Sujet de type « Epreuve sur documents » du concours... Le devoir comporte deux parties indépendantes de géologie.

851. 852 et 853
Lundi 13 mars 2017
DEVOIR SURVEILLE
n°5
GEOLOGIE
Sujet de type « Epreuve sur documents » du concours commun Agro – Véto
Durée 3 h
Le devoir comporte deux parties indépendantes de géologie.
Il sera tenu compte de la qualité de la présentation et de la rédaction (orthographe, grammaire, précision de
l’expression).
L’usage d’abaques, de tables, de tout instrument électronique susceptible de permettre au candidat d’accéder à des
données et de les traiter par les moyens autres que ceux fournis dans le sujet est interdit.
• Les réponses aux questions devront être portées directement dans les cadres prévus à cet effet (en se limitant à
strictement ces cadres).
• Répondre aux questions posées et à elles seules, selon les modalités indiquées dans le sujet.
• Les documents pourront être annotés directement sur la copie (sans les découper ni les coller).
• Les pages du sujet ne seront pas dissociées.
Le sujet comporte 18 pages
_________________________
1
Partie 1 : Quelques aspects de la convergence Inde-Eurasie (durée conseillée 1 h 30)
[Source : épreuves sur support de documents Géologie - Concours agro-véto 2016]
La convergence Inde-Eurasie est responsable de l’édification de la plus étendue et la plus haute chaîne de montagne
actuelle : l’Himalaya - Tibet.
Ce sujet propose d’étudier quelques aspects de cette zone
1. Le contexte général de la chaîne de montagne de l'Himalaya-Tibet
Question 1a. Définissez ce qu’est une plaque lithosphérique.
Document 1a. Extrait de la légende de la carte géologique du monde (source : CCGM)
2
Document 1b. Extrait de la carte géologique du monde (source : CCGM)
Ladakh
Document 1c. Un affleurement dans la
vallée de Sarchu, au Ladakh
(localisation = flèche sur la carte cidessus).
Les formations sédimentaires sont datées
du Paléozoïque inférieur au Jurassique
inférieur.
(Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/imagede-la-semaine/Img340-2011-01-31.xml)
3
Question1b. Réalisez un schéma structural présentant la localisation des différentes plaques lithosphériques
visibles sur la carte du document 1. Vous justifierez vos délimitations.
2. Structure et dynamique actuelles de la chaîne himalayenne
Cette partie est consacrée à l’étude de la structure interne de la chaîne ainsi qu’à sa dynamique actuelle.
La structure de la chaîne est étudiée depuis la surface vers la profondeur, à partir de données cartographiques et
sismiques.
Question 2a. A partir de la carte (document 2a), de la coupe (document 2b) et du paysage (document 1c),
présentez les caractéristiques des chaînes de collision que l’on retrouve dans la chaîne himalayenne.
Quelles informations apportent les principaux chevauchements, quant à la chronologie d’édification de la
chaîne ?
4
Document 2 a. Carte géologique simplifiée de
l’Himalaya. Les âges indiquent la période
d’activité principale des grands chevauchements.
Le terme de suture désigne la zone entre les
deux lithosphères continentales présentant des
restes de lithosphère océanique.
[source :
https://static1.assistancescolaire.com/t/images/t_trde02
i01z.jpg].
Document 2 b. Coupe simplifiée de la chaîne himalayenne suivant le profil A-A’ localisé sur le document 2a. On
précise que MCT = chevauchement central, MBT = chevauchement basal et MFT = chevauchement frontal [source :
Himalaya – Tibet le choc des continents].
5
La structure profonde de la chaîne est étudiée par tomographie.
Document 3. Profil de tomographie NordSud à 71°E au niveau de la chaîne
himalayenne. L’échelle en pourcentages
d’anomalie de vitesse des ondes P va du
rouge -0,5 % au bleu
+0,5 %. Les points blancs marquent les foyers
des séismes enregistrés dans la région
(Source : Himalaya - Tibet : la collision
continentale Inde - Eurasie).
Question 2.b Rappelez le principe de la tomographie sismique.
Proposez un schéma d’interprétation du document 3.
En vous aidant de vos connaissances, proposez alors une hypothèse quant au moteur de l’édification de la
chaîne himalayenne.
6
Document 4. Carte des vitesses GPS de la zone
himalayenne dans le référentiel Eurasie fixe. Le
temps d’acquisition des différentes stations varie de
quelques mois à une dizaine d’années. La position
des principaux séismes instrumentaux c’est-à-dire
ceux enregistrés par les sismomètres de stations
sismiques sont localisés sur la figure. (Source :
Himalaya - Tibet : la collision continentale Inde Eurasie)
Question 2.c. Analysez les caractéristiques des vecteurs vitesse GPS représentés sur le document 4.
