GEOL0901 SESSION 2009 Filière BCPST-Véto GEOLOGIE Durée : 3h30 L usage de calculatrices électroniques n est pas autorisé. SUJET : EXCURSIONS TERRESTRES ET EXTRATERRESTRE Les exercices proposés sont indépendants, ils peuvent être abordés dans n importe quel ordre. N.B. Le thème 3 nécessite l exploitation d une feuille annexe couleur qui ne sera à disposition qu une heure trente. Adapter le travail en conséquence. Mars Global Surveyor 1
THEME 1 : DES ROCHES SEDIMENTAIRES A LA TECTONIQUE DES PLAQUES (D après Olympiades de Géologie 2008(partiel)) A partir de l étude des différents documents proposés, montrez que la paléogéographie de la région étudiée, il y a 95 millions d années (Crétacé), était inversée par rapport à la géographie actuelle et expliquez l origine de cette inversion. DOC. 1 : Deux paysages actuels entre Marseille et La Ciotat N.B. Cassis (Doc 1a) est en bord de mer et la Bédoule (Doc 1b) se situe à quelques kilomètres au nord-est de Cassis, à l intérieur des terres. Les Rudistes étaient des Mollusques fixés, bâtisseurs de récifs dans les mers et océans peu profonds du Crétacé. DOC. 2 : Etude comparée de deux roches Doc 2a : Vue de détails d un grès cénomanien de la région de Cassis, qui contient des débris de rudistes, des fragments de coquilles d huîtres ainsi que des tests et des piquants d oursins. Doc 2b : Vue de détails d une coupe dans un sable de plage actuelle contenant des débris de coquilles de différents mollusques. (le triple décimètre donne l échelle sur les photos) 2
DOC. 3 : Paléomagnétisme des rhyolites permiennes (250 Ma) de l Estérel et de Corse et tracé de l isobathe 2000 mètres en Mer Méditerranée occidentale. DOC. 4 : Données de sismique réfraction au large du Golfe du Lion 3
THEME 2 : LA GEOLOGIE DE L ISLANDE A partir de l exploitation des 3 documents proposés et de ses connaissances, déterminer le contexte géologique particulier de cette île volcanique située au milieu de l océan Atlantique Nord. Document N 1 : Carte géologique de l Islande Document N 2 : Résultats de tomographie sismique réalisée dans l Atlantique Nord au niveau de la droite tracée sur la carte entre le Groenland et l Europe. Document N 3 : Compositions isotopiques en Strontium et Néodyme de différents basaltes. 4
THEME 3 : LA CROÛTE MARTIENNE D après : http://www.nirgal.net/geol_internal.html ATTENTION : Cet exercice nécessite l exploitation de la feuille annexe couleur fournie qui ne sera à disposition qu une heure trente. Adapter son travail en conséquence. La sonde américaine Mars Global Surveyor (M.G.S.), depuis une orbite située à 400 km au-dessus de la surface martienne, et grâce à des instruments scientifiques embarqués, a permis une approche indirecte de la structure interne de la planète Mars. Les documents couleurs fournis en annexe en rendent compte. DOC 1 : Carte topographique de la surface martienne fournie par l'altimètre laser de Mars Global Surveyor. L'échelle colorée indique la hauteur des reliefs en kilomètre. DOC 2 : Carte des variations locales de pesanteur obtenue par la sonde Mars Global Surveyor. La force de gravité est exprimée en milli-gal, une unité qui indique l'accélération subie par la sonde. Un milli-gal représente un changement de vitesse de 0,001 centimètre par seconde - Rappeler le principe des techniques utilisées pour obtenir les DOC 1 et 2 présentés en annexe. - Faire une étude comparée de ces deux documents. - Expliquer comment on peut déduire l épaisseur de la croûte martienne surmontant le manteau. PRODUCTION : Réaliser une carte schématique de l épaisseur de la croûte martienne, en ne distinguant seulement que 3 zones crustales : mince (bleu), moyenne (vert) ou épaisse (rouge). M.G.S. a également permis l enregistrement d un signal magnétique lors du survol des terrains martiens (DOC. 3) alors qu aucun champ magnétique significatif n est actuellement créé dans cette planète. DOC. 3 : Carte du champ magnétique martien (nt = nanotesla) -Comparer les magnétismes martien et terrestre. -En déduire certains aspects de la dynamique de la planète Mars depuis sa formation. 5
