Tectonique des plaques et création de reliefs

PREPARATION AGREGATION INTERNE SVT
TOULOUSE 27 Novembre 2013
Composition à partir d'un dossier
Durée : 5 heures
L'usage de tout ouvrage de référence, de tout dictionnaire et de tout matériel électronique est
rigoureusement interdit.
Tectonique des plaques et création de reliefs
Question 1 : 8 points
Pour chacun des documents 1 à 16 du dossier, indiquez à quel niveau il pourrait être utilisé et quels
objectifs de connaissances il permettrait d’atteindre en ce qui concerne le thème étudié dans ce devoir.
Vous analyserez ensuite le document 17 en précisant en quoi il conforte et complète les acquis du collège
et du lycée sur les processus orogéniques. Votre réponse se limitera à une quinzaine de lignes.
Question 2 : 5 points
A partir des documents de votre choix éventuellement modifiés ou complétés, construisez une séance
pédagogique au niveau quatrième au cours de laquelle les élèves seront amenés à établir la relation entre
la formation des chaînes de montagnes et la mobilité des plaques.
Vous préciserez la place de cette séance dans votre progression pédagogique, les modalités de sa mise
en œuvre ainsi que les capacités travaillées et les objectifs cognitifs à atteindre.
Question 3 : 7 points
En utilisant le document 13 éventuellement modifié et complété par d’autres, élaborez une situation
d’évaluation qui réponde aux attentes de l’épreuve d’Evaluation des Compétences Expérimentales du
baccalauréat. Cette situation sera relative à la partie du programme d’enseignement spécifique de
terminale S « Thème 1-B-2 la convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de
montagnes ».
Vous rédigerez la mise en situation et la recherche à mener, vous préciserez les ressources proposées à
l’élève ainsi que les critères d'évaluation pour chacune des quatre compétences expérimentales et les
indicateurs utilisés.
Document 1 : Carte des reliefs mondiaux (d’après X. Le Pichon, B.C. Heezen, M. Tharp et T. de Rémur)
Document 2 : Carte représentant les plaques tectoniques et leurs mouvements relatifs
Document 3 : Extrait de la carte géologique au millionième dans les Alpes occidentales (BRGM)
Document 4 : images de la marge active du Pérou-Chili obtenues avec le logiciel Sismolog
Document 5 : Schéma structural et évolution schématique de la zone de subduction des Andes du Pérou
(d’après une conférence de J.M Lardeaux)
A
B
C
Document 6 : Comparaison entre des structures observées dans l’Himalaya et dans les fonds océaniques
A : un fossile fréquemment rencontré dans les roches himalayennes (MAGNARD)
B : basalte en coussins de l’Himalaya (MAGNARD)
C : pillow-lavas dans une zone de fracture VEMA de la dorsale Atlantique (photo IFREMER)
Document 7 : profil sismique ECORS-CROP réalisé à travers les Alpes franco-italiennes (a) et son interprétation (b)
(d’après le site http://imagesbiogeolfxm.free.fr )
Document 8 : Deux modèles de compensation des masses superficielles et leur interprétation de la structure des océans
et des continents (Dercourt-Paquet)
Document 9 : la chaîne himalayenne dans son contexte
géotectonique
Unité : le milligal (mgal)
Document 10 : Carte des anomalies de Bouguer en France métropolitaine
Document 11 : le cycle de Wilson
Document 12 : initialement au même niveau, les terrains situés
de part et d’autre de la faille se sont décalés verticalement de
plusieurs mètres au cours d’un séisme de forte magnitude
a
b
Document 13 : des roches métamorphiques alpines et leurs enseignements (Bordas TS 2012)
a.
b.
domaines de stabilité des associations minéralogiques dans les gabbros et métagabbros
échantillons et lames minces de gabbro et de différents métagabbros récoltés dans les Alpes
Document 14 : la création de
l’édifice volcanique du Paricutin
Document 15 : la nappe de Glaris dans les Alpes hevétiques (BELIN TS 2012)
Document 16 : Des déformations observables dans les Alpes
A : photographie du pli-faille de Saint Rambert en Bugey (Ain)
B : photographie d’un pli-faille dans les gypses oligocènes de Mormoiron (Vaucluse)
Dans le premier cas, les couches compétentes sont constituées de calcaires jurassiques. Dans ce cas,
les marnes jurassiques ou les argiles à évaporites du Trias supérieur jouent le rôle de surface de
glissement et de niveau de décollement. Dans le deuxième cas, les niveaux compétents étant
constitués de gypse massif, et la surface de glissement par un niveau particulièrement argileux.
