LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE GÉOTHERMIE ET PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE

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1 1ère PARTIE : (8 points) GÉOTHERMIE ET PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE QCM : Cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions 1- La lithosphère continentale se distingue de la lithosphère océanique par : une croûte plus épaisse, plus dense, une croûte plus épaisse, moins dense, une croûte moins épaisse, plus dense, une croûte moins épaisse, moins dense. 2- L isostasie traduit : un état d équilibre de la croûte sur le manteau supérieur de la lithosphère, un état d équilibre de la lithosphère sur l asthénosphère, un état de déséquilibre de la croûte sur le manteau supérieur de la lithosphère, un état de déséquilibre de la lithosphère continentale sur la croûte océanique. 3- L altitude des continents est en moyenne : moins élevée que celle des océans, principalement à cause d une coûte plus dense, moins élevée que celle des océans, principalement à cause d une croûte moins dense, plus élevée que celle des océans, principalement à cause d une croûte plus dense, plus élevée que celle des océans, principalement à cause d une croûte moins dense. 4- L âge de la croûte continentale : est globalement identique à celui de la croûte océanique, ne dépasse jamais 200 millions d année, peut atteindre, voire dépasser les 4 milliards d années, ne peut jamais être établi. 5- Dans une chaîne de montagnes, on peut observer un épaississement de la croûte : uniquement en surface, uniquement en profondeur, en surface et en profondeur, donnant des reliefs et une racine crustale, en surface et en profondeur, donnant des reliefs et une remontée mantellique. 6- Dans une chaîne de collision, plis, failles, nappes sont associées : à un étirement de la croûte, à un raccourcissement de la croûte, à une diminution du relief, à un amincissement de la croûte. 7- Les ophiolites sont constituées : de roches issues d une ancienne lithosphère continentale, de lambeaux de lithosphère océanique, de granite et de roches métamorphiques, de roches sédimentaires exclusivement. 8- Par rapport à une chaîne de montagnes récentes, une chaîne ancienne présente : une proportion de roches formées en profondeur plus importante à l affleurement, une proportion de roches formées en profondeur moins importante à l affleurement, un Moho plus profond, un Moho globalement aussi profond. 9- Dans les zones de subduction : la lithosphère océanique chevauche toujours la lithosphère continentale, la lithosphère océanique est moins dense qu au niveau de la zone d accrétion, la lithosphère océanique est plus dense que dans la zone d accrétion, la lithosphère océanique est plus jeune que dans la zone d accrétion.

2 10- Dans les zones de subduction, on observe un magmatisme se traduisant par : la formation de roches volcaniques de type granitoïdes, la formation de roches volcaniques sur la plaque plongeante, la formation de roches plutoniques de type granitoïde, la formation de roches plutoniques de type basalte. 11- Le magmatisme des zones de subduction a pour origine la fusion de péridotite : partielle, par déshydratation de la plaque plongeante, totale, par déshydratation de la plaque plongeante, partielle, par hydratation de la plaque plongeante, totale, par hydratation de la plaque plongeante. 12- Andésite et granite sont toutes deux : des roches produites par un magmatisme de dorsale, des roches plutoniques, des roches produites au niveau des zones de subduction, des roches ayant la même structure. 13- Dans une chaîne de montagnes, les reliefs tendent à : augmenter sous l effet de l altération et de l érosion, augmenter sous l effet de la seule érosion, disparaître sous les seuls effets de l altération et de l érosion, disparaître sous l effet de l altération, de l érosion et de phénomènes tectoniques. 14- On observe un flux géothermique : fort au niveau des dorsales, associé à une production de lithosphère continentale, faible au niveau des dorsales, associé à une production de lithosphère océanique, fort au niveau des fosses océaniques associé au plongement de la lithosphère, faible au niveau des fosses océaniques associé au plongement de la lithosphère. 15- Les transferts de chaleur par convection au niveau du globe : sont plus efficaces que les transferts de chaleur par conduction, ne s accompagnent d aucun déplacement de matière, sont le seul mécanisme de transfert thermique de la Terre, sont peu importants dans le manteau. 16- Le flux géothermique global : a une valeur homogène à la surface de la Terre, est dû au transfert de chaleur de la profondeur vers la surface de l énergie libérée par la désintégration de substances radioactives, est dû au transfert de chaleur de la surface vers la profondeur de l énergie libérée par la désintégration de substances radioactives, est lié à l énergie solaire reçue par la surface terrestre. 1ère PARTIE : (8 points) Le Zagros Le Zagros est une chaîne de montagnes, principalement localisée en Iran, et culminant à 4548 mètres.

