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Propositions d'activités pédagogiques

Mise à jour le 25/03/2014
Par I Veltz

2- Activités pédagogiques

 

Sommaire

 

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Introduction

 

Le travail proposé ici compile une vaste série de données scientifiques issues de nombreux travaux dans différents domaines mais dont le fil conducteur est les "clathrates de méthanes".

Il est construit en 3 parties : Exploration, Exploitation et Géohazard.

Construit sous la forme d'un kml, il est associé à des graphiques construits dans d'un tableur qui permettent d'avoir accès à des données traduites et formatées ou à formater,  utilisables par les élèves.

Certaines feuilles du dossier Excel sont créées en mode "Masqué" c'est à dire que seuls les graphiques sont accessibles aux élèves, vous pouvez néanmoins les ouvrir (clic droit en bas de la page. (Remarque : Les données sont issues de publications scientifiques récentes n'oubliez pas d'en citer les auteurs).

Les activités proposées ici peuvent être utilisées à différents niveaux dans les programmes de lycées et en EDE.

 

 Programmes Connaissances Capacités et Attitudes
Seconde 2010

La répartition des gisements de combustibles fossiles montrent que la transformation et la conservation de la matière organique se déroulent dans des circonstances géologiques bien particulières

La connaissance de ces mécanismes permet de découvrir les gisements et de les exploiter par des méthodes adaptées. Cette exploitation a des implications économiques et environnementales

Extraire et exploiter des informations pour comprendre les caractéristiques d'un gisement de combustible fossile (structure, formation, découverte, exploitation)

1èreS 2011

 Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel utile pour la recherche des gisement d'hydrocarbures. A partir de l'étude d'un exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte :

- d'un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d'une matière organique abondante et à sa conservation.

- d'une tectonique en cours de dépôt et après dépôt qui permet l'enfouissement et la transformation de la matière organique puis la mise en place du gisement.

La rare coïncidence de toutes ces conditions nécessaires explique la rareté des gisements dans l'espace et le temps.

Recenser, extraire et organiser des informations permettant de reconstituer le contexte géographique et géologique à l'époque du dépôt à l'origine de l'hydrocarbure de l'exemple.

découvrir la morphologie et la structure des marges passives à partir des profils de sismique réflexion et/ou des cartes et/ou des coupes.

Analyser les positions relatives des continents et des océans lors des périodes d'absence ou de grandes accumulation de roches mères pour comprendre les conditions favorables à leur dépôt.

modéliser la circulation des fluides de densité différentes non miscibles dans les roches perméables.

comprendre comment une structure géologique associée à un recouvrement imperméable constitue un piège à liquide.

repérer les grandes caractéristique d'un bassin sédimentaire et de quelques roches sédimentaires

Tale S Spécialité 2012

 L'effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique, est un facteur influençant le climat global. La modélisation de la relation effet de serre / climat est complexe. Elle permet de proposer des hypothèses d'évolutions possibles du climat de la planète notamment en fonction des  émissions des gaz à effet de serre induites par l'activité humaine.

Sur de grandes durées, les traces de variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires.

 

 

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Documents à télécharger

 

logo kmz.jpgMéthane.kml logo exel.jpgMéthane.xls

 

Les documents à compléter par les élèves seront téléchargables au niveau de l'activité concernée par le document.

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Remarques préliminaires à l'utilisation du kml

 

Le kml est assez lourd et il contient de nombreuses données, lors de son utilisation il est important de rappeler aux élèves quelques consignes simples qui leur éviteront de faire bugger le programme :

 

  • Ouvrir le fichier Méthane.kml à partir du lien.
  • Laisser le logiciel Google earth s'ouvrir et au besoin décocher dans l'onglet Affichage : "Atmosphère" et "Surface de l'eau".
  • Choisir l'un des dossiers proposés en ouvrant la dichotomie pour cela : appuyer sur le petit triangle blanc avant la case à cocher (comme dans l'exemple ci dessous). Il faut d'ailleurs éviter de cocher les cases sous peine d'avoir une surcharge d'informations superposées, il est préférable d'attendre d'être sur le bon dossier avant de l'ouvrir  .
1’.jpg

1’’.jpg

 

  • Une aide à l'affichage et à la navigation est disponible en cliquant sur le dossier info.jpg

Le kml présente des liens externes vers des documents (images, pages web ...) qui ne s'ouvriront pas toujours si votre réseau n'est pas dynamique ou si le webmaster les bloque. Il est possible de les désactiver et de ne travailler que sur les données en "local".

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Propositions d'activités 

 

Les clathrates de méthanes étant des éléments stables sous certaines conditions de pression et de température leur gitologie, leur exploitation et les risques qu'ils constituent sont liés à ces caractéristiques (cf image ci-dessous, données accessibles sur le fichier Méthane.xls, page "Limite de stabilité") .

