LE PHENOMENE SEDIMENTAIRE

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SED.09.08
SESSION 2009
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Filière BCPST-Véto
SCIENCES DE LA TERRE
Durée : 2 heures
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LE PHENOMENE SEDIMENTAIRE
L’usage de calculatrices électroniques de poche à alimentation autonome, non imprimantes et sans document
d’accompagnement est autorisé. Cependant, une seule calculatrice à la fois est admise sur la table ou le poste de
travail, et aucun échange n’est autorisé entre les candidats.
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Les 3 exercices sont indépendants

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EXERCICE 1 : GEOCHIMIE ISOTOPIQUE
1- La composition isotopique de l'oxygène dans les sédiments marins permet d'estimer les variations du volume
des calottes de glace et donc du niveau marin.
a) Lors de la formation des calottes, en période de refroidissement, comment varie le rapport isotopique
H
2
18
O/H
2
16
O (et donc le δ
18
O) de l'eau des océans ? Expliquer.
b) Les calottes ont une composition isotopique moyenne δ
18
O = - 40 ‰ et l'océan, une profondeur moyenne
actuelle de 4 000 m. En écrivant la conservation des δ
18
O au cours du temps, calculer la variation du
niveau de la mer qui conduirait à une augmentation du δ
18
O des océans de 1 ‰ ?
2- Différents organismes planctoniques marins, notamment les Foraminifères, sécrètent un test carbonaté à partir
de l'eau de mer. Ces tests sont à l'origine de certains sédiments océaniques.
a) Écrire la réaction bilan de synthèse des carbonates.
b) Lors d'un refroidissement global, accompagné de la formation de calottes de glace, comment varie la
composition isotopique des sédiments nouvellement formés ?
DOC 1- Enregistrement isotopique
benthique (essentiellement genre
Uvigerina) du forage sédimentaire ODP
677, en Pacifique équatorial, sur le
premier million d'années (exprimé en ‰
par rapport au standard PDB.
c- Sur le document 1,
mesurer l'amplitude totale du
δ
18
O benthique pour chacun
des 4 derniers cycles
glaciaire-interglaciaires.
Quelles variations du niveau marin peut-on en déduire pour chaque cycle (cf.1-b) ?
3- Afin de tester l'hypothèse d'une température constante au fond des océans, des chercheurs ont analysé des
sédiments profonds provenant de la Mer de Norvège. L'eau, au fond de cette mer, provient directement de la
surface par convection, à cause du refroidissement hivernal important et de la formation de glace de mer.
L'eau est à une température de -1ºC environ, proche de son minimum de -1,7ºC (en dessous duquel elle gèle).
DOC 2- Enregistrements isotopiques
benthiques des forages V19-30
(Pacifique équatorial) et V28-38 (Mer
de Norvège).
Cette période représente la dernière
entrée en glaciation, depuis l'avant-
dernier interglaciaire (début du stade 5
vers 120 000 ans, jusqu'à des
conditions glaciaires, stade 4 vers
65 000 ans)
a) Est-ce-que la différence de δ
18
O
entre ces deux signaux est
constante ? Pourquoi ?
b) En supposant que la
température de l'eau profonde
en Mer de Norvège n'a pas
varié pour cette entrée en
glaciation, estimer :
Rappel : Le fractionnement isotopique dépend de la température, avec une augmentation du δ
18
O des
carbonates de 1 ‰ pour un refroidissement de 4ºC (à composition de l'eau de mer constante).
- La variation de température des eaux profondes du Pacifique équatorial ;
- La variation du δ
18
O de l'eau de mer, et la baisse du niveau marin correspondante (cf .1-b).

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EXERCICE 2 : SEDIMENTATION OCEANIQUE ET GEODYNAMIQUE
Cinq forages dans les sédiments marins ont été réalisés dans le Pacifique à des distances variables de l’axe de la
dorsale Pacifique-Est. Le document 1 les positionne de façon schématique par rapport à l’axe de cette dorsale. Il
décrit également la succession sédimentaire rencontrée pour chaque forage et précise la vitesse de dépôt au cours du
temps.
La coupe schématique du document 2 représente les successions sédimentaires au niveau d’une dorsale océanique.
Document 1 :
Document 2 :
1- Rappeler brièvement l'origine des différentes boues traversées par ces forages.
2- Expliquer l’organisation sédimentologique des forages (DOC. 1) et la mettre notamment en relation avec la
dynamique des plaques.
3- Expliquer la présence de sédiments argileux ou d’argiles au sein de la boue carbonatée (DOC. 2).