3 D après Indiquer quels indices géologiques il conviendrait de rechercher dans cette région et montrer comment ils permettraient de valider l hypothèse selon laquelle le Zagros résulterait de l affrontement de deux continents après disparition d un domaine océanique. L exposé doit être structuré, avec introduction, développement et conclusion. Deux schémas, au moins, illustrant ces indices sont attendus. 1ère PARTIE : (8 points) À partir de l utilisation des connaissances, exposer l origine et le rôle de l eau dans la formation des roches de la croûte continentale au niveau des zones de subduction. L exposé sera accompagné d un schéma titré 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). SYNTHÈSE : (5 points) La disparition des reliefs Dans les massifs anciens on observe à l'affleurement, en plus de l'effacement du relief, une plus forte proportion que dans les montagnes récentes de matériaux formés en profondeur et transformés. Expliquer par quels mécanismes s'effectue l'aplanissement d'une chaîne de montagnes. L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion

4 QCM : (3 points) Compléter le QCM (ANNEXE de la page 3/6), qui sera à rendre avec la copie. Cocher la réponse exacte pour chaque série de propositions 1- La croûte continentale : a une densité plus élevée que la croûte océanique est majoritairement constituée de basaltes a une épaisseur moyenne voisine de 10 km a une densité plus faible que la croûte océanique 2- Les granitoïdes sont des roches : métamorphiques constituées de feldspaths, de micas et de quartz sédimentaires magmatiques ayant subi un refroidissement rapide QCM (3 points) ANNEXE: à rendre avec la copie 3- Le Moho : sépare la lithosphère de l'asthénosphère est identifiable par l'enregistrement des ondes sismiques a une profondeur constante sous les continents est une limite physico-chimique entre deux couches de la croûte terrestre 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Cette partie I comporte 2 sous paries indépendantes l'une de l'autre : un questionnaire à choix multiple (QCM) et une question de synthèse. L'ordre de traitement des 2 paries est laissé au choix du candidat. QCM (3 points) À partir des connaissances, répondre au QCM en cochant la bonne réponse sur la feuille annexe. Feuille annexe à rendre avec la copie Répondre au QCM en cochant la bonne réponse 1- Les ophiolites sont : des fossiles marins la trace d'un domaine océanique disparu un domaine continental déformé à la suite d'une collision des minéraux caractéristiques du granite 2- En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique : s'épaissit à cause de son refroidissement, ce qui augmente sa densité se refroidit à cause de son épaississement, ce qui augmente sa densité subit un plissement intense s'épaissit et se refroidit, sans modification de sa densité 3- Une chaîne de montagne récente : présente en général un relief moins élevé qu'une chaîne de montagne ancienne ne présente aucune érosion présente un relief en surface appelé racine crustale peut présenter des marqueurs de subduction océanique et de collision

5 GÉOTHERMIE ET PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE La Terre est une machine thermique : elle libère une énergie qualifiée de géothermique, potentiellement utilisable par l'homme, et variable d'un endroit à un autre. Après avoir indiqué l'origine du flux géothermique, décrire les mécanismes de transferts thermiques vers la surface et comparer les variations de ce flux selon le contexte géodynamique (dorsale et zone de subduction). Aucune valeur de flux géothermique n'est attendue. La réponse doit être structurée avec une introduction et une conclusion. 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). GÉOTHERMIE ET PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE Bouillante est la première centrale géothermique française où l'énergie géothermique est exploitée pour produire de l'électricité. Le site géothermique de Bouillante est situé en Guadeloupe dans l'arc des petites Antilles. Document : contexte géodynamique de Bouillante Présenter comment le contexte géodynamique régional a permis l'implantation d'une centrale géothermique à Bouillante. Le moteur de la subduction n'est pas attendu. L'exposé doit être structuré avec une introduction, un développement et une conclusion. Il sera accompagné d'un schéma de synthèse illustrant les phénomènes géologiques mis en jeu.

6 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Aussitôt formés, les reliefs tendent à disparaître. Expliquer comment la destruction des reliefs et le devenir des matériaux de démantèlement interviennent dans le recyclage de la croûte continentale. La réponse sera présentée sous la forme d un exposé structuré, avec introduction et conclusion, et comportera un schéma mettant en évidence le recyclage superficiel de la croûte continentale. 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Le massif armoricain localisé en Bretagne culmine actuellement à 147m. Il s'agit du reste d'une vaste chaîne de montagnes très ancienne (600 millions d'années) qui atteignait probablement 2000 à 3000m d'altitude. Présenter les phénomènes qui contribuent à la disparition des reliefs montagneux et au recyclage de la croûte continentale. Votre réponse comprendra une introduction, un développement cohérent et un schéma de synthèse. 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Les zones de subduction sont le siège d'une importante activité magmatique qui aboutit à la formation de granodiorites et d'andésites. Expliquez l'origine du magmatisme dans les zones de subduction et montrez qu'il peut aboutir à la formation de ces deux types de roches. Votre exposé sera accompagné d'un schéma de synthèse. 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Le magmatisme en zone de subduction Les zones de subduction, domaines de convergence de la lithosphère, sont le siège d'une importante activité magmatique. Celle-ci aboutit à une formation de croûte continentale. Décrire comment dans un contexte de subduction se met en place l activité magmatique et préciser comment celle-ci intervient dans la production de nouveaux matériaux continentaux. L exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d un schéma de synthèse.

