I. L`origine de la chaleur interne de la Terre

Proposition de corrigé Métropole 2015
Synthèse Géothermie :
I. L’origine de la chaleur interne de la Terre
Ce sont les désintégrations d'éléments radioactifs qui sont la principale origine de la chaleur
terrestre.
Ces éléments radioactifs naturels sont emprisonnés dans les minéraux des roches depuis la formation
de la planète. Leur désintégration a commencé à ce moment-là, mais c’est un processus très lent et il
reste donc encore beaucoup d’isotopes radioactifs non désintégrés dans les profondeurs du globeLa
croûte continentale est plus riche en isotopes radioactifs que le manteau et le noyau car ils s’intègrent
bien dans le granite. Cependant, le volume du manteau est tel que c’est lui qui produit le plus de
chaleur (70% environ).
II. Le transfert d’énergie thermique au sein de la planète.
Le transfert de la chaleur de la profondeur vers la surface de la Terre se produit principalement par
deux mécanismes : la conduction et la convection.
- La conduction est le transfert de chaleur par agitation des atomes, de proche en proche, sans
déplacement de matière dans les solides. Cela se traduit par un fort gradient géothermique, la
température au sommet de la LVZ atteint 1300°C entre 10 et 20°C par km. Transfert de chaleur
dans les enveloppes « solides » comme la lithosphère.
- La convection est le transfert de chaleur par déplacement de matière, d’une zone chaude peu
dense en bas vers une zone froide plus dense en haut dans les liquides. La matière chaude à
tendance à s’élever, puis à refroidir et à terme cette matière froide plus dense va descendre
puis s’échauffer etc. Il se forme alors une cellule de convection. Le gradient géothermique y
est faible, c’est le mode de transfert le plus efficace depuis des zones chaudes basses vers des
zones plus froides au-dessus dans les enveloppes terrestres « liquides » comme le manteau.
III. Des zones terrestres "géothermiquement" exploitables
La géothermie peut être exploitée au niveau de zones où le flux géothermique est important, dans des
zones géodynamiquement actives : rifts, dorsales océaniques, points chauds, au niveau des volcans à
l'arrière des zones de subduction.
Toute zone où du matériel chaud (du magma) remonte, correspondant aux branches ascendantes
de des cellules de convection.
- Du matériel chaud remonte au niveau des dorsales océaniques (flux géothermique important)
- Du matériel froid descend au niveau des zones de subduction (flux géothermique faible des fosses
océaniques).
L’énergie interne est donc transférée par convection de la profondeur vers la surface. Au niveau de la
lithosphère, la chaleur est évacuée par conduction tout comme à l’interface noyau/manteau.
La convection, véritable machine thermique est donc un moyen efficace pour évacuer la chaleur
interne de la Terre.
Les points chauds contribuent également à évacuer par convection la chaleur interne de la Terre. Ce
sont des zones caractérisées par un flux géothermique important, dû à la remontée rapide vers la
surface de matériel chaud et peu dense à la limite du manteau et du noyau.
Cas de l'Islande : point chaud situé sur la dorsale médio-atlantique. La géothermie y est fortement
utilisée pour produire de l'électricité.

QCM plante domestiquée :
1-a
2-b
3-c
Exercice 2A Génétique et évolution
Comment la variété spring peut-elle avoir une plus grande efficacité de reproduction que la variété
okiep ?
Spring se caractérise par des tâches sombres réunies au centre de la fleur contrairement à okiep pour
laquelle les tâches sont plus éparpillées dans l'inflorescence.
Le doc 2 montre que ce sont plutôt les insectes femelles qui sont attirées par les fleurs quelque soit la
variété pour prélever de la nourriture alors que les males y font une simple visite. Ils ont un
comportement d'accouplement uniquement avec les spring. Leur visite dans ces inflorescences
seraient donc "intéressée" ! Les taches sombres des spring ressemblent fortement à un insecte et
pourraient tromper un mâle venu butiner, déclenchant ainsi le comportement d'accouplement.
Il s'agit d'un exemple de mimétisme, stratégie développée par l'espèce végétale au cours de
l'évolution pour favoriser la pollinisation croisée en attirant préférentiellement les insectes
pollinisateurs.
Stratégie efficace puisque le nombre d'inflorescences recevant du pollen est le plus important pour la
variété spring et il s'agit de pollen porté par les insectes mâles.
C'est donc en arborant des tâches sombres au centre de l'inflorescence que la variété spring attire les
insectes pollinisateurs mâles en les trompant, ceux-ci croyant s'accoupler avec des insectes femelles
car ces tâches ressemblent très fortement aux insectes de la même espèce.