PT.jpg

 

Ce document associés à une rapide explication sur ce qu'est un hydrate de méthane (cf : synthèse) peut servir de document d'appel pour les différentes thématiques évoquées par la suite. Pour des élèves en section Euro ou Inter un film de l'USGS téléchargeable ici peut servir de document d'appel.

 

1- Exploration. 

 

Des campagnes de recherche océaniques et continentales au niveau du cercle arctique ou dans certaines montagnes ont été menées par plusieurs pays dont les USA, le Japon, l'Allemagne, la Corée, la Chine, l'Inde ... et la France.

 

Exploration marine :

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse

 

 

  • Ouvrir le fichier "méthane.kmz" puis le dossier "exploration"
  • Cliquer sur le dossier "Echantillons d'hydrates de méthanes découverts dans les prélèvements".
  • Cliquer sur le dossier "Gisements supposés (basé sur des données sismiques)"
  • En passant sur certaines punaises avec la souris il est possible si la main se transforme en flèche d'accéder à des données sur les sites, cliquer sur les liens

Il est possible de localiser l'état des découvertes effectuées par les grands programmes de recherche océanique.

 

 
  • Localiser sur le même planisphère les gisements supposés.

 

  • Tirer une conclusion sur les endroits où le méthane forme des gisements.
  • Lister les indices observables permettant de dire que du méthane est présent dans le sédiment.

 map methane.jpg

télécharger la carte : USCG

une petite animation localisant les principaux gisements et téléchargeable ici

 

                 

 

Exploration sur les continents :

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le fichier "méthane.kmz" puis le dossier "Exploration"

 

  • Ouvrir sur le dossier "Exemples de gisements continentaux" puis "quelques sites continentaux en cours d'exploration".

 

  • Ouvrir le dossier "permafrost-pergelisol" et cliquer sur le titre du dissier "permafrost-pergélisol" afin d'obtenir un complément d'information.

 

 

  • Ouvrir le premier lien.
  • Ouvrir le troisième lien.

Il est possible de localiser l'état des découvertes effectuées sur les continents.

 

  • Localiser les gisements en Alaska, en Sibérie et en Chine, rechercher les caractéristiques de ces différents sites afin de comprendre pourquoi ils contiennent des gisement d'hydrates de méthane.
 
  • Relier ce type de gisements continentaux à la présence de pergelisol.

 

  • Observer ce qu'est un pergelisol.
  • Relier ces informations aux sites en cours d'exploration et suggérer d'autres endroits potentiellement explorables sur terre.

 

Aide possible : Il et possible de coupler ce travail aux données sur les régions climatiques du dossier "Climat du Globe"  en utilisant le Dossier "Climat observé" et "Climats actuels" afin de rechercher des endroits sur terre où le climat serait favorable à ce type de gisement     

autre.jpg

Superposition des sites en cours d'exploration et des types de climats.

 

 

Gisements sur la marge passive atlantique : 

  • Ouvrir le fichier "méthane.kmz" puis le dossier "Exploration"
  • Ouvrir le dossier "Exemples de campagne de recherche en mer" puis le dossier "campagne ODP 164, Blake plateau" ; en cliquant sur le nom du dossier, il est possible d'accéder à quelques informations et à quelques photos.

 

Ce dossier contient plusieurs activités possibles dont certaines sont basées sur le même type de travail mais à des endroits différents et permettent ainsi de panacher les activités sur une séance. Ainsi le dossier CRH1-2 est équivalent à BHR. D'autres activités sont à faire dans un certain ordre : l'activité CFD est à réaliser après l'une des précédentes et BRD1 à la fin.

Ce dossier regroupe les résultats des forages ou/et des données des profils sismiques (OIDP) qui vont permettre de comprendre la structure du gisement d'hydrate de méthane. En fonction des activités choisies télécharger les documents élèves à compléter dans la liste suivante :

logo pdf.jpgprofil CRH 1-2 logo pdf.jpgprofil BHR logo pdf.jpgprofil CDF

 

Il est nécessaire ici d'expliquer à l'aide d'un document le concept de BSR aux élèves à l'aide par exemple des documents de la figure 9 et de la figure 8 de la page de synthèse.

 

Activité CRH 1-2

Le profil sismique réalisé par le bateau de recherche sur le trajet "ligne 41" montre l'apparition de plusieurs réflecteurs dans le sédiment. On cherche à vérifier que ce réflecteur correspond bien à la BSR et qu'en forant là où il est présent, on trouvera un gisement de méthane. Les données sismiques sont consignées dans le dossier "isobathes et limites probables de la BSR", les emplacement prévus des différents forages correspondent aux punaises.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier "CRH 1-2" et cliquer sur la ligne "profil ligne 31" pour faire apparaître le profil d'élévation (profil bathymétrique) de cette ligne qui apparait en bas de l'écran.

 

 

  • Ouvrir le dossier "isobathes et limites probables de la BSR" et en cliquant successivement sur chaque ligne isobathe faire apparaitre sa profondeur dans le sédiment.

