Mouvement des plaques tectoniques

Informations

Prénom et nom : Malou MARTIN et Cloé SPADACCINI
Adresse mail : malou.martin@etu.sorbonne-universite.fr cloe.spadaccini@etu.sorbonne-universite.fr
Date de début - Date de fin estimée : 19/01/2024 - 03/05/2024

Introduction

Dans le cadre de l'UE LU3ST062, nous devons réaliser un projet. Nous devez concevoir et modéliser un globe terrestre avec le déplacement des continents.

La Pangée était un supercontinent qui regroupait les sept continents actuels (Asie, Afrique, Amérique du Nord, Amérique du Sud, Antarctique, Europe et Australie). Ils se regroupés au Permien, lors de l'orogenèse hercynienne, qui s'est achevée il y a environ 260 millions d'années. Au Trias supérieur, il y a environ 210 millions d'années, la Pangée a commencé à se fracturer. Depuis, les continents ont continué à se déplacer. Cela fait maintenant 10 millions d'années que la configuration de la Terre est proche de celle que nous connaissons actuellement.

Votre projet consistera donc à modéliser ce mouvement des continents depuis la Pangée jusqu'à la configuration actuelle. Vous devrez représenter les différents stades de cette séparation et de ce déplacement des continents au fil du temps. Cela peut être réalisé en utilisant des logiciels de modélisation 3D comme Blender, en vous basant sur des données géologiques et des modèles de la tectonique des plaques. Vous pourriez également envisager d'ajouter des éléments interactifs pour permettre aux utilisateurs d'explorer le mouvement des continents à différentes époques.

Objectif

Nous avons donc pour objectif de mettre en mouvements les divers continents et de les visualiser à l’aide d’une maquette en forme de globe 🌎.

Jour 1 (26/01/24) : détermination du projet.

Quelques questions soulevées sont essentielles pour déterminer la direction à prendre dans la création du modèle du mouvement des plaques tectoniques :

Quelle échelle pour les continents/plaques ? La chronologique ? De la Pangée à aujourd’hui ? Les continents ou les plaques tectoniques entières ? Le futur supercontinent ? Un matériau de préférence?

Pour commencer, nous proposons de créer un modèle simplifié du mouvement des plaques tectoniques en utilisant une sphère comme base. Sur cette sphère, nous pourrons fixer des "continents" qui pourront pivoter autour de leurs pôles eulériens respectifs. Le pôle eulérien est le centre de rotation permettant de décrire les mouvements des continents à la surface d'une sphère, représentant ainsi la Terre.

Jour 2 (02/02/24) :

Nous avons utilisé un moule de pâtisserie de 18 cm de diamètre pour réaliser un premier test de thermoformage afin de créer une sphère. Il était nécessaire d'avoir un objet en forme de sphère ou de demi-sphère capable de résister à la chaleur et au vide créé par la machine.

Le résultat de ce premier test n'est pas satisfaisant. Les demi-sphères présentent des ondulations sur le dessus, et le démoulage a été difficile, endommageant la structure. De plus, le découpage effectué à l'aide d'un ciseau à tôle a donné un rendu hétérogène.

Nous avons réalisé un deuxième essai en utilisant un matériau transparent et avons utilisé du WD-40 pour faciliter le démoulage. Cette fois-ci, la demi-sphère était de meilleure qualité, sans ondulations dues à un mauvais maniement de la machine (la vitesse du levier était trop faible et hésitante).

Pour découper les demi-sphères, nous avons utilisé une Dremel puis une ponceuse afin d'obtenir un résultat net et homogène, en veillant à arrondir les bords.

L'article de Peter Bird "An updated digital model of plate boundaries" inclut un document avec les limites des plaques en longitudes-latitudes qui pourrait nous servir pour créer les limites des plaques pour la maquette. (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2001GC000252)

Jour 3 (09/02/24) : support

Maintenant que nous avons réalisé les demi-sphères pour représenter la Terre, il faut que nous réfléchissons à la manière de les maintenir en position verticale sur un support.

Nous avons envisagé un support en bois avec un système de fixation qui représentera les pôles Nord et Sud :

Sur OpenSCAD, nous avons conçu une baguette qui traversera les pôles Nord et Sud et qui sera fixée sur un support en bois.

Après avoir discuté avec Jeffrey Poort, nous avons clarifié les attentes du projet. Finalement, l'objectif de cette maquette est de représenter le mouvement des plaques/continents de la Pangée à aujourd'hui, et inversement. Nous avons donc décidé d'opter pour un système d'aimants, où la sphère ainsi que les continents seront aimantés, ce qui permettra leur mouvement. Nous prévoyons également d'indiquer sur la sphère les pôles eulériens par des dessins ou d'autres idées que nous pourrons envisager par la suite.

