Résumé du projet

Récemment, des affaissements de chaussée ont été signalés localement à Paris, conséquence d'un effondrement souterrain d'anciennes carrières. Grâce à un exemple local, le Parc Montsouris, les élèves de collège (cycle 4) devront évaluer le risque d'effondrement du sous-sol dans cette zone. Or le sous-sol parisien est très divers, il est composé d'anciennes carrières, de catacombes, de parkings souterrains... Mais surtout, à part sur de petites portions, il n'est pas accessible directement par les élèves. L'idée est donc de proposer aux élèves de travailler sur des visites virtuelles du sous-sol parisien ainsi que des cartes. 

Ils s'intéresseront également au devenir des ressources naturelles (calcaire) anciennement prélevées dans la carrière de Montrouge, qui occupait les plaines du parc avant son aménagement et dont l'exploitation a cessé au début du XIe siècle. Pour cela, les élèves utiliseront des ressources numériques (visite virtuelle du parc, carte des risques, mur collaboratif de l'ENT...) qui viendront avantageusement compléter leur étude du réel (analyse d'échantillons prélevés au Parc Montsouris). 

Objectif pédagogique

Étudier le risque d'effondrement du sous-sol à Paris suite à l'exploitation d'une ressource naturelle (le calcaire), avec l'exemple du Parc Montsouris.

Contexte/modalité de travail

• Activité pédagogique réalisée avec des élèves de cycle 4, dans le cadre du thème "La planète Terre, l'environnement et l'action humaine" du programme de SVT. 
• 3 séances d'une heure
• Activités réalisées à distance (évaluation diagnostique + carte mentale)
• Travail collaboratif et en groupes de 2 à 3 élèves. 

Compétences travaillées

• Pratiquer des démarches scientifiques :
  • Proposer une ou des hypothèses pour résoudre un problème ou répondre à une question.
  • Utiliser des instruments d'observation, de mesures et des techniques de préparation et de collecte.
  • Interpréter des résultats et en tirer des conclusions.
• Utiliser des outils numériques :
  • Conduire une recherche d'informations sur Internet pour répondre à une question ou un problème scientifique, en choisissant des mots-clés pertinents, et en évaluant la fiabilité des sources et la validité des résultats.
  • Utiliser des logiciels d'acquisition de données, de simulation et des bases de données. 

Notions abordées

Les objectifs notionnels de cette séquence s'inscrivent dans le cadre du thème "La planète Terre, l'environnement et l'action humaine" du programme de SVT du cycle 4.

• Relier les connaissances scientifiques sur les risques naturels ainsi que ceux liés aux activités humaines aux mesures de prévention, de protection, d'adaptation, ou d'atténuation (notions d'aléas, de vulnérabilité et de risque).
• Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l'exploitation d'une ressource naturelle par l'être humain, en lien avec quelques grandes questions de société.

Il s'agit donc ici d'étudier le risque d'effondrement à Paris, lié à l'ancienne exploitation de carrières souterraines, et de s'intéresser aux mesures mises en place par l'IGC (inspection générale des carrières) pour réduire cet aléa. Puis de déterminer le devenir du calcaire extrait dans les carrières, en s'intéressant à l'architecture et aux monuments parisiens. 

Prérequis

Cette séquence peut être réalisée après avoir traité certains risques naturels, notamment le risque sismique ou encore le risque volcanique. Les élèves sont toujours curieux de savoir à quel risque naturel ils sont le plus exposé. À Paris, les grands risques naturels majeurs sont les inondations, les mouvements de terrain, ou encore les tempêtes. 

Les notions d'aléas, d'enjeux et de risque pourront ainsi être remobilisées dans ce contexte.

Outils numériques utilisés

Pour réaliser l'activité, plusieurs outils numériques sont utilisés par les élèves :

• Un ordinateur avec connexion internet.
• La QuiZinière de canopée.
• Le support "Visite virtuelle du parc Montsouris". La méthode de réalisation de cette visite virtuelle est disponible en cliquant sur ce LIEN.
• L'application "Mur collaboratif" de l'ENT.
• L'application "carte mentale" de l'ENT.