C : un modèle analogique utilisable en classe
A
B
C
Document 17 : Chaînes de montagnes et propriétés mécaniques de la lithosphère (http://www.insu.cnrs.fr/node/4457)
La déformation dans les chaînes de montagnes est liée à l’âge de la lithosphère
Vendredi, 30 Août 2013
Des chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre de Paris (iSTeP, CNRS/UPMC), associés à un chercheur de l’université d'Oxford
ont mis en évidence une relation remarquable entre la structure des chaînes de montagnes de collision et les propriétés mécaniques
(structure rhéologique) de la lithosphère. Plus la lithosphère qui subit la collision est ancienne et résistante, plus le raccourcissement au
sein de la chaîne est important. Leurs travaux publiés dans la revue Nature Geoscience, le 18 août 2013, montrent par ailleurs que la
convergence des plaques joue un rôle plutôt mineur dans le processus.
Représentation
schématique
du
raccourcissement de trente chaînes de
montagnes (données en %), réparties sur
le globe avec des lithosphères de
résistance variables (données par le
paramètre Te) certaines fossiles,
d’autres toujours actives. D. R.
Les chaînes de montagnes dites de collision, formées par la convergence de plaques tectoniques, comme l’Himalaya ou les Alpes par ex emple,
présentent des styles et quantités de déformation très variables. Ces différences peuvent s’expliquer soit par une variation du couplage en limites
des plaques, soit par une variation des propriétés mécaniques de la lithosphère (1), héritées d’épisodes tectoniques extensifs ou compressifs
antérieurs à la convergence. Si l’influence du premier facteur paraissait assez évident, le rôle de l’héritage tectonique était jusqu’à aujourd’hui,
au mieux compris qualitativement, au pire négligé.
L’équipe a donc entrepris une étude quantitative qui a porté sur trente chaînes, réparties sur le globe, certaines fossiles comme les Appalaches
aux Etats-Unis, d’autres toujours actives comme Taiwan où l’Himalaya. Elle a combiné des données de raccourcissement avec des estimations
de la résistance mécanique de la lithosphère sur le long terme. Le raccourcissement (donné en %) est déduit de coupes géologiques. La résistance
de la lithosphère est déterminée par le paramètre Te (épaisseur élastique effective exprimée en kilomètres), issue de la modélisation des données
gravimétriques.
Une chaîne, faite de plissements de couches sédimentaires, de chevauchements qui permettent le raccourcissement au sein de la croûte terrestre,
implique un découplage à plus ou moins grande profondeur. Cette étude a montré que les chaînes impliquant des découplages profonds dans la
croûte moyenne et inférieure (~20 km) ont un pourcentage de raccourcissement compris entre 20 et 45% (e. g. les Alpes). À l’inverse, les
chaînes avec des niveaux de découplage plus superficiels (inférieurs à 10 km) sont caractérisées par des valeurs plus importantes du pourcentage
de raccourcissement, comprises entre 45 et 70% (e. g. l’Himalaya).
Si une corrélation partielle semble se dessiner au sein de chaque groupe, indiquant que le raccourcissement augmente avec la résistance
lithosphérique, aucune tendance ne se dégage globalement. En effet, il faut à la fois considérer le lien entre raccourcissement et résistance
mécanique, mais également sa relation avec l’âge de la lithosphère (différence entre l’âge du socle orogénique dans l’avant-pays et l’âge du
raccourcissement).
Prenant en compte l’âge de la lithosphère, une relation bimodale apparaît alors clairement : les lithosphères plus jeunes qu’un milliard d’années
enregistrent des pourcentages de raccourcissements faibles de 30±10% , tandis que les lithosphères plus anciennes, ou cratoniques, sont
associées à des pourcentages de raccourcissements forts de 60±10%.
Pour les auteurs, cette relation, mise en évidence pour la première fois, suggère un contrôle dominant de la déformation par les propriétés du
manteau lithosphérique, qui elles-mêmes dépendent de l’âge. La pré-structuration (présence de discontinuités héritées) ainsi que la nature
pétrochimique du manteau qui dépend de son âge expliquent ces observations.
Ce résultat ouvre des perspectives nouvelles pour les reconstructions tectoniques et géodynamiques, car il fournit un cadre général prédictif de la
distribution de la déformation dans les chaînes de montagnes ainsi qu’il permet de mieux contraindre la rhéologie de la lithosphère continentale.
La topographie des chaînes de montagnes étant une des conséquences du raccourcissement, cette étude permet de mieux comprendre les
couplages entre les processus profonds, en lien avec le manteau continental, et les processus de surface dans les zones de collision.