BCPST-Véto 1 – Mercredi 4 février 2009

BCPST-Véto 1 – Mercredi 4 février 2009 - Devoir n°5 – Durée 2h30
Épreuve de géologie – Le sujet comporte 4 exercices indépendants
Exercice n°1 : Sismologie (20 points) (d'après ENS 2003)
1. Définir les termes de séisme, foyer et épicentre d'un séisme.
2. Décrire précisément l'enregistrement présenté sur la figure 1 en identifiant les différents types d'ondes et
en donnant leurs caractéristiques. La figure 1 annotée sera rendue avec la copie.
Un séisme s'est produit le 20 janvier 2003 dans la région Nord-ouest pacifique. Les ondes sismiques engendrées
lors de cet événement ont été enregistrées par différentes stations sismiques. Leurs heures d'arrivées sont reportées
dans le tableau ci-dessous.
3. Donner la relation qui permet de calculer la distance d qui sépare l'épicentre d'un séisme de la station
sismique à laquelle il est enregistré, à partir de la vitesse de propagation des ondes P Vp et des ondes S Vs
et de retard de l'arrivée des ondes s par rapport à l'arrivée des ondes P ts-p.
On fera les hypothèses simplificatrices qui suivent, et qui sont valables à l'échelle régionale :
(1) les ondes se propagent quasiment à la surface du globe dans un milieu homogène
(2) le rayon de courbure de la Terre est négligeable.
4.
5. Calculer la pente de la courbe d = f(ts-p)dans la région où Vp = 7,74 km/s et Vs = 4,32 km/s.
6. Localiser précisément l'épicentre du séisme sur la carte ci- jointe qui sera rendue avec la copie.
La magnitude d’un séisme est reliée à l’amplitude des mouvements du sol.
La magnitude locale de Richter ML, définie par Richter en 1935, est valable jusqu’à 600 km de distance.
Elle est donnée par la relation : ML = logA – logA0
A est le déplacement maximum du sol exprimé en millimètres,
A0 une valeur standard fonction de la distance d(km) entre la station sismique et l’épicentre,
telle que A0 = (13,435/d)3 pour des distances allant de 200 à 600 km.
7. Calculer la magnitude de ce séisme à partir du tableau 1.
8. Déterminer l’heure à laquelle s’est produit le séisme.
1

NOM :
Documents relatifs à l'exercice 1 à rendre avec la copie
2

Exercice n°2 : Isostasie (12 points) (d'après un TD de l'université du Maine)
Les 2 parties sont indépendantes
Partie 1 : Formation d'un bassin sédimentaire.
Des sédiments se déposent sur le plancher océanique et sont à l'origine d'un bassin sédimentaire. La compensation
isostasique est réalisée par le déplacement vertical du manteau.
1. Traduire par un schéma explicatif la situation à l'équilibre isostasique après sédimentation. On indiquera
par D la profondeur initiale de l'océan, d la profondeur finale, ρs la masse volumique des sédiments, ρm,
la masse volumique du manteau supérieur.
2. Montrer que l'épaisseur de sédiments est donnée par :
3. Quelle épaisseur de sédiments comblerait le bassin si D = 5km.
ρs = 2500kg.m-3, ρe = 1000kg.m-3, et ρm = 3300kg.m-3.
Partie 2 : Thermosubsidence du plancher océanique
Soit un plancher océanique dont la surface des pillows lavas se situe à 4000m de profondeur. Il est
recouvert de 600m de sédiments.
1. En faisant un schéma explicatif à l'aide de colonnes à l'équilibre isostatique, calculer la profondeur à
laquelle se trouverait ce plancher s'il n'était pas recouvert de sédiments.
L'âge de ce plancher est de 49.106 ans.
La profondeur du plancher océanique s'accroît au cours du temps selon la loi : Pt = P0 + 350 √t avec P0 la
profondeur de la dorsale ayant émis ce plancher, t exprimé en millions d'années, profondeurs en mètres
2. Quelle était la profondeur de la dorsale à l'origine de cette croûte océanique ?
Exercice n°3 : Bilans thermiques (10 points) (d'après un TD de l'université du Maine)
On se propose d'étudier un certain nombre de données concernant l'énergie thermique dégagée par le globe.
Une partie de cette énergie a pour origine la chaleur dégagée lors de la désintégration radioactive d'éléments.
NB : la densité correspond au rapport de la masse volumique sur la masse volumique de l'eau.
1. A partir des données quantitatives présentées dans le tableau ci-dessus, calculer les puissances totales (en W)
délivrées par les croûtes continentales et océaniques et le manteau. Donner les pourcentages de contribution et
conclure.
On rappelle : rayon de la Terre = 6370km, croûte continentale = 2/5 de la surface de la Terre.
Surface d'une sphère de rayon r : S = 4 π r2
Volume d'une sphère : V = 4/3 π r3
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Le tableau ci-dessous donne les valeurs de flux de chaleur mesurées à la surface des continents et des océans,
exprimées en mW.m-2 :
2. Calculer la valeur moyenne du flux de chaleur en surface pour les continents qc et les océans qo.
Pourquoi les valeurs sont-elles différentes. Proposer une hypothèse pour expliquer la différence
Atlantique et Pacifique ?
3. En déduire en fonction du rayon de la Terre les quantités totales de chaleur dégagées d'une part par les
continents Qc et par les océans Qo, sachant que les continents occupent 2/5 de la surface terrestre.
4. Comparer la puissance totale (en W) dissipée à la surface de la Terre à la part d'origine radioactive.
Indiquer les autres origines de la chaleur interne terrestre.
Exercice n°4 : Données géophysiques sur la région ibéro-maghrebine.(8 points)
(d'après Orpheus newsletter mai 2007 article de E. Buforn, et Earth and Planetary Science Letters 192 (2001) The transition from linear to dffuse plate boundary in the
Azores Gibraltar region : results from a thin-sheet model Jimenez-Munt et coll.)
En février 2007, un séisme de forte magnitude fut ressenti au Portugal ainsi qu'en Espagne. Son foyer fut localisé
à 180 km au sud ouest du cap Saint Vincent.
Le document présente les mécanismes au foyer de séismes de magnitude supérieure à 4 dans la région du golfe de
Cadiz. Le séisme de février 2007 apparaît avec une étoile.
1. Identifier les différents types de contraintes tectoniques repérables dans la région et plus précisément celle à
l'origine du séisme de février 2007.
2. En utilisant la carte de la page suivante qui présente la tectonique de la région, préciser le contexte tectonique
à l'origine de la famille de séismes à laquelle appartient le séisme de 2007.
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Abréviations: GB: Banc de Galice; TP: Plaine du Tage; GoB: banc de Gorringe ; HP: Plaine du fer à cheval; AS: Mont sous marin Ampère SG: Détroit de
Gibraltar. Isobathes tous les 500 m.
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