DEVOIR SURVEILLE. n 6 GEOLOGIE. durée 3 h

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1 BCPST 1 Lundi 17 avril , 852 et 853 DEVOIR SURVEILLE n 6 GEOLOGIE durée 3 h Le sujet comporte 9 pages, il vous est conseillé de prendre connaissance de la totalité du sujet avant de commencer. Les quatre parties proposées sont indépendantes et obligatoires. Chaque partie sera rédigée sur une copie indépendante. La partie 4 sera traitée sur la feuille de sujet, à rendre. 1

2 PARTIE I Durée conseillée 30 minutes Processus fondamentaux du magmatisme Basalte Basalte intraocéanique Lherzolites Harzburgites MORB SiO 2 45,1 42, ,53 TiO 2 0,2 0,1 2,4 2,28 Al 2O 3 3,6 0,5 14,5 14,31 CaO 2 0, ,32 Na 2O 0,2 0,1 2,2 2,85 K 2O 0,1 0 0,4 0,84 FeO 7, ,32 MgO 41,3 50,1 13 9,54 Tableau récapitulatif des teneurs des péridotites et des basaltes en éléments majeurs sous forme d oxydes (% pondéraux). 1. Expliquer, schéma à l appui, la fusion d un mélange binaire de minéraux immiscibles à l état solide. 2. Dans un processus de fusion partielle, que représentent les quatre roches du tableau? Justifier votre réponse. 3. A partir de chacun des huit pourcentages d oxydes, calculer un taux de fusion partielle pour le basalte MORB. 4. Les résultats obtenus sont-ils cohérents entre eux? Si ce n est pas le cas, expliquer pourquoi et préciser quelle est la meilleure estimation du taux de fusion partielle. 5. Comparer les taux de fusion partielle calculés pour les deux basaltes et commenter. 2

3 PARTIE II Durée conseillée 1 h 15 Les roches de l'archéen, archives de la géodynamique des premiers âges de la Terre On cherche à expliquer le contexte de formation des roches de l'archéen (période géologique qui se situe entre 4 Ga et 2,5 Ga). La répartition géographique des grandes provinces archéennes. Ce document n'est pas à exploiter. Les affleurements de roches datées de l'archéen sont en sombre (rouge), les parties recouvertes de sédiments sont en plus clair (jaune). 1. Dégager les caractéristiques chimiques des roches archéennes (document 1). 80 % des roches archéennes sont constituées de gneiss gris, c est-à-dire d anciens granitoïdes déformés et métamorphisés. Ces roches sont aussi connues sous le nom de TTG (Tonalite, Trondhjémite et Granodiorite), roches magmatiques contenant essentiellement du quartz, du feldspath plagioclase, de la biotite et parfois de l amphibole. Ces roches se distinguent des granites par leur très faible teneur en feldspath potassique. 10 % sont des basaltes et des komatiites constituant des «ceintures vertes». Les komatiites sont des laves. Alors que les basaltes actuels ont des températures de mise en place de l ordre de à C, les komatiites faisaient éruption entre et C (Nisbet, 1987). les 10 % restants sont constitués par des granites et des sédiments (BIFs : formations ferrifères rubanées). Les granites sont intrusifs dans le socle granito-gneissique et les ceintures de roches vertes. Document 1a. La nature des roches archéennes. 3

4 Document 1b. Evolution des roches mises en place au cours des temps géologiques. Rappel : les andésites appartiennent à la série calco-alcaline. Lherzolite Komatiite Harzburgite SiO 2 43,5 45,7 42,3 MgO 41,3 33,9 49,6 FeO 7,3 11,1 7,1 Al 2 O 3 3,6 1,7 0,5 CaO 1,9 5,9 0,1 TiO 2 0,2 0 0 Na 2 O + K 2 O 0,2 0,3 0,1 Document 1c. Composition de plusieurs roches exprimée en pourcentage d'oxydes. Document 1d. Position des TTG archéennes en fonction de leur composition en Na-K-Ca. Tdh = TTG CA : lignée calco-alcaline. 4

5 2. Estimer le taux de fusion partielle de la péridotite source des komatiites (document 1c). On précise qu il existe un lien génétique entre les trois roches. 3. Etablir les conditions thermodynamiques de l'archéen (documents 2-3-4). Document 2. La production de chaleur terrestre au cours des temps géologiques. Document 3. Les plaques lithosphériques et les dorsales aujourd'hui et à l'archéen (reconstitution hypothétique). Les traits noirs représentent les limites de plaques 5