Réaliser les activités suivante, compléter le document et proposer les résultats attendus de ces carottages.

  • Localiser précisément l'emplacement des deux forages sur le document "profil  CRH1-2 ligne 41" à l'aide de flèches légendés.
  • Dessiner en respectant l'échelle d'un trait vertical l'emplacement et la profondeur de la carotte récoltée de chaque forage.
  • Représenter la profondeur de la BSR à ses coordonnées sur le document.
  • Relier les points et dessiner la surface de la BSR en rouge
  • Sur les traits des carottages, colorier en rouge la zone contenant les hydrates de méthane et en vert celle où on peu s'attendre à observer des gaz libres.

Une petite animation permetant d'expliquer comment on obtient des profils simiques sous marins est téléchargeable ici.

 
                

 

 

 

 

éléments de correction

profil chr1-2 corrigé red.jpg

 

Activité BHR

Le profil sismique réalisé par le bateau de recherche sur le trajet "ligne 31" montre l'apparition de plusieurs réflecteurs dans le sédiment. On cherche à vérifier que ce réflecteur correspond bien à la BSR et qu'en forant là où il est présent, on trouvera un gisement de méthane. Les données sismiques sont consignées dans le dossier "isobathes et limites probables de la BSR", les emplacement prévus des différents forages correspondent aux punaises.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse

 

  • Ouvrir le dossier "BHR" et cliquer sur la ligne "profil " pour faire apparaître le profil d'élévation (profil bathymétrique) de cette ligne qui apparait en bas de l'écran.

 

 

  • Ouvrir le dossier "isobathes et limites probables de la BSR" et en cliquant successivement sur chaque ligne isobathe faire apparaitre sa profondeur dans le sédiment.

Réaliser les activités suivante, compléter le document et proposer les résultats attendus de ces carottages.

 

  • Localiser précisément l'emplacement des différents forages sur le document à l'aide de flèches légendés.
  • Dessiner en respectant l'échelle d'un trait vertical l'emplacement et la profondeur de la carotte récoltée de chaque forage.
  • Représenter la profondeur de la BSR à ses coordonnées sur le document.
  • Relier les points et dessiner la surface de la BSR en rouge
  • Sur les traits des carottages, colorier en rouge la zone contenant les hydrates de méthane et en vert celle où on peu s'attendre à observer des gaz libres.

 

 

 

                

 

 

 

 

élément de correction :

bhr corrigé red.jpg

 

Activité CFD et BRD1 - Gisements et Diapirs

Le dossier CFD regroupe les données mises en évidence par sismique. 12 points ont été repérés, certain correspondent à des forages superficiels du sédiment, d'autres indiquent la présence du réflecteur BSR et de sa profondeur probable.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier "CFD" et cocher tous les éléments.
 
  • Cliquer sur la ligne19' et faire apparaître son profil d'élévation.
 
  • Centrer l'écran sur cette structure, dans la barre d'outil "Ajouter", cliquer sur polygone et sans fermer la fenêtre (en la déplaçant seulement si elle gène) et en sélectionnant dans l'onglet "Altitude" puis dans le menu déroulant "au niveau du fond marin"

 

poligonea.jpg

 

  • Délimiter en déplaçant la souris à la surface de cette structure et en prenant soin qu'elle couvre la zone concernée.
  • Valider par "Ok".

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "BRD1" et à l'aide des fonctionnalités du logiciel (trajet, polygone), montrer que ce site correspond aussi à une structure identique à celle du site CFD.

On cherche à localiser les hydrates de méthane et d'en déterminer les gisements.

 

  • A l'aide des informations recueillies sur chaque site, représenter sous forme d'un trait rouge la BSR où elle a été observée .
 
  • Certains sites montrent des remontés de méthane à la surface du sédiment (suintements), proposer une explication à ce phénomène.

 

  • Comparer le profil à celui que vous avez complété, quelle structure géologique peut on mettre en évidence?

 

  • Appeler l'enseignant pour vérification.

 

Certains carottages ont mis en évidence la présence de sel dans le sédiment, hors le sel se dépose généralement lorsque l'eau est peu profonde, au moment de l'ouverture de l'océan par exemple. C'est un des premiers sédiments à se déposer dans le rift, donc sur les fonds qui divergents.

  • Sachant que le sel est un "sédiment" assez instable, proposer une explication sur l'origine de la structure mise en évidence ici et sur l'effet de sa mise en place sur le gisement de méthane.

 

  • Compléter le document en dessinant cette structure au sein des sédiments.