Pour la prochaine séance, notre objectif sera de mettre en place la sphère sur son support et de la peindre avec une peinture magnétique. Nous pourrions également appliquer une couche de peinture supplémentaire pour uniformiser la sphère esthétiquement.

Jour 4 (16/02/24) : blender

Les pièces imprimées pour le support n'étaient pas dans les bonnes dimensions, car le diamètre du cylindre était confondu avec son rayon. Nous les avons donc modifiées pour obtenir les pièces aux dimensions souhaitées.

Ensuite, nous avons tenté de créer une sphère avec les continents en relief sur Blender. Malheureusement, nos multiples essais n'ont pas été concluants. Nous prévoyons donc de réessayer lors de la prochaine séance.

https://www.youtube.com/watch?v=Jxx-vQ425wc

Jour 5 (01/03/24) : encore blender

Nous avons récemment tenté à nouveau de créer une sphère avec des continents en relief sur Blender. Après de nombreux essais, nous avons enfin réussi à obtenir une sphère des continents en relief. Cependant, afin de pouvoir imprimer en 3D les continents seuls, nous avons dû retirer la sphère, ce que nous avons réussi à faire. Malheureusement, nous avons rencontré un problème avec la projection : le Groenland a été coupé, l'Antarctique n'est pas correctement représenté, et le nord des continents a été déformé ou écrasé.

L'impression des pièces a été un échec en raison de leur taille trop importante pour la machine. De plus, contrairement aux autres machines du FabLab où le socle reste immobile pendant l'impression, cette machine fait bouger le socle. Malheureusement, toutes les machines sont actuellement en maintenance. Par conséquent, nous envisageons de les imprimer la prochaine fois.

Jour 6 (08/03/24) : trous

Voici les résultats de nos trois essais d'impression 3D pour le support de la sphère. Le premier essai (en noir) est trop volumineux. Le deuxième essai (en haut) n'est pas à la bonne taille car la machine l'a écrasé pendant le processus d'impression. Enfin, le troisième essai (en bas) n'est pas imprimé entièrement, mais il correspond aux bonnes dimensions.

Après avoir terminé de poncer la deuxième demi-sphère, nous avons procédé à la création des trous pour permettre le passage de la tige à travers la structure. Le principal défi était de localiser le sommet de la demi-sphère et son centre afin d'obtenir un trou parfaitement centré. Après avoir essayé différentes méthodes sans succès (notamment à vu d'oeil), nous avons opté pour l'utilisation d'un laser et d'une règle. Malou a ensuite réalisé deux trous de tailles différentes : un pour faire passer une vis et un autre pour permettre le passage de la tige entière afin de fixer la base.

Parallèlement, nous avons récupéré une planche de bois pour en faire le support. Des manipulations futures seront nécessaires pour embellir la planche et réduire le risque d'échardes.

Finalement, nous avons repris le modèle sur Blender. Nous avons réussi à séparer chaque continent ou plaque tectonique les uns des autres. Cependant, quelques obstacles étaient toujours présents. Lors de la séparation des continents, nous avons remarqué la présence de morceaux sélectionnés à l'intérieur d'autres continents. Les Amériques étaient bien indépendantes, mais l'Eurasie, l'Inde et l'Afrique nécessitaient encore un peu de travail, car certaines zones présentaient des creux. Pour résoudre cela, il suffira lors de notre prochaine séance de remplir les zones manquantes.

À la fin de cette session, nous avons pu exporter des plaques telles que l'Afrique ou l'Inde au format STL, adapté à l'impression 3D. Nous avons également vérifié avec l'aide de Pierre que la taille des continents n'était pas excessive. Ce paramètre pourra être ajusté une fois que la modélisation des plaques sera terminée.

Nous espérons également pouvoir perforer les emplacements des aimants lors des prochaines étapes du projet.

Jour 7 (15/03/24) : toujours des trous et peinture

La tige définitive pour le support est maintenant prête. Nous avons terminé de percer les trous à la perceuse pour pouvoir insérer les vis à l'intérieur. De plus, nous avons trouvé une vis appropriée pour fixer la tige sur la planche de bois. Nous avons commencé par percer un trou dans la planche avec un diamètre correspondant à celui de la vis (3,5 mm), puis nous avons réalisé un second trou pour permettre à la tête de la vis de s'insérer dans le support. Cependant, la vis n'était pas parfaitement droite dans la planche car nous avons commencé par percer le trou le plus petit. Par conséquent, nous allons récupérer une autre planche et commencer par percer le trou pour la tête de vis afin d'assurer une fixation plus précise.