Déroulement de la séquence

La séquence s'articule autour de plusieurs phases : 

PHASE 1 - Evaluation diagnostique sur les notions de risques naturels

Format de travail : Distanciel/ Asynchrone

Les notions portant sur les risques ont déjà été abordées lors de l'étude des risques sismiques et volcaniques. L'objectif est de remobiliser les notions portant sur les risques lors d'un exemple de risque naturel plus proche des élèves parisiens : le risque d'effondrement du sol. En amont, une évaluation diagnostique sous forme de QCM est demandée aux élèves. Ce QCM est à faire à la maison. En fonction des réponses, l'enseignant pourra remédier en classe et constituer des groupes de besoins en leur proposant des activités adaptées. L'application QuiZinière a été choisie pour ce travail. 

  Exercice Evaluation dignostique  

PHASE 2 - Mise en évidence d'un risque d'effondrement du sous-sol à Paris

1) Situation d'appel : des affaissements du sol à Paris 

Format de travail : Présentiel (en classe)/ Synchrone

La séance débute par la projection d'un article daté du vendredi 3 décembre 2021. On y voit notamment une photographie réalisée dans le 5e arrondissement de Paris, montrant un affaissement d'une partie de la chaussée. L'article complet et la photographie sont disponibles en ligne ICI.

- Question posée aux élèves : "Quel peut-être l'origine de cet affaissement ?"

- Hypothèses  possibles :

• Hypothèse 1 : un séisme (les élèves ayant travaillé précédemment sur le risque sismique, cette réponse est fréquente).               
• Hypothèse 2 : un trou dans le sous-sol.

- Informations apportées ensuite par l'enseignant (par le biais d'un corpus de documents à étudier proposé aux élèves ou grâce à un diaporama) : 

• Plusieurs arguments pour contrer l'origine sismique de l'affaissement de la chaussée proposée par les élèves :
  
  • L'étude d'une carte des risques sismiques en France montre que le risque sismique à Paris est nul.

• Plusieurs autres affaissements de chaussée à Paris dans le passé pour valider la deuxième hypothèse : 
  • Le 17 décembre 1774, un éboulement de 25 mètres de profondeur et de 300 mètres a lieu proche de l'actuelle rue Denfert-Rochereau. Cet éboulement a lieu au-dessus d'une ancienne carrière de gypse. 
  • Le 27 juillet 1778, un nouvel éboulement a lieu à Menilmontant (20e) et cause la mort de 7 personnes. Cet éboulement a lui aussi lieu au-dessus d'une ancienne carrière (de gypse). 
  • En 1915, les travaux d'excavation du métro sont à l'origine de nombreux affaissements du sol, comme par exemple place de l'Alma (figure 1 ci-dessous).
• Visualisation d'un extrait de journal télévisé du 27 juin 1987 : lien vers la vidéo

  Figure 1 : Photographie de la place de l'Alma (Paris 8e et 16e), prise en 1915.

( Source: Image à la Une, archives BNF)

- Conclusion : l'affaissement de la chaussée constaté sur la figure 1 provient peut être lui aussi d'un éboulement des anciennes carrières sous Paris. L'hypothèse 1 étant écartée, on peut donc qualifier l'hypothèse 2 de recevable et s'y intéresser davantage.

- Reflexion collégiale sur la stratégie de résolution (quelles informations les élèves vont-ils devoir collecter pour trouver l'origine de l'affaissement ? )

Dans l'application "mur collaboratif", les élèves devront remplir leur cheminement correspondant à leur stratégie de résolution. L'enseignant pourra ainsi créer des groupes de travail. Voici des possibilités de réponses des élèves: 

• Il faut connaitre l'origine des carrières dans le sous-sol
• Il faut connaitre la localisation des trous dans Paris
• Informations sur les roches du sous-sol: Pourquoi ont-elles été exploitées ? 

2) Le risque d'effondrement aujourd'hui 

Format de travail : Présentiel (en classe)/ Synchrone

Suite à divers incidents, un arrêt du 4 avril 1777 prévoit la création d'un service dédié à l'inspection générale des carrières (IGC). Il doit cartographier, surveiller et entretenir les sous-sols de Paris et de la petite couronne. Aujourd'hui, les anciennes carrières et réseaux souterrains sont méthodiquement cartographiés sur le site de l'IGC, comme le montre la figure 2 ci-dessous. 