 

 

 

  • Appeler l'enseignant pour validation.
  • Il est possible de s'aider en passant la souris sur le fond marin afin d'observer les variations bathymétriques (valeurs d'élévation à côté des coordonnées GPS) 

élévation.jpg

  • Il est possible de modifier la surface représentée, même une fois validée : dans le menu de gauche, pointer le polygone et faire un clic droit, dans la fenêtre cliquer sur "propriété" afin de ré-ouvrir la fenêtre de réglage, puis il est possible de déplacer un a un les points (rouges) du polygone pour le modifier.

poligone.jpg

Polygone attendu pour CFD:

correction diapir polygone.jpg

éléments de correction pour le profil CDF

profil cfd correction red.jpg

polygone attendu pour BRD1

CFD correction diapir polygone.jpg

 

Gisements sur les marges actives :

 

Des plumes de méthanes au large de Vancouver.

Des signes assez impressionnants de présence de méthane : des plumes (ou panaches), ont été observés au large de l'île de Vancouver. On cherche à comprendre comment s'organisent les gisements de méthane dans ce genre de marge tectoniquement instable, afin de savoir si ce sont des causes naturelles (physico-chimiques, océanologiques ou géodynamiques) qui sont responsables de ces plumes. 

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier   "Campagne ODP 889/890 Cascadian Margin" puis "signes de la présence de méthane dans les sédiments".

 

 

  • Zoomer suffisament (altitude env. 1km) sur les punaises bleues de Clayoquot slop, en cliquant dessus des informations indiquent l'importance de ces émissions de méthane.

 

  • A l'aide des fonctionnalités du logiciel, tracer un trajet passant par les plumes, entre la côte et la plaine abyssale; et avant de valider par "Ok", dans l'onglet altitude choisir "au niveau du fond marin" .

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "température de l'eau sur le fond", cliquer au niveau des plumes les lignes isothermes afin de connaitre la température de l'eau à cet endroit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "Méthane.xls", et choisir "évolution de la pression/profondeur".

 

 

 

  • Cliquer sur l'onglet "limite de stabilité" du dossier Excel.

 

 

  • Cliquer successivement sur les onglets du dossier Excel
  • Copier le profil d'élévation (copie d'écran) puis le coller sur une page du logiciel "Paint". Mettre en forme le document pour ne conserver que le profil.

 

  • Appeler l'enseignant afin qu'il valide le travail et pour demander une impression.

 

 

  • Tracer le niveau de la mer et représenter à leur emplacement sur le profil, les plumes en prenant soin de respecter leur hauteur en partant du fond.

 

 

 

 

  • Noter sur le profil la température de l'eau au niveau de la base des plumes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Rechercher la valeur de la pression aux profondeurs où les plumes apparaissent et la noter à coté de la température.

 

  • Rechercher si aux conditions de pression et de température les hydrates de méthane contenu dans les sédiments à la base des plumes sont stables ou non. Tirer une conclusion.

 

  L'évolution de 3 paramètres : l'agitation de la mer (tempêtes), l'intensité des séismes dans cette zone de subduction et l'intensité des marées, ont été mesurés du mois de juin 2012 au début novembre 2012. Les graphiques "agitation de l'océan_CH4"," intensité des séismes_CH4" et "intensité des marées_CH4" du dossier Méthane.xls mettent en relation chacun de ces paramètre avec l'intensité des émissions de méthane sous forme de plumes.

 

  • Rechercher quel paramètre semble le plus affecter les émissions de méthane.

Exemple de profil attendu :

plumes activité.jpg

Température de l'eau :    isothermes-lignes.jpg

éléments de correction

couleur du fond.jpg

"évolution de la pression/profondeur"

Pprof.jpg

"agitation de l'océan_CH4"

romer vagues.jpg

-> pas de corrélation

"intensité des séismes_CH4"

romer seisme.jpg

-> pas de corrélation

"intensité des marées_CH4"

romer marée.jpg

-> corrélation émission des plumes et cycles des marées. (Römer, 2012)

La sortie des gaz est déclenchée à marée basse quand la pression de l'océan sur le fond de la mer est la plus basse, il s'accumule dans des réservoirs intra-sédimentaires quand la marée est haute, puis dès que la pression diminue au dessous d'un certain seuil le méthane s'échappe.

Le méthane dans les sédiments d'un prisme d'accrétion.

 

Pour cette activité, télécharger le document : logo pdf.jpgProfil ligne 8908.pdf

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier "Contexte géodynamique".

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "Résultats des carottages" qui contient les données de cette mission, notamment l'emplacement et les résultats des carottages effectués dans cette zone, ainsi que le profil correspondant au document à disposition. Pour le faire apparaitre faire un clic droit sur la ligne et dans la fenêtre qui s'ouvre choisir "afficher le profil d'élévation".
  •  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Localiser les structures tectoniques afin de situer la plaque plongeante, la fosse, la plaque chevauchante et de redéfinir ce qu'est un prisme d'accrétion.

 

Une étude de la disposition des sédiments dans ce type de marge a été effectuée grâce à des carottages effectués par la mission océanique ODP 889-890.

