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SUJET INÉDIT CONSEILS Durée indicative de résolution : – Lecture rapide de l’énoncé, choix de l’ordre des exercices, repérage des annexes : 10 min. – Partie I : 1 h 30 min. – Partie II. Exercice 1 : 30 min. – Partie II. Exercice 2 : 1 h 10 min. – Spécialité partie II. Exercice 2 : 1 h 10 min. – Relecture : 10 min. PARTIE I (8 points) Thème 1-B : Le domaine continental et sa dynamique Question Présentez les indices et les processus témoignant d’un épaississement de la croûte continentale, en vous limitant aux phénomènes se déroulant au sein même de la lithosphère continentale. Votre travail intégrera un développement structuré illustré d’un ou de plusieurs schémas, ainsi qu’une introduction et une conclusion. PARTIE II. Exercice 1 Thème 1-A : Génétique et évolution (3 points) Les huîtres diploïdes étaient traditionnellement davantage consommées durant les mois « en r » car, en été (mois « sans r » : mai, juin, juillet et août), elles sont généralement moins appréciées par la plupart des consommateurs. Ceci provient du caractère laiteux (huîtres « laiteuses » ou « grasses ») correspondant à une intense production de gamètes par le mollusque en cette période estivale. Depuis les années 2000 néanmoins, on trouve tout au long de l’année sur les étals des huîtres dites « quatre-saisons » : il s’agit d’animaux triploïdes (3n = 30) stériles. Question Après avoir schématisé les garnitures chromosomiques des parents, de leurs gamètes et des descendants triploïdes, expliquez pourquoi ces derniers sont stériles et en quoi ceci est intéressant pour les ostréiculteurs. Bien que chez l’huître n = 10, pour les schémas on se limitera à n = 2. Un soin particulier sera accordé à la présentation et à la légende. Les différents types de chromosomes devront notamment être clairement identifiables dans chacune des cellules représentées. Document 1. Huîtres diploïdes et triploïdes A - Huître diploïde telle qu’on la voit dans les mois « sans r » (« laiteuse » ou « grasse »). B - Huître triploïde telle qu’on la voit pendant toute l’année. C - Masse relative des huîtres triploïdes par rapport aux diploïdes suivant les bassins d’ostréiculture. Laitance (gamètes) A. B. % masse 3n / masse 2n 140 130 120 110 100 C. Porten-Bessin MarennesOléron Arcachon Thau Alors que l’huître courante (2n) doit consacrer environ 2/3 de son énergie à la reproduction et utilise à cette fin ses réserves en sucre (glycogène et glucose), l’huître triploïde utilise cette énergie à d’autres fonctions et notamment à sa croissance. C’est ainsi qu’à Marennes-Oléron les huîtres triploïdes présentent en moyenne un poids de 15 % supérieur à celui de leurs cousines diploïdes à l’âge de deux ans et de 40 % à l’âge de trois ans. Document 2. Obtention d’huîtres triploïdes Bien que plusieurs méthodes permettent l’obtention d’huîtres triploïdes, la technique la plus utilisée consiste à croiser des huîtres tétraploïdes mâles (4n) obtenues (et confinées) en laboratoire avec des huîtres femelles diploïdes (2n) classiques. Naissent alors des larves triploïdes (3n) qui se développent sans mortalité particulière et qui donnent des adultes de qualité uniforme et stériles. PARTIE II. Exercice 2 Thème 2-A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (5 points) En 2009, la part de la géothermie dans la production d’électricité en France dépassait à peine 0,01 % de la production électrique totale. L’essentiel est fourni par l’usine de Bouillante en Guadeloupe qui dispose d’une capacité de 15 MW. La centrale géothermique de Bouillante en Guadeloupe fournit actuellement environ 7 % des besoins en électricité de l’île. Question À partir des documents fournis et de vos connaissances, montrez qu’il existe un lien entre le contexte géologique de la région de Bouillante et son potentiel géothermique. Document de référence. Modèle simplifié du champ géothermique de Bouillante GÉOTHERMIE HAUTE ÉNERGIE Production d’électricité L’eau est captée sous forme de vapeur pour la production d’électricité. La géothermie à «haute énergie» (à partir de 200 °C et jusqu’à 350 °C) exploite des gisements de vapeur ou d’eau très chaude généralement situés entre 1 000 et 3 000 mètres. Elle est utilisée pour produire de l’électricité via des turbines. Infiltration d’eau de mer par des failles Infiltration d’eau de ruissellement par des failles Puits d’exploitation Roche réservoir (stockage d’eau) � − 1 000 m Roche volcanique Chambre magmatique 250 °C Document 1. Situation géographique et contexte géologique de la Guadeloupe A - Situation géographique et géologique de la Guadeloupe. Coupe idéalisée entre A et B Arc volcanique Bassin Fosse A arrière-arc B Plaque nord américaine Plaque des caraïbes ANGUILLA Convection ÎLES VIERGES Manteau hydraté Bouillante GUADELOUPE ST DOMINGUE MARTINIQUE 100 km STE LUCIE A B Manteau asthénosphérique OCÉAN ATLANTIQUE BARBADES Mer des antilles Centrale géothermique en service Ressource géothermique identifiée Ressource géothermique potentielle Front de la subduction - Fosse GRENADE VENEZUELA TRINIDAD B - La Guadeloupe : une île volcanique. MER DES CARAÏBES Ste Rose Pointe Noire BOUILLANTE Grande Terre Basse Terre Le Moule Pointe-à-Pitre Ste-Anne La Soufrière Les Saintes 0 OCÉAN ATLANTIQUE 10 20 30 40 50 km Marie-Galante Villes Volcans actifs ou éteints Document 2. Ressources géothermiques de la région de Bouillante (Guadeloupe) N Anse à sable Pointe à sel Morne Machette (0,8 Ma) Desmarais (0,5-0,6 Ma) Morne Lézard (0,7 Ma) Marsolie F. Machette Mer des Caraïbes (1 Ma) Courbaril (0,6 Ma) F. Marsolie Bouillante Bo-2 Bo-5 F. Cocagne Bo-3 Puits dévié et incliné Bo-1 Bo-6 Puits vertical Bo-4 F. Descoudes Source thermale Bo-7 Couloir de faille principal avec Muscade rejet supposé (0,5-0,6 Ma) Principale zone (Non daté) de manifestation de surface Thomas 1 km Édifice volcanique récent (âge en Ma) Document 3 Profondeur (m) 0 Profondeur (m) Niveau de la mer −200 −400 −600 −800 T (BO-4) T (BO-5) T (BO-6) −1 000 T (BO-7) −1 200 50 100 Température (°C) 150 200 250 300 A - Évolution des températures mesurées pour différentes profondeurs (géotherme) au cours de 4 sondages sur le site de Bouillante. 