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Expérience analogique de réflexion et de réfraction des ondes sismologiques
sur une interface à l'aide d'ondes lumineuses. Mise en évidence de la
zone d'ombresismologique due au noyau de la Terre.
À partir de l'étude d'affleurements, mise en évidence des textures et
compositions chimiques d'échantillons représentatifs des enveloppes
accessibles de la Terre :péridotites, granitoïdes, basaltes.
La taille relative de l'échantillon et des minéraux ou verre qui le
constituent impose le choix de la quantité de roches à prélever pour
obtenir une composition chimique représentative de l'objet étudié.
Calcul de la composition chimique du noyau,connaissant celle des météorites
de type chondrite et celle des péridotites du manteau.
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Structure
et composition chimique de la Terre interne
(durée indicative : 3 semaines)
Origine, différenciation et structure interne de la Terre
L'étude de la propagation des ondes sismiques montre que la Terre
est structurée en enveloppesconcentriques de tailles, masses et masses
volumiques différentes : la croûte (continentale ou océanique), le manteau
et le noyau. Les enveloppes sont séparées par des discontinuitésphysiques
et/ou chimiques. La lithosphère se distingue de l'asthénosphère sous-jacente
par un comportement rigide.
La température, la pression et la masse volumique varient avec la profondeur.
Cette structure de la Terre résulte, d'une part de sa formation
par accrétion de petits corps dont les météorites de type chondrite
sont les vestiges, d'autre part de sa différenciation.
Limites : l'étude détaillée des météorites n'est pas au programme.
Composition chimique de la Terre : des échantillons naturels
aux matériaux inaccessibles
Seuls les matériaux de la croûte et du manteau supérieur sont
observables à la surface de la Terre.Les enveloppes de la Terre, accessibles
par échantillonnage, ont des compositions chimiquesdifférentes que l'on
détermine à partir de l'étude de roches représentatives. Ces roches
sontformées de minéraux et/ou de verre.
La composition chimique des enveloppes de la Terre est dominée
par un nombre limité d'éléments dits "majeurs" (Si, O, Mg, Fe, Ca, Na,
K, Al).
Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont : olivines,
pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas.La composition chimique
des roches est présentée en % massique d'éléments chimiques.
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles.
On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements qui tiennent
compte de la formation de la Terre à partir des chondrites, préciser
leurs compositions.
Limites : la structure détaillée des minéraux et la minéralogie exhaustive
ne sont pas au programme. |
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Les fondements de la tectonique des plaques(Wegener et la dérive des
continents, Vineet Matthews) : lecture critique de documents historiques.
Calcul des vitesses et sens de déplacementdes plaques lithosphériques
à partir de données géologiques. Exploitation de la carte des âges du
fond des océans : symétrie des âges dans l'océan Atlantique -dissymétrie
des âges dans l'océan Pacifique ;largeur variable d'un océan à l'autre
dessédiments d'âge donné, alignements devolcans de points chauds. Mise
en évidencedes variations des vitesses dans l'espace et dans le temps.
Calcul de vitesse et sens de déplacementdes plaques à partir de données
GPS.Réalisation d'un document de travailrécapitulatif qui constitue
une référence que l'élève va utiliser et approfondir dans sa progression,
au cours des années de première et de terminale.
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La
lithosphère et la tectonique des plaques
(durée indicative : 2 semaines)
Découpage de la lithosphère en plaques d'épaisseur variable, peu
déformables à l'exception de leurs limites
Le relief de la Terre, la distribution géographique des volcans
et des séismes, les contours des bordures continentales sont des signatures
de la tectonique des plaques.
Mouvements relatifs des plaques : divergence au niveau des dorsales
océaniques où elles se forment, convergence dans les zones de subduction
et de collision où elles disparaissent, coulissage le long des failles
transformantes
Différentes données géologiques (âges des sédiments des fonds océaniques,
alignement desvolcans de points chauds, anomalies magnétiques) permettent
de reconstruire les directions et les vitesses des mouvements des plaques
ainsi que leurs variations pour les 180 derniers millions d'années de
l'histoire de la Terre.
