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851 – 852 – 853
Lundi 1 février 2016
D.S. n°4 – Eléments de correction
Partie 1 : Géologie
Exercice 1 : La structure de la Lune
1. Rappelez quelles sont les propriétés des ondes P et S.
Ce sont des ondes de volume qui se propagent dans toutes les directions. Les ondes P (premières) sont des ondes
de compression-dilatation, les ondes S (secondes) des ondes de cisaillement.
2. Expliquez quelles caractéristiques de ces ondes permettent de nous renseigner sur la structure du globe
terrestre et les propriétés des milieux traversés.
Les vitesses des ondes permettent de nous renseigner sur les propriétés des matériaux (viscosité, liée aux modules
d’incompressibilité  et de cisaillement , et densité).
Les trajectoires des ondes permettent de nous renseigner sur l’existence et la localisation des discontinuités
physiques et ou chimiques des enveloppes.
3. Analysez les vitesses des ondes P et S obtenues (document 1) et, en tenant compte de vos connaissances
de la structure de la Terre, proposez sous la forme d’un schéma un modèle de la structure de la Lune.
On constate dans les 50-60 premiers km une augmentation de la vitesse des ondes S et P qui passent de 3 à 4 km/s
(ondes S) et de 4,8 à 6,8 km/s (ondes P). Ces augmentations pourraient permettre de définir une croûte lunaire.
Vers 50-60 km/s, l’augmentation plus importante de la vitesse des ondes permet de définir une discontinuité majeure
séparant la croûte lunaire du manteau lithosphérique lunaire. La croûte lunaire serait ainsi plus épaisse que la croûte
terrestre.
De 50 à 1000 km de profondeur, le manteau
lithosphérique lunaire pourrait être subdivisé en 3 parties
compte tenu de la vitesse des ondes :
- de 50-60 km à 300 km environ : la vitesse des ondes est
nettement plus élevée (7,8 km/s pour les ondes P), c’est
le manteau lunaire supérieur,
- de 300 à 500 km : la vitesse des ondes est légèrement
plus faible, c’est le manteau lunaire moyen,
- de 500 à 1 000 km : la vitesse des ondes augmente à
nouveau, c’est le manteau lunaire inférieur.
La diminution de la vitesse des ondes S au-delà de 1 000
km (et jusqu’à 1 400 km, si l’on considère un noyau de
300 km de rayon), alors que celle des ondes P reste
constante, pourrait correspondre à l’équivalent de notre
asthénosphère.
La lithosphère lunaire serait ainsi beaucoup plus épaisse
que la lithosphère terrestre : 1 000 km.
L’asthénosphère surmonterait un noyau solide.
Les données sismiques indiquent que tout est solide : de
plus petite taille que la Terre, la lune se serait plus
rapidement refroidie.
Modèle de structure de la Lune déduite des données sismiques.
(L’épaisseur de la croûte n’est pas à l’échelle)
4. Comparez les caractéristiques des roches de la croûte lunaire à celles des roches terrestres (croûte et
manteau), proposez une interprétation aux différences observées.
La dernière colonne du tableau permet de comparer la croûte lunaire et la croûte terrestre. Lorsque le rapport
quantitatif est supérieur à 1, cela signifie que la croûte lunaire est plus riche pour l’élément considéré que la croûte
terrestre. Ainsi la croûte lunaire est 2 fois plus riche en Ca, Fe et Mg. Elle est en revanche appauvrie en alcalins (Na 2O
et K2O) et en silice.
1
La comparaison des deux autres colonnes permet de confronter la composition de la croûte lunaire à celle du
manteau terrestre : on constate que si les teneurs en silice et fer sont proches de celles du manteau terrestre, la
croûte lunaire est bien plus riche en Al et Ca. En revanche, elle est appauvrie en alcalins.
Or la composition des enveloppes terrestres résulte d’une différenciation, avec un appauvrissement du manteau en Fe
(qui est concentré dans le noyau) et en Si et alcalins (plus concentrés dans la croûte terrestre). Il est en revanche
riche en Mg.