0 −100 −200 −300 −400 −500 −600 −700 −800 −900 −1 000 −1 100 −1 200 0 Niveau de la mer 5 10 15 20 25 30 35 40 Température (°C) B - Évolution de la température en fonction de la profondeur - Géotherme moyen de référence (mesures effectuées dans un forage minier profond). Région minière canadienne. SPÉCIALITÉ PARTIE II. Exercice 2 Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir (5 points) Vous participez à une commission environnementale dans votre communauté de communes. L’ordre du jour consiste à envisager des solutions locales (transport, chauffage…) pour réduire les rejets de gaz à effet de serre (GES) et diminuer l’impact des activités humaines sur le réchauffement climatique. Quelques membres de la commission doutent de l’intérêt d’une telle réunion. En effet, ils affirment que la planète a déjà connu des variations climatiques naturelles durant un passé récent. Une modification des activités humaines productrices de GES est donc sans effet sur ces variations d’autant plus que ces décisions ne sont que locales. Question En tant que membre de la commission et doté d’une solide culture scientifique, discutez les arguments de ces membres sceptiques en vous appuyant sur une étude rigoureuse des documents. Document 1. Composition isotopique des tests de foraminifères benthiques depuis 800 000 ans Des forages ont été réalisés au travers de sédiments recouvrant les fonds océaniques. Des tests de foraminifères benthiques ont été isolés ; leur delta 18O a pu être déterminé : δ18 O (en ‰) 4,0 3,5 3,0 2,5 800 600 400 200 (Actuel) 0 Âge (en milliers d’années) D’autre part, on peut étudier expérimentalement l’influence du rapport isotopique de l’eau de mer sur le rapport isotopique des tests de foraminifères semblables à ceux retrouvés dans les sédiments. On cultive ces foraminifères dans des aquariums alimentés par des eaux de composition isotopique contrôlée ; on mesure ensuite le rapport isotopique des tests. Les résultats montrent une corrélation étroite entre le delta 18O de l’eau et celui des tests. Une augmentation du delta 18O de l’eau de mer se traduit par une élévation du delta 18O des tests de foraminifères. De plus, on a pu démontrer qu’à l’échelle du globe, plus le volume de glace polaire est élevé, plus le delta 18O de l’eau des océans l’est aussi. Document 2. Gaz à effet de serre et échanges de carbone A - Évolution de la teneur en gaz à effet de serre dans l’atmosphère sur le dernier millénaire. B - Des échanges de carbone entre compartiments du système climatique terrestre. Teneur en dioxyde de carbone (ppm) 360 320 Flux de carbone (GtC-an−1) 10 5 0 −5 1960 390 280 Teneur en méthane (ppb) 1 750 1 750 1 250 750 1 000 1 400 Flux positif 1980 2000 Émissions anthropiques de CO2 Piégeage du CO2 par les océans 1 800 Année Flux négatif Temps (années) Accroissement de la quantité de CO2 atmosphérique Piégeage du CO2 par les continents Certains compartiments se comportent comme des puits de carbone (flux négatif) et d’autres comme des sources de carbone (flux positif). ppm : partie par million ppb : partie par billion GtC.an-1 : gigatonne de carbone par an Document 3. Modèle d’évolution de la température moyenne à la surface du globe en fonction de la teneur atmosphérique en CO2 Température moyenne (en °C) 20 10 Concentration actuelle 0 −10 −20 0 87 175 350 700 1 400 Concentration en CO2 atmosphérique (en ppm) Document 4. Différents scénarios pour l’évolution des émissions de gaz à effet de serre On appelle « scénario socio-économique » un ensemble d’hypothèses cohérentes concernant l’évolution démographique, économique ou sociologique de la planète. Différents scénarios envisagés par le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) permettent d’estimer les émissions futures de gaz à effet de serre, dans le monde, selon le type de développement envisagé et leur influence sur le climat. Scénarios du GIEC T2100* Scénario B1 : le moins polluant, il décrit un monde où la population culmine au milieu du siècle et décline ensuite, où l’accent est mis sur des solutions mondiales orientées vers une économie de services et d’information. + 1,8 °C Scénario AT : la croissance est très rapide, mais l’économie s’appuie sur des sources d’énergie non fossiles et intègre rapidement des nouvelles technologies plus efficaces. + 2,4 °C Scénario B2 : il décrit un monde où l’accent est placé sur des solutions locales, pour assurer une durabilité économique, sociale et environnementale. + 2,4 °C Scénario A1B : la croissance économique très rapide s’appuie sur des sources d’énergie équilibrées entre énergies fossiles et autres (nucléaire, renouvelables). De nouvelles technologies plus efficaces sont introduites rapidement. C’est le scénario qui « colle » le plus aux prévisions actuelles. + 2,8 °C Scénario A2 : il décrit un monde très hétérogène où le développement