Parc national du Canada Yoho

Schistes argileux de Burgess - découvrez des fossiles de 505 millions d'années
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Plans de leçon : Exploration des temps géologiques et des fossiles du Shale de Burgess

Aperçu :

Cette activité pratique qui consiste à construire un modèle de l’échelle des temps géologiques qui permettra aux élèves de mieux comprendre la géochronologie. On illustrera et on indiquera sur cette échelle de temps, certains épisodes importants de l’évolution de la vie, notamment les célèbres fossiles du Shale de Burgess, un site du patrimoine mondial de l’UNESCO, situé dans le parc national Yoho. Cet exercice exige certains calculs mathématiques.

Apprentissages prévus :

  • Réaliser un modèle satisfaisant, à l’échelle, de l’échelle des temps géologiques montrant les principales divisions.
  • Résumer et placer dans l’ordre certains des développements les plus importants de l’histoire de la vie sur Terre.
  • Appréhender le très grand âge des fossiles du Shale de Burgess et comprendre les raisons pour lesquelles l’UNESCO les a désignés comme un site du patrimoine mondial.

Durée de la leçon :

La construction et l’étiquetage de l’échelle de temps prendront environ une heure si tout le matériel nécessaire est déjà sur place. On pourra aussi autoriser la recherche en classe ou hors classe (entre une et trois heures).

Préparation et matériaux nécessaires :

  • fils épais de 4 couleurs différentes (4 mètres de fil d’une couleur seront nécessaires et des longueurs moindres des autres couleurs)
  • une règle ou un ruban à mesurer métrique
  • des ciseaux
  • des marqueurs de couleur
  • du ruban à masquer ou des languettes, ainsi que des exemplaires des tableaux 1 et 2 (présentés dans ce document)
  • une calculatrice
  • *un ordinateur avec accès Internet (optionnel)
  • *du papier de construction, des images correspondant aux événements principaux et de la ficelle (optionnel)

Renseignements à l’intention de l’enseignant :

  • Pour créer un modèle à l’échelle, les élèves devraient savoir comment utiliser un rapport mathématique et faire des conversions métriques simples.
  • La partie De la Bactérie à l’Humain, un aperçu du présent document contient des détails supplémentaires relatifs à chacun des événements énumérés dans le tableau 2. Les réponses aux questions de discussion sont données après De la Bactérie à l’Humain, un aperçu.
  • On pourra constituer de petits groupes qui coopéreront pour construire leur propre version de l’échelle de temps et qui présenteront leur travail au reste de la classe. On pourrait aussi distribuer des illustrations représentant chacun des événements (dans le désordre) à un autre groupe et lui demander de les placer sur l’échelle des temps. L’enseignant pourra faciliter cet exercice en encourageant les participants à penser à la séquence des événements nécessaires à l’évolution des formes supérieures de vie. (P. ex. les Plantes devront déjà avoir colonisé le sol afin de servir de nourriture aux animaux pour que ceux-ci puissent s’y établir.)
  • On trouvera à la fin de ce document des réponses aux tableaux 1 et 2 et aux questions de discussion.

Procédure :

  • Consultez le tableau 1, Grandes divisions des temps géologiques. Complétez le tableau et, à l’aide d’une calculatrice, déterminez la longueur de fil que l’on devrait utiliser pour représenter chacune des principales divisions de l’échelle. (Utilisez comme échelle 1 cm = 10 millions d’années.)
  • Utilisez quatre couleurs différentes pour représenter les quatre grandes ères et préparez des longueurs de fil en fonction des calculs effectués pour compléter le tableau 1. (N’oubliez pas d’ajouter environ 10 cm de fil à chaque longueur, pour les attacher.) Vous avez maintenant une représentation colorée de l’échelle des temps géologiques! (Vérifiez qu’une fois les fils attachés, la longueur des différents brins correspond approximativement aux intervalles de temps, obtenus par vos calculs.)
  • Faites un grand nœud au commencement de l’ère précambrienne de votre échelle de temps. Il représentera la formation de la Terre,il y a 4,5 milliards d’années. Ce nœud sera votre point de référence zéro, à partir duquel vous mesurerez le temps écoulé avant le prochain événement. Indiquez par une étiquette cet événement à l’aide de ruban coloré (ou une image adéquate collée sur du papier de construction et attachée à une ficelle.)
    Complétez le tableau 2, Principaux événements de l’histoire de la Terre,en utilisant l’échelle 1 cm = 10 millions d’années (ce qui équivaut à 1 m = 1 milliard d’années).
  • À partir du premier nœud, faite un deuxième nœud à la bonne distance pour représenter l’apparition de la vie unicellulaire, il y a 3,5 milliards d’années, ou 1 milliard d’années après la formation de la Terre. Indiquez cet événement important à l’aide d’un ruban ou d’une image.
  • Continuez à faire des nœuds le long de la ficelle aux distances appropriées, à partir du nœud précédent afin de représenter chaque événement important de l’histoire terrestre, énuméré au tableau 2. Indiquez les événements qui, selon vous, sont les plus importants. Votre échelle de temps est maintenant terminée et vous êtes prêts à le présenter au reste de la classe!