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EXERCICE 3 : L’ALTERATION CHIMIQUE DES ROCHES
L’hydrolyse est le processus le plus important de l’altération chimique. Elle se déroule à un pH compris entre 5 et 8.
Suivant les conditions de milieu, cette réaction est différente et les produits formés ne sont pas les mêmes :
1- On peut prendre l’exemple de l’orthose (feldspath potassique) :
Réaction 1 : 5 KAlSi
3
O
8
+ 20 H
2
O => 2K
0,5
Al
2
(Al
0,5
Si
3,5
O
10
)(OH)
2
+ 8Si(OH)
4
+ 4K
+
+ 4(OH)
-
Réaction 2 : 4 KAlSi
3
O
8
+ 22 H
2
O => Al
4
Si
4
O
10
(OH)
8
+ 8Si(OH)
4
+ 4K
+
+ 4(OH)
-
Réaction 3 : KAlSi
3
O
8
+ 8 H
2
O => Al(OH)
3
+ 3Si(OH)
4
+ K
+
+ (OH)
–
N.B. Les réponses aux questions qui suivent seront données exclusivement dans le tableau fourni en annexe qui
sera collé dans la copie.
a. Faire le bilan des pertes en Al, Si et K en comparant la roche mère et les produits formés dans le profil
d’altération (en italiques dans les réactions). Exprimer les réponses en %.
b. Indiquer si l’hydrolyse est partielle forte, partielle ménagée ou au contraire totale.
c. Nommer le minéral qui se forme dans chaque profil d’altération ainsi que la réaction qui l’a produit.
d. Indiquer à quel grand domaine climatique on peut rattacher chacune de ces réactions.
e. En supposant maintenant que les réactions se sont produites dans des profils d’altération d’un même
domaine climatique, déduire l’âge relatif de chacun d’eux en utilisant les notations : 1 pour le plus jeune, 2
pour celui d’âge intermédiaire et 3 pour le plus ancien.
f. Si on admet qu’il s’agit de profils d’altération de même âge d’un même domaine climatique, nommer le
facteur X susceptible d’intervenir localement. Donner le contexte topographique de chaque profil en
utilisant : pente faible, pente forte ou bas-fond imperméable.
2- D’autres minéraux silicatés subissent l’hydrolyse. En considérant les conditions d’altération identiques,
classer les roches mères suivantes dans l’ordre décroissant de leur potentialité à générer (Al(OH)
3
dans le
profil d’altération : quartzite, diorite, granite, grès faiblement feldspathique, gabbro. Justifier la réponse.
3- L’acido-complexolyse, à l’inverse de l’hydrolyse,
dépend des acides organiques produits par les litières
des sols et se déroule à un pH de l’ordre de 3.
a. En utilisant le document ci-contre et ses
connaissances, comparer les conséquences
géochimiques de l’hydrolyse et de l’acido-
complexolyse.
b. Le processus d’acido-complexolyse peut-il
être actif sur une roche mère marneuse ?
Justifier la réponse.
c. Où retrouve-t-on le fer dans un sol qui a subi
une hydrolyse importante. Justifier.
d. La bauxite est un minerai d’aluminium et de
fer. Quelle réaction est à l’origine de sa
formation ? Sous quel climat ? Comment
expliquer la présence de gisements de
bauxite dans le midi de la France, aux Baux
de Provence, région marno-calcaire ?
Solubilité comparée de Me (Si, Al ou Fe)
en fonction du pH
Proposer différentes hypothèses.

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ANNEXE A COMPLETER ET A COLLER DANS LA COPIE
Bilan Intensité
hydrolyse Minéral formé
Réaction
Domaine
climatique Âge Facteur X
R1 Al
Si
K
R2 Al
Si
K
R3 Al
Si
K
Ne pas oublier de compléter le titre de la dernière colonne par le nom du facteur X.
ANNEXE A COMPLETER ET A COLLER DANS LA COPIE
Bilan Intensité
hydrolyse Minéral formé
Réaction
Domaine
climatique Âge Facteur X
R1 Al
Si
K
R2 Al
Si
K
R3 Al
Si
K
Ne pas oublier de compléter le titre de la dernière colonne par le nom du facteur X.