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4 . Le concept de lithosphère et d’asthénosphère :: Plan d’étude

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Questionnement initial
Sujets étudiés
Références du programme officiel
Le concept de lithosphère et d’asthénosphère

  • Saisir et exploiter des données sur des logiciels pour mettre en évidence la répartition des foyers des séismes au voisinage des fosses océaniques.

  • Comprendre comment l’interprétation de la distribution particulière des foyers des séismes permet :

    • de définir la lithosphère par rapport à l’asthénosphère ;

    • de confirmer, dans le cadre du modèle en construction, que la litho­sphère océanique retourne dans le manteau.

  • Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers un même matériau mais à des températures différentes pour comprendre la différence entre lithosphère et asthénosphère.

L’hypothèse d’une expansion océanique et sa confrontation à des constats nouveaux :: Activités à partir de documents

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On cherche à montrer que des données paléomagnétiques 
vont permettre de valider l'hypothèse que Harry HESS formule en 1962

La photosynthèse permet la production de molécules organiques. Les végétaux sont des producteurs primaires. :: Bilan ::

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A – Le soleil : une source d’énergie essentielle

A1 – Énergie solaire et photosynthèse

1. La photosynthèse permet la production de molécules organiques. Les végétaux sont des producteurs primaires.

  • Les cellules végétales, grâce à leurs chloroplastes et la chlorophylle qu’ils contiennent, sont capables d’utiliser l’énergie lumineuse solaire.

  • Ceci leur permet de réaliser la synthèse des molécules organiques de leur matière vivante à partir de molécules minérales.

  • Les cellules végétales prélèvent dans leur milieu de vie du dioxyde de carbone et de l’eau, mais aussi des molécules ioniques : nitrate (NO3–), phosphate (PO43-), des ions potassium (K+).

  • L’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique. Cette dernière est « stockée » dans les liaisons covalentes des molécules organiques produites.

  • La photosynthèse produit du dioxygène que les cellules végétales rejettent dans leur milieu de vie.

  • Dans des conditions d’obscurité, les cellules végétales chlorophylliennes réalisent des échanges gazeux caractéristiques d’une respiration cellulaire : absorption de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone.

  • Lorsqu’elles sont exposées à la lumière, l’absorption de dioxyde de carbone et le rejet de dioxygène liés à la photosynthèse « masquent » le métabolisme respiratoire.

Leur capacité à produire des molécules organiques par photosynthèse placent les végétaux au début des réseaux alimentaires d’un écosystème.

Ils sont qualifiés de « producteurs primaires ».

La productivité primaire est la quantité (massique) de matière vivante produite par les végétaux au niveau d’un écosystème, par unité de surface et de temps.
[kg.m-2.an-1] [t.ha-2.an-1]

Gradient et Flux Géothermique :: Activité à partir de documents

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Compétence visée : définir les notions de gradient
et flux géothermique à partir d'informations 
tirées d'un article. Schématiser ces notions.
Document A – Notions de gradient et de  flux géothermique
( d’après  http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml#flux-energie-interne)
Dans le sous-sol, la température augmente avec la profondeur, le plus souvent entre 10 et 30°C par km dans les régions non volcaniques, où elle peut augmenter beaucoup plus. C’est ce que l’on appelle le « gradient géothermique », parfois encore nommé « degré géothermique ».

Comme les roches ne sont pas des isolants parfaits, la chaleur a tendance à migrer des zones profondes chaudes vers les zones superficielles froides.

Depuis Joseph Fourier au XIXème siècle, on connaît les lois de propagation de la chaleur :

J = -k.ΔT/Δp,

  • avec “J” correspondant à ce que les géologues appellent flux de chaleur exprimé en W.m-2,
  • “k” à la conductivité thermique du milieu traversé exprimée en W.m-1.K-1 (Watt par mètre et par degré Celsius) (*)
  • et “ΔT/Δp” le gradient géothermique, correspondant à la variation de température (ΔT) en fonction de la variation de profondeur (Δp), exprimé en K.m-1 (degré Celsius par mètre).

Les mesures sur le terrain du gradient géothermique montrent que ce dernier varie entre 10 et 30 K.km-1 dans la plupart des régions, peut atteindre 100 K.km-1 dans certaines régions, et peut-être localement beaucoup plus fort au niveau de sites très particuliers et d’aires limitées en général au voisinage de volcans.

Les mesures au laboratoire de la conductivité des roches montrent qu’elle varie peu, entre 2,5 et 3,1 W.m-1.K-1.

Ces mesures permettent de calculer le flux de chaleur : sauf dans quelques zones exceptionnelles, celui-ci varie de 50 à 300 mW.m-2, avec une moyenne d’environ 70 à 80 mW.m-2.

Si on intègre ce flux sur l’ensemble de la surface de la Terre, on trouve que la puissance thermique globale est comprise entre 42 et 47 TW. On retient en général la valeur de 44 TW, à laquelle il faut ajouter les 2 TW dégagés par les éruptions volcaniques et les tremblements de terre.

La Terre perd donc globalement 46 TW, dont 4% de manière spectaculaire (séismes et éruptions volcaniques) et 96% de manière très discrète (le flux géothermique).

(*) ici le K correspond au °C et non pas au Kelvin !

 
Compétence visée : Localiser les anomalies positives du flux géothermiques
 à partir de mesures à l'échelle du globe

Document B – Mesures du flux géothermique global
(Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml#flux-energie-interne)

chaleur-Terre-geothermie-04

Topographie des fonds océaniques :: Activité à partir de documents

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Exploiter des profils topographiques à plusieurs endroits du fond des océans.