Tableau 1 : Grandes divisions des temps géologiques (10 millions d’années = 1 cm)

 

Intervalle de temps
(millions d’années)
Durée de l’intervalle (millions d’années) Longueur en centimètres (1 cm = 10 millions d’années) *arrondissez au centimètre le plus proche
Éon précambrien 4 500 à 543 3 957 396
Ère paléozoïque
(vie ancienne)
543 à 248    
Ère mésozoïque
(vie moyenne)
248 à 65   18
Ère cénozoïque
(vie récente)
65 à 0 (actuel) 65  

Référence: www.ucmp.berkeley.edu/help/timeform.php (en anglais)

Tableau 2 : Événements principaux de l’histoire de la Terre (10 millions d’années = 1 cm)

NœudÉvénement Millions d’années écoulées Distance du nœud précédent (centimètres)
1 Formation de la Terre (point zéro) 4 500 0
2 Apparition de la vie unicellulaire primitive 3 500 100 cm
(4 500-3 500 = 1 Ga. = 1 m)
3 Explosion cambrienne (abondance soudaine de fossiles) 543 (3 500-543) = 2 957 Ma = ? cm
4 Fossiles du Shale de Burgess 505  
5 Première plante terrestre (Cooksonia) 410  
6 Apparition des insectes 320  
7 L’âge des dinosaures 175  
8 Apparition des plantes à fleurs 140  
9 Extinction du Crétacé 65  
10 Apparition des premiers humains 4  

Référence: http://www.ucmp.berkeley.edu (en anglais)

Questions de discussion :

  • Qu’est-ce que notre échelle de temps nous apprend de l’histoire de la Terre?
  • Quelle proportion (en pourcentage) de l’existence de la Terre s’est-elle déroulée pendant l’éon précambrien?
  • Quel est le processus chimique qui a permis la lente accumulation de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre? Quelles formes de vie sont-elles responsables de ce phénomène?
  • Quel événement important marque-t-il le commencement du Paléozoïque? Quelle est son importance?
  • Où a-t-on découvert les fossiles du Shale de Burgess? À quelle époque? Qui les a découverts? Pourquoi sont-ils importants, au point que l’UNESCO a désigné le Shale de Burgess comme étant un site du patrimoine mondial?
  • Quel autre événement géologique important (et à qui l’on doit le paysage de l’ouest du Canada) s’est-il déroulé pendant l’âge des dinosaures?
  • Quel événement majeur marque la fin de l’ère mésozoïque?
  • Comment le temps écoulé depuis l’apparition des humains sur Terre se compare-t-il au grand âge de notre planète?

Évaluation :

L’enseignant pourra évaluer le travail des élèves en utilisant un ou plusieurs des critères suivants :

  • ils auront rempli correctement les tableaux 1 et 2
  • ils auront construit correctement l’échelle des temps, en indiquant ses grandes divisions avec du fil de longueur et de couleur appropriées
  • l’échelle de temps a été bien réalisée et correctement étiquetée
  • on a utilisé et posé aux bons endroits des illustrations appropriées servant à représenter les événements principaux
  • les élèves ont répondu correctement aux questions de discussion
  • les élèves ont démontré leur compréhension par leur capacité de discuter de l’échelle de temps avec d’autres élèves.