6 Document 4. Diagramme Température Pression des zones de subduction. Sur le diagramme sont figurés : - Les gradients géothermiques archéen et actuel dans une zone de subduction. - Le solidus de la croûte océanique (anhydre et hydraté). - H et G représentent les limites des domaines de stabilité de la hornblende H (amphibole) et du grenat (G). 5. Proposer un modèle explicatif de la formation et de la mise en place des TTG à l'archéen. Source des documents : L'environnement de la Terre primitive. L'Archéen. Hervé Martin, Laboratoire magmas et volcans, Clermont Ferrand. L'environnement de la Terre primitive. M. Dargaud, D. Despois, JP. Parisot. Presse universitaires de Bordeaux,

7 PARTIE III Exercices d'enzymologie durée conseillée 40 min Exercice 1. Etude de l aspartate transcarbamylase (ATCase) A partir de l analyse des trois documents suivants, dégager les caractéristiques de l ATCase. Document 1 : Rôle de l aspartate transcarbamylase. L aspartate carbamylase (ATCase) d Escherichia coli catalyse la première réaction de la chaîne de biosynthèse des nucléotides pyrimidiques, par exemple la cytidine triphosphate (CTP). Document 2 : Résultats de l électrophorèse. La masse moléculaire de l ATCase est de 300 kdaltons. L ATCase est analysée par électrophorèse sur gel. 1 : protéines de masse moléculaire connue (en kda) 2 : ACTase 7

8 Document 3 : Cinétique de l ATCase et effet de l ATP et du CTP sur la vitesse de réaction. Exercice 2. Comparaison de deux enzymes. La première réaction de glycolyse est une phosphorylation du glucose qui peut être catalysée par deux enzymes différentes : la glucokinase dans l hépatocyte ou l'hexokinase dans les autres types cellulaires. On se propose de comparer les caractères cinétiques de ces deux enzymes. La vitesse initiale de la réaction a été mesurée pour des concentrations différentes en substrat à 20 C et à ph=7. Les résultats expérimentaux sont reproduits dans le tableau ci-dessous : [Glucose] i en mol.l -1 Vi de la glucokinase en µmol.l -1.min -1-1 [Glucose] i en mol.l Vi de l hexokinase en µmol.l -1.min -1 5, ,61 5, ,490 6, ,00 6, ,575 10, ,67 10, ,607 20, ,93 20, ,806 50, ,17 50, ,893 La concentration en enzyme utilisée pour les deux séries d expériences est la même. 1. Déterminer graphiquement les valeurs de K M et de V max pour ces deux enzymes. 2. Comparer les caractéristiques cinétiques de ces deux enzymes. 3. En tenant compte des informations suivantes, mettre en relation les caractéristiques cinétiques de ces deux enzymes avec leur rôle physiologique. - La valeur de consigne de la glycémie est d environ 5 mmol.l -1, elle augmente à la suite d un repas. - Le glucose 6P a une activité inhibitrice sur l activité de l hexokinase, pas sur celle de la glucokinase dans les conditions physiologiques. - La synthèse de glycogène se déroule en 5 étapes pour ajouter chaque monomère, la première étant la phosphorylation du glucose en glucose 6P. 8

9 Nom :.. Page à rendre avec le devoir Prénom :. PARTIE IV Pétrologie et minéralogie durée conseillée 20 min Le tableau ci-dessous fournit la composition minéralogique modale de quatre roches magmatiques. Les roches 1 et 2 ont une structure grenue, les roches 3 et 4 ont une structure microlitique. Les chiffres sont des pourcentages. Roche 1 Roche 2 Roche 3 Roche 4 Quartz Orthose Albite Anorthite Néphéline Micas, amphiboles Pyroxène Olivine Magnétite Nom de la roche Donner un nom à chaque roche en utilisant le diagramme de Streckeisen fourni. (Figurer le tracé pour chaque roche sur le diagramme ci-dessous et compléter le tableau) N.B. : Orthose et albite = feldspaths alcalins Anorthite = plagioclase Néphéline = feldspathoïde 9