1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points) · 2018-09-11 · 10- Dans les zones de subduction, on observe un magmatisme se traduisant par : ☐ la formation de roches

1ère PARTIE : (8 points)

LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE

Ophiolites et chaînes de montagnes

Parmi les nombreux indices géologiques permettant de reconstituer la formation d’une chaîne de montagnes, les ophiolites sont des lambeaux de lithosphère océanique que l’on peut retrouver parfois à plus de 3000m d’altitude.

En vous appuyant sur l’interprétation d’indices géologiques, reconstituer un scénario de la formation d’une chaîne de montagnes expliquant la présence d’ophiolites.

Votre exposé comportera une introduction, un développement structuré, une conclusion et sera illustré d’un ou plusieurs schéma(s). 1ère PARTIE : (8 points)


Synthèse (sur 5 points)

Montrer en quoi des indices géologiques témoignent d’une collision continentale lors de la formation d’une chaîne de montagnes.

L’exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d’un ou plusieurs schémas. Le complexe ophiolitique n’est pas attendu.

QCM (sur 3 points)

Cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM.

ANNEXE : à rendre avec la copie Cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions

1 – Les chaînes de montagnes de collision présentent parfois des ophiolites, qui sont les traces :

□ de la subduction d’une lithosphère continentale sous une autre, □ d’une lithosphère océanique incorporée lors de la collision de deux lithosphères continentales, □ d’une croûte océanique incorporée lors de la collision de deux lithosphères continentales, □ de roches sédimentaires portées en altitude sur la lithosphère continentale. 2 – Dans une chaîne de montagnes de collision, l’âge de la croûte continentale :

□ ne peut être établi par radiochronologie, □ peut dépasser 4 Ga, □ n’excède pas 200 Ma, □ obtenu par radiochronologie, montre un âge similaire à celui de la croûte océanique. 3 – Par rapport à des chaînes de montagnes récentes, les chaînes anciennes présentent :

□ un déséquilibre isostatique de la croûte continentale sur l’asthénosphère, □ un déséquilibre isostatique de la croûte continentale sur la lithosphère, □ une plus forte proportion de roches formées en profondeur qui affleurent, □ une moins forte proportion de roches formées en profondeur qui affleurent.



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.

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.



Le Zagros

Le Zagros est une chaîne de montagnes, principalement localisée en Iran, et culminant à 4548 mètres.

D’après http://cartographie.sciences-po.fr

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.



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).

LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE 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

QCM : (3 points)

Compléter le QCM (ANNEXE de la page 3/6), qui sera à rendre avec la copie.

QCM (3 points)

ANNEXE: 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

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


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.



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.



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.



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.



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.



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.



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) 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

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 1ère PARTIE : (8 points)


Cette première partie comprend deux sous-parties : un questionnaire à choix multiple (QCM) et une question de synthèse. Le candidat traitera les deux sous-parties. QCM (3 points)

Recopier sur la copie le numéro de la question du QCM ainsi que la lettre correspondant à la bonne réponse.

1- La croûte continentale :

a) est en équilibre isostatique sur la lithosphère continentale ; b) est en équilibre isostatique sur la lithosphère océanique ; c) correspond à la partie supérieure de la lithosphère continentale ; d) correspond à la partie inférieure de la lithosphère continentale. 2- La croûte continentale :

a) de composition essentiellement granitique est globalement plus dense que la croûte océanique ; b) de composition essentiellement basaltique est globalement moins dense que la croûte océanique ; c) est globalement plus épaisse et moins dense que la croûte océanique ; d) est globalement moins épaisse et plus dense que la croûte océanique. 3- La croûte continentale :

a) subit un recyclage impliquant, entre autre, érosion et altération ; b) subit un recyclage n’impliquant ni érosion, ni altération ; c) ne subit aucun recyclage. SYNTHÈSE (5 points)

Le volcanisme explosif des zones de subduction est particulièrement dangereux. Par exemple, l’éruption du Mont Saint Helens (États-Unis, état de Washington) en 1980 a provoqué la mort de 57 personnes et a détruit 380 km² de forêt.

À partir de l’utilisation des connaissances, expliquer comment les zones de subduction peuvent être le siège d’un volcanisme explosif.

Une synthèse comportant une introduction, un développement organisé en paragraphes et une conclusion est attendue. Elle sera illustrée d’un ou de schéma(s). Les mécanismes à l’origine de l’hydratation de la croûte océanique au cours de son histoire ne sont pas attendus.



