Devoir surveillé : la Terre, planète habitable et active : plaques, séismes et volcans

1. a)Un volcan endormi n’a pas eu d’éruption depuis longtemps mais peut se réveiller ; un volcan éteint n’est plus alimenté en magma et ne peut plus entrer en éruption. Oui, ils prennent un risque : un volcan endormi peut entrer de nouveau en éruption. (1 pt : 0,5 pour la différence, 0,5 pour le risque justifié) (1)
2. b)1 500 km est entre la base de la croûte et 2 900 km : Axel est dans le manteau, qui est solide. Ce n’est pas un océan de magma. (1 pt : 0,5 pour le manteau, 0,5 pour « solide ») (1)
3. c)4 000 km est entre 2 900 et 5 150 km : le noyau externe, fait de fer et de nickel, liquide. 6 000 km est entre 5 150 et 6 370 km : le noyau interne, fait de fer et de nickel, solide malgré plus de 5 000 °C, à cause de l’énorme pression. (1 pt : 0,5 par profondeur) (1)
4. d)Grâce aux ondes sismiques : produites par les séismes, elles traversent le globe et changent de vitesse quand elles changent de milieu. Certaines (les ondes S) ne traversent pas les liquides et s’arrêtent à 2 900 km : c’est ainsi qu’on sait que le noyau externe est liquide. (1 pt : 0,5 pour les ondes sismiques, 0,5 pour l’explication) (1)

Méthode — pour situer une profondeur, je la compare aux limites du cours : base de la croûte (7 km sous un océan, 30 à 40 km sous un continent), 2 900 km, 5 150 km, puis le centre à 6 370 km.

1. a)Faux : la Terre est au plus près du Soleil début janvier, en plein hiver pour la France. Les saisons viennent de l’inclinaison de l’axe des pôles (environ 23°) : en été, notre hémisphère est penché vers le Soleil. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
2. b)Faux : une dorsale est un relief, une chaîne de montagnes sous-marine où deux plaques s’écartent (divergence). Le creux profond où une plaque plonge est une fosse, en zone de subduction. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
3. c)Vrai : le champ magnétique dévie le vent solaire, un flot de particules venu du Soleil qui, sinon, arracherait peu à peu l’atmosphère. La taille de la Terre l’aide aussi à retenir ses gaz. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
4. d)Faux : un degré de magnitude de plus, c’est environ 32 fois plus d’énergie libérée au foyer. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)

Erreur fréquente — on croit souvent que l’été vient d’une Terre plus proche du Soleil : si c’était le cas, les deux hémisphères auraient l’été en même temps, alors que leurs saisons sont inversées.

1. a)Un point chaud : une remontée de matière très chaude venue des profondeurs du manteau, presque fixe. Le document montre que le volcan est en plein milieu d’une plaque, loin de toute frontière : ni dorsale ni subduction ne peuvent l’expliquer. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
2. b)Effusives : la lave sort en fontaines et en coulées qui descendent sur des kilomètres, sans explosion décrite. Le magma est fluide (peu visqueux) : ses gaz s’échappent facilement. (1 pt : 0,5 pour le type justifié, 0,5 pour la viscosité) (1)
3. c)Le magma qui monte vers la surface casse les roches sous le volcan : ce sont des petits séismes. Ces signes précurseurs (séismes, gonflement) annoncent une éruption : les autorités peuvent fermer les routes et les sentiers et éloigner les personnes à temps. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
4. d)L’aléa est la coulée de lave (l’éruption). Enjeu touché : la route nationale (et les déplacements des habitants). Les autorités ont fermé la route et interdit des zones : on n’agit pas sur l’aléa, mais on retire les personnes du danger. (1 pt : 0,5 pour l’aléa et l’enjeu, 0,5 pour la protection) (1)

Astuce — un volcan en plein milieu d’une plaque, loin de toute frontière, c’est presque toujours un point chaud : ses éruptions sont effusives, comme à Hawaï ou à La Réunion.

1. a)Vénus : 108 ÷ 150 = 0,72 UA. Mars : 228 ÷ 150 = 1,52 UA. (1 pt : 0,5 par planète) (1)
2. b)Vénus : 108 millions de km, c’est moins que 140, elle est trop près du Soleil. Elle est plus chaude que Mercure à cause de son atmosphère très épaisse de dioxyde de carbone, qui provoque un effet de serre énorme. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
3. c)Son atmosphère est très fine : elle retient très peu la chaleur, d’où une température moyenne d’environ −60 °C, bien en dessous de 0 °C : l’eau y gèle. On accepte aussi : pas de champ magnétique global, donc une atmosphère en grande partie perdue. (1 pt : 0,5 par donnée exploitée) (1)
4. d)Mars et Vénus sont des planètes telluriques : faites de roches et de métaux, avec une surface solide où la lave s’empile et construit des volcans. Jupiter est une planète gazeuse, entourée d’une épaisse enveloppe de gaz, sans surface solide : aucun édifice ne peut s’y construire. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)

Piège — la planète la plus chaude n’est pas la plus proche du Soleil : la température d’une planète dépend aussi de son atmosphère, qui retient plus ou moins la chaleur.