Que montrent ces données GPS sur l’accommodation (c’est-à-dire les modalités de dissipation des contraintes)
de la convergence entre l’Inde et l’Asie ?
Ces données sont-elles en accord avec la définition d’une plaque lithosphérique donnée en question 1 ?
7
Le 25 avril 2015, un séisme de magnitude Mw= 7,8 a eu lieu au Népal. Les caractéristiques de ce séisme sont fournies
dans le document 5.
Document 5. Carte présentant l’épicentre
du séisme (petit cercle à remplissage noir) et
son mécanisme au foyer.
Les latitude (NEIC lat), longitude (NEIC lon),
profondeur du foyer (Z) et magnitude du
séisme (Mw) y sont précisées ainsi que la
position approximative de Katmandou
(hexagone blanc).
(Source : Géoscope).
On précise les pendages des plans nodaux :
- Plan nodal 1 : 85S
- Plan nodal 2 : 07N
N.B. : la méthode SCARDEC est une
méthode d’analyse de la source des séismes
qui permet de déterminer les principales
caractéristiques pour des séismes de
magnitude supérieurs à 5.5 – 6). Le
pourcentage indique la fiabilité des résultats
obtenus par cette méthode (ils sont
considérés comme fiables si > 70 – 75 %).
Question 2.d. A l’aide de ce document et des informations précédentes (document 2a notamment), caractérisez
le mécanisme au foyer fourni et précisez, en le justifiant, lequel des deux plans nodaux est le plan de faille.
8
Question 2.e. Après avoir défini ce qu’est le risque sismique, indiquez de quelles manières ce risque peut être
limité.
3. Himalaya et dynamique atmosphérique : la mousson indienne
L'édification de la chaîne a entraîné la mise en place du régime de mousson (vents violents associés à des pluies
intenses).
9
Document 6. Cartes des pressions atmosphériques en janvier et en août au niveau de l’océan indien.
(source : Sciences de la Terre et de l’Univers).
Question 3. Tracez le plus précisément possible, dans les rectangles des cartes du document 6, le trajet des
vents de surface au niveau de l’Inde. Vous justifierez votre tracé. Déduisez-en la période de l’année à laquelle
doit avoir lieu la mousson humide en Inde.
4. Observations pétrologiques et édification de la chaîne
Outre le magmatisme à l’origine des granites du Haut Himalaya, il existe du magmatisme dit trans-himalayen se situant
au Nord de la zone de suture (voir document 2a). Ce magmatisme a présenté une intensité maximale entre 65 et
45 Ma.
Oxydes
Roche 1 Roche 2
Roche 3
SiO2
45,47
60,89
73,85
TiO2
0,23
0,99
0,19
Al2O3
26,56
15,76
14,24
FeO*
4,56
6,94
1,44
MnO
0,07
0,12
0,08
MgO
5,24
2,88
0,47
CaO
14,76
6,23
1,74
Na2O
1,04
3,31
4,32
K2O
0,10
1,68
1,98
P2O5
0,04
0,22
0,11
H2O
1,42
0,91
1,34
Total
99,49
99,93
99,76
Document 9a. Tableau présentant le pourcentage
pondéral en éléments majeurs de trois roches
volcaniques trans-himalayennes. FeO* = fer total
quel que soit son état redox. (source : K. Honegger
et al, 1982)
10
Document 9.b. Diagramme total alcalin en fonction de la silice (TAS).
Question 4. A l’aide des documents 9, des informations précédentes et de vos connaissances, justifiez l’emploi
du terme de « série magmatique » pour qualifier l’ensemble de ces roches volcaniques et déterminez le type de
série qu’elles représentent.
11
Partie 2 : Gravimétrie et isostasie (durée conseillée 1h30)
Exercice A : En milieu continental
Les documents 1 et 2 fournissent quelques données de géophysique sur la Scandinavie :
(source : http://www.mantleplumes.org/Scandes.html)
Document 1. Carte topographique et bathymétrique (a) et anomalie de Bouguer (b) en Scandinavie.
(Les lignes noires sur la carte b, indiquant des zones sismiques, n’ont pas à être prises en compte).
Document 2. Carte de profondeur du Moho (a) et carte des anomalies isostatiques (b) en Scandinavie.
Sur la carte a, les couleurs indiquent la profondeur du Moho déduite du modèle d’Airy, les courbes noires correspondent
à la profondeur du Moho déduite des données sismiques.