Expliquer la formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision ainsi que les mécanismes contribuant à leur disparition.

La réponse prendra la forme d’un texte structuré et illustré. 1ère PARTIE : (8 points)


Nous savons aujourd’hui que les chaines de montagnes, dans un contexte de collision, ne se limitent pas à des reliefs à la surface de la Terre.

Montrer que des indices structuraux et pétrographiques* témoignent de mouvements horizontaux et verticaux lors de la formation d’une chaine de montagnes.

*indices pétrographiques : indices à l’échelle de la roche et de sa minéralogie. Limites du sujet : seuls les indices en lien avec la collision continentale seront pris en compte. Votre exposé comportera un ou plusieurs schémas. Il sera structuré avec une introduction et une conclusion. 2ème PARTIE – Exercice 1 (3 points)


La crique des Motels basques située au nord de Saint-Jean-de-Luz présente des séries de roches sédimentaires bien visibles à l’affleurement.

À partir des données du document, représenter à l’aide de schémas légendés les différents mécanismes géologiques qui se sont succédés pour aboutir à cet affleurement.

Document : Structure géologique observée à la crique des Motels basques

Les roches visibles à l’affleurement datent de -89 Ma (Coniacien), avant la formation des Pyrénées (-80 Ma à -40 Ma).

D’après le guide des curiosités géologiques de la côte basque, octobre 2014.

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

87Rb/

86Sr, et en ordonnée le rapport

87Sr/

86Sr pour chaque minéral étudié, on

obtient une droite isochrone dont l'équation est :

y = (eλt

- 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 (eλt

- 1) Âge approximatif en millions d'années (t)

Valeurs de (eλt

- 1) Âge approximatif en millions d'années (t)

0,0020 140 0,0151 1050 0,0030 210 0,0161 1120 0,0040 280 0,0171 1200 0,0050 350 0,0182 1270 0,0060 420 0,0192 1340 0,0070 490 0,0202 1400 0,0080 560 0,0212 1480 0,0090 630 0,0222 1550 0,0101 700 0,0233 1620 0,0111 770 0,0243 1690 0,0121 840 0,0253 1760 0,0131 910 0,0263 1830 0,0141 980 0,0274 1900

Document 2 : droites isochrones correspondant aux 3 échantillons

D'après http://ansatte.uit.no/webgeology/webgeology_files/english/rbsr.html

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 :

☐ (eλt - 1) = 0,0254 ce qui permet de déduire un âge d'environ 1760 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.

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

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.



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 :

D’après profil ECORS


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

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



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

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

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

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 - 6000 ans, est présentée sur le document ci-dessous :

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 - 8000 ans

D’après Fleming et al., 1998 et Milne et al., 2005

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 5 000 m à la hauteur de la Baie d'Hudson.

D’après le site http://www2.ggl.ulaval

Document 2.b : étude de la lithosphère en baie d’Hudson

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 http://www2.ggl.ulaval.ca

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


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.

2- Le glacier qui recouvrait la baie d’Hudson il y a - 6 000 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 6 000 ans.

☐s’est soulevée en moyenne à un rythme de 10 mm par an depuis 6 000 ans et ne se soulève plus depuis 10 ans.

☐ s’est soulevée brutalement de 10 m il y a - 6 000 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.



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

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).

SiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O H2O

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



Les monts Zagros sont une chaîne de montagnes de l’ouest de l’Iran.

En utilisant les informations des documents construire le scénario de la formation des monts Zagros.

Document 1 : Roches observées dans les monts Zagros.

Document 2 : Géomorphologie visible dans les monts Zagros

D’après Jean-Jacques Dufaure, geomorphologie.revues.org



Des études sont actuellement en cours pour déterminer le potentiel géothermique du sud de l’Algérie. On cherche à déterminer les zones les plus favorables à une exploitation géothermique.

À partir de l’étude des documents, répondre aux questions du QCM en écrivant, sur la copie, le numéro de la question et la lettre correspondant à l’unique bonne réponse.

Document 1 : Carte du flux de chaleur dans le Sahara algérien Le flux de chaleur moyen observé en domaine continental est de l’ordre de 65 mW/m².