7 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). À l'aide du document et de vos connaissances, comparez la formation de la croûte continentale avec celle de la croûte océanique. Vous vous intéresserez d'une part à l'origine des magmas et d'autre part à la mise en place des roches magmatiques dans les deux types de croûte. Votre exposé devra être structuré. La conclusion prendra la forme d'un schéma comparatif à réaliser dans le document fourni. PARTIE I : FEUILLE REPONSE LEGENDE 1. remontée de l'asthénosphère et des liquides de fusion partielle (magma) 2. injection rythmique de magma 3. fluage latéral du manteau résiduel 4. brassage du magma par convection 5. cristallisation lente 6. injection de magma dans le toit 7. épanchement de basaltes (*) roches voisines des basaltes Mode de fonctionnement général d'une dorsale (exemple d'une dorsale "rapide") (D'après "Enseigner la Planète Terre, Caron et coll., 3ème édition, OPHRYS 1995, modifié)

8 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). 1- Question de synthèse (6 points) Au Nord du Pérou, on peut observer des roches magmatiques grenues de type granitoïde, formant des massifs qui s étirent sur plus de 1000 km de long au cœur de la Cordillère des Andes. Les géologues ont établi qu ils se sont formés pendant la subduction de la Plaque Nazca sous la Plaque Amérique du Sud. Expliquez comment des magmas peuvent se former dans une zone de subduction et comment ils peuvent apporter de nouveaux matériaux à la croûte continentale. Votre synthèse comprendra une introduction, un développement cohérent et une conclusion apportant une réponse claire à la question posée. 2- QCM (2 points) FEUILLE-RÉPONSE À RENDRE AVEC LA COPIE 1) Cocher la case correspondant à la proposition correcte parmi les quatre proposées (1 point) La croûte continentale est : Proposition A : en équilibre isostatique sur l asthénosphère Proposition B : en équilibre isostatique sur la lithosphère Proposition C : plus épaisse et moins dense que la croûte océanique Proposition D : moins épaisse et plus dense que la croûte océanique 2) Cocher la case correspondant à la proposition correcte parmi les quatre proposées (1 point) Proposition A : Une roche métamorphique peut se former par fusion partielle. Proposition B : Une roche métamorphique peut se former suite à une modification de pression et de température. Proposition C : L augmentation des conditions de pression et température modifie la composition chimique d une roche sans changer sa composition minéralogique lors du métamorphisme. Proposition D : L augmentation des conditions de pression et température provoque toujours la fusion partielle des roches de la croûte continentale. 1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points). Document de référence : organisation et composition de la lithosphère océanique

9 Dans sa théorie, Alfred Wegener estimait que la différence d altitude moyenne des continents (+ 100m) et des océans (- 4500m) pouvait s expliquer par l existence de deux croûtes de nature différente. Comparer les lithosphères océaniques et continentales (8 points) : 1. QCM (3 points) : indiquez la réponse exacte pour chacune des questions du QCM ci-dessous 2. Synthèse (5 points) : votre synthèse s accompagnera d un schéma établi sur le modèle du document de référence, complété par la partie lithosphère continentale Le schéma est à réaliser sur votre copie et non sur l énoncé du sujet. QCM Vous reporterez vos réponses sur votre copie 1. Les connaissances actuelles sur le domaine continental permettent de dire que : a) La croûte est en équilibre isostatique sur l asthénosphère b) La lithosphère est en équilibre isostatique sur l asthénosphère c) Le manteau supérieur seul est en équilibre sur l asthénosphère 2. La croûte océanique est globalement : a) Plus âgée que la croûte continentale b) Plus jeune que la croûte continentale c) Du même âge que la croûte continentale 3. Une faille inverse est un indice tectonique : a) D un raccourcissement b) D un étirement c) D une marge passive

10 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). La datation des roches de la croûte continentale Un étudiant en géologie retrouve dans une collection de roches, trois échantillons de granites provenant de Norvège, de Bretagne et de Basse Normandie. Il sait que l'échantillon le plus ancien est le granite norvégien. L'échantillon breton porte une étiquette «environ 300 millions d'années». Il dispose de documents permettant de les dater. Vous devez l'aider à retrouver l'origine et l'âge des échantillons de granite. Exploitez les données afin de répondre au QCM sur la feuille annexe avec la copie. Document 1a : principe de datation d'une roche avec le couple d'éléments rubidium / strontium On mesure sur différents minéraux de ma roche étudiée la quantité de 87 Rb, 86 Sr, 87 Sr. En reportant sur un graphique en abscisse le rapport 87 Rb/ 86 Sr, et en ordonnée le rapport 87 Sr/ 86 Sr pour chaque minéral étudié, on obtient une droite isochrone dont l'équation est : y = (e λt - 1)x + b avec y = 87 Sr/ 86 Sr x = 87 Rb/ 86 Sr (λ étant la constante de désintégration radioactive spécifique du couple rubidium / strontium. Sa valeur n'est pas donnée car elle n'est pas utile pour l'exercice). Document 1b : détermination de t à partir de (e λt - 1) Valeurs de (e λt - 1) Âge approximatif en Valeurs de (e λt - 1) Âge approximatif en millions d'années (t) millions d'années (t) 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Document 2 : droites isochrones correspondant aux 3 échantillons