La relative importance du Mg dans la croûte lunaire, et ses teneurs en Si et Fe comparables à celles du manteau
plaident en faveur d’une plus faible différenciation de la croûte lunaire par rapport à la croûte terrestre.
5. Compte tenu de ces observations, proposez une hypothèse sur l’origine de cette activité sismique.
La périodicité des séismes, identique à celle du mois lunaire – c’est-à-dire à la période de rotation de la Lune autour
de la Terre et sur elle-même – suggère que ces séismes seraient provoqués par l’attraction de la Terre sur la Lune,
qui génèrerait des mouvements de friction entre ses différentes enveloppes. Il y aurait donc des « marées lunaires ».
Exercice 2. Datation isotopique d'un granite du Massif Central
1. Montrer que l’utilisation de ces rapports isotopiques permet de déterminer l’âge de la roche.
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87
Rb, isotope instable du rubidium, se désintègre en Sr, isotope stable du strontium. Les quantités de ces isotopes
variant au cours du temps, on peut les utiliser comme géochronomètre.
L’équation reliant la quantité d’élément père et la quantité d’élément fils au cours du temps est la suivante :
λt
F = F0 + P (e -1)
avec : t temps écoulé depuis la cristallisation de la roche (= fermeture du système)
-11 -1
λ constante de désintégration = 1,42.10 a
Cependant, dans le cas du couple Rb/Sr, F0 est inconnu. On transforme alors la relation en :
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86
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87
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λt
Sr/ Sr = [ Sr/ Sr]0 + Rb/ Sr (e -1)
86
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86
Sr0 est également inconnu, mais on montre sur des roches actuelles que le rapport [ Sr/ Sr]0 est le même pour
tous les minéraux d’une même roche : ce terme est donc une constante, appelons-le « b ».
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Sr/ Sr est mesuré, c’est la valeur de l’ordonnée, donc le terme « Y » de l’équation.
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86
Rb/ Sr est mesuré, c’est la valeur de l’abcisse,
donc le terme « X » de l’équation.
L’équation devient alors : Y = b + Xa, c’est une
λt
équation de droite, avec a = (e -1) pente de la
droite.
Le temps t qui correspond à l’âge de la roche
pourra donc être déterminé graphiquement, à partir
de la pente de la droite.
2. Indiquer quelles sont les conditions et limites
d’utilisation des méthodes de datation absolue.
L’élément doit être contenu dans la roche.
La période du couple doit être compatible avec
l'évènement à dater (âge à déterminer compris
entre T/100 et 10T).
On date la fermeture du système c'est à dire le
dernier événement ayant affecté la roche ou le
minéral.
3. Tracer l’isochrone à partir des données
fournies sur papier millimétré.
Graphe : axes – titre – pente
a = λt d'où t = a / λ
Graphiquement la pente est la tangente de l'angle
a,
tangente a = Δy/ Δx soit a = 0,004
4. Calculer l’âge de la roche étudiée.
267 Ma (avec a = 0,004 et λ = 1,5)
333 Ma (avec a = 0,005 et λ = 1,5)
 un âge de l’ordre de 300 Ma est attendu.
2
Exercice 3. Étude d'un extrait de la carte d'Alès au 1/50 000
Schéma structural de la
carte étudiée
1. A partir de l’analyse de l’extrait de carte proposé, indiquer :
- La nature des roches présentes :
Les roches présentes sur l’extrait de carte proposé sont essentiellement des roches sédimentaires.
- la nature des structures géologiques observées (plis, discordances, failles) : pour chacune d’entre elles
vous indiquerez les critères d’identification, sa localisation, ses caractéristiques (orientation, âge si vous
pouvez la dater…)
 Dans la partie Est de la carte, les formations sont sédimentaires datant du Secondaire. Elles ont été déposées
au cours d'une transgression marine (cf les informations complémentaires à la légende : Trias lagunaire puis littoral,
Lias, Jurassique et Crétacé marins). On note une lacune du Crétacé supérieur.
