1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 1/8 CLASSE DE 1ère S - DURÉE 3H00 DST DE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE CALCULATRICES INTERDITES 1) RESTITUTION DES CONNAISSANCES (8 PTS) Le texte ci-dessous est extrait de «Leçons de Sciences - Cours Supérieur par Boulet et Chabanas Librairie Hachette, 1934» 1) La figure 1 a été effacée. La redessiner en précisant les caractéristiques du modèle (barème : 0,5 pt).
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 2/8 2) Comment interprétez-vous cette expression : «.. de nombreuses observations faites au cours des tremblements de terre» (Barème : 0,5 pt) Le texte date de 1934. Les sismographes existent déjà à cette époque et l étude de la propagation des ondes sismiques, bien que débutante, a déjà permis d obtenir des résultats. Les «observations» sont bien évidemment des analyses de sismogrammes. 3) Comparez en quelques phrases(0,5 pt) ce modèle avec le modèle actuel, que vous présenterez (1 pt). L ouvrage duquel est tiré cet extrait est un ouvrage scolaire. A quoi correspond le «cours supérieur»? Peu importe.. Il est vraisemblable que le texte ne reflète pas l intégralité des connaissances de l époque. Le modèle actuel est bien sûr plus complet Mais on distingue toujours, aujourd hui, une couche rigide (la lithosphère) reposant sur un manteau moins rigide se prolongeant en profondeur par une couche liquide ; et au centre une masse solide. Le modèle de 1934 est donc assez proche du modèle actuel, le modèle actuel étant simplement plus affiné. 4) De toutes les sciences qui ont contribuées à l établissement du modèle actuel, la sismologie est celle qui a fourni le plus de renseignements. Quels ont été les apports de la sismologie? (attention : il ne s agit pas de restituer toutes vos connaissances sur la sismologie, mais de cibler les éléments nécessaires à la réponse). C est la partie «restitution organisée des connaissances», qui nécessite un plan avec introduction et conclusion : - introduction (définition de la sismologie, présentation des ondes P, S, L) - anomalies d enregistrement des ondes P : zone d ombre (avec schéma) - anomalie de vitesse des ondes P (avec schéma) : enveloppes concentriques - anomalies de vitesse des ondes S (avec schéma) : noyau liquide (on peut inverser l ordre de présentation et présenter les ondes S puis les ondes P) - conclusion avec ouverture : l apport de la sismologie a été important pour connaître la structure profonde du globe, mais d autres sciences ont collaboré pour apporter leur contribution (apports de la cosmochimie, de la densitométrie, etc.) barème : 0,5 pt + 1,5 pt + 1,5 pt + 1 pt + 0,5 pt + plan 0,5 pt
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 3/8 2) EXPLOITATION DE DOCUMENTS (6 PTS) Par simplification de représentation, nous admettrons le profil topographique suivant : Par simplification, toujours, on admettra un maximum d élévation sur les continents à 4000 mètres, et une plaine abyssale horizontale d élévation 4000 mètres. La pente marque la transition entre le domaine continental et le domaine océanique ; c est un domaine mal connu La vitesse de propagation des ondes sismiques peut être mesurée au laboratoire pour différents types de roches. Cette vitesse est constante dans un milieu homogène, à une pression constante. eau 1,5 Sédiments et roches sédimentaires 2 à 4,5 granite 5,5 basalte 6,2 gabbro 6,4 péridotite 8 Lorsque la pression augmente, la vitesse augmente. On peut corriger les résultats d une mesure de vitesse sous forte pression pour la ramener à pression normale. Les études sur les variations corrigées de la vitesse des ondes P en profondeur ont permis d établir le tableau suivant (profondeurs établies à partir de l altitude 0 quelques valeurs ne sont pas présentées) Profondeurs Axe médian de la plaine Milieu de plaine Bordure de plaine Milieu continental Milieu montagneux 1 km 1,5 1,5 1,5 3,1 2,5 à 6,5 4 à 5 km 6,2 2,2 2,2 5,5 3 à 5,5 5 à 6 km 6,4 6,2 2,2 5,5 5,5 6 à 7 km 8 6,4 6,2 5,5 5,5 7 à 8 km 8 8 6,4 5,5 5,5 8 à 9 km 8 8 8 5,5 5,5 9 à 14 km - 8 8 5,5 5,5 14 à 30 km - 8 8 8 5,5 Au delà de 30 km - 8 8 8 8