11 D'après et "Comprendre et enseigner la planète Terre" OPHRYS Edition Feuille - réponse annexe à rendre avec la copie QCM : à partir des informations tirées des documents, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions 1- La droite isochrone de l'échantillon C donne : (e λt - 1) = 0,0254 ce qui permet de déduire un âge d'environ 1760 Ma. (e λt - 1) = 0,00254 ce qui permet de déduire un âge d'environ 1760 Ma. (e λt - 1) = 0,0254 ce qui permet de déduire un âge d'environ 142 Ma. (e λt - 1) = 0,00254 ce qui permet de déduire un âge d'environ 142 Ma. 2- L'étude des droites isochrones a permis de déduire l'âge des échantillons. L'étudiant en a conclu que : l'échantillon A est plus ancien que l'échantillon B lui-même plus ancien que l'échantillon C. l'échantillon C est plus ancien que l'échantillon B lui-même plus ancien que l'échantillon A. l'échantillon B est plus ancien que l'échantillon A lui-même plus ancien que l'échantillon C. l'échantillon C est plus ancien que l'échantillon A lui-même plus ancien que l'échantillon B. 3- A partir de ces données, il a pu retrouver les lieux d'origine des échantillons : l'échantillon A provient de Bretagne, B de Norvège, C de Basse-Normandie. l'échantillon A provient de Basse-Normandie, B de Norvège, C de Bretagne l'échantillon A provient de Norvège, B de Basse-Normandie, C de Bretagne l'échantillon A provient de Basse-Normandie, B de Bretagne, C de Norvège.

12 2ème PARTIE Exercice 1 (3 points) On s intéresse à la forte activité géologique au niveau du Japon. À partir de l étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM qui suit et remettre la feuille ANNEXE de la page 4/6 avec la copie. Document 1 : Sismicité et volcanisme au Japon Document 2 : Modèle d isothermes au niveau du Japon D après SVT 1ère S, D. Baude et Y. Jusserand, 2011

13 QCM (3 points) ANNEXE : à rendre avec la copie À partir de la lecture des documents, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions : 1 Les séismes au niveau du Japon : sont d autant moins profonds qu on s éloigne de la fosse, sont d autant plus profonds qu on s éloigne de la fosse, sont tous à la même profondeur, sont d autant plus profonds que la bathymétrie augmente. 2 Dans cette subduction : la plaque Eurasie s enfonce sous la plaque Pacifique, la plaque Pacifique s enfonce sous la plaque Eurasie, les deux plaques s enfoncent, la plaque Pacifique chevauche la plaque Eurasie. 3 Dans cette subduction, on observe : une anomalie thermique positive au niveau de la fosse, une anomalie thermique négative au niveau de la fosse, une anomalie thermique négative au niveau de la chaîne volcanique, aucune anomalie thermique au niveau de la fosse. 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). On recherche dans les différentes structures de la chaîne alpine des éléments qui permettent de comprendre sa formation. Les résultats des études sismiques effectuées dans les Alpes sont regroupés dans la coupe schématique ci-dessous. À partir de l étude du document, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM et rendre la feuille annexe avec la copie. Document : Feuille - réponse annexe à rendre avec la copie D après profil ECORS

14 QCM : à partir des informations extraites du document, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions. 1- La croûte continentale est fracturée. Les différents compartiments se sont déplacés les uns par rapport aux autres selon : un mouvement le long d une faille normale associé à une compression un mouvement le long d une faille normale associé à une distension un mouvement le long d une faille inverse associé à une compression un mouvement le long d une faille inverse associé à une distension 2- L'épaississement de la croûte continentale est lié à : la formation d une racine crustale et d un relief constitué de sédiments plissés charriés la disparition d une racine crustale et d un relief constitué de sédiments plissés charriés la formation d une racine crustale et d un relief constitué de sédiments non déformés la disparition d une racine crustale et d un relief constitué de sédiments non déformés 3- Les ophiolites sont : les traces d une lithosphère océanique formée au préalable dans un contexte de convergence les traces d une lithosphère continentale formée au préalable dans un contexte de convergence les traces d une lithosphère océanique formée au préalable dans un contexte de divergence les traces d une lithosphère continentale formée au préalable dans un contexte de divergence 4- Les blocs basculés associés à des sédiments prouvent la présence, avant la formation de la chaine de montagne : d'une ancienne marge passive associée à une divergence d'une ancienne marge passive associée à une convergence d'une ancienne marge active associée à une divergence d'une ancienne marge active associée à une convergence 5- Les sédiments d'érosion présent sur la coupe montrent : que la disparition des reliefs avait déjà débuté il y a -35 Ma. que la disparition des reliefs a débuté il y a -5,3 Ma. que la disparition des reliefs a cessé dès -35 Ma. que la disparition des reliefs a cessé dès -5,3 Ma. 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). Pour retracer l'évolution d'une chaîne de montagnes, le géologue dispose de nombreuses techniques parmi lesquelles figure la détermination des conditions de formation des roches qui la constituent. Cette détermination a été faite avec des roches apparentées au granite, échantillonnées dans la région de la Marche au nord-ouest du Massif Central. Ces roches montrent l'aspect observable sur le document 1. Elles présentent une association minéralogique composée de quartz, de biotite, de muscovite, de cordiérite et d'un peu de sillimanite. Utilisez les documents 1et 2 pour énoncer sous la forme d'une réponse construite les conditions de formation de ces roches de la région de la Marche. Vous joindrez le document 2 à votre copie en y figurant la zone correspondant à la formation des roches considérées. ATTENTION : FEUILLE-REPONSE A RENDRE AVEC LA COPIE