 Figure 2 : Capture d'écran d'une carte interactive montrant les zones à risque à Paris

( Source: https://www.paris.fr/pages/tout-savoir-sur-les-sous-sols-2317)

Consigne: Délimiter sur la carte le 5^ème arrondissement de Paris. Quelle type de carrière se trouve au même endroit? 

--> Exemple de réponse d'élève : Le 5^ème arrondissement est construit au dessus d'une carrière de calcaire.

De nombreux arrondissements avec des habitations et une forte population se trouvent au-dessus d'anciennes carrières. L'enjeu est donc important. Il est essentiel de s'assurer que l'aléa n'augmente pas dans ces zones et assurer un niveau de risque minimal acceptable. 

Afin d'en apprendre davantage, le professeur propose aux élèves d'étudier la zone du parc de Montsouris (14^ème). Achevé en 1878, il se trouve au-dessus d'une ancienne carrière connue (figure 3) : la carrière de Montrouge.

Figure 3 : Capture d'écran montrant le parc Montsouris dans une zone à risque à Paris

( Source: https://www.paris.fr/pages/tout-savoir-sur-les-sous-sols-2317)

Si une carrière a été exploitée à cet endroit, c'est qu'elle contient une ressource d'intérêt pour les humains. Il faudra donc l'identifier et déterminer quelques usages de cette ressource.

OBJECTIFS : 

• Étudier le risque d'effondrement du sous-sol à Paris, avec l'exemple du Parc Montsouris.
• Déterminer le devenir de la ressource naturelle exploitée dans l'ancienne carrière de Montrouge.

PHASE 3 - Etude du risque d'effondrement au parc Montsouris

Plusieurs activités vont permettre d'étudier et d'évaluer le risque d'effondrement dans le parc Montsouris.

Format de travail : Présentiel (en classe) / Synchrone

1) Visite virtuelle du parc Montsouris

Dans un premier temps, les élèves doivent utiliser le support "Visite virtuelle du parc Montsouris". L'objectif pour eux est d'explorer vituellement le site, de repérer des structures caractéristiques d'anciennes carrières et de voir dans son milieu l'échantillon sur lequel ils vont travailler. 

Un exemple de structures (bancs calcaires) à repérer par les élèves est proposé dans la figure 4. 

 Figure 4 : Capture d'écran de la visite virtuelle

Il est également pertinent de réaliser une visite virtuelle de la carrière, afin que les élèves en comprennent la structure souterraine : Visite virtuelle en cours de création - En attendant, des photos peuvent être utilisées pour illustrer l'intérieur d'une carrière.

2) Analyse et identification d'un échantillon prélevé sur le site

Les élèves ont à leur disposition en classe un échantillon prélevé au Parc Montsouris, qu'ils devront identifier. Pour cela, le professeur leur fournira deux autres roches (identifiées cette fois) : un calcaire et du gypse (figure 5). 

Figure 5 : les trois roches proposées aux élèves

Pour déterminer si la roche prélevée dans le parc est un gypse ou un calcaire, les élèves doivent tester sur les trois roches :

• La couleur : en fonction des gypse et des calcaires, la couleur peut varier de blanc à gris pâle. Ce critère n'est donc pas déterminant.
• La dureté de la roche : le gypse est une roche de faible dureté (<2), rayable à l'ongle. Le calcaire est aussi une roche de faible dureté (environ 3), rayable avec une pièce en cuivre.
• La réaction à l'HCl : il s'agit de poser quelques gouttes d'HCl sur la roche. Si on observe une réaction effervescente, nous sommes face à du calcaire. 

3) Les facteurs pouvant moduler le risque d'effondrement au parc Montsouris

L'aléa correspond ici à l'effondrement du sous-sol du parc, correspond à la probabilité que le sous-sol s'effondre. On décrit un aléa par sa nature, sa localisation, sa fréquence ou encore son intensité. Jusqu'à présent, il n'y a pas eu d'effondrements au parc Montsouris. Le risque existe pourtant bel et bien, et certains facteurs peuvent moduler, positivement ou négativement, ce risque. 

