Art et Sciences bleus 2019 : Naissance vie et mort des océans

Ce document est visible à cette adresse : http://museedumas.fr/asb2019

Résumé :

Les océans naissent de la fracturation des continents, puis s’élargissent à mesure que les continents se séparent, et finissent par mourir avec leur rapprochement: une histoire de 200 millions d’années. Des phénomènes à l’échelle humaine accompagnent ce cycle: volcanisme, séismes, tsunamis.
Les océans ont un rôle majeur dans l’histoire de la vie et sur la régulation du climat. L’Homme menace la stabilité océanique mais en évalue-t-il les conséquences ?

Des expériences simples illustreront la dynamique des océans, les causes des mouvements de leurs fonds, les phénomènes sismiques et les tsunamis qui l’accompagnent, tandis que d’autres illustreront les conséquences des activités humaines sur l’érosion, les courants marins et le climat mondial.

Notions et expériences proposées :
1- La naissance des océans : se fait par fracturation des continents qui sont en perpétuels dérive en raison des mouvements du manteau terrestre solide et chaud qui les porte. Les mouvements du manteau résultent du refroidissement de la Terre.

Les océans apparaissent alors entre les deux lèvres continentales qui ménagent une dépression colonisée par les eaux marines. Le manteau est peu à peu exhumé et sa fusion partielle par baisse de pression donne naissance à un volcanisme sous-marin : le volcanisme des dorsales médio-océaniques. Associé à cette remontée de matériau chaud au niveau des dorsales, on voit apparaître de l’hydrothermalisme dont les fumeurs noirs, oasis de vie dans les conditions extrêmes, sont les manifestations les plus spectaculaires.

Expériences de fracturation dans un bac, rift d’Assal et modélisation 3D des blocs avec Goole Earth, carte de l’âge des fonds océaniques. Durée de vie d’un océan 200 MA âge des plus anciennes roches continentales : 4 milliards d’années.
Simulation de panaches mantelliques eau colorée, huile, alcool froid coloré au dessus + plaque chauffante..
Expériences avec la maïzéna pour illustrer les propriétés du manteau (ductile à long terme et fragile à court terme).
( ? Microscope polarisant et lames de péridotite  ?)

2- La vie des océans : A mesure de l’expansion océanique au cours de laquelle la croûte océanique se forme au niveau de la dorsale, l’océan s’approfondi. Se développe alors une vie abondante, à tous les niveaux de profondeur, mais surtout au niveau du plateau continental. La production primaire photosynthétique est à la base de la chaîne alimentaire océaniques et de l’oxygène terrestre.

Les roches des fonds océaniques (pillow lava en basalte, ophiolithes, gabbros)

Photos de fumeur noir, vie autour des sources hydro-thermales, pogonophores

Cartes des séismes médio-océaniques alignés et superficiels.

Carte des vecteurs déplacements, les points chauds et îles du pacifique, les guyots et récifs coralliens.

Photos et film de la vie sous marine.

3- La mort des océans : l’expansion océanique s’accompagne de l’épaississement du fond océanique qui se refroidi et de l’augmentation de sa densité. La lithosphère océanique finit par ne plus pouvoir être portée par le manteau et sombre dans celui-ci donnant naissance au phénomène de subduction sur ses bordures. Cette subduction s’accompagne d’une deshydratation de la plaque subduite et d’une fusion partielle du manteau sus-jacent donc d’un volcanisme explosif (Andes) et de très forts séismes et tsunamis (ceinture de feu péri-pacifique). La fin de la subduction est la disparition complète du plancher océanique et la collision continentale (Alpes, Himalaya)

Carte de localisation des fosses océaniques, prisme accrétion, séismes profonds, et séismes de plus grande magnitude, volcanisme explosif. Expérience

Expériences sur le risques sismiques et risques de Tsunamis, prédiction possible des tsunamis, impossible avec les séismes. Protection des bâtiments et des populations contre l’aléa sismique (expériences de constructions para-sismiques). Fin de subduction = collision : séismes dans les Andes. Remontées de matériaux subduits dans les chaînes de montagnes : schistes bleus, puis éclogite à Grenat. Les restes de l’océan Alpin :pillow lava, gabbro, serpentinite du Chenaillet, blocs basculés de l’Oisans, schistes bleus du Queras, Eclogite du Viso.

4- Les menaces qui pèsent sur les océans: la vie des océans et de ses écosystèmes côtiers sont menacés par l’Homme, les pollutions, le réchauffement climatique, la sur-pêche. Cette menace est fulgurante, puisqu’elle date de l’industrialisation, en regard de la durée de vie normale d’un océan.

Les témoins des beautés océaniques que sont les plongeurs, les artistes et leur matériel de prise de vue nous permettent de savoir ce que l’on risque de perdre, depuis que les pionniers ont franchi le miroir.

Les conséquences du réchauffement climatique sur les océans sont : la montée du niveau des océans, l’augmentation de l’érosion côtière, la disparition des espèces par acidification des océans avec le CO2, augmentation des déséquilibres et l’accentuation des évènements climatiques.

Courbe d’augmentation du CO2 depuis l’Ere industrielle.

Expérience de simulation du Gulf stream, avec les densités des eaux chaudes et froides, salées etc… ralentissement avec l’afflux d’eau douce arctique, et refroidissement de l’Europe de l’ouest.
Glace de terre, glace de mer augmentation du niveau de la mer.
Dilatation de l’eau avec la température.

Mesure de l’acidification de l’eau avec CO2.

Diminution de l’albédo (pouvoir réfléchissant) avec la disparition des calottes polaires et augmentation de la température. Expériences de mesure de l’augmentation de température d’un corps noir)

Gaz à effet de serre et réchauffement climatique. Effet de serre, mise en évidence.

Erosion des côtes avec la montée des eaux, protection contre l’érosion : Posidonies et autres systèmes. Expérience avec la cuve à vagues.

Evènement climatiques plus intenses (déséquilibre) : tempêtes. Simulations

Mort biologique, pollution, et menaces sur les océans et leurs côtes. Sea Cleaners

Flux géo-thermique mondial :

Les dorsales médio-océaniques chaudes et ceinture de feu

Carte des vecteurs déplacement gps

Sismicité mondiale médio-océanique et péri-Pacifique

Le monde est divisé en plaques dont les bordures ont toutes une origine océanique

Modélisation de la ductilité et de la fragilité du manteau

Modélisation de l’ouverture d’un océan : création de blocs qui basculent.

Modélisation des courants de convection du manteau

Mise en évidence de la dilatation thermique de l’eau

Les blocs basculés du rift d’Assal et la naissance d’un océan

Expérience de résonance des bâtiments lors d’un séisme : constructions parasismiques

Expérience d’essai de prédiction des séismes

Mise en évidence de l’effet de serre

Mise en évidence de l’albédo

Glace de terre, glace de mer

Expérience avec de l’eau de chaux

CO2 des être vivants hétérotrophes

Modélisation du Gulf Stream et son blocage

Acidification des océans par l’augmentation du CO2

Les trois "états" du carbone: (http://pst.chez-alice.fr)
dans le gaz (dioxyde de carbone, aussi bien dans l'air que en solution dans l'eau), dans les éléments minéraux en solution dans l'eau (acide carbonique et anions: hydrogénocarbonate ou bicarbonate et carbonate) et dans les solides: carbonates de calcium ici (minéraux comme la calcite qui forme l'essentiel des roches carbonatées).

Cuve à vagues : simulation sur place de tsunamis, de tempêtes et d’érosion des côtes