  • Situer l'emplacement de chaque carottage sur le graphique, à l'aide des informations recueillies dans les commentaires et sur les pages des liens proposés.
  • Rechercher la profondeur et la disposition des BSR avant de la représenter par un trait rouge sur le profil.
  • A l'aide de vos connaissances sur la disposition des gisements de méthane sur la marge active (activité marge passive), trouver les arguments permettant de conclure que la structure observable au niveau du forage 1326A à une origine différente d'un diapir de sel.
  • Quelle remarque peut on faire sur la disposition de la BSR et l'organisation des dépôts de sédiments en général dans une zone de subduction en particulier, peut on dire que les accumulations de méthane sont liés à la stratification où que leur mode de gisement est lié à un autre phénomène.

 

 

 

  

  

 éléments de correction : profilvancouverred.jpg

 

 les sédiments sont plissés et la BSR suit le plissement.

26bsra.jpg         

     (profil sismsique ODP)

 

 

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2 - Exploitation.

Modèle d'exploitation de l'Alaska

L'Alaska s'est révélé être un site favorable à l'exploitation car, non seulement, le méthane est présent dans le permafrost et les sédiments côtiers mais aussi les sédiments sont grossiers et offrent une perméabilité favorable à l'extraction du méthane. On cherche ici à trouver un site favorable à un forage à grande échelle et à comprendre les problèmes que devront résoudre les exploitants pour transporter le gaz jusqu'à la "civilisation"

Pour cette activité, télécharger le document : logo pdf.jpgPrudhoe Bay.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  •  Ouvrir le dossier "Exploration" puis cliquer sur le polygone Alaska afin de localiser la région concernée.

 

  • Cliquer sur le lien qui ouvre la page de la NETL qui permet d'accéder à des informations sur le site et à une vidéo.

 

 

 

 

  • Ouvrir dans le dossier "Exploitation" le dossier "Champs gaziers et pétrolifères de Prudhoe Bay" et zoomer sur les différents liens.

 

  • Ouvrir le dossier "Gisement de méthane de Prudhoe Bay" afin d'avoir accès aux diverses données concernant le site d'exploitation testé d'Ignik Sikumi, la profondeur du permafrost, celle de la profondeur de la zone de stabilité des hydrates de méthane (profondeur du toit et celle de la base).

 

  • Cliquer sur "transect dans le permafrost" et faire apparaitre le profil d'élévation correspondant au transect du document à compléter.
  • Ouvrir successivement les différents dossiers disponibles et en cliquant sur les isobathes, repérer la profondeur à chaque intersection avec le transect.

 

  •  Ouvrir le dossier "Pipelines", cliquer sur ASAP

 

  • Observer les systèmes d'exploitation actuellement utilisés pour les hydrocarbures conventionnels (pétrole) et les dégâts que cause cette exploitation sur l'environnement.

 

  • Situer sur le transect du document, l'emplacement du forage d'exploitation test Ignik Sikumi ainsi que par un trait vertical la profondeur atteinte par le forage.

 

  • Représenter sur le document la limite inférieure du permafrost.

 

  • Représenter sur le document la base de la zone de stabilité des hydrates de méthane.

 

  • Représenter sur le document le toit de la zone de stabilité des hydrates de méthane.

 

  • Colorer la zone où les hydrates de méthane sont stables.

 

  • Justifier de la pertinence de l'emplacement de forage d'Ignik Sikumi.

 

  • Observer le trajet du futur gazoduc ASAP (Alaska natural gas Pipeline project).
  • Justifier de la pertinence de l'emplacement du forage d'Ignik Sikumi et des installations de compression du gaz du site de Prudhoe Bay et du choix de l'emplacement du terminal où aboutira la production de gaz.

Page de la  NETL, emplacement du lien pour la vidéo (encadré rouge)

ignik sikumi.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 éléments de correction

 permafrost correction.jpg

 

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3 - Géohazard.

 A - des risques liés à l'exploitation du méthane :

 En 2012 la plate-forme "Deepwater horizon" a provoqué, non seulement une importante marée noir dans le Golf du Mexique, mais aussi une très importante déstabilisation du sous sol, libérant de gigantesques quantité de méthane dans l'eau.

Explosion de la plate-forme de forage et pollution des eaux du Golf du Mexique.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse

 

  • Ouvrir le dossier "Géohazard" puis "Risques liés à l'exploitation" enfin "Exploitation dans le Golf du Mexique"; des informations et des images sont disponibles en cliquant sur la fenêtre.

 

  • Cliquer sur le dossier MC252.

 

  • Cliquer sur le dossier "effet à la surface", les légendes sont accessibles en cliquant sur les éléments superposés.

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "effet en profondeur", cliquer sur les deux dossiers.

 

  • Cliquer sur chaque courbe pour connaître la concentration mesurée.

 

  • Ouvrir le fichier "Méthane.xls" puis la feuille "GM O2" qui contient trois tableau de données regroupant divers prélèvement fait après la catastrophe du Deepwater horizon.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On cherche à étudier les effets de cette pollution sur l'environnement.