D’après D. Takherist (1986), et S. Ouali, A. Khellaf et K. Baddari (2006 et 2007) Document 2 : Gradients géothermiques dans le Sahara algérien Le gradient géothermique désigne la variation de la température en fonction de la profondeur. Dans son ensemble, le Sahara algérien présente un gradient géothermique moyen de l’ordre de 40°C/1000 m. Les variations exactes de la température en fonction de la profondeur ont été mesurées pour 5 forages situés sur le document 1 et sont présentées ci-dessous.

S. Ouali et A. Khellaf (2006)



Les magmas acides peuvent être à l’origine de granitoïdes dans un contexte de subduction.

Saisir les informations qui permettent de confirmer cette affirmation en renseignant le QCM proposé. (QCM en ANNEXE de la page 7/7, qui sera à rendre avec la copie).

Document : Trajectoire d’un magma acide dans un champ de pression-température lors de son ascension vers la surface.

Un magma acide est un magma dont la teneur en SiO2 est > 63%.

Le solidus sépare le domaine solide du domaine solide + liquide. Le liquidus sépare le domaine solide + liquide du domaine liquide.

D’après Magmatisme et tectonique des plaques de Bruno Mehier Collection Ellipses

À partir de la lecture du document, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions. 1 – Le magma acide présent à 30 km de profondeur :

□ est entièrement liquide. □ est entièrement solide. □ est partiellement liquide. □ a une température d’environ 780°C. 2 – Au cours de son ascension, le magma acide :

□ voit sa température augmenter. □ voit sa température diminuer. □ subit une pression croissante. □ subit une pression constante. 3 – Le magma acide à l’origine des granitoïdes :

□ cristallise totalement à son arrivée à la surface. □ est entièrement cristallisé à 5 km de profondeur. □ voit ses premiers cristaux apparaitre à partir de 780°C. □ commence à cristalliser à 5 km de profondeur.



La disparition des reliefs

La circulation de l’eau à la surface d’une roche peut conduire à l’altération des minéraux qui la constituent.

À l’aide de l’exploitation du document proposé, indiquer sur votre copie le numéro de la bonne réponse pour chaque série de propositions du QCM.

Document 1 : Les réactions d’hydrolyse des minéraux

Une réaction générale d’hydrolyse d’un minéral peut s’écrire : Minéral primaire + Eau ———-> Minéral secondaire + Solution de lessivage

Par exemple, l’altération d’un feldspath orthose en kaolinite (minéral argileux) se déroule de la manière suivante :

Document 2 – Le diagramme de Goldschmidt Les ions ne réagissent pas tous de la même manière en présence de molécules d’eau : la solubilité d’un ion dépend de son potentiel ionique (PI), c’est à dire le rapport entre Z la charge de l’ion et R son rayon ionique : PI = Z/R.

Le diagramme de Goldschmidt permet de distinguer trois catégories d’ions :

· Les cations solubles : ils ont une faible charge et sont attirés par l’eau, ils forment des éléments solubles facilement évacués dans les solutions de lessivage. · Les cations précipitants : ils sont insolubles et précipitent sous forme d’hydroxydes. · Les oxyanions solubles : avec un petit diamètre et une charge élevée, ils sont solubles et peuvent être évacués dans les solutions de lessivage.

D’après « Éléments de géologie », C. Pomerol et M. Renard, éd. Armand Colin

QCM (Réponses à reporter sur la copie)

À partir de la lecture des documents, cocher la

bonne réponse, pour chaque série de propositions : Question 1 – Le comportement d’un ion vis à vis de l’eau :

a. Dépend exclusivement de sa charge. b. Ne dépend ni de sa charge, ni de son rayon ionique. c. Dépend de son potentiel ionique. d. N’a pas d’incidence sur son évacuation par les eaux de lessivage. Question 2 – L’altération de l’orthose s’accompagne au niveau du minéral :

a. D’un lessivage de Si et Al. b. D’un lessivage de Si et K. c. D’un lessivage de K et Al. d. D’un lessivage de Al seulement. Question 3 – Lors de l’altération de l’orthose en kaolinite on observe :

a. Le passage en solution d’un cation précipitant et d’un oxyanion soluble. b. Le passage en solution de deux cations précipitants. c. Le passage en solution de deux cations solubles. d. Le passage en solution d’un cation soluble et d’un oxyanion soluble.

2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement Obligatoire). 5 points


La goethite est un minéral brun-noir à l’état massif, et jaune ocre à l’état de poudre. C’est sous cette dernière forme qu’elle fut utilisée comme pigment dès la Préhistoire, pour la réalisation de peintures rupestres (cf. photo ci-contre).