15 Document 1 : Photographie d'une roche à l'affleurement (échelle dans le cartouche du haut), de structure comparable à celle échantillonnée dans la région de la Marche (localisation dans le cartouche du bas) FEUILLE-REPONSE A RENDRE AVEC LA COPIE courbe 1 : réaction chlorite + muscovite 1 (à gauche) = biotite + muscovite + quartz + eau (à droite) courbe 2 : réaction muscovite + chlorite + quartz (à gauche) = biotite + cordiérite + andalousite ou sillimanite ou disthène + eau (à droite) courbe 3 : réaction muscovite + quartz (à gauche) = Feldspath potassique + andalousite ou sillimanite + eau (à droite) courbe 4 : courbe de fusion d'un granite hydraté (courbe du solidus séparant un domaine où seul le solide est présent (à gauche) et un domaine où liquide et solide peuvent coexister et un domaine (à droite)) Document 2 : Diagramme Pression (P) et Température (T) des domaines de stabilité de minéraux repères (silicates d'alumine: disthène, andalousite et sillimanite) et différentes réactions métamorphiques en fonction des conditions P-T

16 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). La croûte continentale Nord-Américaine L'Amérique du Nord présente un ensemble de chaînes de montagnes dont la mise en place se poursuit encore de nos jours. L'étude d'une carte géologique confrontée aux données radiochronologiques permet de cerner les grandes étapes de son histoire géologique. À partir de l'étude du document, on se propose de reconstituer quelques étapes de l'histoire géologique de la croûte continentale Nord-Américaine. (Répondre aux 6 questions du QCM) Document 1 : carte des principales chaînes de montagnes anciennes et récentes d'amérique du Nord Légende Chaîne de montagnes archéennes (4,28 à 1,9 Ga) Chaîne de montagnes centrales (? Ga) Chaîne de montagnes grenvilliennes (1,3 à 1 Ga) Chaîne de montagnes appalachiennes (0,4 Ga) Chaîne de montagnes récentes (0,3 Ga à aujourd hui) Croûte océanique Ligne de rivage (limite actuelle des terres émergées) Remarques 1- Lorsque les granites subissent le métamorphisme dans une racine crustale, ils se transforment en une roche : le gneiss. 2- Ga = milliard d'années Modifié de Elmi et Babin, 2006

17 QCM : A partir des informations extraites du document, cocher la bonne réponse pour chaque série de propositions. 1. Les plus anciennes roches d'amérique du Nord sont les gneiss d' Acasta. On les trouve : dans la chaîne de montagnes anciennes grenvilliennes dans la chaîne de montagnes anciennes appalachiennes dans la chaîne de montagnes anciennes centrales dans la chaîne de montagnes anciennes archéennes 2. L'étude du gneiss d' Acasta a permis de reconstituer le contexte de sa formation. On sait aujourd'hui qu'il s'est formé : dans une croûte océanique dans les reliefs positifs d'une croûte continentale dans la racine d'une croûte continentale dans le manteau 3. Les chaînes de montagnes d'amérique du Nord sont disposées : les plus anciennes au centre, les plus récentes à l'extérieur les plus anciennes à l'extérieur, les plus récentes au centre parallèlement les unes aux autres au hasard 4. A partir de ces observations, les géologues peuvent proposer un âge à la chaîne de montagnes centrales : Elle peut être âgée de plus de 1,9 milliard d'années Elle a un âge compris entre 1,3 et 1,9 milliard d'années Elle a un âge compris entre 0,4 et 0,3 milliard d'années Elle est âgée de moins de 0,3 milliard d'années 5. Une fois formés, les reliefs positifs des chaînes de montagnes disparaissent grâce à l'altération, l'érosion mais aussi des phénomènes tectoniques. Le Mont McKinley, le plus haut sommet d'amérique du Nord se trouve logiquement : dans la chaîne de montagnes grenvilliennes dans la chaîne de montagnes récentes dans la chaîne de montagnes centrales dans la chaîne de montagnes archéennes 6. La croûte Nord-Américaine grandit toujours. Ainsi, la croûte sibérienne, émergée, s'est accolée à ce continent. La chaîne de montagnes associée à cet évènement est : la chaîne de montagnes grenvilliennes la chaîne de montagnes récentes la chaîne de montagnes centrales la chaîne de montagnes archéennes

18 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). À partir des informations fournies par le document ci-dessous, montrer que l on a dans cette région des preuves des mouvements de compression à l origine des Pyrénées. Document 1 : Photographies du cirque de Barrosa dans les Pyrénées Sources photographiques : commons.wikimedia.org

19 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d'un raisonnement scientifique dans le cadre d'un problème donné (3 points). Paléoplages en baie d Hudson Actuellement, sur le pourtour de la baie d Hudson, localisée au Nord du Canada, il est possible d observer des paléoplages - anciennes plages fossiles - situées en altitude. Une d entre elles, datée de ans, est présentée sur le document cidessous : Image satellitaire identifiant une paléoplage en baie d Hudson d après le logiciel Google Earth L objectif de cet exercice est d expliquer la présence de ces paléoplages en altitude. À partir de l'étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM et remettre la feuille-réponse annexe avec la copie. Document 1 : variations mondiales du niveau de la mer depuis ans D après Fleming et al., 1998 et Milne et al., 2005