Prolongement de la leçon :

  • Si le temps le permet, l’enseignant pourrait demander aux élèves de trouver des illustrations représentant chacun des événements principaux et de les utiliser pour étiqueter leur échelle des temps.
  • Plutôt que de présenter directement aux élèves les connaissances contenues dans ce document, l’enseignant pourrait souhaiter qu’ils fassent eux-mêmes la recherche et s’informent ainsi davantage sur les événements principaux de l’histoire de la vie sur Terre, énumérés au tableau 2.
    Le tableau 2 n’énumère que certains des événements importants de l’histoire de la Terre. L’enseignant pourrait développer cette activité en demandant à ses élèves de créer leur propre version du tableau.
  • Le tableau 1 ne donne que les grandes divisions de l’échelle des temps géologiques. L’enseignant devra demander à ses élèves de mettre sur leur échelle de temps, outre les divisions énumérées au tableau 1, des subdivisions importantes.

Suggestions sources documentaires connexes :

  • Site internet du Musée de paléontologie de l’Université de Californie à Berkeley : www.ucmp.berkeley.edu (en anglais, excellent site pour ses renseignements sur les temps géologiques et l’évolution, beaucoup d’images).
  • Fondation du Shale de Burgess, site Internet : www.burgess-shale.bc.ca/ (en anglais, informations générales)
  • Site Internet du Musée national d’histoire naturelle de la Smithsonian Institution (USA) : http://paleobiology.si.edu/burgess (en anglais, s’y trouvent des images du Shale de Burgess et des fossiles)
  • Site Internet du parc national Yoho

Il existe beaucoup d’autres sites documentaires sur l’Internet que vous pourriez utiliser de façon à étendre la portée ou les possibilités de recherche liées à cette leçon.

Référence et remerciement :

Une grande partie des connaissances ayant servi à la préparation de ce document ont été tirées du site www.ucmp.berkeley.edu (en anglais)

Cette leçon internet a été créée en 2005 par Mme Lisa Holmstrom, une enseignante.

De la Bactérie à l’Humain, un aperçu

Les plus anciennes traces laissées par un organisme vivant, sur Terre, sont celles des fossiles des Bactéries simples et des Cyanobactéries, imprimées dans la pierre il y a trois milliards cinq cents millions d’années. Il faudra attendre l’aube de l’ère paléozoïque (dont la première période est le Cambrien), pour que la vie foisonne soudainement sur la Terre. L’apparition de formes de vie complexes sur notre planète est très récente (12 % de son existence). Les principales divisions des temps géologiques sont définies par des événements importants de l’histoire terrestre qui ont été consignés dans les fossiles ou la pierre.

Quelques événements importants de l’histoire de la Terre :

La formation de la Terre

La naissance de la Terre remonte à environ quatre milliards cinq cents millions d’années. À l’époque, la surface de notre planète est délétère, son atmosphère est toxique et elle ne peut entretenir la vie. Graduellement, les gaz rejetés par les éruptions volcaniques et la chute de météores créèrent une atmosphère de dioxyde de carbone, d’hydrogène, d’hélium, d’azote, de méthane et de vapeur d’eau. Ces conditions primitives favorisèrent l’apparition de la vie. Avec le temps la composition de l’atmosphère s’est graduellement transformée : elle contenait de plus en plus d’oxygène, un gaz nécessaire à l’entretien des formes de vie plus complexes.

La vie unicellulaire primitive

Il faut attendre un milliard d’années après la formation de notre planète, pour retrouver les premières formes de vie : les Bactéries et les Cyanobactéries. Elles formaient des mattes (tapis) dans des eaux peu profondes sujettes aux battements des marées. À la longue, ces tapis ont piégé de petites particules de sable et d’autres sédiments pour ériger des structures appelées stromatolites. Ces êtres unicellulaires étaient capables de photosynthèse, c’est-à-dire qu’ils tiraient leur énergie de la lumière du soleil et du CO 2 et rejetaient de l’oxygène. Avec le temps, la teneur en oxygène de l’atmosphère et des mers de la Terre s’est accrue progressivement.