« Le second cheval chinois » dans la grotte de Lascaux, peinture pariétale datée du paléolithique supérieur.

http://artbite.fr/Grotte-de-Lascaux.html La goethite se trouve sous la forme de cristaux pouvant atteindre les 50 cm, dans les sols riches en fer. Elle résulte de l’altération de massifs granitiques.

À partir de l’utilisation des documents et de l’utilisation des connaissances, montrer comment l’altération du granite peut être à l’origine de la goethite, oxyde de fer riche en fer III (Fe

3+).

Document 1 : Analyses chimiques comparées d’un granite sain et de son arène.

L’arène granitique (voir photo ci-dessous) est un sable issu de l’altération d’un massif granitique.

D’après une photographie de Pierre Thomas (ENS Lyon)

Le tableau ci-dessous présente le pourcentage relatif de différents oxydes dans l’arène granitique par rapport au granite sain. Ces nombres traduisent le pourcentage d’éléments chimiques (Na, K, Ca, Si, Al et Fe(III)) présents dans l’arène granitique par rapport

à ceux présents dans le granite sain.

Na2O + K2O + CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3

Granite sain 100 100 100 100

Arène granitique 66 83 95 100

D’après « Géologie tout-en-un », Dunod Document 2 : Formules chimiques des minéraux silicatés constitutifs du granite

On appelle minéral silicaté un minéral dont les structures anioniques associent principalement le Silicium (Si) et l’Oxygène (O).

Quartz SiO2

Orthose (feldspath potassique) KAlSi3O8

Plagioclase (feldspath calco-alcalin) CaAl2Si2O8 ou NaAlSi3O8

Biotite (mica noir ferromagnésien) K(Mg,Fe2+

)3(Al,Fe3+

)Si3O10(OH,F)2

Muscovite (mica blanc) KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Document 3 : Altération et érosion d’un granite. Document 3a – Équation-bilan simplifiée d’une réaction d’hydrolyse.

La principale réaction chimique de l’altération des minéraux silicatés est l’hydrolyse. Dans son schéma général, elle peut s’écrire :

Document 3b – Évolution de la composition minéralogique au cours de l’altération d’un granite.

Ce document représente l’évolution des proportions des composants d’un granite lors de son altération.

D’après Gourlaouen et coll. (1982)

Document 4 : Diagramme de Goldschmidt.

Le diagramme de Goldschmidt permet d’évaluer la solubilité de différents ions (cations et oxyanions) en fonction de leur charge Z et de leur rayon ionique.

D’après www.u-picardie.fr/beauchamp/mst/alter.htm

* Les cations précipitants sont très peu solubles. Certains d’entre eux peuvent se combiner à l’oxygène et sédimenter sur place sous forme solide. L’oxyde ainsi formé est appelé précipité.



En utilisant les informations des documents et les connaissances, montrer que les roches de la région de Gavarnie témoignent de transformations en profondeur et expliquer l’origine du granite de Gèdre.

Document 1 : Carte simplifiée du métamorphisme de la région de Gavarnie

D’après synthèse géologique des Pyrénées, BRGM, ITGE, 1998.

Document 2 : Migmatite d’Estaubé

Photographie d’une migmatite d’Estaubé Interprétation et composition minéralogique

Leucosome = niveau dont la proportion de minéraux clairs (quartz, feldspaths) est plus importante que celle des minéraux sombres (biotite, cordiérite). Il résulte de la cristallisation d’un liquide produit par fusion partielle. Les cristaux sont de grande taille et non déformés. Mélanosome = niveau enrichi en minéraux sombres (biotite, cordiérite). Il correspond au résidu non fondu après une fusion partielle. Des traces de déformation sont présentes. Mésosome = niveau intermédiaire avec une proportion équivalente de minéraux sombres et clairs. La séparation entre le liquide formé et le résidu est incomplète.

D’après le site http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

Document 3 : Domaines de stabilité de quelques minéraux repères

Le solidus limite le domaine solide (à gauche) du domaine solide + liquide (à droite).

D’après le site http://pedagogie.ac-montpellier.fr/svt Document 4 : Photographie d’une lame mince du granite de Gèdre observée au microscope polarisant en LPA

Q : quartz / Bt : biotite / Fk : feldspath alcalin / pl : feldspath plagioclase / Cord : cordiérite

Site http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

Document 5 : Composition minéralogique des granites en fonction de l’origine du magma

D’après Barbarin, Lithos, 1999.