La structure est presque finie, et il ne reste plus qu'à assembler et peindre les demi-sphères.

Lors de notre premier essai, nous avons utilisé une demi-sphère que nous avions préalablement poncée avec du papier de verre. Cependant, le résultat était identique à celui de la demi-sphère non poncée. Nous avons donc décidé de ne pas poncer les demi-sphères finales. De plus, compte tenu du fait que les aimants ne tenaient pas bien avec une seule couche de peinture magnétique, nous prévoyons d'appliquer plusieurs couches sur les autres demi-sphères.

Ainsi, nous avons commencé par peindre les demi-sphères avec une première couche de peinture magnétique, que nous avons répétée trois fois pour assurer une bonne adhérence des aimants. Ensuite, nous avons appliqué une couche de peinture bleue pour représenter les océans.

De plus, nous avons continué de séparer les continents sur Blender pour leur futur impression.

Jour 8 (22/03/24) : continents

La peinture magnétique s'est avérée insuffisamment forte pour maintenir les aimants en place. Nous avons donc décidé d'opter pour un système avec un aimant à l'intérieur de la sphère et un autre sur sa surface. Cependant, nous avons identifié un problème potentiel : si les aimants à l'intérieur tombent et se fixent ensemble une fois la sphère assemblée, cela pourrait poser des difficultés. Nous envisageons donc d'utiliser des pièces de monnaie de 1, 2 et 5 centimes, car si elles tombent, elles ne s'aimanteront pas ensemble.

Après consultation avec Jeffrey Poort, nous envisageons également de coller une feuille magnétique autocollante ou un film ferreux autocollant à l'intérieur des sphères afin d'améliorer la tenue des aimants.

La séparation des continents sur Blender est désormais terminée, ce qui signifie que nous pouvons passer à l'impression. Cependant, nous rencontrons actuellement des problèmes d'échelle. Nos tentatives pour ajuster l'échelle sur IdeaMaker, le logiciel d'impression 3D, ainsi que directement sur Blender, n'ont pas abouti.

Pour résoudre ce problème, nous avons mesuré la circonférence d'un globe terrestre, puis la taille des continents un par un. En utilisant un produit en croix, nous avons tenté d'arriver à la taille des continents que nous souhaitons imprimer sur le globe que nous avons fabriqué. Cependant, les continents sur Blender ne sont pas parfaitement ronds, ce qui signifie qu'ils ne s'adapteront pas parfaitement à la forme de notre globe.

Nous prévoyons de finaliser les dossiers des continents la semaine prochaine afin de pouvoir les imprimer. Nous espérons ainsi résoudre les problèmes d'échelle rencontrés et progresser dans notre projet.

Jour 9 (29/03/24) : encore des trous et première impression 3D

Nous avons réalisé notre premier essai d'impression 3D pour l'Afrique. Pour cela, nous avons utilisé IdeaMaker. Tout d'abord, nous avons ouvert le modèle du globe au format STL, puis nous l'avons redimensionné à la taille désirée, soit un diamètre de 18 cm. Ensuite, nous avons importé le modèle de l'Afrique séparément dans le même document et l'avons également redimensionné pour qu'il soit à la même échelle que celle du globe. Étant donné que l'Afrique présente une forme courbée, nous avons ajouté des supports pour garantir une impression optimale. Cette opération d'impression devrait durer environ 6 heures. Nous découvrirons donc le résultat mardi (2/04).

Nous avons obtenu une nouvelle planche de bois pour le support. Pour percer le trou destiné à la vis, nous avons commencé par utiliser une mèche à bois de 4 mm de diamètre, puis nous avons utilisé un foret fraisoir afin que la tête de la vis puisse s'encastrer parfaitement dans la planche.

Nous n'avons pas pu obtenir les feuilles aimantées que nous souhaitions placer à l'intérieur de la sphère. Après discussion avec Pierre et Loïc, nous avons encore des interrogations concernant la fixation des aimants et donc des continents. Nous avons identifié plusieurs possibilités :

- Utiliser des aimants à l'intérieur et à l'extérieur de la sphère. Cependant, si les aimants tombent à l'intérieur de la sphère, ils pourraient s'aimanter ensemble, ce qui compliquerait leur séparation si la sphère est scellée.

- Coller des pièces de monnaie à l'intérieur. Cependant, cette option nécessiterait un grand nombre de pièces.

- Appliquer de la peinture magnétique à l'intérieur et éventuellement à l'extérieur de la sphère.

- Coller les feuilles aimantées à l'intérieur.

