SVT - Enseignement de spécialité

Première Spécialité

Terminale  spécialite

Thème 1 : La dynamique interne de la Terre.

1 - La structure du globe terrestre : Des constrastes entre les continents et les océans

• La distribution bimodale des altitudes, observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.

• Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

• Un séisme résulte de la libération brutale d'énergie lors de la rupture de roches soumises à des contraintes.

• Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte-manteau-noyau ; modèle sismique PREM (Préliminary Reference Earth Model), comportement mécanique du manteau permettant de distinguer lithosphère et asthénosphère ; état du noyau externe liquide et du noyau interne solide).

• Les études sismologiques montrent les différences d'épaisseur entre la LO et la LC. L'étude des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de différencier le comportement d'une lithosphère cassante par rapport à une asthénosphère plus ductile.

• La température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient géothermique). Le profil d'évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux modes de transfert thermiques : la conduction et la convection. Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique.

• La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités au sein du manteau.

• Consulter et exploiter une base de données sismologiques

• La lithosphère terrestre est découpée en plaques animées de mouvements. Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : étude des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l'âge des roches par rapport à la dorsale, alignement volcaniques liés aux points chauds.

• La distinction de l'ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d'identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologiques).

• Les limites de plaques

• Le paléomagnétisme et la mobilité lithosphérique

• La topographie océanique

• Le volcanisme de point chaud, l'alignement volcanique d'Hawaï

• L'expansion océanique

• Le retour de la lithosphère dans le manteau

• Une zone de subduction : le Japon

• Etude des marges actives en subduction

• La divergence des plaques de part et d'autre des dorsales favorise la mise en place d'une nouvelle lithosphère.

• Celle-ci se met en place par apport de magmas mantelliques à l'origine d'une nouvelle croûte océanique. Ce magmatisme à l'aplomb des dorsales s'explique par la décompression du manteau.

• Dans certaines dorsales (dorsales lentes) l'activité est plus réduite et la divergence met directement à l'affleurement des zones du manteau.

• La nouvelle lithosphère formée se refroidit en s'éloignant de l'axe et s'épaissit. Cet épaississement induit une augmentation progressive de la densité de la lithosphère.

• La croûte océanique et les niveaux superficiels du manteau sont le siège d'une circulation d'eau qui modifie les minéraux.

• La topographie océanique

• L'expansion océanique

• L'Islande, une dorsale émergée et un point chaud

• La naissance d'un océan, la dépression de l'Afar

• La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d'une zone de subduction.

• Les zones de subduction sont le siège d'un magmatisme sur la plaque chevauchante.

• Le volcanisme est de type explosif : les roches mises en place montrent une diversité pétrologique mais leur minéralogie atteste toujours de magmas riches en eau.

• Ces magmas sont issus de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante ; ils peuvent s'exprimer en surface ou peuvent cristalliser en profondeur, sous forme de massifs plutoniques. Ils peuvent subir des modifications lors de leur ascension, ce qui explique la diversité des roches.

• La fusion partielle des péridotites est favorisée par l'hydratation du coin de manteau.

• Les fluides hydratant le coin de manteau sont apportés par des transformations minéralogiques affectant le panneau en subduction, dont une partie a été hydratée au niveau des zones de dorsales.

• La mobilité des plaques lithosphériques résulte de phénomènes de convection impliquant les plaques elles-mêmes et l'ensemble du manteau.

• L'augmentation de densité de la lithosphère constitue un facteur important contrôlant la subduction et, par suite, les mouvements descendants de la convection. Ceux-ci participent à leur tour à la mise en place des mouvements ascendants

• Le retour de la lithosphère dans le manteau

• Une zone de subduction : le Japon

• Etude des marges actives en subduction

• Un travail collaboratif autour du magmatisme des zones de subduction

• L'affrontement de lithosphère de même densité conduit à un épaississement crustal. L'épaisseur de la croûte résulte d'un raccourcissement et d'un empilement des matériaux lithosphériques.

• Raccourcissement et empilement sont attestés par un assemblage de structures tectoniques déformant les roches (plis, failles, chevauchements, nappes de charriage).

Thème  1  :  A la recherche du passé géologique de notre planète

1 - Le temps et les roches

La chronologie relative :

• Les relations géométriques (superposition, recoupement, inclusion) permettent de reconstituer la chronologie relative des structures ou d'évènements géologiques de différentes natures et à différentes échelles d'observation.

