Exercice 1 — Le cycle des roches
1. Définitions (0,5 pt chacune) :
- Magma : roche fondue (ou partiellement fondue), formée en profondeur dans le manteau ou la croûte terrestre. Il contient des minéraux en fusion, des gaz dissous et parfois des cristaux en suspension. Lorsqu'il atteint la surface, il prend le nom de lave.
- Roche sédimentaire : roche formée par l'accumulation, le dépôt en couches (strates) et la consolidation de sédiments (débris de roches, restes d'organismes ou précipités chimiques). Exemples : calcaire, grès, argile.
- Métamorphisme : transformation à l'état solide d'une roche (magmatique ou sédimentaire) sous l'effet d'une augmentation de la température et/ou de la pression, sans fusion. Il produit les roches métamorphiques (ex. : gneiss, marbre, schiste).
2. Les trois grands types de roches et exemples (0,5 pt chacun) :- Roches magmatiques → exemple : granite (plutonique) ou basalte (volcanique).
- Roches sédimentaires → exemple : calcaire ou grès.
- Roches métamorphiques → exemple : gneiss ou marbre.
3. Le cycle des roches (1 pt) :Le cycle des roches décrit les transformations continues que subissent les roches sur des millions d'années. Deux exemples de transformations :
- Des roches magmatiques ou métamorphiques soumises à l'érosion et au transport donnent naissance à des sédiments qui se déposent en strates puis se consolident (diagenèse) pour former des roches sédimentaires.
- Des roches sédimentaires enfouies en profondeur, soumises à une forte chaleur et pression, se transforment à l'état solide en roches métamorphiques. Si la température est encore plus élevée, il peut y avoir fusion partielle et production de magma.
Ce cycle est continu et très lent (millions à milliards d'années).
Exercice 2 — Structure interne du globe
1. Les trois grandes enveloppes (de l'extérieur vers l'intérieur) (1,5 pt) :
- La croûte terrestre (ou lithosphère externe) : fine couche rocheuse rigide en surface. On distingue la croûte continentale et la croûte océanique.
- Le manteau : enveloppe très épaisse (~2 900 km) composée de roches riches en silicates de magnésium et de fer. Sa partie supérieure partiellement fondue forme l'asthénosphère.
- Le noyau : situé au centre de la Terre, composé essentiellement de fer et de nickel. Le noyau externe est liquide, le noyau interne (ou graine) est solide.
2. Différences entre croûte océanique et croûte continentale (1,5 pt) :| Caractéristique | Croûte océanique | Croûte continentale |
|---|
| Épaisseur | ~7 km (mince) | 30 à 70 km (épaisse) |
| Composition | Basalte et gabbro (riches en fer et magnésium, donc plus dense) | Granite (riche en silicium et aluminium, moins dense) |
3. Méthode d'étude de l'intérieur de la Terre (1 pt) :Les géologues utilisent l'
étude des ondes sismiques. Lors d'un séisme, ces ondes se propagent dans toutes les directions à travers la Terre. Leur vitesse et leur trajectoire changent selon la nature (solide/liquide) et la composition des milieux traversés. En analysant ces variations, les géologues peuvent « radiographier » l'intérieur du globe sans y accéder directement. Par exemple, les ondes S (transversales) ne se propagent pas dans les liquides : leur absence dans certaines zones révèle que le noyau externe est liquide.
Exercice 3 — La formation du sol
1. Définition de la pédogenèse et durée de formation (1 pt) :
La pédogenèse est l'ensemble des processus physiques, chimiques et biologiques qui transforment progressivement la roche mère en sol. C'est un phénomène extrêmement lent : il faut en moyenne 100 à 1 000 ans pour former 1 cm de sol.
2. Trois facteurs de formation du sol et exemples (0,5 pt chacun) :
- Facteur physique : les variations de température (alternance gel/dégel) fragmentent mécaniquement la roche en petits morceaux, augmentant la surface de contact pour d'autres réactions. Exemple : le gel de l'eau dans les fissures fait éclater la roche.
- Facteur chimique : l'eau de pluie légèrement acide (enrichie en CO₂) dissout certains minéraux de la roche par hydrolyse. Exemple : dissolution des carbonates du calcaire par l'eau acide.
- Facteur biologique : les êtres vivants (lichens, bactéries, champignons, vers de terre) dégradent la roche et enrichissent le sol en matière organique (humus). Exemple : les vers de terre fragmentent la matière organique et aèrent le sol.