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 4/8 1) Proposez une coupe interprétative légendée de cette partie de la lithosphère, depuis l Amérique du sud jusqu à l Afrique échelle : 2 mm pour 1 km Conseil : commencez par situer les couches en bordure de plaine 2) Pourquoi les géologues ont-ils été amenés à distinguer deux croûtes différentes? Il apparaît nettement sur cette coupe que les 2 croûtes, océanique et continentale, n ont pas la même épaisseur. En outre les roches sont différentes : basalte et gabbro sous les océans, granite en milieu continental. 3) Qu est-ce que la lithosphère? Justifiez le découpage de la lithosphère en croûte et manteau. La lithosphère est la première enveloppe de la Terre ; c est une enveloppe rigide de 100 km d épaisseur. Les croûtes océanique et continentale sont différentes dans leur composition, mais sous ces deux croûtes le milieu est homogène, de nature péridotitique. La péridotite marque donc un domaine différent des croûtes ; c est le début du manteau (c est la partie rigide du manteau, solidaire des croûtes). On présente ci-dessous un tableau donnant la norme des principales roches de cette étude. Composition normative de quelques roches en pourcentage Péridotite Basalte Gabbro Granite SiO 2 42,40 50,0 50,0 73,86 Al 2 O 3 5,25 15,0 15,0 13,75 Fe 2 O 3 3,67 3,8 3,8 0,78 FeO 6,57 7,4 7,4 1,13 MgO 30,03 7,0 7,0 0,26 CaO 5,63 10,2 10,2 0,72 Na 2 O 0,54 2,0 2,0 3,51 K 2 O 0,41 0,3 0,3 0,47 autres qsp qsp qsp qsp Qsp = quantité suffisante pour arriver à 100 %
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 5/8 4) Pourquoi deux roches à composition identique portent des noms différents?(détaillez votre réponse). La basalte est une roche magmatique effusive à refroidissement lent sans ou avec peu de minéralisation exprimée. Le gabbro est une roche magmatique grenue à refroidissement lent dans laquelle tous les minéraux sont exprimés. 5) Analysez ce tableau et mettez-le en relation avec la coupe que vous avez proposée dans votre réponse à la question 1. En milieu continental on trouve essentiellement du granite, riche en silice et pauvre en ferromagnésiens. En milieu océanique, en faible profondeur on trouve des basaltes et gabbros, pauvres en silice et riches en ferro-magnésiens. Enfin en profondeur, la péridotite, encore appauvrie en silice et enrichie en magnésium. La composition normative confirme les réponses apportées en 2 et 3 sur la distinction croûte océanique et croûte continentale, ainsi que sur la distinction croûte-manteau. Par ailleurs on peut noter qu avec la profondeur le milieu s enrichit globalement en ferromagnésiens et s appauvrit en silice. 3) RÉSOLUTION D UN PROBLÈME (6 POINTS) 1) Une méthode pour déterminer la composition chimique du noyau : La vitesse estimée le lithium, le magnésium dans le noyau est comprise entre 8 et 11 km/s. Ce document montre que des éléments tels le lithium, le magnésium, l aluminium, etc sont compatibles avec ces vitesses. Toutefois tous les éléments qui autorisent ces vitesses n ont tous pas une masse volumique suffisantes pour égaler celle du noyau.