 

  • Rechercher quelle est la quantité de méthane émise dans l'eau et qui a pu constituer une pollution marine.
  • Suivre le parcours de la marée noir pendant les semaines qui ont suivies.
  • Justifier que la marée noire va se déplacer avec le courant superficiel et rejoindre l'Atlantique.

Des travaux ont été menés pour comprendre l'impact de ce rejet de méthane dans la colonne d'eau sur les écosystèmes profonds.

  • Observer l'emplacement des anomalies de la concentration en O2 mesurée.
  • Justifier que le courant de surface n'est pas responsable du brassage de l'eau du fond.

 

  • Réaliser un graphique à partir du 1er tableau afin de comparer l'évolution de la concentration en dioxygène en fonction de la profondeur dans le site de référence et au niveau du forage.

 

  • Réaliser un graphique à l'aide des données du 2ème tableau afin de mettre en évidence, l'action des bactéries dégradant le méthane.

 

  • Réaliser un graphique à l'aide des données du 3ème tableau afin de mettre en relation la concentration en méthane et en dioxygène de l'eau.

 

  • Justifier que le méthane présent en profondeur est dégradé par les bactéries présentes dans la colonne d'eau en présence de dioxygène et que cette consommation importante de dioxygène dans des eaux profondes et peu brassées peut créer de graves perturbations pour l'environnement pélagique.

Plate-forme qui sombre

rUNFYnD.jpg

d'après http://imgur.com/rUNFYnD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éléments de réponse :

courbe1.jpg

courbe2.jpg

courbe3.jpg

 

Rupture de pipeline.

Transporter du pétrole ou du gaz sur plus de 1000 km n'est pas sans risque pour l'environnement.

L'Alaska est un état présentant un taux de séismes bien supérieur à la Californie, il a par ailleurs connu un séisme de magnitude 9.2 (le deuxième séisme le plus fort après Tohoku en 2011). Cet état est bordé par la zone de subduction des aléoutiennes et par conséquent il est est tectoniquement très sensible.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier "Exploitation" puis "TAPS" et "ASAP".

 

 
  • Ouvrir dans le dossier "Géohazard" le dossier "Risques liés à l'exploitation" puis le dossier "rupture de pipeline".
 
  • Observer le trajet des pipelines de gaz et de pétrole traversant l'Alaska.
 
  • Faire l'étude du contexte géologique de la région.
  • Proposer  des arguments utilisables par les "anti-construction du gazoduc" pour justifier le choix d'un autre trajet.

 

Carte sismique du Sud de l'Alaska (étoile épicentre du séisme 9.2M)

risques sismique alaska.jpg

Lien vers un film de l'USCS sur ce séisme

 

B - Des risques liés aux instabilités des sédiments riches en méthane :

Storegga slide .

Il y a 8200 ans un formidable raz de marée a été provoqué par une déstabilisation des sédiments du talus au large des cotes de Norvège. cette déstabilisation des sédiments méthanifères est liée au réajustement isostatique et au réchauffement des eaux baignant les sédiments, suite à la dernière déglaciation. Les hydrates de méthanes ont, selon les spécialistes, induit par dégazage massif la dé-cohésion des sédiments du bord du talus, générant une ou plusieurs loupes de glissement qui va dévaler dans la plaine abyssale. Le déplacement de la masse de sédiment et d'eau a conduit à un gigantesque tsunami dont les traces sont observables sur les côtes de la Mer de Norvège.

Pour cette activité, télécharger le document : logo pdf.jpgCarte de la mer de Norvège.

 

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse

 

  • Ouvrir le dossier "risques liés à des instabilités du sédiment" puis "glissement de terrain" puis "Storegga slide".
  • Décliquer "Storegga slide".

 

 

 
  • A l'aide de l'outil "règle" mesurer la longueur maximale de ce glissement de terrain.

 

  • Ouvrir le dossier "tsunamites". La hauteur atteinte par la vague est matérialisée par les niveaux de tsunamites sédimentées sur les diverses côtes touchées.

 

  • Cliquer sur les icônes dont les noms sont orange afin d'accéder à des photographies de dépôts de tsunamites.
 
  • Ouvrir le dossier "densité de population 2000 qui contient les données de la NASA sur la population du globe.

 

  • Ouvrir le dossier "Terres inondées pendant le tsunami". Visionner le film (de la minute 1.2 à 1.5 ) afin d'observer la simulation du Tsunami.

 

 

 

 

 

 

  • Rechercher l'étendu du glissement de terrain .
 
  • Observer la cicatrice encore visible sur le fond marin.

 

  • Observer les effets de ce glissement de terrain sur la genèse d'un tsunami.

 

 

  • Sur la carte du document à compléter colorier les côtes touchées en conservant le même code couleur, légender.
 
  • Evaluer les effets du tsunami s'il avait lieu actuellement.