économique est faible avec de lents progrès technologiques. + 3,4 °C Scénario A1F1 : le plus polluant, il décrit un monde à croissance très rapide qui recourt fortement aux énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole). + 4,0 °C * T2100 : augmentation prévisible de la température à l’horizon 2100. Émissions de gaz à effet de serre (en Gt équivalent-CO2 par an) 200 160 120 Différents scénarios B1 A1T B2 A1B A2 A1F1 80 40 0 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Émissions mondiales de gaz à effet de serre selon les différents scénarios envisagés par le GIEC. La zone grise représente la dernière « fourchette » envisagée en 2007. Corrigés PARTIE I Travail préparatoire ■■ Comprendre le sujet Ce type de sujet nécessite de choisir des connaissances précises dans les différents chapitres du thème 1-B. Il ne faut en aucun cas réciter la totalité de vos leçons, mais, au contraire, bien sélectionner les informations permettant de répondre précisément au sujet. Il s’agit de montrer qu’au sein de la croûte continentale, il existe des indices témoignant d’un épaississement. Vous devez donc partir d’indices recueillis sur le terrain soit directement par l’échantillonnage ou l’observation du paysage à différentes échelles, soit indirectement par le biais d’études sismiques. Tous ces indices ont un point commun : ils se trouvent dans des zones où les forces de compression sont (ou ont été) très importantes. Ces indices correspondent à des processus (collision, enfouissement, subduction) qui témoignent d’un épaississement de la croûte continentale soit par empilement de terrains soit par ajout de matériaux nouveaux. Ces indices témoignent d’un épaississement de la croûte continentale au cours d’un processus de collision ou de subduction. Cet épaississement a pour origine un empilement de terrains ou une production de matériaux nouveaux sous l’effet de contraintes compressives importantes et de l’enfouissement de roches. Attention, on se limite à la croûte continentale, ainsi la déshydratation des roches de la lithosphère océanique dans les zones de subduction est hors sujet. Il vous faudra seulement traiter dans les zones de subduction les indices et les processus à l’origine de nouvelles roches magmatiques au sein de la croûte continentale de la plaque chevauchante. ■■ Organiser son devoir Une introduction, un développement structuré et une conclusion sont attendus. • L’introduction doit comprendre les éléments suivants : – une définition rapide des termes du sujet tels que la lithosphère continentale en montrant notamment la particularité de la croûte continentale par rapport à la croûte océanique ; – au niveau de la croûte continentale, on observe des témoins (indices) qui ont permis aux géologues d’élaborer des processus géologiques à l’origine d’un épaississement de la croûte continentale. Quels sont ces indices et quels sont les processus à l’origine de ces phénomènes ? – on limite le sujet à l’étude de la croûte continentale. CORRIGÉS • Le développement en deux parties doit permettre de partir des faits et d’argumenter (des connecteurs logiques doivent apparaître « donc » et/ou « parce que ») pour expliquer les processus d’épaississement de la croûte. On pourra ainsi étudier les indices tectoniques et les indices pétrographiques. Le développement doit être accompagné de un ou plusieurs schémas clairs et légendés qui doivent permettre de montrer un processus d’épaississement. • La conclusion doit répondre au problème posé en reprenant les grandes notions abordées durant le développement. Introduction La lithosphère continentale est constituée de la croûte continentale et du manteau litho­sphérique. Cette lithosphère continentale se distingue de la lithosphère océanique notamment par sa croûte. En effet alors que la croûte océanique est d’épaisseur constante, environ 7 km, la croûte continentale possède une épaisseur variable d’une région à l’autre allant de 30 km à plus de 70 km sous les chaînes de montagnes. Au niveau de la croûte continentale, on observe des témoins (indices) qui ont permis aux géologues d’élaborer des processus géologiques à l’origine d’un épaississement de la croûte continentale. Quels sont ces indices et quels sont les processus à l’origine de ces phénomènes ? Sur le terrain, les indices peuvent se trouver directement par échantillonnage de roches ou observation à différentes échelles du paysage ou indirectement par le biais d’études sismiques. On se limite uniquement aux mécanismes d’épaississement au sein de la croûte continentale. On étudiera donc successivement des indices tectoniques puis des indices pétrographiques pour expliquer les processus à l’origine de l’épaississement de la croûte continentale. I Les indices tectoniques I-1 Les indices tectoniques en surface Dans les chaînes de montagnes jeunes et anciennes, on peut observer des indices structuraux caractéristiques tels que des plis, des failles inverses et des chevauchements. Les plis et les failles inverses peuvent s’observer à l’échelle macroscopique sur les roches, au niveau d’un affleurement ou à l’échelle d’un massif. Schéma faille inverse H1 L1 Compression H2 L2 faille inverse H1 < H2 et L1 > L2 Donc avec des forces de compression, on constate un raccourcissement et un épaississement des terrains. CORRIGÉS Les failles inverses sont des failles issues d’une compression, avec un déplacement relatif des compartiments essentiellement vertical avec un raccourcissement. Plis et failles inverses sont donc des indices