Question 1. Définir l’anomalie de Bouguer et indiquer sa méthode d’obtention, puis interpréter les valeurs
observées en Scandinavie (Document 1).
12
Question 2. Expliquer comment on utilise les données du document 2a pour déterminer les anomalies
isostatiques puis interpréter les anomalies constatées en Scandinavie (document 2b).
13
Le document 3 fournit l’évolution, le long d’un profil orienté Nord-Ouest / Sud-Est au travers des Alpes franco-italiennes,
des anomalies de Bouguer et des masses volumiques estimées.
Document 3a (ci-contre).
Carte des anomalies de
Bouguer et localisation du
profil du document 3b (trait
gras
terminé
par
deux
flèches).
Localisation de Briançon
Document 3b (ci-dessous).
Modèle de densité de la
croûte continentale le long
du profil représenté sur la
carte 3a.
Ce modèle intègre des
données gravimétriques et
sismiques
(les
hachurés
représentent des réflecteurs
sismiques importants).
(D’après : Dercourt J. « Géologie
et géodynamique de la France »
e
Dunod Ed., 3 éd. 2002).
Question 3. Calculez la position attendue du Moho à Briançon, ville située à 1 326 m d’altitude, en supposant
que cette portion de lithosphère est à l’équilibre, et que la croûte continentale possède une densité homogène.
14
Question 4. En utilisant les informations fournies par le document 3 :
a. Indiquez si la valeur utilisée pour la masse volumique de la croûte continentale dans le calcul précédent
est plausible.
b. Confrontez la position du Moho calculée précédemment à celle proposée dans le modèle.
Dans ce secteur l’érosion moyenne est de l’ordre de 0,5 mm/an.
Question 5. En supposant que seule l’érosion intervient (et non des processus tectoniques), calculer en
combien de temps le secteur de Briançon atteindra 500 m d’altitude.
Exercice B : en milieu océanique
Question 1. Représenter l’épaisseur de la lithosphère sur une coupe au travers d’un océan possédant les
caractéristiques suivantes :
- la dorsale est médio-océanique,
- la marge occidentale est passive,
- la marge orientale est active.
15
Question 2. Indiquer quelle est la profondeur moyenne des dorsales, celle des plaines abyssales.
Question 3. Nommer et expliquer le phénomène responsable de la variation de profondeur du plancher
océanique observée depuis la dorsale jusqu’aux abysses.
La loi empirique qui relie la profondeur P du plancher océanique à son âge t (en négligeant le poids des sédiments) est
donnée par :
P(t) = 350 √ t + 2 500
avec t en Ma (millions d’années) et P en m.
On considère une île océanique intraplaque, de nature volcanique, de 2 000 m d’altitude, installée sur une portion de
lithosphère océanique âgée de 25 Ma.
Question 4. En utilisant les données précédentes, calculer quelle devrait être la hauteur totale de l’édifice
volcanique qui constitue cette île.
16
Le document 4 présente des données topographiques et gravimétriques du secteur des îles Hawaï, îles volcaniques
océaniques intraplaques.
Document 4.
Représentations 3D de la
topographie (A) et de
l’anomalie gravimétrique à
l’air libre (B) au voisinage
des îles Hawaï.
(source : sujet du CAPES
externe de SVT, 2010).
Question 5. A partir de l’analyse de ce document, indiquer quel est l’effet d’un édifice volcanique sur la
lithosphère océanique qui le supporte.
Question 6. On cherche à prendre en compte cet effet. En appliquant le modèle d’Airy, calculer la nouvelle hauteur
totale de l’île précédemment étudiée (question 4). Pour cela, on assimile le volcan à un parallélépipède et on
suppose que la masse volumique des matériaux de l’édifice volcanique est identique à celle de la croûte océanique.
Commenter le résultat obtenu et proposer une explication.
17
L’archipel de la Société, qui comprend notamment l’île de Tahiti, est situé dans le Pacifique Sud. Il est constitué d’un
alignement d’îles volcaniques. Trois d’entre elles sont présentées dans le document 5.
b
a
c
c
Document 5. Trois îles de l'archipel de la Société situé dans
l'océan Pacifique.
Ces îles sont alignées, de la plus jeune (a) à la plus ancienne
(c).
Les récifs repérés sur les photos sont dus à des coraux,
organismes constructeurs aux exigences strictes concernant
leur milieu (eaux chaudes de salinité moyenne et bien
oxygénées, faible profondeur).
Les vallées incisées (b) sont dues à l’érosion par les cours
d’eau.
Question 7. En s’appuyant sur les principales caractéristiques morphologiques de ces îles, expliquer leur
évolution.
18