1. a)Le mouvement des plaques exerce des contraintes sur les roches, qui se déforment lentement puis cassent brutalement le long d’une faille, à 9 km de profondeur : c’est le foyer. L’énergie libérée part en ondes sismiques qui font vibrer le sol, en général le plus fort à l’épicentre, le point de la surface juste au-dessus (ici, le village). (1 pt : 0,5 pour la rupture le long d’une faille, 0,5 pour foyer, ondes et épicentre bien placés) (1)
2. b)Une collision (frontière de convergence). Les lithosphères continentales, trop peu denses, ne plongent pas : elles se plissent et s’empilent, les roches cassent (séismes), mais il n’y a pas de plaque qui plonge pour former du magma, donc presque pas de volcans. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
3. c)Pendant : s’abriter sous une table solide, loin des fenêtres. Après : sortir dans le calme, sans prendre l’ascenseur, et rejoindre un lieu dégagé, loin des bâtiments (on coupe aussi le gaz et l’électricité). (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
4. d)Une réplique. On ne sait pas prévoir les séismes, mais on sait que la commune est exposée : des bâtiments parasismiques résistent mieux aux secousses, ce qui réduit la vulnérabilité des enjeux, donc le risque. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)

Méthode — pour raconter un séisme, j’enchaîne toujours dans le même ordre : contraintes → déformation lente → rupture le long d’une faille, au foyer → ondes sismiques → secousses à l’épicentre.

1. a)C’est une frontière de divergence : les deux plaques s’écartent. Le magma remonte dans l’axe de la dorsale, refroidit et se solidifie en basalte : il fabrique de la lithosphère océanique neuve, c’est l’accrétion. (1 pt : 0,5 pour la divergence, 0,5 pour basalte et accrétion) (1,2)
2. b)Durée : 2026 − 930 = 1 096 ans. Écartement : 1 096 × 2 = 2 192 cm, soit 21,92 m, environ 22 m. (1 pt : 0,5 pour la durée, 0,5 pour le résultat converti) (1,2)
3. c)Effusives : une fissure, des fontaines de lave et des coulées qui s’étalent, sans explosion ni nuée ardente décrite. L’Islande est sur une dorsale et au-dessus d’un point chaud : dans les deux cas, le magma est fluide et laisse ses gaz s’échapper. (1 pt : 0,5 pour le type justifié, 0,5 pour le lien avec la dorsale ou le point chaud) (1,2)
4. d)Signes précurseurs : les milliers de petits séismes et le soulèvement du sol. L’aléa (l’éruption, les coulées) n’a pas pu être empêché. L’évacuation a retiré les enjeux humains du danger : les habitants n’étaient plus exposés. Les digues ont réduit la vulnérabilité de la ville en déviant une partie de la lave, même si elles n’ont pas tout protégé. (1,5 pt : 0,5 pour les signes, 0,5 pour l’évacuation et les enjeux, 0,5 pour les digues et la vulnérabilité) (1,2)
5. e)L’axe des pôles est incliné d’environ 23° et garde la même direction pendant la révolution de la Terre autour du Soleil. En juin, l’hémisphère Nord est penché vers le Soleil : le Soleil monte haut et les journées sont longues (21 h à Reykjavik). En décembre, il est penché à l’opposé : le Soleil reste bas et les journées sont courtes (4 h). (1,5 pt : 0,5 pour l’axe incliné, 0,5 pour juin, 0,5 pour décembre) (1,2)

Méthode — pour juger une mesure de protection, je me demande sur quoi elle agit : presque jamais sur l’aléa, mais sur les enjeux (on les éloigne) ou sur leur vulnérabilité (on les rend plus résistants).