qui traduisent un épaississement des terrains. Le chevauchement correspond à un mouvement tectonique qui conduit un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par l’intermédiaire d’un contact anormal. Ce chevauchement a lieu le long d’une faille inverse. Ce type de structure se retrouve dans les zones de compression de terrains. Lorsque les terrains glissent sur une faille inverse subhorizontale, les terrains initialement situés à grandes distances (quelques km à quelques centaines de km) se retrouvent alors en contact. C’est un chevauchement de grande ampleur appelé nappe de charriage. Toutes ces structures identifiables dans les chaînes de montagnes témoignent ainsi d’un épaississement de la croûte continentale. Ceci ne peut se produire qu’avec des forces de convergence extrêmement puissantes. I-2 Les indices tectoniques profonds Grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques par la technique de sismique réfraction, on a pu estimer la profondeur du Moho dans différentes zones de la croûte continentale. Le Moho correspond à la discontinuité séparant la croûte et le manteau lithosphérique. En estimant la profondeur du Moho au sein de la croûte continentale, on constate que sous les jeunes chaînes de montagnes, le Moho est plus profond et forme une racine crustale. Les jeunes chaînes de montagnes sont des zones où il existe de fortes forces de compression. Ces forces induisent un raccourcissement et un épaississement des terrains. II Les indices pétrographiques II-1 Dans les chaînes de collision Dans les chaînes de montagnes (jeunes et anciennes), on retrouve des roches métamorphiques (roches formées sans fusion à partir de roches préexistantes par des recristallisations dues à des élévations de température et/ou de pression) de type micaschistes, gneiss. La texture de ces roches métamorphiques est caractéristique : schistosité pour les micaschistes et foliation pour les gneiss. Ces types de texture ne se mettent en place que dans les conditions de pression allant de 0 à 4 km de profondeur pour la schistosité et de 4 à 10 km pour la foliation. Ces roches métamorphiques sont donc des témoins d’un enfouissement de roches de la croûte continentale. On retrouve aussi des migmatites et des granites d’anatexie. Les granites d’anatexie sont des roches issues de la fusion partielle de roches métamorphiques de type gneiss : les granites d’anatexie sont donc des roches magmatiques. Afin d’obtenir cette fusion partielle, il faut atteindre des températures supérieures à 600 °C. Ces conditions ne se retrouvent qu’en profondeur (vers 10 km de profondeur). Par conséquent, ces différentes roches sont les témoins d’un enfouissement de roches de la croûte continentale. Sous l’effet de la collision, les chevauchements entraînent un empilement de roches. Ceci provoque un épaississement de la croûte continentale et l’enfouissement de roches. Cet enfouissement nécessite des forces de compression importantes. La présence de roches métamorphiques et de granites d’anatexie dans les chaînes de montagnes sont donc les témoins indirects d’un épaississement de la croûte continentale. CORRIGÉS II-2 Dans les zones de subduction Dans les zones de subduction (zones où les forces de convergence sont importantes), on retrouve des roches magmatiques variées. Des roches magmatiques volcaniques telles que les andésites et les rhyolites et des roches magmatiques plutoniques telles que les granodiorites et les granites. Toutes ces roches sont issues d’un magma provenant de la fusion partielle de la péridotite hydratée de la lithosphère chevauchante. En se cristallisant le magma forme de nouveaux matériaux continentaux (roches) qui s’accumulent et entraînent un épaississement de la croûte continentale. Ces roches magmatiques dans les zones de subduction sont donc des témoins directs d’un épaississement de la croûte continentale. Les roches magmatiques dans les zones de subduction Profondeur (km) Andésite + rhyolite 0 Granodiorite + granite 50 100 150 1 000 °C Croûte océanique Croûte continentale Manteau lithosphérique Asthénosphère Manteau hydraté Isotherme 1 000 °C 1 000 °C Conclusion Dans les zones de convergence, on retrouve divers indices nous permettant d’expliquer les processus d’épaississement de la croûte continentale. Il s’agit d’indices tectoniques observables directement dans le paysage (plis, failles inverses, chevauchements), ou identifiables par des études sismiques (profondeur du Moho importante sous les jeunes chaînes de montagnes). On peut trouver aussi des indices pétrographiques avec des roches métamorphiques et des roches magmatiques (volcaniques et plutoniques). Tous ces indices permettent d’expliquer des processus (subduction, enfouissement, collision) qui entraînent un épaississement de la croûte continentale. CORRIGÉS PARTIE II. Exercice 1 Travail préparatoire ■■ Comprendre le sujet Il s’agit ici d’expliquer comment les scientifiques obtiennent des huîtres triploïdes (avec des triplets de chromosomes homologues), puis de comprendre l’intérêt d’obtenir de tels êtres vivants. Les êtres vivants diploïdes (2n avec n le nombre de types différents de chromosomes) possèdent des paires de chromosomes homologues ; ainsi si n = 2 alors 2n = 4. Les êtres vivants tétraploïdes (4n) possèdent 4 chromosomes homologues pour chaque type différent de chromosomes ; si n = 2 alors 4n = 8. Les êtres vivants triploïdes (3n) possèdent des triplets de chromosomes homologues ; si n = 2 alors 3n = 6. Les huîtres triploïdes (3n) sont