Après une heure d'impression, l'Afrique a échoué. Nous avons rencontré un problème au niveau des supports, qui sont tombés car ils n'étaient pas solidement fixés entre eux. Par conséquent, nous avons décidé d'ajouter un radeau pour permettre aux supports de se fixer dessus et ainsi éviter tout mouvement indésirable.

Jour 10 (5/04/24) : toujours des impressions 3D

Nous avons réussi à imprimer en 3D l'Afrique, mais malheureusement, elle est déformée, ne ressemblant plus à sa véritable forme géographique. Cette déformation pourrait être due à un problème lors de l'impression, provoquant un étirement dans le sens de la longueur et un rétrécissement dans celui de la largeur. Cependant, il est également possible qu'il y ait eu un problème au niveau de la modélisation dans Blender.

Afin de résoudre ce problème, nous avons entrepris de remodéliser le globe terrestre en utilisant de nouvelles méthodes et techniques. Pour l'instant, les résultats ne sont pas concluants, mais nous poursuivons nos efforts pour trouver une solution satisfaisante.

Le problème d'aimantation de la sphère n'est pas résolu. Soit nous mettons des pièces de monnaie dans toute la sphère aujourd'hui avec un pistolet à colle, par risque que le plastique de nos sphères fonde. Ou nous attendons après les vacances d'avoir les feuilles aimantées.

Au moins, nous avons à présent une référence pour déterminer la quantité d'aimants nécessaire afin de maintenir l'Afrique en place sur la sphère tout en intégrant des pièces de monnaie à l'intérieur. Au début, nous avons opté pour un petit aimant, car nos aimants standard ont un diamètre de 12 mm et nous ne disposions pas d'une mèche correspondante. Par conséquent, nous avons essayé avec un aimant plus petit (8 mm), compatible avec la taille de la mèche dont nous disposions. Malheureusement, celui-ci s'est révélé inefficace. Nous avons alors entrepris de percer un trou avec une mèche de 10 mm, puis de l'élargir avec un foret fraisoir, et enfin de nettoyer les résidus avec un cutter. Cependant, même avec ces ajustements, l'insertion de l'aimant nécessitait encore l'usage d'un maillet, endommageant ainsi la structure de l'Afrique et entraînant un enfoncement excessif de l'aimant, réduisant ainsi son efficacité.

Face à ces difficultés, nous avons finalement décidé de superposer deux aimants, ce qui a augmenté la force magnétique tout en réduisant la distance entre la pièce et la sphère. Néanmoins, ce processus s'est avéré long et coûteux en aimants. Pour les prochains continents, une fois que nous aurons résolu ces problèmes, nous envisageons d'utiliser une mèche de 12 mm et une pince adaptée.

En conclusion, grâce à l'utilisation de deux aimants de plus grande taille et à l'insertion des pièces à l'intérieur, nous avons réussi à maintenir l'Afrique en place sur la sphère !

Jour 11 (26/04/24) : fixation béton

Nous avons opté pour l'idée de fixer des pièces à l'intérieur des sphères. Cependant, nous ignorons si le champ magnétique des aimants est altéré par les passages à travers les pièces. Pour résoudre cette incertitude, nous utilisons l'Afrique imprimée précédemment (jour 10) que nous découpons en deux à l'aide d'une scie. Nous pourrons ainsi observer le comportement des plaques et, par extension, des aimants.

Les deux morceaux de l'Afrique s'emboîtent parfaitement. Les aimants conservent les memes caractères.

Maintenant, nous devons coller les pièces à l'intérieur des sphères. Initialement, nous avons utilisé un petit pistolet à colle, mais nous avons rapidement épuisé notre réserve de colle. Nous nous sommes donc rendus au Fablab pour utiliser des pistolets à colle, malheureusement il y en avait que de grande taille, ce qui était moins pratique. Bien que les deux demi-sphères s'emboîtent correctement, les pièces risquent toujours de se détacher, donc nous sommes à la recherche de solutions pour les fixer de manière plus sécurisée et définitive.

Une hypothèse que nous envisageons est d'utiliser de la résine époxy pour solidifier les pièces et fixer les sphères entre elles. Nous prévoyons de mettre cette idée à l'essai lors de notre prochaine et dernière séance pour finaliser notre projet. En attendant, nous avons lancé l'impression des continents supplémentaires nécessaires.

Documentation

Charles DeMets a fait un travail de recherche «Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal time-scale on estimates of current plate motions” qui explique la vitesse et l’angle de rotation des plaques.

Pour la modélisation, on utilisera OpenScad pour pouvoir imprimer les formes.

A voir Scotese.

Article de Peter Bird "An updated digital model of plate boundaries".

Documents blender :

https://we.tl/t-1nZMYRYMy4

Fichier map monde en svg :

https://we.tl/t-A56izYt8CS