20 Document 2 : évolution du domaine continental depuis le Wisconsinien Document 2.a : un glacier au Wisconsinien Durant le Wisconsinien, dernière période glaciaire terminée il y a 6000 ans, un immense glacier (ou inlandsis) s étend au Nord du continent Nord-Américain. L épaisseur de glace pouvait atteindre m à la hauteur de la Baie d'hudson. Document 2.b : étude de la lithosphère en baie d Hudson D après le site La carte ci-contre présente les taux de remontée de la lithosphère continentale (en mm/an), depuis la dernière période glaciaire, déterminés par l analyse de données sédimentaires. D après le site Ces données sont actuellement complétées par des mesures obtenues à partir de la station G.P.S. «KUUJ» placée au Sud-Est de la Baie d Hudson : D après le site de la Nasa

21 Cocher la réponse exacte pour chaque proposition 1- Au cours des 6000 dernières années, le niveau de la mer s est abaissé d environ 2,5 m. est resté inchangé. s est élevé d environ 2,5 m. est resté au niveau actuel de la mer. Feuille - réponse annexe à rendre avec la copie 2- Le glacier qui recouvrait la baie d Hudson il y a ans a aujourd hui disparu. a aujourd hui une surface plus réduite. a aujourd hui conservé sa surface. présente aujourd hui une surface supérieure. 3- En baie d Hudson, la lithosphère continentale se soulève en moyenne à un rythme de 10 mm par an depuis ans. s est soulevée en moyenne à un rythme de 10 mm par an depuis ans et ne se soulève plus depuis 10 ans. s est soulevée brutalement de 10 m il y a ans. s est soulevée récemment de 15 cm par an. 4- Pour conclure, la présence des paléoplages en altitude peut s expliquer par une remontée de la lithosphère continentale et une baisse du niveau marin. une remontée de la lithosphère continentale et une élévation du niveau marin, il y a 6000 ans. la fonte du glacier et la remontée de la lithosphère continentale qui se poursuit actuellement. à une élévation du niveau marin, consécutif à l extension du glacier. 2ème PARTIE Exercice 1 (3 points) Le magmatisme en zone de subduction Le Sinabung (2460 m) est l un des volcans actifs d Indonésie, situé sur l île de Sumatra. L éruption explosive la plus récente de l histoire du Sinabung a eu lieu le 1er février 2014 formant un panache éruptif de 17 km de hauteur. À partir des données des documents présentés, caractériser le contexte géodynamique de cette zone et identifier la nature des roches produites par le volcan Sinabung. Document 1 : Localisation du volcan Sinabung

22 D après Courrier international 14 février 2014 Document 2 : Données sur une roche récoltée au volcan Sinabung Photographie de l observation microscopique d une lame mince de roche récoltée au Sinabung ; lumière polarisée (X 20). Analyse chimique partielle de la roche récoltée au Sinabung (% massique). SiO 2 Al 2O 3 FeO MgO CaO Na 2O H 2O verre et cristaux confondus 55,9 18,1 7,7 4,6 7,6 3,9 1,07 Teneur en silice (SiO2) d un basalte : comprise entre 45 % et 52 % Teneur en silice (SiO2) d une andésite : comprise entre 52 % et 63 % D après Planète Terre-ENS LYON

23 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. La peinture murale de Çatalhöyük Les vestiges de Çatalhöyük (Turquie), vieux de plusieurs milliers d années, constituent l une des plus anciennes villes connues. On y a découvert la peinture murale suivante : L interprétation de cette peinture fait l objet d une controverse. Selon certains chercheurs elle représenterait une peau de léopard au-dessus de motifs géométriques. Pour d autres, il s agirait d un volcan en éruption explosive surplombant un plan de la ville. Si cette seconde hypothèse est exacte, alors cela signifie que les habitants de Çatalhöyük qui ont réalisé cette peinture ont assisté à l éruption. À l aide de l exploitation des documents proposés et de vos connaissances, identifier les arguments qui plaident en faveur de la seconde hypothèse. Document 1 : quelques éléments régionaux Document 1.a : représentation de l'ancienne ville de Çatalhöyük à l époque de la peinture D'après

24 Document 1.b : topographie du mont Hasan Dagi D'après Google Earth, facteur d élévation x 1,3 Le mont Hasan Dagi est situé à 130 km du site de Çatalhöyük. Cette montagne est notamment formée d andésites et de rhyolites. Document 2 : contexte géodynamique de Çatalhöyük et du mont Hasan Dagi D'après IAG ( ) et Y. Dilek et al., Geological Society of London, 2009 Document 3 : écart de la vitesse des ondes sismiques par rapport à la normale (en %), à une profondeur de 50 km Les ondes sismiques ont une vitesse plus faible dans un milieu chaud.

25 Document 4 : résultats de différentes méthodes de datations D'après I. Koulakov et al., Geophysical Journal International, 2009 Document 4.a : datation de trois cristaux de zircons trouvés dans les andésites situées sur l un des sommets du mont Hasan Dagi D après A. K. Schmitt et al., PLOS ONE, 2014 Document 4.b : datation au carbone 14 de charbons de bois associés à la peinture murale de Çatalhöyük Le nombre de désintégrations d atomes de carbone 14 dans ces échantillons de charbon de bois est compris entre 4,2 et 4,8 U.A.