obtenues par croisement entre des huîtres tétraploïdes (4n) et des huîtres diploïdes (2n). Les huîtres diploïdes sont les huîtres que l’on trouve traditionnellement. Elles sont fertiles et leur période de reproduction s’étale de mai à août (mois sans « r »). Ces huîtres fabriquent par méiose (deux divisions cellulaires successives : 1 division réductionnelle + 1 division équationnelle) des gamètes haploïdes (à n chromosomes). Les huîtres tétraploïdes (4n) possèdent le double du stock chromosomique d’une huître diploïde (2n). Les huîtres tétraploïdes sont aussi fertiles et par méiose, elles fabriquent des gamètes diploïdes (la méiose permet de réduire de moitié le stock chromosomique ici de 4n à 2n). La fécondation d’un gamète femelle haploïde (issu d’une huître diploïde) et d’un gamète diploïde (issu d’une huître tétraploïde) permet d’obtenir une cellule œuf triploïde (2n + n = 3n). Ces huîtres triploïdes sont stériles car l’appariement entre les chromosomes ne peut se réaliser au cours de la méiose. L’énergie servant à la production de gamètes va donc être utilisée pour d’autres fonctions et notamment la croissance. Les ostréiculteurs ont à leur disposition des huîtres rapidement commercialisables sur toute l’année. ■■ Organiser son devoir Votre réponse doit s’organiser en deux temps : – À l’aide du document 2, vous allez réaliser un schéma permettant d’expliquer l’obtention des huîtres triploïdes. Il faudra représenter les chromosomes des parents (dans une cellule d’huître tétraploïde et une cellule d’huître diploïde). Vous prendrez n = 2 donc 2 chromosomes de types différents. Afin de bien les différencier, dessiner des types de chromosomes de tailles très différentes. Par exemple, pour l’huître tétraploïde, vous dessinerez 4 grands chromosomes et 4 petits chromosomes. Dessinez les gamètes obtenus pour les huîtres tétraploïdes et diploïdes, puis la cellule œuf triploïde issue de la fécondation de ces deux types d’huîtres. Votre schéma devra être correctement légendé (précisez à CORRIGÉS quel moment se réalise la méiose et la fécondation), utilisez des couleurs pour différencier les chromosomes. Précisez pour chaque cellule, si elle est à 4n, 3n, 2n, ou n chromosomes. – À l’aide du document 1, vous expliquerez l’intérêt économique d’obtenir de telles huîtres. Pour le graphique, le 100 % correspond à la masse des huîtres diploïdes, on constate alors que les huîtres triploïdes ont une masse toujours supérieure à celle des diploïdes. On cherche à comprendre comment se créent les huîtres triploïdes, ainsi que l’intérêt d’avoir de telles huîtres pour les ostréiculteurs. À partir du document 2, on peut réaliser le schéma ci dessous. Obtention d’une huître triploïde PARENTS 4n = 8 Cellule huître mâle tétraploïde 2n = 4 Cellule huître femelle diploïde GAMÈTES OBTENUS 2n = 4 Gamète mâle diploïde n=2 Gamète femelle haploïde FÉCONDATION 3n = 6 Cellule huître triploïde stérile CORRIGÉS D’après ce schéma, on constate que les huîtres triploïdes sont constituées de triplets de chromosomes homologues. Durant la méiose, l’appariement des chromosomes ne peut donc pas se réaliser au cours de la première division. La formation de gamètes ne peut pas se réaliser, les huîtres triploïdes sont donc stériles. Le document 1 permet de faire une comparaison entre les huîtres triploïdes et les huîtres diploïdes. Les huîtres triploïdes étant stériles, elles n’ont jamais de laitance, à la différence des huîtres diploïdes qui fabriquent des gamètes les mois « sans r » (mai, juin, juillet et août). Les consommateurs apprécient moins les huîtres avec cet aspect laiteux donc les huîtres diploïdes se vendent moins bien au cours de la saison estivale. Si on compare la masse des huîtres triploïdes et celle des huîtres diploïdes, on constate que pour Port-en-Bessin, le pourcentage de masse des triploïdes sur la masse des diploïdes est de 120 % et qu’à l’étang de Thau, ce rapport est de 135 %. Les huîtres triploïdes grossissent plus vite que les huîtres diploïdes. Ceci vient du fait que les huîtres diploïdes utilisent de l’énergie pour produire des gamètes et se reproduire. Les huîtres triploïdes étant stériles, elles utilisent cette énergie pour d’autres fonctions et notamment la croissance. Ainsi les ostréiculteurs, en utilisant les huîtres triploïdes, peuvent vendre des huîtres sans laitance (préférées par les consommateurs) toute l’année et celles-ci grossissent plus rapidement que les huîtres diploïdes. L’ostréiculteur pourra donc réaliser un bénéfice plus important sur l’année. PARTIE II. Exercice 2 Travail préparatoire ■■ Comprendre le sujet Il s’agit ici de repérer, dans les différents documents proposés, les indices géologiques permettant d’expliquer le fort potentiel géothermique de la région de Bouillante en Guadeloupe. Le document de référence n’est pas à exploiter directement, mais il faut s’y référer pour interpréter les documents proposés. Vos arguments pourront ainsi être validés par le modèle du champ géothermique de Bouillante du document de référence. Le contexte géologique permettant d’expliquer ce fort potentiel géothermique tourne autour de trois facteurs : l’activité magmatique forte, une zone fortement faillée, une accumulation d’eau dans des roches réservoirs en profondeur. Vous devez maîtriser certaines notions essentielles (telles que le flux géothermique et le gradient géothermique) pour interpréter convenablement les documents fournis. ■■ Organiser son devoir Après lecture de l’ensemble des documents, il s’agit d’extraire