• Facteurs pouvant augmenter la fréquence des éboulements souterrains : 
  • Les pluies acides. Chargée en CO₂, l'eau de pluie peut s'infiltrer dans le sol et dissoudre le calcaire. Avec l'augmentation de la quantité de CO₂ atmosphérique et le réchauffement climatique, les pluies acides sont plus fréquentes. 
  • Une dégradation des galeries, suite à un manque d'entretien. 
  • La construction de nouvelles galeries pour le métro (par exemple), qui viendraient encore fragiliser la structure. 
• Facteurs mis en place pour diminuer la fréquence des éboulements souterrains :
  • La fermeture de l'accès aux souterrains, qui ne sont plus exploités, ni visités (à l'exception des catacombes).  
  • La surveillance des réseaux souterrains par l'IGC.
  • La mise en place de piliers de consolidation, comme dans le 15^ème arrondissement (en rouge sur la figure 6).

Figure 6 : carte des carrières consolidées sous la cité scolaire Montaigne

4) Bilan sur le risque d'effondrement au parc Montsouris

L'évaluation du risque dans une zone peut être résumé comme sur la figure 7. 

Figure 7 : récapitulatif des principaux termes liés à la notion de risque

(Source : © 2017 Olivier Dequincey ; https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/FEL2017.xml)

Les élèves ayant déjà travaillé ces différentes notions dans une partie antérieure, ils peuvent conclure sur le risque d'effondrement au parc Montsouris. 

Une conclusion possible : au parc Montsouris, l'enjeu est modérément important puisqu'il est fréquenté en journée mais ne comporte pas d'habitations. L'aléa est également faible (puisque qu'aucun effondrement n'y a eu lieu dans le passé) mais peut augmenter en raison des pluies acides ou d'une dégradation du sous-sol. Le risque d'effondrement, même s'il est faible, peut être encore diminué au parc Montsouris avec des mesures d'adaptation (surveillance et entretien des galeries par l'IGC, mise en place de piliers de soutien si nécessaire). 

PHASE 4 - L'exploitation d'une ressource naturelle à Paris : le calcaire

Format de travail : Distanciel / Asynchrone

Les élèves ont identifié grâce à la carte, que le calcaire était la ressource exploitée dans la carrière de Montrouge, anciennement ouverte à la place du parc Montsouris. Les calcaires extraits dans la région de Paris sont appelés des calcaires lutétiens. Ils contiennent de nombreux fossiles, dont des nummulites. 

- Pourquoi exploiter cette roche ? Elle est cohérente, résistante et peut être taillée en blocs massifs, très utiles pour les constructions. Ce calcaire a d'ailleurs servi à ériger la majeure partie des grands monuments et des immeubles en pierre de taille à Paris et dans toute la région parisienne. 

- Visualisation d'un extrait de l'émission c'est pas sorcier " La France souterraine" (à partir de 16 minutes). Cette vidéo permet aux élèves de visualiser le sous-sol d'une carrière, de comprendre comment une carrière peut s'effondrer et les moyens mis en place pour éviter ces effondrements. 

- Réalisation d'un carte mentale collaborative. Par groupe de 3 les élèves devront réaliser une carte mentale via l'application carte mentale de l'ENT parisien (figure 8) reprenant toutes les notions autours de l'exploitations des carrières parisiennes. L'enseignant pourra donner aux élèves en difficulté soit le nom des noeuds intermédiaires, soit tous les noeuds et les élèves devront les relier entre eux. 

 Figure 8 : Exemple de carte mentale pouvant être réalisée par les élèves  

- À la recherche du calcaire lutécien !

• Il est proposé aux élèves, pendant leurs déplacements à Paris, de réaliser des photographies de bâtiments ou de constructions construits à partir de calcaires lutéciens.
• Les photographies sont ensuite déposées sur le mur collaboratif créé par l'enseignant (application "Mur collaboratif" de l'ENT). L'enseignant a pris soin de régler les paramètres du mur collaboratif de manière à ce que les élèves puissent être "lecteur" et "contributeur". 
• En classe, les élèves doivent compléter le mur collaboratif, en s'assurant notamment que les photos prises concernent bien du calcaire lutétien.

Visite virtuelle bilan du parc de Montsouris 

Une visite virtuelle bilan est proposée aux élèves à la fin de la séquence : "Visite virtuelle commentée du Parc Montsouris".

Activité proposée par Samantha MATHEAU.