THEME 4 : OBJETS TECTONIQUES, MARQUEURS METAMORPHIQUES ET GEODYNAMIQUE DE LA ZONE SUD DE L ÎLE DE MADAGASCAR AU PRECAMBRIEN Le traitement d une image satellitale SPOT, prise dans le sud de Madagascar, a permis de révéler les structures de la région. Des études de terrain ont précisé par la suite certaines caractéristiques des roches. Le DOC 1 synthétise quelques données structurales. 1 - Foliation 2 - Massif d anorthosite 3 - Linéation minérale horizontale Le DOC 2 montre une vue de détails de la principale roche présente dans la région. Elle est constituée de quartz, de feldspaths, de biotite, de grenat et de sillimanite. DOCUMENT 1 ------------------------------------------------------------------------------------ DOCUMENT 2 Le DOC 3 est un schéma d une photo de détails de l anorthosite, roche constituant le massif repéré sur le DOC 1. Gt : grenat ; Pl : Plagioclase Cpx et Opx : Pyroxènes ; Q : quartz En noir : oxydes métalliques DOCUMENT 3 Echelle 1 cm 6
Sur les bords du massif peuvent être prélevés des échantillons déformés de l anorthosite. Le DOC 4 présente un schéma d une photo de détails d un de ces échantillons. Les porphyroblastes représentés sont des feldspaths. Echelle 2cm Le schéma structural du sud de Madagascar (DOC 5) positionne la zone étudiée (petit carré) et indique par une flèche le mouvement d un des blocs crustaux du socle au précambrien. A la même époque, l Afrique de l est, Madagascar et l Inde étaient réunis au sein d un même «super continent» sur lequel la chaîne Mozambicaine se formait plus à l ouest. DOCUMENT 4 -Décrire les structures présentées aux différentes échelles et leur mode de formation. -Réaliser une datation relative de l'anorthosite par rapport aux structures tectoniques environnantes. -Nommer (ou renommer) les roches métamorphiques étudiées et préciser en utilisant le DOC 6 les caractères du métamorphisme. DOCUMENT 5 -Nommer les 3 zones découpant le socle sur le DOC 5 puis placer des flèches de part et d'autre de ces zones indiquant les mouvements relatifs à leur niveau. -Mettre en relation les informations recueillies et la géodynamique précambrienne de la région. N.B. Toutes les réponses seront justifiées. DOCUMENT 6 : 7
THEME 5 : L HISTOIRE GEOLOGIQUE DU COTENTIN En utilisant la carte géologique de la France au 1/10-6 et sa légende, réaliser un schéma structural du Cotentin, limité à la zone repérée en pointillés sur le document ci-dessous et donner les grands traits de son histoire géologique. Baie d Ecalgrain (Nord Cotentin) 8
BAREME DE CORRECTION DU D.S. DE GEOLOGIE : soin, rédaction, productions exigées Th1 : DOC 1 & 2 : Marnes (mélange calcaire/argile)=faciès marin franc à l aptien dans la région Grès (sables cimentés) + fossiles d animaux marins de faible profondeur et littoraux et Calcaires récifaux plus au nord marquant un milieu marin peu profond au cénomanien DOC 2 : Id faciès sable de plage et grès cénomanien (lamines fines+/- sombres riches en M.O. DONC : Cassis = littoral mais mer au nord au crétacé et au sud actuellement d où inversion Explication : DOC 3 : Rhyolites = roches volcaniques fin I, enregistrement du champ magnétique de l époque (unique) or 2 directions pour Esterel & Corse ; Tracés AB et CB de l isobathe -2000m superposables en refermant l angle ABC Conséquence de la fermeture, proximité des rhyolites et même direction magnétique d où ouverture océanique DOC 4 présence de croûte océanique associée à un amincissement de la croûte continentale (remontée du Moho à 15 km de profondeur et de la lithosphère <à 60km sous la croûte océanique Ouverture océanique post-crétacé qui a inversé la paléogéographie actuelle par rapport à l époque Th2 : DOC 1 : Islande =Axe émergé de la dorsale atlantique, rift (alignement de failles), volcanisme Age de + en + ancien de part et d autre de l axe (âge des basaltes croissant), hydrothermalisme DOC 2 : Base de la tomographie : Anomalies +/- = vitesses anormalement élevées /basses vu la profondeur = milieux anormalement froids (descente de matière) / chauds (montée de matière) Remontée de matériau chaud depuis la zone D base du manteau inf. = point chaud en surface DOC 3 : Base de l étude isotopique : Nd / Sr (143 Nd issu de la décomposition du Samarium élément plutôt compatible (ou peu incompatible) et 87Sr issu de la décomposition du Rb élément plus incompatible Basaltes dorsale fort rapports en Nd et faible en Sr car issu de la fusion partielle d une roche (péridotite) déjà appauvrie par des fusions partielles (manteau sup. donc) ; convection à une ou deux couches (voire une et demie) celui des points chauds faible rapports en Nd faible et fort