les informations et de les interpréter pour répondre à la question posée. – Le document 1 permet de montrer que la centrale géothermique de Bouillante se trouve dans une zone de subduction avec un volcanisme important. CORRIGÉS – Le document 2 permet de montrer que la région de Bouillante est une zone très faillée où l’eau peut s’infiltrer et ressortir au niveau de sources thermales. – Le document 3 permet de montrer que sous Bouillante, le flux géothermique est très important, ce qui induit un fort potentiel géothermique pour la région. – Le document de référence permet d’appuyer et de valider votre argumentation réalisée à partir des documents. Il faut donc s’y référer tout au long du devoir. N’oubliez pas que votre démarche explicative est essentielle dans ce type de devoir. Il faut donc qu’à la fin vous ayez correctement répondu à la question posée. Il faut parfaitement identifier les différents éléments géologiques permettant d’expliquer le fort potentiel géothermique de la région de Bouillante. Partez toujours de l’exploitation et apportez vos connaissances. Aidez-vous du document de référence pour argumentez votre réponse. On cherche à montrer que le potentiel géothermique d’une région, c’est-à-dire la capacité d’une région à libérer de l’énergie thermique, dépend d’un contexte géologique particulier. Document 1 La Guadeloupe fait partie de l’arc insulaire des Antilles (visible sur le document 1A). Une coupe réalisée dans cette zone au niveau de la Martinique (à environ 150 km au sud de la Guadeloupe) nous montre que nous nous trouvons dans une zone de subduction avec un plongement de la plaque Amérique du Nord sous la plaque des Caraïbes (d’est en ouest). L’arc insulaire correspond à une succession d’îles volcaniques avec la présence de nombreux volcans. La station de Bouillante est la seule centrale géothermique en activité dans tout l’arc insulaire, même si de nombreuses ressources géothermiques ont pu être identifiées dans les différentes îles de la région. Le document 1B montre que la centrale géothermique de Bouillante se trouve à proximité de nombreux volcans comme les Pitons de Bouillante, ceci est en accord avec le document de référence. Pour avoir des ressources géothermiques, il faut se trouver dans une zone active avec des volcans et du magma localisé à faible profondeur dans des chambres magmatiques. On a donc une libération d’énergie géothermique importante dans cette zone : le flux géothermique y est donc fort. Document 2 Ce document représente les nombreuses ressources géothermiques de la région de Bouillante. On constate que cette zone est découpée par de nombreux couloirs de failles orientées ouest/est et allant jusque dans la mer des Caraïbes. De nombreuses sources thermales sont alignées sur les couloirs de failles (faille Marsolle), ou sont à proximité de ces couloirs de failles (faille Machette). Les puits verticaux qui alimentent la centrale géothermique de Bouillante sont à proximité du couloir de failles Cocagne. À proximité au sud, se trouve un édifice volcanique récent (Muscade) âgé de 0,6 à 0,5 Ma. D’après le document de référence, les différentes failles permettent l’infiltration d’eau : soit d’eau de mer car les failles se prolongent dans la mer des Caraïbes, soit d’eau de pluie qui ruisselle et s’infiltre par les failles. CORRIGÉS D’autre part, d’après le document de référence, on recueille par des puits forés la vapeur d’eau issue des roches réservoirs portées à des températures de l’ordre de 250 °C. Cette vapeur d’eau provient de l’eau qui s’est infiltrée par les failles. La présence d’un volcan à proximité témoigne de la présence d’un magma responsable d’une augmentation de la température des roches encaissantes et notamment des roches réservoirs. Ainsi, la présence de structures faillées permettant l’infiltration d’eau en profondeur et la présence d’une activité magmatique sont des conditions favorisant l’accès à des ressources géothermiques utilisables par l’Homme. Document 3 • Document 3A. Dans différents puits du site de Bouillante, les scientifiques ont réalisé des relevés de température. On constate que sur les 400 premiers mètres, la température varie fortement car on passe de 80 °C en surface à 230 °C à 400 mètres de profondeur. Alors qu’ensuite de – 400 à – 1000 mètres, la température reste relativement constante car elle passe de 230 à 250 °C. Le gradient géothermique est une variation de température sur une distance donnée. On peut donc dire que sur les 400 premiers mètres le gradient géothermique est fort, de l’ordre de 4 °C / 100 m, alors qu’en profondeur à partir de – 400 m, le gradient géothermique est faible. • Document 3B. D’après le géotherme moyen évalué au niveau d’un forage minier, on constate que l’augmentation de la température est linéaire. En effet, la température passe de 10 °C en surface environ à 20 °C à 1200 m. Le gradient géothermique est donc faible et on a en moyenne une élévation de température de l’ordre de 1 °C tous les 120 m. Par conséquent, en comparant les gradients géothermiques de ces deux régions, on constate que le sous-sol de l’île guadeloupéenne est caractérisé par un gradient géothermique bien plus élevé et en particulier au niveau du site de Bouillante. Bilan Le fonctionnement de la centrale géothermique de Bouillante en Guadeloupe dépend de la récupération de vapeur d’eau très chaude captée en profondeur dans des puits. Pour expliquer ce fort potentiel géothermique, plusieurs facteurs doivent être réunis : – Tout d’abord, Bouillante