ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE DE LYON - banques

1
ÉCOLENORMALESUPÉRIEUREDELYON
Concoursd’admissionsession2016
Filièreuniversitaire:Secondconcours
COMPOSITIONDEGÉOSCIENCES
Durée:3heures
• L’usage de calculatrices électroniques à alimentation autonome est autorisé.
• Ce sujet comprend 4 parties qui peuvent être réalisées indépendamment, une durée conseillée est
indiquée pour chaque partie. L’ensemble du sujet comprend 8 pages, et 7 figures.
• La démarche scientifique, la qualité et la clarté de la rédaction et des figures seront prises en compte
pour la notation.

2
LadynamiqueinternedelaTerreetseseffetssurleclimat
Partie1–Lasubductionocéanique(duréeconseillée60min)
LaFigure1estuneimagedetomographiesismiquedumanteauterrestreàl’aplombdel’arcTonga‐
Fidjidansl’OuestPacifique.
Figure1–TomographiesismiqueenondesPàl’aplombdel’arcTonga–Fidji(Zhao,2001)
1a–Expliquezbrièvementleprincipedeconstructiondecetteimagetomographique,etles
paramètresàl’originedesvariationsdevitessessismiques.
1b–Indiquezlesstructuresgéologiquesobservablessurcetteimageàpartirdeleursignaturesismique
surunefigureinterprétative.
1c–LaFigure2présentedesphotographiesd’échantillonsmacroscopiquesderoches.Donnezlenom
dechacundecestroiséchantillonsenargumentantvotreréponseàpartirdelanaturedesminéraux,
etdestextures.Replacezchaqueéchantillonsurvotreinterprétationdel’imagetomographiquedela
Figure1.

3
Figure2–Photographiesd’échantillonsmacroscopiquesderoches(coll.ENSLyon).
1d–Unéchantillonderochemétamorphiqueestobservéaumicroscopepolarisant(Figure3).Vous
indiquerezlenomdelaroche,lanaturedesminérauxmétamorphiques,satexture,ainsiquele
protolithe.
Figure3–Lamemincederocheobservéeaumicroscopepolarisantenlumièrenaturelle(LPNA)et
lumièrepolariséeanalysée(LPA)(ClichésUPMC).
1e‐
Dansquel«facièsmétamorphique»larochedelaFigure3a‐t‐ellerecristallisée?Estimezle
gradientgéothermique(°C/km)enregistréparlaroche.Dansquelcontextegéodynamiqueretrouve‐
t‐onuntelgradient?

4
Figure4–Assemblagesminéralogiquescaractéristiquesdesprincipauxfacièsmétamorphiques.

5
Partie2–Chaleur,profilsdetempératuredansleslithosphèresetlemanteauterrestre
(duréeconseillée40min)
2a–ListezdesdifférentessourcesdechaleurinternedelaTerre.
2b‐TracezdefaçonschématiquelapositiondesisothermessurvotreinterprétationdelaFigure1,
depuislasurfacejusqu’à700kmdeprofondeur.
2c‐Quelestlemodedetransfertdelachaleurdansleslithosphères?Quellesensontlesimplications
surleprofildetempérature?
2d–Laconvectioncorrespondàunmodedetransfertdechaleurpartransportdematière.Onpeut
déterminerl’efficacitédelaconvectionàpartirdunombredeRayleigh(Ra):
  . ∆. . 
.
oùα:dilatationthermique(K‐1),T:ladifférencedetempérature,g:l’accélérationdelapesanteur,
d:dimensioncaractéristiquedusystème(hauteur,m),:ladiffusivitéthermique(m2.s‐1),:la
viscositécinématique(m2.s‐1).
Quelestladimension(unité)dunombredeRayleigh?
2e–UnsystèmeentreenconvectionsilavaleurdeRa>103.CalculezlavaleurdunombredeRayleigh
pourlemanteauterrestre.Discutez.
Manteauterrestre=α:3.10‐5K‐1;T:1000K;d:3000km;:10‐6m2.s‐1;:3.1017m2.s‐1
2f–Apartirdesconclusionsdelaquestionprécédente,tracezleprofildetempérature(géotherme)
danslemanteauterrestre.