Explosion cambrienne

L’explosion cambrienne est le big-bang de l’évolution! Dans les strates de pierre, on trouve soudainement une très grande abondance de fossiles laissés par des animaux multicellulaires, complexes et très divers qui vivaient dans les océans de la Terre. Cet événement important marque le commencement de l’ère paléozoïque. Pour la première fois, plusieurs animaux peuvent sécréter une coquille dure pour se protéger. Dans les mers du Cambrien, foisonnent en très grand nombre les Trilobites, un ancien Arthropode marin. Ce sont les premiers animaux à être pourvus d’yeux, donc de la vue.

Les fossiles du Shale de Burgess

L’Américain Charles Walcott a découvert en 1909 les célèbres fossiles dans le parc national Yoho en Colombie-Britannique. L’ensemble de ces fossiles constitue un assemblage très divers de plantes et d’animaux qui vivaient dans une mer tropicale, tiède et peu profonde. Si certains de ces animaux sont les lointains ancêtres d’animaux actuels, d’autres ne ressemblent à aucune créature vivant de nos jours et leur lignée s’est éteinte depuis longtemps. Ils ont vécu peu de temps après l’explosion cambrienne, et leurs fossiles sont très importants, car ils sont si anciens et si bien préservés (ils ont conservé la trace des tissus mous et des membranes d’animaux morts il y a 505 millions d’années)! De nos jours, on trouve encore des fossiles, dans la carrière de Walcott, creusée dans une crête montagneuse élevée, près du village de Field (Colombie‑Britannique).

Les premières plantes terrestres

Les plus anciens fossiles de plantes terrestres remontent à la période dévonienne et ont été retrouvés principalement en Australie. Ces tout petits végétaux ont été baptisés Cooksonia. S’élevant normalement sur quelques centimètres, leurs tiges étaient dépourvues de feuilles et de racines véritables. Toutes chétives qu’elles fussent, les Cooksonia étaient les premières formes de vie à coloniser la terre ferme!

Les insectes

On a retrouvé des centaines de fossiles d’insectes remontant à l’époque pennsylvanienne, il y a 320 millions d’années. Les premiers insectes étaient dépourvus d’aile et ressemblaient aux Lépismes (poissons d’argent) actuels. Les premières ailes qui sont apparues n’étaient que des projections des deux côtés de l’insecte mais, plus tard, leurs descendants ont « appris » à les replier le long de leur corps. L’étude des fossiles nous apprend que les insectes plus évolués, par exemple ceux qui ont besoin de plantes à fleurs pour vivre (notamment les abeilles, les guêpes, les mouches et les fourmis), n’ont surgi qu’après l’apparition des plantes à fleurs.

L’âge des dinosaures

On appelle la période jurassique, qui s’est écoulée il y a entre 208 et 146 millions d’années, l’Âge des Dinosaures! On peut diviser les dinosaures en deux grands groupes : les Sauripelviens (ou Saurichiens) et les Avipelviens (ou Ornithishiens). Le premier groupe a évolué directement des premiers reptiles, et leur bassin ressemble à celui des reptiles contemporains. Le second groupe, évolué du premier, est caractérisé par un bassin ressemblant à celui des oiseaux actuels. Pendant cent millions d’années, les dinosaures ont régné en rois et maîtres sur la Terre! L’époque où ils habitaient les plaines côtières de l’Alberta correspond à celle où, à l’ouest, les montagnes Rocheuses commencèrent à se soulever.

Les Plantes à fleurs

Les Plantes à fleurs sont apparues sur Terre pendant le Mésozoïque, il y a 40 millions d’années. La relation symbiotique qui s’est développée entre certains insectes et ces plantes a contribué beaucoup à leur évolution.