3. Pourquoi le sol est-il une ressource non renouvelable à l'échelle humaine ? (1,5 pt) :Le sol est qualifié de ressource
non renouvelable à l'échelle humaine car sa formation est
extrêmement lente : il faut de 100 à 1 000 ans pour former seulement 1 cm de sol. À cette vitesse, un sol dégradé ou détruit par l'érosion, la pollution ou l'urbanisation
ne peut pas se reconstituer dans un délai compatible avec la durée de vie humaine. Un sol fertile perdu est donc perdu pour des générations. Cette lenteur fait du sol une ressource précieuse et irremplaçable à l'échelle de l'humanité, qu'il convient de protéger (lutte contre l'érosion, agriculture raisonnée, préservation des surfaces agricoles).
Exercice 4 — Analyse de document : exploitation d'une ressource minière
Rappel du document : mine de cuivre de Chuquicamata (Chili), ~600 000 t/an, déblais importants, pollution des eaux, déplacement de la ville voisine, cuivre utilisé dans les câbles électriques, l'électronique et les énergies renouvelables.
1. Le cuivre : ressource renouvelable ou non renouvelable ? (1 pt) :
Le cuivre est une ressource non renouvelable. Il s'est formé sur des millions d'années par des processus géologiques (concentration dans des filons ou gisements). Une fois extrait, il ne peut pas se régénérer naturellement à l'échelle de temps humaine. Les réserves mondiales sont donc limitées et s'épuisent progressivement au fur et à mesure de l'exploitation.
2. Deux impacts environnementaux et un impact social (1,5 pt) :
- Impact environnemental 1 : la production d'importants déblais (roches stériles) défigure et détruit les paysages, occupe de grandes surfaces et peut libérer des substances toxiques dans les sols.
- Impact environnemental 2 : la pollution des eaux locales (nappes phréatiques et cours d'eau contaminés par les produits chimiques utilisés pour extraire le cuivre).
- Impact social : le déplacement forcé de la ville voisine, ce qui oblige les habitants à quitter leurs logements et perturbe la vie des communautés locales.
3. En quoi cette mine contribue-t-elle paradoxalement à la transition énergétique ? (1 pt) :Le paradoxe est que le cuivre extrait de cette mine est
indispensable aux technologies de la transition énergétique : câbles électriques pour transporter l'énergie, moteurs et batteries des véhicules électriques, composants des panneaux solaires et des éoliennes. Ainsi, la production d'énergie propre (renouvelable) nécessite l'exploitation intensive d'une ressource minérale non renouvelable, avec les impacts environnementaux associés.
4. Deux mesures concrètes pour un développement plus durable (1,5 pt) :- Mesure 1 — Recyclage du cuivre : recycler les câbles, appareils électroniques et équipements en fin de vie permet de récupérer du cuivre sans extraire de nouveaux minerais. Cela réduit la quantité extraite, les déblais et la pollution.
- Mesure 2 — Réhabilitation du site minier et traitement des eaux : mettre en place des systèmes de traitement des eaux polluées avant leur rejet, et s'engager à réaménager le site après exploitation (revégétalisation, stabilisation des déblais) pour limiter les impacts durables sur l'environnement.
Autres mesures acceptables : compensation des populations déplacées, utilisation de technologies minières moins polluantes, limitation de la production, recherche de substituts au cuivre.
Exercice 5 — Raisonnement géologique
1. Identification de la roche et contexte de formation (1,5 pt) :
La roche constituée de grands cristaux de quartz, de feldspath et de mica est du granite.
Justification : le granite est une roche magmatique plutonique. Elle s'est formée par le refroidissement très lent du magma en profondeur (intrusion magmatique dans la croûte continentale). Ce refroidissement lent (sur des millions d'années) a permis aux minéraux d'avoir le temps de se former et de croître jusqu'à atteindre une grande taille, visible à l'œil nu : c'est ce qu'on appelle la texture grenue. Le granite constitue l'essentiel de la croûte continentale.
2. Classement des couches de la plus ancienne à la plus récente (1,5 pt) :
Classement de la plus ancienne à la plus récente : Z → X → Y
Justification : on applique le principe de superposition : en l'absence de déformation tectonique, les couches sédimentaires se déposent les unes sur les autres. La couche la plus profonde (inférieure) est donc la plus ancienne, et la couche la plus haute (supérieure) est la plus récente.
- Couche Z (en dessous) → la plus ancienne
- Couche X (au centre) → d'âge intermédiaire
- Couche Y (au-dessus) → la plus récente