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 6/8 De la même façon parmi les éléments dont la masse volumique correspond à celle du noyau, tous n autorisent pas des vitesse suffisantes. A la croisée des plages de masses volumiques suffisantes et vitesses suffisantes se trouvent les éléments du noyau : voir schéma ci-dessous. Le fer doit donc être le constituant principal du noyau. 2) Des informations apportées par certaines météorites. Les deux diagrammes ci-après permettent de comparer l abondance relative d un certain nombre d atomes dans une météorite et dans la photosphère solaire (zone visible du soleil qui émet la plus grande partie de son rayonnement). Pour chaque atome on a porté en abscisse sont abondance dans la météorite et en ordonnées son abondance dans le soleil (les unités sont arbitraires). On compare ici deux météorites une achondrite (graphe a) et une chondrite (graphe b). 1) Graphe a : quelle est l abondance (en unités arbitraires) du cuivre dans le soleil? Graphe b : quelle est l abondance (en unités arbitraires) du cuivre dans le soleil? Graphe a : quelle est l abondance (en unités arbitraires) du cuivre dans l achondrite? Graphe b : quelle est l abondance (en unités arbitraires) du cuivre dans la chondrite?
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 7/8 (Ce document étant nouveau j ai voulu, avec cette question, vous obliger à le lire pour le comprendre Et comme j ai attribué 1 point à cette question, c était un point facile - d autant que ce point a été prélevé sur la partie «analyse» qui a globalement été ratée!) Abondance du cuivre dans le soleil : un peu plus de 4 sur les deux documents Abondance du cuivre dans l achondrite : 2 (et non pas zéro comme certains l ont signalé) Abondance du cuivre dans la chondrite : aux alentours de 4 2) Comparez la composition de la chondrite avec celle du soleil. On constate que les quantités des divers éléments sont les mêmes sur la chondrite et sur le soleil ; les deux ont donc une composition identique. 3) Comparez la composition de l achondrite avec celle du soleil. En revanche on voit que les compositions de l achondrite et du soleil sont totalement différentes : l achondrite est enrichie en Zr, Sr et très appauvrie en certains éléments tels le Cu, le S. 4) Quelle météorite est qualifiée de différenciée? Il apparaît donc que l achondrite est différenciée par rapport au soleil. Toutes les planètes doivent avoir une composition générale proche de celle du soleil. Mais si une planète se différencie, certaines couches s enrichissent en éléments au détriment d autres couches qui s appauvrissent. Les météorites sont le résultat d une ancienne planète partiellement différenciée. Les météorites différenciées apportent des renseignements sur la composition des différentes couches de notre globe : Chondrite Manteau terrestre Achondrite pierreuse Achondrite ferreuse O 2 31 39 47 0,7 Si 18,5 23 22 Al 2 1,8 1,7 Fe 27 4 2,0 96 Mg 14 24 24,5 Ca 3,5 2,5 2,3 Na 0,6 1,5 0,3 K 0,4 1 0,2 autres qsp qsp qsp 2,3 5) Comparez la composition d une chondrite avec la composition du manteau terrestre. Que peut on en déduire?. On constate que le manteau a une composition sensiblement différente de celle des chondrites (qui sont non différenciées) : plus riche en oxygène, en silice, appauvri en fer, magnésium. Ainsi le manteau est une couche différenciée. On peut supposer qu il existe une couche plus profonde différenciée et complémentaire du manteau.
1s_cntsvt_2010_03_31_corrigé.doc 8/8 6) Comparez la composition d une achondrite pierreuse avec celle du manteau. Que peut-on constater? Les achondrites pierreuse sont des roches différenciées dont la composition apparaît très voisine du manteau. Les achondrites pierreuse proviennent d une ancienne planète ayant explosée. Cette planète semble s être différenciée comme la Terre. Aussi l étude d autres achondrites peut fournir des indications sur la composition de notre globe. 7) Que déduit-on de l étude des météorites ferreuses? Les achondrites ferreuses sont constituées essentiellement de fer. Ainsi on peut supposer que notre globe contient, en son cœur, un noyau ferreux.