Ces directions et vitesses sont mesurables sur des échelles de temps
de quelques années parles techniques de positionnement par satellites
(GPS : Global Positioning System).
Le modèle de la cinématique globale des plaques, fondé et construit
sur des observations géologiques et géophysiques, est validé et affiné
par ces mesures pratiquement instantanées.L'étude de la divergence se
fait en classe de première. La convergence est présentée en classe de
première et sera développée en classe terminale.
Limites : les détails des techniques de positionnement GPS ne sont pas
au programme. |
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Expériences analogiques de tectonique en extension et comparaison avec
les observations géologiques.
Des péridotites aux basaltes. Formation des basaltes par fusion partielle
des péridotites.
Nature et chimie de la lithosphère océanique : roches initiales, roches
hydratées et/ou déformées.
Nature des roches sédimentaires des marges passives et des fonds océaniques
: enregistrement de l'histoire d'un océan.
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Divergence
et phénomènes liés
(durée indicative : 3 semaines)
Formation et divergence des plaques lithosphériques au niveau des
dorsales océaniques.
Activités tectoniques et magmatiques associées
- Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et les failles
normales qui structurent les dorsales océaniques attestent de mouvements
en extension.
- Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège d'une production
importante de magma : de l'ordre de 20 km3 par an. Ces magmas sont issus
de la fusion partielle des péridotites du manteau induite par décompression.
Ils sont de nature basaltique. La fusion partielle leur donne une composition
chimique différente de celle de la roche source. Le refroidissement
plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de textures différentes
(basaltes/gabbros).
En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit,
s'hydrate et s'épaissit.
- Marges passives des continents : elles sont structurées par des
failles normales et sont le siège d'une sédimentation importante. Elles
ont enregistré l'histoire précoce de la rupture continentale et de l'océanisation.
L'activité des failles normales, héritage de rifts continentaux,témoigne
de l'amincissement de la lithosphère et de sa subsidence. |
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Expérience analogique de convection.
Estimation de la quantité de laves émise parun point chaud (ex : trapps
du Deccan ou plateaux océaniques) à partir de cartes et decoupes géologiques.
Comparaison avec laquantité de basaltes produite par le volcanisme des
dorsales océaniques.
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La
machinerie thermique de la Terre
(durée indicative : une semaine)
Dissipation de l'énergie interne de la Terre
Le flux de chaleur en surface en est la manifestation principale. La
chaleur interne a pour origine essentielle la désintégration de certains
isotopes radioactifs.
Convection du manteau terrestre
La fabrication de la lithosphère océanique, la subduction et les mouvements
des plaques lithosphériques sont les manifestations d'une convection
thermique à l'état solide du manteau (transport de chaleur par mouvement
de matière). Les dorsales océaniques traduisent des courants montants
chauds de matériel du manteau. Les plaques en subduction traduisent
des courants descendants froids.
Points chauds
Le magmatisme lié aux points chauds marque la remontée ponctuelle de
matériel du manteauprofond. Il s'exprime par des éruptions massives
de laves basaltiques (plateaux océaniques, trapps, alignements insulaires).
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La
classe sur le terrain, une démarche scientifique
(durée indicative : une semaine)
La sortie de terrain a pour objectif d'observer des affleurements, de
s'approprier logiquement l'information géologique et les questions qu'elle
soulève, de sensibiliser l'élève à l'importance de la collecte des données
de terrain. Le contexte et les problèmes géologiques choisis doivent
se rattacher au contenu du programme.
Cette sortie géologique a également pour objectif une approche concrète
de la diversité morphologique des végétaux en liaison avec leur environnement. |
Géologie : structure, composition et dynamique de la Terre (10 semaines)