 

 

 

 

 

  • Discuter des effets de la vague au mésolithique
 

 

Modélisation du tsunami

maxresdefault.jpg

animée sur Youtube : http://www.youtube.com/watch?v=Xwk3VgRGHoE

 

Dépôt de tsunamite dans le Northumberland.

UK_Tsunami_02.jpg

(d'après : http://archaeologynewsnetwork.blogspot.fr/2013/08/tsunami-theory-uncovered-at-uk-dig.html#.VGN_J8loCSp)

 superposition : Tsunamite et population

tsuna.jpg

 

 

Séisme de Tohoku .

Le séisme du 11 mars 2011 au large des côtes du japon a fait de nombreux dégâts. Une étude montre que l'impact probable de la vague du tsunami, associée aux mouvements des compartiments sédimentaires dans le prisme d'accrétion sont responsables de la déstabilisation des hydrates de méthane peu concentrés dans cette zone. On peut donc s'interroger sur les effets de ce tsunami dans les gisements riches en méthane en cours d'exploitation de MH21 ou sur de futur gros séisme dans la fosse de Nankai..

Pour cette activité, télécharger le document : logo pdf.jpgTohoku.

 

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse

 

 

  • Ouvrir le dossier "Exploration " puis "exemple de campagnes de recherche en mer" puis "Japon".

 

  • Ouvrir le dossier "Exploitation" puis "Japon"

 

 

  • Ouvrir le dossier "Géohazard" puis "Risques liés à des instabilités du sédiment" puis "Tsunami" puis "Séisme de Tohoku" enfin données du séisme, cliquer sur "épicentre".
  • Cliquer sur "élévation du niveau de la mer après le tremblement de terre".

 

  • Ouvrir "données géologiques"
 
  • Ouvrir dans le dossier "recherches effectuées" les emplacements des différents prélèvements effectuées dans la zone. Les prélèvement sont notamment des dosages de méthane dans la colonne d'eau du fond jusqu'à 800m au dessus des sédiments.
  • Cliquer sur le transect de Tohoku et dans la fenêtre qui s'ouvre afficher le profil d'élévation permettant de visualiser en coupe la bathymétrie le long de ce transect qui est représenté dans le document à compléter.

 

 

  • Ouvrir le fichier "Méthane.xls" afin d'étudier la page "Tohoku" qui consigne les mesures des taux de méthane dans la colonne d'eau.

 

  • Compiler les documents consignés dans les dossiers "Exploration", "Exploitation" et "Tohoku"

 

Le japon est un pays qui est très en avance sur les programmes de production de méthane à partir des clathrates.

  • Localiser les zones riches en méthanes autour des îles japonaises et faire l'étude des informations contenues dans les liens associés.
  • Localiser les sites méthanifères de la zone de la fosse de Nankai qui ont passé les test d'exploitation.

 

  • Rechercher l'épicentre du séisme. 

  

  • Observer l'effet de la vague pendant les 24h qui ont suivit.
 
  • Situer les failles du prisme et localiser la fosse.

 

 

  • Compléter le document en situant précisément :
  1. les sites de prélèvement,
  2. les failles dans le sédiment en prenant soin de les prolonger en profondeur (en suivant les données accessibles en cliquant sur les limites des failles)
  • Indiquer par des flèches le mouvement des compartiments les uns par rapport aux autres.

 

 

  • Rechercher l'origine du méthane émanant de chaque site et la situer sur le profil.

 

  • Sachant que près de l'épicentre, les sédiments n'ont pas été définit comme "étant riches en méthane et exploitables " et que les suintements de méthane sont observables pendant plusieurs semaines, argumenter les effets possibles d'un tsunami dans les zones de gisement exploités.

caractéristiques du site MH21 (fosse de Nankaï) :

mh21_081-500x315.gif

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éléments de correction

 

tohoku correction.jpg

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C-Risques liés aux variations climatiques.

L'année 2014 a été la plus chaude dans le monde depuis 1880 et des pics de température ont été relevées pendant l'été en Sibérie. Des cratères liés à la déstabilisation des hydrates de méthane dans le permafrost ont été observés et largement commentés dans les médias. On cherche ici a voir si ces pics de température ont aussi eut un effet notable sur les gisements d'hydrates de méthane sous marins.

Pour cette activité, télécharger le document : logo pdf.jpg carte du cercle polaire.

Informations techniques Activités proposées / données disponibles Quelques indices de réponse
  • Ouvrir le dossier "Géohazard" puis "Risques liés aux variations climatiques" enfin "Données atmosphériques"

 

 

  • Ouvrir successivement les fichiers afin d'étudier les concentrations atmosphériques en méthane.

 

 

  • Ouvrir le dossier "Exploration" puis "exemple de campagne de recherche en mer" puis "Champs offshore Est Sibérien", ouvrir les différents dossiers.

 

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "Torches atmosphériques de méthane".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "Mouvements des masses d'eaux intermédiaires"
 
  • Ouvrir le dossier "Circulation des masses d'eaux".