26 0 = actuel 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. À la recherche de l océan alpin Au cours d un stage de géologie dans les Alpes, des étudiants cherchent des indices de l existence d un ancien océan alpin qui aurait disparu. À partir des documents proposés et des connaissances, présenter des indices témoignant de l ouverture d un océan alpin puis de sa fermeture. Document de référence : localisation des différents sites visités lors du stage. Source :

27 Document 1 : Schéma représentant une coupe des blocs basculés* au niveau des massifs de la Mure, du Taillefer et du Rochail. *Les blocs basculés sont les vestiges d une marge continentale passive. Ammonites et Bélemnites : mollusques marins pélagiques (nageant en pleine mer). Crinoïdes : organismes benthiques (fixés sur les fonds marins). Calpionelles : organismes unicellulaires marins pélagiques. D'après Document 2 : Coupe géologique schématique des ophiolites du Chenaillet D'après

28 Document 3 : Lame mince de métagabbro à glaucophane trouvé dans la vallée du Guil dans le Queyras D'après Pl = «plagioclase», Px = pyroxène résiduel, Act = actinote et Glc = glaucophane D'après P. Fabre, 2008 d'après photographie C. Nicollet Document 4 : Les domaines de stabilité des minéraux en fonction de la température et de la pression D'après :

29 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. Origine de quelques granites post-collision Les granites étudiés dans le domaine continental sont caractérisés par une grande diversité qui reflète leurs multiples origines. Ainsi, dans les zones de subduction, les granites se forment par fusion partielle des péridotites hydratées du manteau lithosphérique. D'autres granites, mis en place au cours de la formation d'une chaîne de collision, ont pour origine une fusion partielle de matériaux continentaux, consécutive à un épaississement du domaine continental. Enfin, certains granites, qualifiés de «tardifs», se mettent en place au cours des derniers stades de l'évolution d'une chaîne de montagnes. À partir de l'exploitation des documents mise en relation avec les connaissances, proposer une explication à la formation de ces granites tardifs. Document 1 : résultat d'expérience de simulation sur la morphologie d'une chaîne de montagnes En laboratoire, l'évolution d'une chaîne de montagnes soumise aux effets des précipitations est modélisée à l'aide d'un matériau meuble sur lequel de l'eau est pulvérisée. L'altitude de la chaîne modélisée est évaluée à différents temps et son relief est représenté sur le graphique ci-dessous : D'après Lague and al., Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2003 Document 2 : résultat d'une étude menée sur la chaîne de!'himalaya, sur les fleuves Gange et le Brahmapoutre. Le golfe du Bengale forme la partie du nord-est de l'océan Indien. Dans sa partie nord, se jettent le Gange et le Brahmapoutre, deux fleuves provenant de la chaîne de montagnes de l'himalaya. Les études scientifiques montrent que ces 2 fleuves ont apporté dans le delta 1, km 3 de sédiments en 50 millions d'années. D'après Goobred Jr and Kuehlb, 2000

30 Carte de la région du golfe du Bengale et de l'himalaya Document 3 : distribution des forces compressives et des forces de volumes dans une chaîne de montagnes Au niveau d'une chaîne de montagnes, des forces compressives provoquent l'épaississement de la croûte continentale. Mais après épaississement, les forces compressives peuvent devenir inférieures aux forces de volume alors liées au poids du relief. Dans ces conditions, la croûte continentale ne s'épaissit plus mais, au contraire, s'étale sous l'effet de la gravité. Schéma représentant les forces de volume et forces compressives dans une chaîne de montagnes D'après R.Augier, Evolution tardi-orogenique des cordillères bétiques (Espagne): apports d'une étude intégrée, Thèse, 2004

31 Document 4 : simulation de l'effacement du relief dans une chaîne de montagnes D'après le logiciel Airy

32 Document 5 : diagramme pression - température permettant de déterminer les domaines de l'état physique de roches de la croûte continentale D'après La banque de schéma SVT académie de Dijon 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. La formation de l Himalaya Selon le modèle actuel, la collision continentale se réalise après disparition par subduction de la lithosphère océanique. La subduction concerne aussi l essentiel de la lithosphère continentale qui est entraînée par la lithosphère océanique. Retrouver à partir des documents des arguments qui valident la subduction de lithosphère océanique et de lithosphère continentale. Document 1 : Carte géologique simplifiée de l Himalaya.

33 D'après Himalaya-Tibet, le choc des continents CNRS, 2003 Document 2 : Tomographie sismique et foyers sismiques selon une coupe nord-sud au niveau de l Himalaya La tomographie sismique est une technique permettant de visualiser en profondeur les variations de la vitesse de propagation des ondes sismiques. Cette vitesse varie selon la densité du matériau traversé. Une anomalie positive correspond à des matériaux froids et une anomalie négative à des matériaux chauds. D après A. Replumaz et al, 2004 Document 3 : Microphotographie d une lame mince d une roche appartenant à la croûte continentale. Cette roche a été récoltée dans la vallée du Kaghan (ouest de l Himalaya).

