce terrestre telle qu’elle se présente aujourd’hui (Aspect fonctionnaliste) et l’histoire des phénomènes qui sont à l’origine de cet état (Aspect historique).

La géologie historique s’intéresse à la reconstitution des faits et des événements géologiques que la terre ait connu depuis sa naissance. Ces événements sont enregistrés dans les couches sédimentaires, dans les formations magmatiques plutoniques et volcaniques, et lors de la formation des chaines de montagnes et des différents types de déformations tectoniques qui leurs accompagnent.

La reconstitution s’effectue en fonction du temps, ce qui a donné l’établissement d’une échelle chronologique permettant de positionner les phénomènes et les événements géologiques les unes par rapport aux autres. Cette échelle des temps géologiques est divisée en “Ere” (Primaire I, Secondaire II, Tertiaire III, …). Chaque ère est divisée en systèmes (par exemple, le secondaire est divisé en Trias, jurassique et crétacé), eux-mêmes divisés en sous-systèmes puis en étages. Ces périodes sont maintenant datées par les méthodes de la géochronologie absolue en utilisant la propriété de la désintégration des isotopes instables (U, K, Rb, C, etc.) de certains éléments radioactifs.

La géologie fonctionnaliste correspondante à l’analyse du fonctionnement actuel ou passé du globe terrestre, permet de mettre en évidence plusieurs phénomènes géologiques constituant la géodynamique. Cette dernière est divisée en géodynamique externe et géodynamique interne. La géodynamique externe s’applique à tous les phénomènes qui se déroulent dans la partie superficielle de la terre, de l’hydrosphère et de la biosphère. Pour la géodynamique interne, c’est le domaine des phénomènes profonds (métamorphisme, magmatisme et déformation tectoniques). Dans un ordre de grandeur supérieur, celui des chaînes de montagnes, la géologie structurale se préoccupe davantage de reconstituer les évènements, de les dater les uns par rapport aux autres. Elle revêt donc un aspect historique que nous ne pouvons pas négliger.

 

Les Sciences de la Terre est vaste domaine de recherche qui comparent plusieurs axes de recherche.

1.2    Axes de recherche des sciences de la Terre

Les sciences de la Terre comprennent plusieurs domaines scientifiques dont nous distinguons des champs fondamentaux et autres appliqués.

1.2.1      La géologie fondamentale

L’objectif essentiel de la géologie fondamentale est de reconstituer l’histoire du globe terrestre en exploitant les indices de terrain. Les études géologiques se basent principalement sur les questionnements, les théories, les hypothèses, les modèles, l’observation, l’expérimentation et l’étude des terrains géologiques. Afin de réussir ces différentes études géologiques, les géologues se focalisent sur trois volets principaux : la connaissance des matériaux de l’écorce terrestre (minéralogie et pétrologie), l’analyse des processus opérant à la surface et à l’intérieur de la terre (volcanisme, sédimentologie, tectonique, sismologie), et la détermination de la succession des évènements qui fait l’objet de la géologie historique (stratigraphie et paléogéographie). Ainsi, nous distinguons plusieurs disciplines dont :

• La stratigraphie : Science qui étudie la succession des dépôts sédimentaires dans le but d’établir une chronologie stratigraphique permettant par la suite de reconstituer dans sa continuité l’histoire de la Terre enregistrée dans les formations sédimentaires.
• La sédimentologie: C’est est une branche de la géologie, qui étudie les processus de formation des roches sédimentaires, et les différents milieux sédimentaires : le milieu continental, le milieu mixte et le milieu marin.
• La Géologie structurale: Cet axe consacre l’étude sur les mécanismes et géométrie des déformations de l’écorce terrestre, les notions physiques et expérimentales de la déformation des roches.  Il s’intéresse aussi à la description des déformations (souples et cassantes) et des contraintes qui les engendrent.
• La paléontologie: Elle est définie comme étant la branche des sciences de la terre qui s’intéresse aux restes ou des traces d’organismes anciens. Ces restes ou traces d’organismes sont appelés fossiles ou subfossiles.
• La Géomorphologie: Elle consiste à la compréhension générale des processus responsables de la genèse des grands ensembles morphologiques. Elle étude de façon détaillée les formes de terrain.
• La pétrologie: La pétrologie s’intéresse aux mécanismes, qui sont à l’origine de la formation et de la transformation des roches. Nous distinguons la pétrologie magmatique, la pétrologie métamorphique et la pétrologie sédimentaire.
• La Minéralogie: Science qui traite  l’étude des minéraux de la croûte terrestre, mais aussi de ceux trouvés dans l’espace, qu‘ils proviennent d’échantillons lunaires ou de météorites. Le minéralogiste étudie la formation, la présence, les propriétés physiques et chimiques, la composition et la classification des minéraux. C’est un champ aussi vaste qui permet d’étudier la distribution des éléments chimiques dans le sol, l’hydrosphère et l’atmosphère. La minéralogie économique rend compte de la formation des minerais d’importance économique ou stratégique.