 Ces formations sédimentaires secondaires (partie Est de l'extrait) sont plissées (les couches sont disposées de
manière « concentriques », présentent des pendages opposés et une symétrie par rapport à un axe). C'est un pli
synclinal (les formations les plus récentes sont au cœur du pli) d’orientation NO-SE, post Crétacé.
 Les formations éocènes sont lacustres et discordantes sur les formations secondaires plissées (les contours
géologiques des formations miocènes montrent de nombreux points triples).
 Les terrains éocènes sont de plus discordants les uns sur les autres. Cette disposition est due à des
transgressions et semble montrer un déplacement des zones de dépôts vers l’Ouest.
 Le pli est affecté par quelques failles de peu d’importance. Seul un décrochement dextre dans le quart NE de
l’extrait de carte est notable (il décale l’axe de pli anticlinal). Recouvert par les dépôts éocène, il leur est donc
antérieur.
 Deux accidents parallèles d’orientation NNE – SSW encadrent des terrains sédimentaires oligocène. Leur pendage
est subvertical (tracé des plans de faille peu affecté par les courbes de niveau). Un léger « V » se devine sous les
alluvions récentes Fz (dont l’emplacement marque un cours d’eau donc une vallée) qui recouvrent la faille, ce qui
suggère un pendage orienté vers l’Ouest pour la faille Est : c’est donc une faille normale (le compartiment abaissé, à
l’Ouest de la faille, est au-dessus du plan de faille). On peut faire l’hypothèse que la faille Ouest est de même nature, il
s’agit donc d’un fossé d’effondrement d’orientation NE – SW délimité par deux séries de failles normales.
 Ce fossé est rempli de terrains oligocène. On y observe de plus des lambeaux de roches de terrains secondaires
(klippes sédimentaires ou olistolithes) soit surmontant soit intercalés dans les terrains oligocène et présentant un
contact anormal. Ils proviennent des reliefs bordant les failles et leur mise en place est contemporaine de la
sédimentation oligocène.
 La faille NE-SW la plus à l'Est est décalée par des failles E-W attestant un autre épisode tectonique.
 Le réseau hydrographique est limité dans un lit étroit (alluvions récentes sur une faible distance autour des cours
d'eau). Un creusement, un enfoncement des vallées se produit au IVaire.
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2. Récapituler les grandes lignes de l’histoire géologique de la région sous la forme d’une frise
chronologique.
Une transgression marine dépose une série sédimentaire du Trias au Crétacé inf – lacune du Crétacé sup –
plissement post Crétacé – faille E-W 1 – sédimentation éocène lacustre discordante (sur pli) – sédimentation
oligocène ds fossé limité par failles N-S (distension) – failles E-W 2 – glissement lambeaux sédimentaires crétacé ds
aires
fossé oligocène (klippes limités par contact anormal) – creusement des vallées IV
L’histoire géologique de la région peut être résumée dans le tableau ci-dessous.
Histoire géologique de la région d’Alès
Géodynamique interne
Géodynamique externe
Actuel
Erosion et alluvionnement actuels,
dépôts anthropiques et remblais
Oligocène
Formation d’un fossé d’effondrement et
sédimentation en milieu continental,
glissements de terrain (olistolithes)
Eocène
Transgressions successives et
sédimentation
Erosion des reliefs édifiés par le
plissement ;
Régression et émersion
du Trias au Crétacé
Sédimentation lagunaire puis marine
(approfondissement du milieu de dépôt)
Extension
Décrochement dextre
Plissement
Partie 2 : Biologie
La résistance du riz non flottant à une inondation rapide
1 : Tolérance du riz à une immersion rapide
1.A : Organisation du locus Sub1 pour le riz tolérant FR13A et intolérant Nipponbare
Obj – Pcp : comparer les deux loci Sub1 dans les
deux cultivars Nipponbare (intolérant à l’immersion)
et FR13A (tolérant à l’immersion)
Analyse : L’organisation des deux loci est
globalement similaire mais le cultivar FR13A
possède en plus le gène Sub1A et son gène
Sub1C-1 est plus court (intron de 474pb contre 501
pb).