L’extinction du Crétacé

Une crise environnementale majeure s’est produite dans un intervalle très court à la fin du Crétacé, dernière période du Mésozoïque. Les Dinosaures, les grands Mollusques à coquille, les Ammonites et d’autres groupes d’animaux sont tous disparus en moins d’un million d’années. Un gros astéroïde a heurté la Terre, à peu de distance de la péninsule actuelle du Yucatan au Mexique, ce qui a créé une explosion énorme qui a projeté d’immenses quantités de poussière et de débris dans l’atmosphère terrestre qui ont obscurci le ciel. Les concentrations anormalement élevées d’iridium, un élément rare, dans les couches argileuses de plusieurs sites remontant à cette époque, constituent la preuve de cet impact. On croit que l’iridium proviendrait de l’astéroïde. La découverte par une compagnie pétrolière du cratère de l’astéroïde sous le fond marin constitue une autre preuve de cette théorie. Toutefois, il existe des preuves qu’une crise environnementale avait débuté et causait déjà des extinctions avant l’impact de l’astéroïde. Ainsi la chute de l’astéroïde aurait marqué le point final de l’âge des dinosaures. Il s’agissait du cinquième épisode d’extinction massive vécue par la Terre.

Les premiers Humains

Les premiers Humains (Hominiens), de la famille des Hominidés, sont apparus sur Terre il y a quatre millions d’années. Les hominiens se caractérisent par leur posture verticale et le fait qu’ils n’utilisent pas pour la locomotion, leurs membres antérieurs, lesquels sont, donc, normalement plus courts et moins forts que les membres postérieurs. En outre, leurs dents sont petites et de taille similaire, contrairement aux grosses dents des Singes.

Réponses :

Tableau 1 : Grandes divisions des temps géologiques
PériodeIntervalle de temps
(millions d’années)
Durée de l’intervalle (millions d’années) Longueur en centimètres (1 cm = 10 millions d’années) *arrondissez au centimètre le plus proche
Éon précambrien 4 500 à 543 3 957 396
Ère paléozoïque
(vie ancienne)
543 à 248 295 30
Ère mésozoïque
(vie moyenne)
248 à 65 183 18
Ère cénozoïque
(vie récente)
65 à 0 (actuel) 65 7
Tableau 2 : Événements principaux de l’histoire de la Terre (10 millions d’années = 1 cm)
NœudÉvénement Millions d’années écoulées Distance du nœud précédent (centimètres)
1 Formation de la Terre (point zéro) 4 500 0
2 Apparition de la vie unicellulaire primitive 3 500 100
3 Explosion cambrienne (abondance soudaine de fossiles) 543 296
4 Fossiles du Shale de Burgess 505 4
5 Première plante terrestre (Cooksonia) 410 9,5
6 Apparition des insectes 320 9
7 L’âge des dinosaures 175 14,5
8 Apparition des plantes à fleurs 140 3,5
9 Extinction du Crétacé 65 7,5
10 Apparition des premiers humains 4 6

Réponses aux questions de discussion :

  1. Pendant la plus grande partie de l’histoire de la Terre (le Précambrien), seules les formes de vie les plus simples existaient. Les organismes sont devenus plus complexes et plus diversifiés à la suite de l’explosion cambrienne.
  2. L’ère précambrienne constitue environ 88 % de l’histoire de la Terre. (4 500 ‑ 543) / 4 500 × 100 %) . Les formes de vie complexes n’existent sur Terre que depuis 12 % de l’histoire de notre planète.
  3. La photosynthèse par les Cyanobactéries est responsable de la lente accumulation de l’oxygène dans l’atmosphère.
  4. L’explosion cambrienne. On appelle explosion cambrienne l’apparition soudaine d’une très grande diversité de formes de vie complexes, telle que nous le révèlent les fossiles.
  5. L’américain Charles Walcott a découvert les fossiles du Shale de Burgess, dans le parc national Yoho en 1909. Ce site, connu à l’heure actuelle sous le nom de carrière de Walcott, reste le site le plus riche, bien que d’autres fossiles remontant à la même époque aient été trouvés ailleurs. Les animaux fossilisés du Shale de Burgess ont vécu peu de temps après l’explosion cambrienne, certains d’entre eux sont les ancêtres les plus anciens connus des animaux modernes. Ils sont extrêmement bien préservés, on peut même voir les tissus mous et les organes internes.
  6. Le début de la formation des montagnes Rocheuses, il y a environ 175 millions d’années.
  7. L’extinction massive du Crétacé, correspondant à la disparition des derniers Dinosaures.
  8. Les Humains n’existent que depuis un très court temps, soit 0,1 % de l’étendue des temps géologiques!


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