• Les associations de fossiles stratigraphiques, fossiles ayant évolué rapidement et présentant une grande extension géographique, sont utiliser pour caractériser des intervalles de temps.

• L'identification d'associations fossiles identiques dans des régions géographiquement éloignées permet l'établissement de corrélations temporelles entre formations.

• Les coupures dans les temps géologiques sont établies sur des critères paléontologiques : l'apparition ou la disparition de groupes fossiles.

• La superposition des intervalles de temps, limitées par des coupures d'ordre différents (ères, périodes, étages), aboutit à l'échelle stratigraphique.

• Datation relative dans le Cotentin

• Clous d'or et stratotypes

La chronologie absolue :

• La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément.
• La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche.
• Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie. Ils se distinguent par la période de l’élément père.
• Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative.
• Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés.
• L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide). Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.

Des domaines continentaux révélant des âges variés

• Les continents associent des domaines d’âges différents. Ils portent des reliquats d’anciennes chaînes de montagnes (ou ceintures orogéniques) issues de cycles orogéniques successifs.

La recherche d'océans disparus

• Les ophiolites sont des roches de la lithosphère océanique. La présence de complexes ophiolitiques formant des sutures au sein des chaînes de montagnes témoigne de la fermeture de domaines océaniques, suivie de la collision de blocs continentaux par convergence de plaques lithosphériques.
• L’émergence d’ophiolites résulte de phénomènes d’obduction ou de subduction, suivis d’une exhumation.

Les marques de la fragmentation continentale et de l'ouverture océanique

• Les marges passives bordant un océan portent des marques de distension (failles normales et blocs basculés) qui témoignent de la fragmentation initiale avant l’accrétion océanique.
• Les stades initiaux de la fragmentation continentale correspondent aux rifts continentaux.
• La dynamique de la lithosphère détermine ainsi différentes périodes paléogéographiques, avec des périodes de réunion de blocs continentaux, liées à des collisions orogéniques, et des périodes de fragmentation conduisant à la mise en place de nouvelles dorsales.

• La naissance d'un océan, la dépression de l'Afar

• Ballade dans l'est éthiopien

Thème  2 : Enjeux planétaires et contemporains  -  Les climats de la Terre : Comprendre le passé pour agir aujourd'hi et demain

• D’environ 1°C en 150 ans, le réchauffement climatique observé au début du XXIe siècle est corrélé à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par l’émission de gaz à effet de serre liée aux activités humaines.
À l’échelle du Quaternaire, des données préhistoriques, géologiques et paléo-écologiques attestent l’existence, sur la période s’étendant entre -120 000 et -11 000 ans, d’une glaciation, c’est-à-dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires. Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.

• Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre. Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives et négatives (albédo lié à l’asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2) ; elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation.
Globalement, à l’échelle du Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe.
Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique de CO2 en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogénèses du Tertiaire. De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique.
Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température. Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations.
Au Paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléolatitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. Par la modification du cycle géochimique du carbone qu’elles ont entraînée, l’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de matière organique (grands gisements carbonés) sont tenues pour responsables de cette glaciation.

  • Méthane : ressource énergétique ou géohasard ?

  • Climats et paléoclimats

  • Les climats de la Terre

  • Impact des paramètres orbitaux sur le climat

  • Climats aux grandes échelles de temps

• Un effort de recherche scientifique majeur est mené depuis quelques dizaines d’années pour élaborer un modèle robuste sur le changement climatique, ses causes et ses conséquences, et pour définir les actions qui peuvent être conduites pour y faire face.
En dehors des effets abiotiques, le réchauffement climatique a des impacts importants sur la biodiversité et la santé humaine :
   - par des effets directs sur les populations (effectifs, état sanitaire, répartition à la surface du globe) et sur leur évolution ;
    - par des effets indirects liés aux perturbations des écosystèmes naturels et agricoles (approvisionnement et régulation).

[...]

• Aux niveaux individuel et collectif, il convient de mener des recherches et d’entreprendre des actions :
    - en agissant par la réduction des émissions de gaz à effet de serre (les bénéfices et inconvénients de méthodes de stockage du carbone sont à l’étude) ;
    - en proposant des adaptations.
Il existe, dans différents pays, des plans d’action bâtis sur un consensus scientifique, dont l’objectif est de renforcer l’acquisition des connaissances, ainsi que l’évaluation éclairée et modulable des stratégies mises en place.

• Modéliser les climats du futur à l'aide du logiciel BYOE

• Méthane : ressource énergétique ou géohasard ?