Géologie du massif armoricain

Le massif armoricain situé au nord-ouest de la France continentale, constitue selon les géologues, une entité géologique qui correspondrait à une ancienne chaîne de montagnes.

À partir de l’étude des indices géologiques mise en relation avec vos connaissances, justifier que le massif armoricain est une ancienne chaîne de montagnes et reconstituer son histoire.

Document 1 : carte de la répartition des granitoïdes et roches métamorphiques dans le massif armoricain

Document 2 : profondeur du Moho en France et pays limitrophes

Document 3 : relief du massif armoricain

Afin de figurer le relief du massif armoricain on relève l’altitude le long d’un segment N/S

Remarque : les Alpes Françaises culminent à près de 4810 m.

Document 4 : les roches de l’île de Groix Document 4.a : photographie et schéma d’une glaucophanite de l’île de Groix

Sur l’île de Groix, on peut trouver des roches, présentant des minéraux globuleux de couleur rouge pouvant atteindre un centimètre de diamètre : les grenats. Ils ressortent sur un fond bleu vert, formé essentiellement d’un minéral formé dans les mêmes conditions que la jadéite (minéral vert), accompagné de glaucophane (minéral bleu). Ces roches seraient issues d’anciens basaltes océaniques constitués principalement de plagioclases et pyroxènes.

Photographie Schéma

D’après le site : http://lithotheque.ens-lyon.fr

Les minéraux globuleux sont des grenats

Document 4.b : diagramme pression température et champs de stabilité des minéraux de la croûte océanique

Document 5 : structures tectoniques sur la presqu’île de Crozon

Dans la presqu’île de Crozon, le littoral rocheux est constitué de strates sédimentaires datées de l’ère primaire et affectées de figures tectoniques visibles sur la photographie suivante.

D’après http://www.geodiversite.net

Document 6 : les migmatites de Port Navalo (Arzon)

La région d’Arzon est constituée de migmatites. Ce sont des roches qui résultent d’un début de fusion partielle (début du processus d’anatexie).

Photographie d’une migmatite à Port Navalo

D’après http://christian.nicollet.free.fr

Les parties fondues (lits clairs) sont de composition granitique (quartz, feldspaths…) et correspondent au magma cristallisé. Les lits sombres sont riches en biotites et correspondent à la portion de roche qui n’a pas subi de fusion.



Le contexte géologique de la Sierra Nevada

La Sierra Nevada s’étire sur environ 700 km et longe la « vallée de la mort » en Californie.

Cette chaine de montagne renferme des volcans aujourd’hui inactifs, comme ceux d’Aurora-Bodie, mais aussi un vaste batholithe (en gris foncé sur la carte ci-contre) constitué de roches grenues formées en profondeur.

À partir de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances, exposer les arguments permettant de montrer que la région de la Sierra Nevada est une ancienne zone de subduction.

Document 1 : les roches magmatiques trouvées à l’affleurement dans la Sierra Nevada Document 1.a : les roches volcaniques d’Aurora Bodie

Photographie d’une lame de roche volcanique observée au microscope polarisant (lumière polarisée analysée)

Schéma interprétatif de la photographie

1 : cristal de biotite 2 : verre + microcristaux d’amphiboles et de pyroxènes 3 : cristal de feldspath plagioclase

D’après Christian Nicollet Document 1.b : composition minéralogique des principales roches magmatiques

Document 2 : le batholithe de la Sierra Nevada

Document 2.a : cartographie de l’affleurement du batholithe de la Sierra Nevada

Le batholithe de la Sierra Nevada est notamment constitué de granodiorite, une roche de la famille des granitoïdes.

Document 2.b : coupe géologique C-D

D’après G. Zandt et al., Nature, 2004 ; J.W. Shervais, Geosphere, 2005 ; J. Saleeby et al., Geosphere, 2012

Document 2.c : diagramme pression température et champs de stabilité des minéraux susceptibles de se former dans une croûte océanique

Document 3 : tomographie sismique à l’aplomb de la Sierra Nevada

La tomographie sismique est utilisée en géophysique. Cette technique utilise l’enregistrement de l’arrivée des ondes sismiques émises lors de tremblements de terre. L’interprétation des temps d’arrivée les uns relativement aux autres et en différents lieux, permet de remonter aux variations des vitesses de propagation de ces ondes à l’intérieur du globe terrestre. Les ondes qui accusent un retard par rapport aux autres ont traversé une zone plus chaude et moins dense. Celles qui ont accéléré, ont traversé une zone moins chaude et plus dense.