se trouve sur une île volcanique avec un volcanisme explosif lié à un phénomène de subduction (document 1). Sur cette île, on va donc trouver à faible profondeur des accumulations de magmas dans des réservoirs. Le flux géothermique de cette région va donc être élevé. – La région de Bouillante est fortement tectonisée avec la présence de nombreux couloirs de failles (document 2). Ces failles laissent passer par infiltration l’eau de pluie et l’eau de la mer des Caraïbes. Au niveau des failles, l’eau s’infiltre sur les 400 premiers mètres et s’accumule dans une roche réservoir où elle va être chauffée par le magma à proximité. Cette eau chauffée à 250 °C en profondeur entraîne un fort gradient géothermique sous le site de Bouillante (document 3). Les puits réalisés dans la région de Bouillante permettent de récupérer la vapeur d’eau à grande profondeur (1000 m). Une activité volcanique forte, une région faillée laissant passer l’eau et des roches réservoirs permettant le stockage d’eau représentent les conditions géologiques requises pour expliquer le fort potentiel géothermique de la région de Bouillante. CORRIGÉS SPÉCIALITÉ PARTIE II. Exercice 2 Travail préparatoire ■■ Comprendre le sujet On vous demande ici de vous placer dans une position objective afin de montrer la réalité d’un changement climatique dont les causes sont en grande partie liées aux activités humaines. Au niveau d’une communauté de communes, des membres de la commission préconisent de limiter l’émission des gaz à effet de serre à l’échelle locale. Or, certains membres de la commission doutent des effets bénéfiques d’une politique locale de réduction des gaz à effet de serre. Ils argumentent leur propos à partir de variations naturelles observées dans un passé récent. Il s’agit donc pour vous d’argumenter votre position à l’aide des études effectuées sur les variations climatiques récentes et de montrer que c’est pendant l’ère industrielle qu’on observe des modifications beaucoup plus rapides des gaz à effet de serre. Votre réponse doit donc s’appuyer sur une analyse et une interprétation rigoureuse des travaux effectués par les scientifiques. D’autre part il vous faudra aussi prendre en compte les projections climatiques envisagées par les scientifiques. ■■ Organiser son devoir Avant de vous lancer dans la rédaction de votre devoir, lisez l’ensemble des documents et notez rapidement les arguments donnés en faveur de modifications climatiques naturelles et ceux en faveur de modifications d’origine anthropique. – Le document 1 apporte une preuve de modification du climat alternant des périodes froides et chaudes sur une période de 800 000 ans. Ce document peut conforter effectivement les membres de la commission qui remettent en cause les effets positifs d’une politique de réduction des gaz à effet de serre. Il vous faudra mettre en relation la valeur du delta 18O et les éléments d’information apportés par le document sur le volume des glaces polaires. Attention, on ne vous demande pas d’entrer dans le détail de la relation entre l’augmentation du delta 18O de l’eau de mer et l’élévation du delta 18O des tests de foraminifères. Il ne s’agit pas non plus d’entrer dans l’explication des phénomènes responsables de ces variations cycliques. Un autre point important à relever et qui vous servira par la suite, ce sont les variations relativement lentes à l’échelle du temps (ici de l’ordre de la centaine de milliers d’années pour passer d’un climat froid à un climat plus chaud par exemple). – Le document 2 permet de constater que les augmentations des taux de GES sont à corréler avec l’ère industrielle et que ces augmentations se font sur une très courte période, de l’ordre de la centaine d’années. D’autre part, les flux de carbone montrent qu’un équilibre entre les flux négatifs et positifs est rompu (le flux positif augmente régulièrement depuis 1960). Ce document devra donc vous permettre d’argumenter sur le rôle que jouent les activités humaines sur les GES. CORRIGÉS – Le document 3 montre clairement l’incidence de la concentration en CO2 sur la température globale moyenne de la Terre. Il faudra insister sur la concentration actuelle de CO2 et les conséquences d’une élévation de cette valeur sur la température. Cette considération doit faire infléchir les sceptiques. – Le document 4 doit vous permettre de montrer que le scénario B2 est celui qui permettrait d’atténuer les effets néfastes des GES à l’échelle locale. Il ne s’agit pas de décrire chaque scénario, il faut vous positionner dans le sujet : comment agir à l’échelle locale ? Il faut donc montrer que des décisions à ce niveau peuvent influencer de façon positive l’évolution ultérieure du climat en limitant l’élévation de température. Les gaz à effet de serre sont en partie responsables des variations climatiques. Cependant, certains sont sceptiques quant à l’efficacité d’une politique locale de réduction des GES. Quels sont les arguments qui permettent de montrer que les GES d’origine anthropique jouent un rôle effectif dans les variations actuelles du climat ? Sur quelle base s’appuyer pour montrer qu’une réduction de la production des GES peut modérer l’augmentation de la température à l’échelle de la planète ? Document 1 On étudie ici les variations du delta 18O des tests de foraminifères benthiques durant les 800 000 dernières années. On constate que ces variations sont cycliques. Chaque cycle, comprenant une augmentation et une diminution du delta 18O, dure « environ » 100 000 ans. Les