SUJET : ESCAPADES GEOLOGIQUES…

1
ULC0901
SESSION 2008
____________
Filière BCPST-Véto
SCIENCES DE LA TERRE
Durée : 3h 30
___________
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,
et aucun échange n’est autorisé entre les candidats.
SUJET : ESCAPADES GEOLOGIQUES…
Les exercices proposés sont indépendants.
Ils peuvent être traités dans un ordre quelconque.
Le temps conseillé par exercice est de 50 minutes.
Aucune introduction ni conclusion générale ne sont demandées.

2
THEME 1 : LES ADAKITES, DES ROCHES PARTICULIERES DES ZONES DE SUBDUCTION
D’après http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-adakites.xml
A partir de l’exploitation
de l’ensemble des
documents, expliquez la
présence, en certains
points des zones de
subduction, des adakites,
qui se distinguent des
B.A.D.R. (Basalte,
Andésite, Dacite, Rhyo-
lite) classiquement ren-
contrées, par l’absence de
termes basiques
(basaltiques).
Figure 1 : Diagrammes
alcalins/silice et K/Na/Ca
Figure 2 : Localisation
des adakites (triangles
blancs) dans la zone
Pacifique.
N.B. Les traits noirs épais
représentent les axes de
dorsales.
Figure 1 :
N.B. Les points noirs sont les adakites étudiées.
Al = Alcalin ; Th= Tholéitique .
N.B.
A gauche, l’âge
de la croûte est
figuré :Tmy en
millions d’an-
nées. Au milieu,
âge de la croûte
entrant en
subduction.
A droite, teneur
en Yb des laves
formées le long
de la fosse
(Ytterbium :
élément trace,
terre rare lourde).
Figure 3 : Les adakites de Patagonie
Remarque : Le N de YbN signale une teneur normalisée rapport entre la teneur de l’élément dans la roche
et la teneur dans une roche de référence (météorite chondritique en général)

3
Figure 4 :
Diagrammes
[(La)/(Yb)]
N
vs. Yb
N
,
et Sr/Y vs. Y,
BADR = champs
blancs) ; Adakites =
champs grisés.
Terres rares :
La : lanthane (légère)
Sr : Strontium
Y : Yttrium
Yb : Ytterbium (lourde)
Figure 5 : Diagramme
Yb
N
(ou Y/2,4) des
laves du volcan étudié
et âge de la lithosphère
subduite à l’aplomb du
volcan étudié.
Figure 6 : Spectres de terres rares comparant les adakites (ronds noirs) avec les liquides modélisés, formés dans
différents cas : fusion d'une péridotite à grenat; fusion d'une amphibolite (basalte métamorphisé); fusion d'une
amphibolite à grenat (basalte métamorphisé dans des conditions où le grenat peut apparaître).
N.B. Les surfaces grises de la figure 6 donnent la
composition (modélisée) des liquides formés en
fonction du taux de fusion F.
Figure 7 : Diagramme P-T
4 gradients géothermiques sont figurés en
fonction de l’âge de la lithosphère entrant en
subduction.
FDA : Fusion/Déshydratation de l’Amphibole
D : Déshydratation des minéraux hydratés
composant le basalte (entre 600 et 800°C)
G : limite inférieure de stabilité du grenat
H : disparition de l’amphibole hornblende.
FDA
D
G
H

4
THEME 2 : PESANTEUR, GEOIDE ET LEURS VARIATIONS
1- a) Définir la pesanteur. En donner les différentes composantes.
b) Qu’appelle-t-on le géoïde ? Quelle est sa forme à l’échelle de la Terre ?
2- Lors de la coupe de l’América en 2005, les mêmes bateaux pesés à Malmö en Suède et à Valence en Espagne
présentaient une infime différence de poids (0,2 %). Expliquer cette différence.
3- Le Mississippi est un fleuve qui coule du nord vers le sud sur une distance de 3800km.
La source du Mississipi est plus proche (de 5 kilomètres !) du centre de la Terre que son embouchure.
Le Mississipi coule t-il du bas vers le haut ? Expliquer. N.B. La réponse sera accompagnée d'un schéma.
4- La gravité g = - kM/R
2
(k = constante, M = masse de la
Terre, R = Rayon terrestre)
Le potentiel de gravité U est
défini par g = -gradU = - dU/dR
a) Montrer que U est
proportionnel à M et inversement
proportionnel à R.
b) Expliquer grâce à ce résultat
les conséquences d’un excès ou
d’un déficit de masse en un point
du globe sur la forme du géoïde.
5- Grâce à des satellites munis de
radars altimètres, il a été possible
de cartographier avec une haute
résolution les ondulations de la
surface des océans. La figure 1
présente le géoïde altimétrique sur
l’Atlantique nord.
a) Que traduisent ces ondulations
et pourquoi ?
Figure 1 :
Dans le détail, des ondulations marquées s’observent à l’aplomb des failles transformantes présentes en
profondeur.
b) Expliquer, en relation avec la dynamique des plaques, l’origine de ces ondulations.
6- La géodynamique interne détermine également les
variations du géoïde.
a) Discuter l’effet sur le géoïde d’un panache
ascendant de matière chaude, donc peu dense, créant
un bombement en surface.
b) Préciser la réponse en exploitant la figure 2 qui
présente les variations du géoïde et de la topographie
des fonds marins autour du point chaud des
Bermudes.
Figure 2 :

5
THEME 3 : ANALYSE DES JOINTS STYLOLITHIQUES (G2E partiel)
Les joints stylolithiques (JS) sont des discontinuités très irrégulières, hérissées de pointes (pics stylolithiques) et
matérialisées par une accumulation de minéraux argileux, d'oxyhydroxydes de fer etc., au sein du joint. Ils ne
sont bien développés que dans les calcaires.
On distingue deux types (Figure 1) : - les joints tectoniques JSt, obliques sur la stratification ;
- les joints stratiformes JSs, parallèles à la stratification.
Les joints JSt sont uniquement associés aux domaines déformés tectoniquement. Pour leur part, les joints JSs
s'observent également dans des massifs rocheux non déformés, restés plans et horizontaux ; ils se développent
préférentiellement sur les joints (= surfaces) de stratification de la roche. Les joints JSs sont horizontaux et les
pics stylolithiques sont verticaux quand les couches sont restées horizontales.
On se propose d'étudier l'origine et l'importance des joints JSs.
3.1. Etude d'un joint stylolithique affectant un
calcaire oolithique de l'Oxfordien supérieur de
l'Est de la France (Figure 2). L'épaisseur
moyenne de ce joint peut être estimée à 20
micromètres.
A partir de la figure 2, reconstituez l'état initial
de la roche, avant stylolithisation. Commentez
et quantifiez votre réponse.
N.B. Un dessin schématique agrandi de la
figure 2 se trouve sur la feuille annexe. Vous
devrez le découper, le modifier comme il
convient, et le coller dans votre copie.
Quel est le seul processus qui peut
raisonnablement expliquer la formation des
joints stylolithiques ? Pourquoi ces joints sont-
ils fréquents dans les calcaires, très rares dans
les autres roches ?
Figure 1
Figure 2