Ressources
  • Echelle topographique de Tectoglob

    échelle_topographique

Déroulement
  1. A l’aide du logiciel Tectoglob, on a construit le profil (ou coupe) topographique du fond de l’océan Atlantique entre l’Afrique et l’Amérique du Sud, selon le tracé suivant :carte1Copie d’écran de Tectoglob

    profil1

    1. A l’aide de l’échelle des profondeurs , repérer les variations de topographie sur la carte et leur correspondance sur le profil.
    2. Titrer et légender ce profil : plaine abyssale, anomalie topographique positive = dorsale océanique, plateau continental.

  2. En utilisant les fonctionnalités requises du logiciel, construire le profil (ou coupe) topographique entre la Mer de Chine et l’Océan Pacifique (en passant par l’Archipel du Japon) à l’aide du logiciel Tectoglobe, selon le tracé suivant :carte2Copie d’écran de Tectoglob

    profil2

    1. A l’aide de l’échelle des profondeurs , repérer les variations de topographie sur la carte et leur correspondance sur le profil.
    2. Titrer et légender ce profil : plaine abyssale, anomalie topographique négative = fosse océanique, plateau continental.

 

Topographie des fonds océaniques :: Activité pratique

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Construire et exploiter des profils topographiques à plusieurs endroits du fond des océans.

Ressources
  • Logiciel Tectoglob : Téléchargement, fiche technique (ECE) [voir ce lien]
  • Echelle topographique de Tectoglob

    échelle_topographique

Déroulement
  1. En utilisant les fonctionnalités requises du logiciel, construire le profil (ou coupe) topographique du fond de l’océan Atlantique entre l’Afrique et l’Amérique du Nord à l’aide du logiciel Tectoglob, selon le tracé suivant :carte1Copie d’écran de Tectoglob
    1. Faire une copie d’écran de ce profil.
    2. Coller ce profil sur une page de traitement de texte (©MS Word, LibreOffice Write) ou sur une page de dessin vectoriel (LibreOffice Draw).
    3. A l’aide de l’échelle des profondeurs , repérer les variations de topographie sur la carte et leur correspondance sur le profil.
    4. Titrer et légender ce profil : plaine abyssale, anomalie topographique positive = dorsale océanique, plateau continental.

  2. En utilisant les fonctionnalités requises du logiciel, construire le profil (ou coupe) topographique entre la Mer de Chine et l’Océan Pacifique (en passant par l’Archipel du Japon) à l’aide du logiciel Tectoglobe, selon le tracé suivant :carte2Copie d’écran de Tectoglobe [Relief accentué]
    1. Faire une copie d’écran de ce profil.
    2. Coller ce profil sur une page de traitement de texte (©MS Word, LibreOffice Write) ou sur une page de dessin vectoriel (LibreOffice Draw).
    3. A l’aide de l’échelle des profondeurs , repérer les variations de topographie sur la carte et leur correspondance sur le profil.
    4. Titrer et légender ce profil : plaine abyssale, anomalie topographique négative = fosse océanique, plateau continental.

 

Composition minéralogique des roches représentatives des croûtes et du manteau :: Activité Pratique ::

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Compétence visée

Identifier les minéraux caractéristiques des roches représentatives de la croûte continentale (granite), de la croûte océanique (basalte et gabbro) et du manteau (péridotite), à partir d’observation d’échantillons à l’œil nu, et en lame mince  au M.O. en L.P.N.A. et L.P.A..

Travail à faire

Les minéraux caractéristiques des roches étudiées sont les suivants : Olivine (Peridot), Pyroxène, Quartz, Mica Noir (biotite), Feldspath plagioclase, Orthose

Texture des roches représentatives des croûtes et du manteau :: Activité pratique ::

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Compétence visée

Identifier la texture des roches représentatives de la croûte continentale (granite), de la croûte océanique (basalte et gabbro) et du manteau (péridotite), à partir d’observation d’échantillons à l’œil nu, et en lame mince  au M.O. en L.P.N.A..

Travail à faire

Le granite et la péridotite ont une texture grenue :

  • caractérisez cette texture ;
  • identifiez la roche de la croûte océanique ayant également une texture grenue.

L’une des deux roches de la croûte océanique possède une texture microlit(h)ique.

  • Identifiez la par déduction, puis caractérisez cette texture.

Rendez compte de vos résultats par le mode de communication le plus approprié

Ressources
  • Echantillons et Lames minces d’un granite, d’un basalte, d’un gabbro et d’une péridotite
  •  M.O., filtre polariseur

Variation de la Profondeur du Moho :: Activité pratique

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Sujet

Des enregistrements sismiques ont permis de placer, sur une carte, la profondeur du Moho sous le territoire français et sous l’Atlantique, et de mesurer la vitesse des ondes sismiques au dessus du Moho.

A partir du document qui se trouve ci-après, réalisez un profil (= vue en coupe) selon AB – BC, sur lequel apparaîtra la topographie (relief) et la profondeur du Moho.

Échelle verticale : 1cm pour 1 km.

Cette échelle est volontairement ‘exagérée’ par rapport à l’échelle horizontale.

Ressources

Document – Carte topographique d’une partie de l’Europe occidentale sur laquelle ont été placées les profondeurs relatives du Moho (courbes rouges) – Cliquez sur la carte pour une version agrandie

Carte_relief_profondeurMoho