Exercice 2B obligatoire : formation de l'Himalaya. *en italique les éléments de
connaissance à apporter
CO = croute océanique / LO = lithosphère océanique.
I. Arguments pour une subduction de lithosphère océanique lors de la formation de
l'Himalaya :
- présence d'ophiolites dans la chaîne de montagne : lambeau de LO (basalte, gabbro, péridotite)
coincée au moment de la collision entre les 2 plaques. : marqueur de l'existence d'un ancien océan
disparu par subduction. doc 1
- présence de sédiments marins à proximité des ophiolites, sédiments qui se sont retrouvés au
centre de la chaîne de montagne, reste de CO coincée entre les 2 lithosphères continentales, entre
les 2 plaques eurasienne au NE et indo-australienne au SO. doc 1
- la tomographie montre sous l'himalaya une répartition quasi verticale des foyers sismiques. Ils
tracent le plan de Wadati-Benioff, marquant le frottement lors de son plongement d'une plaque sous
une autre.plongement doc 2
- la tomographie montre également que le matériel plongeant est plus froid que le matériel autour :
marqueur de la subduction d'une LO plus froide, + dense et + âgée que la LC sus jacente. doc 2
En plongeant la LO entraîne avec elle la lithosphère continentale qui lui est rattachée et elle peut
l'entraîner à de grandes profondeurs. Certains minéraux métamorphiques apportent la preuve de cette
subduction continentale à grande profondeur.
II. Arguments pour une subduction de lithosphère continentale entraînée à la suite de la
subduction océanique :
Présence de Coésite dans une roche retrouvée dans l'Himalya (doc 3) avec une auréole de Quartz
donc formation postérieure à la formation de la coésite.
Or le doc 4 montre qu'en fonction de la température et de la profondeur le quartz peut se transformer
en coésite (entre 80 et 100 km de profondeur). Or la coésite a été retrouvée dans une roche
continentale. Son existence au sein de la chaîne de montagne atteste le fait que de la lithosphère
continentale a été soumise à des conditions de P et de T permettant son apparition, cette roche s'est
retrouvée à un moment donné à des profondeurs de 80 à 100km sous la surface terrestre.
Ainsi ce minéral prouverait que de la lithosphère continentale a été subduite lors de la formation de
l'Himalaya.

Exercice 2B spécialité Energie et cellule vivante*en italique les éléments de connaissance
à apporter
Identifier et expliquer l'origine de la brutale augmentation de production de chaleur chez l'arum.
I. Les échanges gazeux lors de l’augmentation brutale de la température
Dans le spadice de l’arum doc 1, on constate une augmentation de la température tout le long de
l’inflorescence de haut en bas avec une température de 50°C mesurée au fond de la fleur. Les
cellules du spadice ont donc développé un mécanisme permettant cette forte augmentation de
température à l’origine de la production de chaleur par la fleur de l’arum.
Des études nous montre que cette forte augmentation de température s’accompagnent d’échanges
gazeux importants : du CO2 est produit et de l’O2 consommé.
Dans la journée ; la température de l’inflorescence augmente et devient maximale (30°C) à midi pour
diminuer jusqu’à 15°C à la tombée de la nuit. Le 2ème graphique du doc 2 montre que la quantité de
CO2 produite dans le même temps suit exactement la même variation. Production de CO2 et
production de chaleur sont donc corrélées.
Lors de cette brutale augmentation de température dans l’inflorescence, il est constaté dans le doc 3
un pic de consommation d’O2 à 40 000µg. Avant et après, la quantité d’O2 consommé reste faible. Du
CO2 est produit lorsque de l’O2 est consommé, ces échanges gazeux marque le métabolisme
respiratoire.
Equation : glucose + O2 → CO2 avec production d’ATP
Ce métabolisme respiratoire s’accompagne donc d’une production de chaleur mais il ne peut se
faire sans glucose et sans mitochondrie, organite cellulaire indispensable à la réalisation de chacune
des étapes.
II. La respiration à l’origine de cette augmentation de température.
Il s’agit bien de la respiration car en plus des échanges gazeux constatés, le doc 3 montre les
variations de la réserve d’amidon. Or l’amidon est un sucre complexe, formés à partir de molécules de
glucose et capable d’être hydrolysé pour produire des molécules de glucose, à la base de la
respiration cellulaire.
Juste avant la brutale augmentation de température, les réserves d’amidon sont maximales (environ
200mg/g d’inflorescence) puis elles diminuent fortement au moment du pic de chaleur (à 120mg/g
jusqu’à devenir très faible après la production de chaleur (point 4 du doc 3)
La respiration cellulaire utilise le glucose produit à partir de l’amidon lors de la glycolyse. Lorsque les
réserves s’amoindrissent la respiration devient moins importante et la production de chaleur devient
moins intense et moins soutenue.
L’autre élément indispensable à la réalisation de la respiration est la mitochondrie dans laquelle se
réalise le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire.
Cet organite voit sa présence fortement augmentée dans les cellules du spadice juste avant et
pendant la forte production de chaleur (doc 4).
Sa présence est donc à relier à l’augmentation de température et à la production de CO2 ainsi qu’à
l’augmentation de l’O2 et à la diminution des réserves en amidon, source de glucose lors de cet
épisode d’augmentation de la température dans le spadice de l’arum.
Cette adaptation particulière chez l’arum utilise donc le métabolisme respiratoire, existant déjà
dans ses cellules mais il est amplifié grâce à la multiplication des mitochondries au moment de
la fabrication du pollen. Ce métabolisme est à l’origine de la production de chaleur provoquant
l’émission de substances volatiles qui attirent alors les insectes pollinisateurs.