en Sr car issu de la fusion partielle d une roche non appauvrie (manteau inf. donc) après remontée d un panache mantellique (diapir) Basaltes islandais rapports intermédiaires car origine mixte magmatisme océanique et de point chaud Th3 : Altimétrie : mesure de t mis par un faisceau laser pour faire l aller-retour sonde/mars distance et topo déduite Gravimétrie : Masse martienne +/- attraction de la sonde +/- accélération +/- répartition des masses déduites DOC1-Topo : relief (jaune/rouge) au sud et bassins (bleu/vert) au nord, 2 dépressions majeures (bleu/vert) Au sud (2 grands cratères) et grands reliefs à l W (volcans?) + relief isolé dans bassin (volcan comme un«îlot») DOC 2 - Gravimétrie comparée à la topo. : Excès de masse et relief + = normal! mais aussi au niveau des 2 grands cratères (anomalies positive ou très peu négative) et anomalies + dans le grand bassin au nord DONC : existence de compensation isostatique sur Mars remontée de matériel dense dans les bassins et cratères Croûte épaisse dans zones à relief et croûte mince dans zones en dépression = Parallélisme troublant avec la Terre Mais éviter «continent sud et océan nord» pas d eau liquide actuellement sur Mars! Dessin bleu : 2 cratères S + zone nord sauf «îlots» vert, zone sud rouge pour reliefs les plus importants sinon verte DOC 3 Absence actuelle de champ donc aucun liquide en convection (façon «noyau») en profondeur sur Mars Mais signaux magnétiques +&- en bandes +ou - // comme sur les océans de la Terre Donc possible convection mantellique et mise en place de roches par accrétion crustale aujourd hui arrêtée faute d énergie interne!!! Donc Mars en «avance» sur le plan de la dynamique interne par rapport à la Terre (planète plus refroidie!!!) Th4 : Soumise à des contraintes tectoniques, la région a été affectée à toutes les échelles de déformations qui ont du générer des plis associés à un métamorphisme des roches qui présentent une schistosité cristallophyllienne (foliation) de pendage très fort (voire subvertical) (DOC 1) + rubanement des gneiss +/- oeillés (vu la minéralogie DOC 2). Orientation des minéraux néoformés axe d allongement X de la région (linéation minérale SSW-NNE) La présence d un pluton dans la région (DOC 1) ou de porphyroblastes dans la roche (DOC 4) déforme la schistosité Texture et structure oeillées comparables : Les yeux formés sont dissymétriques donc sont le résultat d un aplatissement rotationnel (cisaillement). La géologie n est qu Oh! Mottet? Si! (homothétie) Par la position et la forme des ombres de pression indiquent le sens du déplacement. La région est affectée par un grand décrochement ductile dextre ou sénestre (acceptable si raisonnement logique!) L anorthosite comme les feldspaths est antéschisteuse mise en place +ancienne que les structures qui l entourent L anorthosite vu sa minéralogie initiale est proche d une sorte de métagabbro!!! L encaissant est un orthogneiss Texture coronitique (DOC 3) traduisant une réaction incomplète du métamorphisme cf. droite dans le faciès granulite Le métagabbro peut donc être appelé, dans ces conditions, une granulite. Gradient de métm Haute P et Haute T!!! Les zones linéaires du socle = immenses cisaillements (ou failles ductiles vu la profondeur déterminée par le faciès) Mise en place des flèches traduisant des mouvements coulissants bien orientées par rapport au mouvement crustal Lors de la collision, déformation + épaississement crustal + grands décrochements (gerbe) à l'échelle du continent entraînant une expulsion latérale de la croûte continentale (ici vers le SSE) (Id Jura et Asie mais ici en profondeur ) Th5 : cadre de même forme que l extrait ; Titre et échelle ; légendes des symboles utilisés, soin d ensemble grands ensembles de terrains (roches) à l affleurement : magmatiques (3 granites varisque, cadomien, icartien! le N 1) +volcanismes d extension continentale et de marge active briovérien) ; Métamorphi. (faciès amphibolite cadomien) Ensembles sédimentaires (PC, I, II (III)) ; discordances I/PC, II/I et III/II) ; cambrien continental ou marin Axes de synclinaux I --- ; Failles conjuguées contrainte σ1 varisque ; chevauchements S coulissage sénestre 4 cycles orogéniques avec sédimentation / orogenèse / érosion : icartien, cadomien, varisque et alpin (rejeux Failles I) 9
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