34 D'après J.P. Pérrillat. Site : Document 4 : Domaine de stabilité des 2 minéraux visibles sur la roche. D'après D. Boutelier. Thèse de doctorat. Université de Nice-Sophia Antipolis, 2004

35 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. Les continents sont constitués d'une lithosphère continentale qui repose en équilibre sur l'asthénosphère. On a longtemps pensé que la croûte continentale ne pouvait pas avoir une épaisseur supérieure à 30 km. À partir de l'analyse des documents et de leur mise en relation, ainsi que de vos connaissances, vous donnerez deux arguments qui amènent à remettre en cause cette affirmation. Document 1 : Carte de l'est de la France montrant la profondeur du Moho en km. Le Moho est la limite croûte - manteau. D'après Colloque C7 Géologie de la France, 1980

36 Document 2 : Observation microscopique d'une quartzite du massif de Dora Maira prélevée en surface. Observée en lumière naturelle La composition chimique de la quartzite montre qu'il s'agit d'une ancienne roche sédimentaire de la croûte continentale. Gr : Grenat Co : Coesite Qz : Quartz Le quartz est disposé en couronne autour de la coesite. La formation du quartz est postérieure à celle de la coesite. Dans certaines conditions de pression et de température, il peut y avoir une transformation réversible du quartz en coesite. D'après Document 3 : Diagramme Pression / Température et domaines de stabilité de quelques minéraux D'après Précis de géologie - Pétrologie - Dunod

37 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. À l'archéen, période comprise entre -4 et -2,5 milliards d'années, la Terre beaucoup plus chaude, était le siège d'une activité magmatique intense, qui a donné naissance à la majeure partie de la croûte continentale actuelle. Notre planète s'est ensuite progressivement refroidie, ce qui a entrainé des changements dans la source et dans les mécanismes de production de la croûte continentale. Comparez les deux modèles de formation de la croûte continentale primitive et actuelle, au niveau d'une zone de subduction, puis discutez de la validité de chacun d'entre eux. Document 1 : Modèles de genèse de la croûte continentale archéenne (Document 1 a) et actuelle (Document 1 b) D'après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, 2002

38 Document 2 : Conditions de fusion de la croûte océanique anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle et archéenne D'après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, 2002 Document 3 : Conditions de fusion d'une péridotite anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle D'après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement Obligatoire). 5 points. GÉOTHERMIE ET PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE Chaudes Aigues et la géothermie A Chaudes Aigues, en Auvergne, il existe depuis 1332, un réseau de chauffage urbain. Depuis cette époque, la ville continue d être chauffée par un système de géothermie et a développé un centre de thermalisme. À partir de l exploitation des documents mis en relation avec les connaissances, expliquer l origine de ce phénomène de géothermie locale. Document 1 : localisation géographique de la source du Par à Chaudes Aigues D après - D après BRGMseptembre 2012

39 Cette source fournit toute l année de l eau dont la température varie entre 80 et 82 C. Le débit moyen de cette source est de 17m 3. h -1. Document 2 : carte du flux géothermique en France D après La chaleur de la Terre, Raymond Ferrandes, ADEME Editions 1998 Document 3 : coupe schématique de la lithosphère au niveau de l Auvergne D après Olivier Merle, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand

40 Document 4 : coupe géologique schématique de la région de Chaudes Aigues D après Amélioration de la connaissance des sources-brgm septembre ème PARTIE Exercice 2 (Enseignement Obligatoire). 5 points Les pénitents des Mées À proximité du village des Mées, dans les Alpes de Haute-Provence, existe un site géologique très particulier constitué de colonnes rocheuses, nommées les pénitents en raison de leurs silhouettes faisant penser selon la légende à une procession de moines pétrifiés. À partir de l exploitation des documents proposés et de vos connaissances, montrer comment les roches de ce site témoignent des processus géologiques responsables de la formation puis de la disparition d une chaine de montagnes. Document 1 : Situation géographique des Mées et carte géologique simplifiée des Alpes Les Alpes sont une chaine de montagnes issues de la collision de deux lithosphères continentales.

41 Document 2 : l affleurement des Mées Les pénitents des Mées forment un alignement de colonnes rocheuses de plusieurs dizaines de mètres de haut et long d environ 2,5 km. Un sondage a montré que cette formation appartient à un très vaste ensemble sédimentaire de plus de 800 m d épaisseur. Document 2.a : le conglomérat des Mées Les pénitents sont constitués d un conglomérat, une roche détritique (issue de la dégradation d autres roches) composée de galets liés entre eux par un ciment naturel. La forme arrondie de ces galets suggère une usure lente liée à un transport par l eau d un fleuve ou d une rivière. L âge de cette formation géologique est estimé au Miocène (Messinien) à la fin de l ère Tertiaire. Photographie du conglomérat des Mées Document 2.b : détail des galets

42 L inventaire des galets montre des roches très variées : une grande majorité de ces galets est d origine sédimentaire (calcaires, grès ) mais on retrouve aussi en plus faible quantité des galets de nature magmatique et métamorphique. Photographie d un galet de gabbro Photographie d un galet de métagabbro Photographie d un galet de gneiss Ce gneiss est un granite métamorphisé sous l effet de l augmentation des conditions de pression-température. Document 3 : diagramme pression-température et champ de stabilité de certains minéraux du gabbro et des métagabbros

43 D après Document 4: échelle des temps géologiques au cours de l ère Tertiaire

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