Hyp : la tolérance à l'immersion rapide serait liée à l’existence de Sub1A – 1 chez FR13A ; la différence de longueur
de l'intron de Sub1C-1 ne serait pas mise en cause puisqu’un intron est éliminé lors de la maturation de l’ARNpré-m.
Question – transition : Quelle est l’effet de l’immersion du végétal sur l’expression des gènes du locus Sub1 ?
1.B : Niveau d’expression des gènes Sub1A, Sub1B, Sub1C et du gène codant l’actine
Obj – Pcp : Comparer l’expression des gènes du locus Sub1 lors de l’immersion des cultivars tolérant et intolérant. La
technique utilisée permet de mettre en évidence et de quantifier les ARNm issus de la transcription de ces gènes.
An : - L’expression du gène codant l’actine est constante, c’est
le témoin de charge des différents puits.
- Nipponbare (sensible) n’exprime pas Sub1A (il a donc valeur
de témoin négatif) Au bout d’un jour d’immersion, il exprime
Sub1B et Sub1C. Sub1B continue à être exprimé 3 jours après
la sortie de l’eau, pas Sub1C.
- Pour FR13A (tolérant) : Sub1A s’exprime fortement dès
e
l’immersion pendant 7 jours puis son expression décline au jour 10. Sub1B est exprimé, faiblement du premier au 7
e
e
jour d’immersion puis on ne détecte plus son expression. Sub1C est exprimé du 3 au 7 jour d’immersion, plus après.
4
Int-Ccl : L’immersion induit l’expression des gènes du locus Sub1, qui dans la lignée tolérante, cessent de s’exprimer
au bout d’une semaine et ne s’expriment plus au retour à l’air libre.
Hyp : Le gène Sub1A semble nécessaire et suffisant ( ?) à la résistance à l’immersion. Les modifications relevées
dans l’expression des deux autres gènes lorsque Sub1A est présent suggèrent en outre que Sub1A pourrait contrôler
(limiter) l’expression de Sub1B et Sub1C.
Critique : Chez Nipponbare, Sub1C n’est pas exprimé à 1R mais est de nouveau exprimé à 3R…
Question – transition : On peut alors se demander quels seraient les effets de l’insertion de Sub1A dans le génome
d’une variété de riz intolérante à l’immersion.
2 : Introduction d’un gène de résistance à l’immersion dans un cultivar intolérant
Obj – Pcp : Afin de tester les effets de l’insertion du gène Sub1A dans une plante sensible à l’immersion, on soumet
cette plante, ainsi qu’une plante tolérante, à une immersion de plusieurs jours puis on compare leur morphologie.
An : - Après 7 jours d’immersion suivis de 7 jours hors de l’eau, le cultivar M202(Sub1) présente des feuilles dressées,
son aspect semble normal ; le cultivar M202 présente en revanche des feuilles amollies (et moins vertes), de plus
grande taille que le cultivar M202(Sub1).
- Après 14 jours d’immersion suivis de 7 jours hors de l’eau, le cultivar M202(Sub1) présente là encore des feuilles
dressées ; le cultivar M202 a des feuilles rabougries, dont la longueur est encore plus grande (elles sont « étiolées »).
Int-Ccl : Plus l’immersion est prolongée, plus l’effet est délétère sur le cultivar M202 : son port est affecté. La
résistance à l’immersion du cultivar M202(Sub1) se manifeste par une moindre croissance et la conservation d’un port
dressé. Sub1A confère donc une tolérance à l’immersion.