D’après J. Unruh et al., Geosphere, 2014

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 http://leavingbabylon.files.wordpress.com/2010/09/catal2.jpg

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 (2007-2011) 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.

D'après I. Koulakov et al., Geophysical Journal International, 2009

Document 4 : résultats de différentes méthodes de datations

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.

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 : http://www.geol-alp.com/h_oisans/index_oisans.html

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 http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1033

Document 2 : Coupe géologique schématique des ophiolites du Chenaillet

D'après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/chercher.php3

Document 3 : Lame mince de métagabbro à glaucophane trouvé dans la vallée du Guil dans le Queyras

D'après http://christian.nicollet.free.fr/page/CO/metagabbro.html

“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 : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1034




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 1,27.10

7 km

3 de sédiments en 50 millions d'années.

D'après Goobred Jr and Kuehlb, 2000

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

Document 4 : simulation de l'effacement du relief dans une chaîne de montagnes

D'après le logiciel Airy

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




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.

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).

D'après J.P. Pérrillat. Site : www.planet-terre.ens-lyon.fr, 2003 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




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 http://planet-terre.ens-lyon.fr

Colloque C7 Géologie de la France, 1980

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 http://christian.nicollet.free.fr/

Document 3 : Diagramme Pression / Température et domaines de stabilité de quelques minéraux

D'après Précis de géologie - Pétrologie - Dunod

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

Document 2 : Conditions de fusion de la croûte océanique anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle et archéenne


Document 3 : Conditions de fusion d'une péridotite anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle


2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement

Obligatoire). 5 points.


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 www.terdav.com - D’après BRGMseptembre 2012

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 17m3.

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

Document 4 : coupe géologique schématique de la région de Chaudes Aigues

D’après Amélioration de la connaissance des sources-BRGM septembre 2012



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.

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

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

D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt Document 4: échelle des temps géologiques au cours de l’ère Tertiaire



À Bagnères-de-Luchon, le thermalisme existe depuis l’époque romaine. On y exploite plusieurs sources, froides ou chaudes. On se propose d’expliquer l’origine de ces dernières.

En utilisant les informations extraites des documents et les connaissances, proposer une explication à l’existence de sources d’eaux chaudes dans le secteur de Luchon.

Document 1 : Données générales

Bagnères-de-Luchon est une ville thermale et touristique située dans les Pyrénées, à une altitude d’environ 600m. Quatre sources différentes y étaient exploitées durant l’Antiquité. Aujourd’hui, 19 sources situées dans les environs proches, assurent grâce à des captages et trois forages la distribution des thermes. Plus de la moitié de ces sources a une température avoisinant ou dépassant 50°C. Document 2 : Carte du flux thermique en France métropolitaine.

Schémathèque SVT de Dijon, d’après BRGM – SIG Mines France 1989

Document 3 : Coupe géologique schématique de la vallée de Luchon

Granite de Bossot : Granite intrusif formant un dôme plurikilométrique. La radio-datation (méthode U-Pb sur zircon) de plusieurs échantillons de ce granite donne des valeurs de l’ordre de 330 Ma. Pegmatites : Roches magmatiques en filons intrusifs de composition granitique caractérisée par des cristaux de grande taille (supérieure à 20 mm). Schistes : Ces schistes sont anciens, datés de l’Ordovicien (-485 à -443 Ma) ou du Silurien (-443 à -420 Ma). Leur partie basse est plus ou moins transformée en cornéennes et montre donc les traces d’un métamorphisme lié à l’élévation de température au contact des roches magmatiques chaudes. Document 4 : Données de forages

Pour augmenter les capacités des thermes, trois forages de capture d’une centaine de mètres de profondeur ont été réalisés dans les années 1980. La coupe du forage n°3 est donnée en exemple ci-après :

* les parois des fissures sont généralement tapissées de minéralisations secondaires apportées par la circulation de fluides hydrothermaux.

D’après M. Nartet, J.C. Soulé ; rapport BRGM – 87SGN559MPY, 1987

Documents

1ère PARTIE : Mobilisation des connaissances (8 points) · 2018-09-11 · 10- Dans les zones de subduction, on observe un magmatisme se traduisant par : ☐ la formation de roches