 

1.2.2      La géologie appliquée

Elle comprend les disciplines suivantes :

• La géochimie: C’est est une discipline, qui applique les outils et concepts de la chimie à l’étude de la Terre. Elle a pour objectif la connaissance des cycles par lesquels la plupart des éléments chimiques sont conduit alternativement en surface et en profondeur au sein de la Terre.
• La Géophysique: La géophysique est la branche des sciences de la terre, qui s’intéresse à l’étude de la Terre par des méthodes de physique quantitative, entre autres, par la mesure de divers paramètres physiques du sous-sol. Il s’agit des techniques utilisables aussi bien pour réaliser des études structurales générales dans le cadre de l’hydrogéologie et de l’environnement.
• La Géostatistique: La géostatistique est une discipline à la frontière entre les mathématiques et les Sciences de la Terre.  Son principal domaine d’utilisation   historique a été l’estimation des gisements miniers, mais son domaine d’application actuel est beaucoup plus large, tout phénomène spatialisé peut être étudié en utilisant la géostatistique.
• La Géotechnique: La géotechnique est l’étude des sols et des roches en relation directe avec la construction d’ouvrages.
• La géodésie: L’étude mathématique de la terre, qui permet de déterminer sa forme et sa dimension, fait partie de la géodésie.
• La géostatique : L’application des méthodes statistiques aux problèmes géologiques et en particulier l’évaluation des gisements miniers.
• Le Système d’Information Géographique (S I G) : Un ensemble organisé de matériels informatiques, de logiciels, de données géographiques et de personnel capable de saisir, de stocker, de mettre à jour, de manipuler, d’analyser et de présenter toutes formes d’informations géographiquement référenciées.
• La Télédétection: Elle désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l’acquisition d’informations sur un objet ou un phénomène, par l’intermédiaire d’un instrument de mesure n’ayant pas de contact avec l’objet étudié.  C’est l’utilisation à distance d’un avion, d’un engin spatial, d’un satellite et de n’importe quel type d’instrument permettant l’acquisition d’informations sur l’environnement. On fait souvent appel à des instruments tels qu’appareils photographiques, lasers, radars, sonars, sismographes ou gravimètres. La télédétection moderne intègre normalement des traitements numériques, mais elle peut aussi bien utiliser des méthodes non numériques.
• L’hydrogéologie: Nommée hydrologie souterraine, c’est une branche de la géologie spécialisée dans la découverte et le captage des eaux du sous-sol.
• L’hydrologie: Elle s’occupe de la distribution et de la circulation de l’eau souterraine dans les sols et les roches.

Les sciences de la terre sont multiples. Cette diversité d’axes de recherches scientifiques, et le fait que la géologie représente un carrefour de plusieurs champs de savoirs et de recherches, rend le choix des savoirs à enseigner par les concepteurs des programmes une tâche difficile demandant un travail didactique profond.

 

1.3    Sciences de la Terre en relation avec le temps et l’espace

La discipline des sciences de la Terre entretient des relations étroites avec le temps et l’espace.

Relation avec le temps : Difficultés à appréhender des temps longs imperceptibles à l’échelle de la vie humaine sachant que l’unité de mesure de temps en géologie est le million d’année MA. En plus des obstacles d’élaboration d’un raisonnement de type diachronique, c’est- à dire, situer les phénomènes géologiques dans leur chronologie (Dodick et Orion, 2003), à saisir le rôle de la contingence dans l’histoire géologique (Gould, 1990) et à appréhender le dynamisme de phénomènes dont la vitesse de réalisation les rend inaccessibles à l’observation (Raab et Frodman, 2002). En effet, l’histoire de la terre se déroule sur une période sans commun mesure avec l’échelle de la vie humaine. Il est très difficile d’appréhender la durée des phénomènes géologiques et de les comparer à la durée des phénomènes se déroulant sur des échelles de temps très diverses (Ault, 1994).

Relation avec l’espace :  Selon Ghalloudi et al.  (2006) et Sanchez (2003), il y a des difficultés à appréhender les différentes échelles impliquées ; à s’orienter dans l’espace, à passer de représentations bidimensionnelles à des représentations tridimensionnelles ou à changer de référentiel d’observation. Ceci demande la maitrise de nombreux concepts de chimie, de physique, de biologie et de mathématique, nécessaires à l’acquisition de principes essentiels (cité par Lamarti et al., 2009).

Dans notre recherche, nous nous sommes intéressés donc à l’étude des problèmes d’enseignement-apprentissage d’un concept scientifique intégrateur en ST « Tectonique des plaques », qui nous incite ainsi à définir ce dernier, ainsi que les concepts didactiques en relation.

Auteur Pr : Radouan CHAKOUR