3 : Tolérance à l’immersion chez le riz non flottant et expression des gènes SLR
3.A Niveau d’expression de SLR1 et SLRL1 chez M202 (sensible) et M202(Sub1) (résistant)
Obj – Pcp : Montrer le lien entre l’expression de Sub1A et l’expression de gènes codant des facteurs de transcription
inhibant la synthèse d’AG (hormone végétale stimulant la croissance) en comparant l’expression de ces gènes chez
des cultivars intolérants M202 et tolérants M202(Sub1) soumis à une immersion.
An : Le taux d’actine est constant, c’est le témoin de charge des différents puits.
Les deux facteurs de transcription sont produits dans les deux cultivars, avant
l’immersion mais cette expression est plus intense chez M202(Sub1), en
particulier à 14 j d’immersion pour SLR1.
Int-Ccl : L’expression de Sub1A entraîne celle de SLR1 et SLRL1, donc la
synthèse de facteurs de transcription inhibant des gènes impliqués dans la voie
de synthèse d’AG. Par conséquent, la croissance de la plante est limitée chez le
cultivar M202(Sub1) résistant à l’immersion.
3.B Effets de l’éthylène sur l’expression de Sub1A, SLR1, SLRL1 chez M202 et M202(Sub1)
Obj – Pcp : Comparer l’effet de l’éthylène, produit naturellement lors de l’immersion, sur l’expression de Sub1A, SLR1
et SLRL1 chez le cultivar intolérant et le cultivar tolérant à l’immersion.
An : - L’expression de Sub1A chez M202(Sub1) est stimulée
par l’éthylène (pas chez M202 qui ne le possède pas).
- SLR1 et SLRL1 s’expriment davantage chez M202(Sub1)
que chez M202 en présence d’éthylène.
- Chez M202, cette expression n’est pas modifiée en présence
d’éthylène.
Int-Ccl : L’éthylène n’agit pas directement sur l’expression de
SLR1 et SLRL1, il agit sur l’expression de Sub1A qui à son
tour stimule l’expression de SLR1 et SLRL1.
3.C Action combinée de acide gibbérellique, ACC (précurseur d’éthylène) et Sub1A sur la croissance
Obj – Pcp : Comparer l’action combinée de l’AG et de l’éthylène sur la
croissance des plants de riz possédant ou non le gène Sub1A.
An : - Dans toutes les conditions, l’accroissement de taille augmente avec la
concentration en acide gibbérellique.
- En l’absence d’ACC donc d’éthylène (action de l’AG seul), l’accroissement
de taille n’est pas significativement différent entre les deux cultivars
- En présence d’ACC donc d’éthylène, M202 a un accroissement supérieur
à M202(Sub1) (3,2 cm en 5 jours au lieu de 2,3 cm).
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Int-Ccl : chez les plants tolérants qui possèdent Sub1A, l’action de l’AG sur la croissance est inhibée par l’éthylène.
On peut donc faire l’hypothèse que la stimulation de l’expression de Sub1A par l’éthylène a pour conséquence une
limitation de l’action de l’AG, ce qui contribue à limiter la croissance du cultivar.
4 : Extension des cellules et immersion
Obj – Pcp : Comparer l’effet de l’immersion sur l’expression d’un gène codant
pour l’expansine, protéine impliquée dans la croissance cellulaire, chez les
cultivars intolérant M202 et tolérant M202(Sub1).
An : - L’actine est de nouveau le témoin de charge.
- Le gène codant l’expansine (ExpA5) est davantage exprimé à partir de 6 j
mais surtout à 14 j d’immersion chez le cultivar M202 que chez M202(Sub1).
Int-Ccl : L’immersion induit l’expression du gène codant l’expansine, donc l’extension des parois et la croissance chez
les plants sensibles. En revanche, chez les plants tolérants qui possèdent le gène Sub1A l’expansine est moins
produite lors de l’immersion d’où une croissance moindre.
Schéma-bilan : Modalités de résistance des cultivars tolérants à une immersion de courte durée.
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