variations oscillent entre 2,5 et un peu plus de 4 ‰. Or, il existe une corrélation entre la valeur du delta 18O de l’eau de mer et celle des tests de foraminifères : une augmentation du delta 18O de l’eau de mer se traduit par une élévation du delta 18O des tests de foraminifères. De plus, on a pu démontrer que plus le volume de glace polaire est élevé, plus le delta 18O de l’eau des océans l’est aussi. Ainsi, toute augmentation du delta 18O des tests indique que le volume de glace polaire est élevé et donc que la température globale est plus faible : ceci montre donc une alternance de périodes glaciaires (la dernière période glaciaire ayant débuté par exemple il y a 100 000 ans) et de périodes interglaciaires caractérisées par un réchauffement climatique. Actuellement, d’après le graphique, nous sommes dans une période interglaciaire donc relativement chaude. Document 2 • Document 2A. Des mesures réalisées sur la teneur des GES montrent que depuis les années 1000, les taux de CO2 et de méthane sont constants et respectivement de 280 ppm et 750 ppb. Toutefois, on note une très forte augmentation de ces teneurs à partir des années 1800. Ainsi en 200 ans, ces teneurs ont atteint 390 ppm pour le CO2 et 1750 ppb pour le méthane. L’augmentation de ces GES est donc extrêmement rapide. On peut mettre en relation ces émissions avec les activités humaines et l’ère industrielle qui débute au début du XIXe siècle. Document 2B. Ce deuxième document montre les flux de carbone entre les puits de carbone (qui stockent le carbone) et les sources de carbone (qui produisent du carbone). On constate que depuis 1960, les flux négatifs restent relativement constants. CORRIGÉS Le ­stockage de carbone n’a donc pas globalement varié ou très peu en comparaison avec les flux positifs. En effet, sur la même période, les flux positifs ont augmenté : on passe de 2 à 5 GtC/an. Dans le même temps, on évalue que les émissions anthropiques de CO2 passent de 4 à 10 GtC/an. Ainsi, un équilibre entre flux positifs et flux négatifs semble être rompu depuis les années 1960. Les flux positifs augmentent et ils peuvent s’expliquer par l’augmentation de la production de CO2 d’origine anthropique. Document 3 Ce graphique permet de mettre en relation la concentration en CO2 atmosphérique et la température. On constate que plus la concentration en CO2 augmente et plus la température moyenne à la surface du globe augmente aussi. Ainsi, on met en relation la teneur en CO2 actuelle de l’ordre de 350 ppm avec une température moyenne de presque 15 °C. Si la teneur en CO2 passe à 700 ppm, on a calculé que la température moyenne atteindrait 17 °C. On ne peut donc pas négliger une augmentation de la teneur en CO2 dans l’atmosphère. Une élévation globale de 2 °C de la température moyenne à la surface du globe peut engendrer des modifications notables à l’échelle locale aussi. Le CO2 est un gaz majeur dans l’effet de serre. Document 4 Les différents scénarios envisagés permettent de mettre en relation les activités humaines (économiques, démographiques, sociologiques) et l’évolution d’une part de l’augmentation de la température moyenne et celle des GES. On voit bien que certains scénarios provoqueraient des augmentations importantes de la température allant jusqu’à + 4 °C à l’horizon 2100 (scénarios A1F1, A2 ainsi que A1B). Toutefois, un scénario nous intéresse en particulier ici car on cherche à montrer qu’une politique locale visant à réduire les gaz à effet de serre peut avoir un impact non négligeable. Le scénario B2 décrit par exemple « un monde où l’accent est placé sur des solutions locales, pour assurer une durabilité sociale, économique et environnementale ». Dans ce type de scénario, l’augmentation de température atteint + 2,4 °C. D’autre part, on constate que ce scénario est corrélé à une augmentation relativement faible des GES : 40 à 60 Gt équivalent CO2/an en 2100. Ainsi, en agissant au niveau local, on peut davantage espérer diminuer la production de CO2 anthropique et ainsi infléchir l’augmentation de la température moyenne sur une durée relativement courte, de l’ordre d’une centaine d’années. (Les scénarios B1 et A1T sont également intéressants mais leur mise en place dépend d’une volonté à une plus grande échelle, au niveau mondial et s’appuie sur des progrès technologiques rapides.) Bilan À l’échelle de la centaine de milliers d’années, on a mis en évidence des variations importantes du climat à l’échelle du globe (document 1). Ces variations évoluent sur des périodes relativement longues. Cependant, actuellement, l’augmentation de la température à la surface du globe s’inscrit sur une période très courte : de l’ordre de la centaine CORRIGÉS d’années depuis le début de l’ère industrielle. C’est cette augmentation rapide qui est inquiétante. Celle-ci est à mettre en relation avec l’augmentation des gaz à effet de serre (document 2). En outre, des études projectives montrent qu’une augmentation de la teneur en CO2 a des incidences non négligeables sur l’élévation de la température (document 3). Des comparaisons sur les flux de carbone montrent que le CO2 d’origine anthropique, issu donc des activités humaines, participe à l’augmentation des flux positifs de carbone (document 2) amplifiant ainsi un réchauffement climatique en peu de temps. Enfin, agir localement (scénario B2 du document 4) permettrait de réduire notablement l’émission de gaz à effet de serre et d’atténuer ainsi l’augmentation de la température moyenne globale à la surface du globe.