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "Flux de chaleur apporté par le Gulf Stream".

 

 

 

 

 

 

 

  • Ouvrir le dossier "flux de chaleur apporté par les fleuves".

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Fermer les dossiers précédemment ouverts et ouvrir le dossier "Epaisseurs simulées des couches contenant potentiellement des hydrates de méthane", ils correspondent à la reconstitution des gisements potentiels en 1870 et de la simulation de ces gisements en 2100. La simulation de 2100 ne prend pas compte de l'augmentation du niveau de la mer liée à la fonte des glaces et au réchauffement climatique (+2 à +5°C).

 

 

  • Ouvrir dans le dossier "Méthane.xls" la page "évolution pression profondeur" .
  • Dans ce même dossier ouvrir la page "limite de stabilité"
  • Dessiner sur la carte du cercle polaire les zones où des anomalies ont été observées.

 

  • Pour chaque anomalie calculer l'importance de l'élévation de la concentration afin d'en déterminer le pourcentage.
 
  • Sur la carte du cercle polaire, représenter les relevés d'émission de méthane mesurés à la surface de l'eau à partir des zones de suintement.
  • Calculer quelle fraction représente le méthane troposphérique par rapport à celui émis à la surface de l'eau.
  • Représenter sur la cartes les zones où les eaux superficielles sont riches en méthane.
  • Trouver les arguments pour justifier que ces fortes concentrations troposphériques enregistrées en aout 2014 sont liés à la déstabilisation des hydrates de méthane sous marin des champs offshore est sibériens.
  • Représenter sur la carte du cercle polaire les zones où des torches ont été enregistrées.

Les torches ne sont pas localisées n'importe où, on cherche à comprendre qu'est ce qui rend ces zones plus sensibles que d'autres.

  • A partir de vos connaissances en géographie et sur la dynamique des enveloppes fluides (atmosphère et hydrosphère) formuler des hypothèses quant aux causes de la déstabilisation des hydrates de méthane.
  • Justifier pourquoi on s'intéresse à ce type de masse d'eau et pas les plus profondes ou les plus superficielles.
  • Représenter sur la carte du cercle polaire ces flux. Noter la température de l'eau quand elle arrive dans le cercle polaire.

Le réchauffement des océans a été mesuré au niveau du Gulf Stream, on cherche à savoir si le réchauffement de ce flux d'eau à un impact sur l'Arctique.

  • Représenter sur la carte les modifications thermiques cette circulation dans l'Océan Arctique.
  • Trouver les arguments permettant de relier l'importance de ces courants sur l'apparition des torches de méthane.

Dans certaines régions enneigées, le réchauffement des continents induit une fonte des glaces plus importante et un flux d'eau accru aux niveau des rivières.  Ces rivières plus gonflées et plus chaudes qu'à la normale se déversent dans les océans, on cherche à voir si les fleuves arctiques ont un impact sur le réchauffement des eaux de l'Océan Arctique.

  • Mettre en relation ces nouvelles informations avec le problème posé.
  • Représenter ces flux sur la carte et proposer une explication sur l'origine des émissions de méthane de l'été 2014.
 

Les scientifiques suggèrent qu'il est urgent de récupérer le méthane de l'Arctique avant qu'il ne soit émis dans l'atmosphère.

  • A partir des données précédentes, définir de manière justifiée les endroits les plus sensibles et où une exploitation pourrait être à la fois faisable techniquement, rentable économiquement et nécessaire écologiquement.
  • Discuter de la validité de cette simulation en imaginant une montée des eaux de 70m (qui selon les scientifiques correspond à ce qui se passera si toutes les glaces du Groenland fondent).

aide à la réalisation :

  • Choisir un endroit où le méthane est présent dans les sédiments.
  • Noter la température de l'eau qui baigne la zone.
  • Rechercher la profondeur des sédiments
  • Déterminer la pression qui règne à le profondeur du fond.
  • Déterminer si selon les conditions de pression et de température du site choisi les hydrates de méthane sont stables ou non.
  • Réaliser les mêmes calculs avec une augmentation du niveau de la mer de +70m.
  • Tirer une conclusion sur cette étude.

 

 

Lien vers le site Nature.com  exploitable pour visualiser les cratères.

 

 

 

éléments de correction :

►2208 ppb (+0.315 ppb) = +16.64%

►2363 ppb (+0.470 ppb) = +24.83%

►2441 ppb (+0.548 ppb) = +28.95%

 

 

 

éléments de correction :

concentration moyenne à 6041m : 2337.33ppb

concentration à la surface de l'eau : 8000ppb

fraction restante à 6041m d'altitude : 28.56%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour afficher le cercle polaire dans le menu "Affichage" Cliquer sur "Grille".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce travail peut être effectué en laissant chaque groupe travailler sur un site et en mutualisant les résultats à la fin.