1. a)Avant : sous l’effet de contraintes, les roches bloquées de part et d’autre de la faille se sont déformées lentement en accumulant de l’énergie. Pendant : elles ont cassé brutalement et les deux blocs ont glissé d’environ 10 cm le long de la faille de la Rouvière, en quelques secondes ; l’énergie libérée est partie en ondes sismiques. Le foyer est l’endroit en profondeur où les roches ont cassé, entre 1 et 3 km ; l’épicentre est le point de la surface juste au-dessus, près du Teil. (1 pt : 0,5 pour l’avant et le pendant, 0,5 pour foyer et épicentre) (1)
2. b)Le foyer très peu profond (1 à 3 km au lieu de 5 à 15 km) : les ondes ont peu de chemin à parcourir avant la surface, elles s’affaiblissent peu. 2) Des bâtiments anciens (plus de la moitié des logements datent d’avant 1970), souvent peu résistants aux secousses, donc vulnérables. (1 pt : 0,5 par raison) (1)
3. c)7,8 − 4,9 = 2,9, soit environ 3 degrés. Énergie : 32 × 32 × 32 = 32 768, soit un ordre de grandeur d’environ 30 000 fois plus. (1 pt : 0,5 pour l’écart, 0,5 pour le calcul) (1)
4. d)Presque tous les séismes se produisent aux limites des plaques, mais pas tous. Le mouvement des plaques exerce des contraintes qui se transmettent dans la lithosphère : des roches peuvent casser le long d’une faille même loin d’une frontière, comme au Teil. Le risque est plus faible qu’aux Antilles, mais il n’est pas nul. (1 pt : 0,5 pour « pas tous », 0,5 pour l’explication) (1)
5. e)Par exemple : reconstruire ou renforcer les bâtiments selon les règles parasismiques (structures chaînées, fondations renforcées) ; informer et entraîner les habitants et les élèves aux bons gestes (s’abriter sous un meuble solide, puis sortir et rejoindre un lieu dégagé). (1 pt : 0,5 par mesure) (1)

Piège — une magnitude moyenne ne veut pas dire peu de dégâts : un foyer très peu profond sous des bâtiments fragiles peut donner une forte intensité.

1. a)La Terre (5,5 g/cm³) et Mars (3,9 g/cm³) ont une forte masse volumique : elles sont faites de roches et de métaux, ce sont des planètes telluriques. Jupiter (1,3 g/cm³, à peine plus que l’eau) a une faible masse volumique : elle est surtout faite de gaz, c’est une planète gazeuse. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1,25)
2. b)Granite 2,7, basalte 3,0, péridotite 3,3 : toutes ces roches ont une masse volumique inférieure à 5,5. Si la Terre n’était faite que de croûte et de manteau, sa masse volumique moyenne serait au plus d’environ 3,3 : il faut donc, à l’intérieur, une matière plus dense que 5,5. (1 pt : 0,5 pour la comparaison, 0,5 pour la conclusion) (1,25)
3. c)Le noyau, fait de fer et de nickel. Le fer (environ 7,9 g/cm³) est bien plus dense que 5,5 : un noyau métallique au centre, mêlé aux roches moins denses au-dessus, donne une moyenne de 5,5. (1 pt : 0,5 pour le noyau et sa composition, 0,5 pour la justification) (1,25)
4. d)Le champ magnétique dévie le vent solaire. 2) Sans lui, ce vent arracherait peu à peu l’atmosphère : la Terre l’a gardée. 3) Cette atmosphère retient une partie de la chaleur (effet de serre naturel) : la température moyenne est d’environ 15 °C, entre 0 et 100 °C. 4) L’eau peut donc rester liquide. (2 pts : 0,5 par étape) (1,25)

Astuce — une moyenne est toujours comprise entre la plus petite et la plus grande valeur : si toutes les roches connues sont moins denses que la moyenne, c’est qu’une partie cachée est plus dense.

1. a)La rotation de la Terre sur elle-même, en environ 24 h, qui fait alterner le jour et la nuit. L’explication est rejetée car la force invoquée est beaucoup trop faible : sans moteur crédible, la théorie est écartée. Le moteur admis aujourd’hui : la convection du manteau (et le poids de la plaque qui plonge en subduction). (1 pt : 0,5 pour la rotation, sa durée et sa conséquence, 0,5 pour le rejet et le moteur) (1)
2. b)3 000 ÷ 120 = 25 km par Ma, soit 25 ÷ 10 = 2,5 cm par an. C’est conforme : le cours indique que l’Atlantique s’élargit de 2 à 3 cm par an. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
3. c)Le plancher est fabriqué à la dorsale, puis s’en écarte : plus on s’en éloigne, plus il est vieux. Le plus vieux est donc près des côtes du Brésil et de l’Afrique. Il s’est formé quand l’océan a commencé à s’ouvrir : il a au plus environ 120 Ma. (1 pt : 0,5 pour le lieu justifié, 0,5 pour l’âge) (1)
4. d)Ce n’est pas le continent seul qui bouge : c’est une plaque lithosphérique entière, qui porte le continent sud-américain et une partie du plancher de l’Atlantique sud. Le continent ne laboure pas le fond de l’océan : à la dorsale, du basalte neuf est fabriqué entre les deux plaques qui s’écartent. (1 pt : 0,5 pour la plaque, 0,5 pour la dorsale) (1)

Erreur fréquente — Wegener avait raison sur le mouvement, mais pas sur son moteur ni sur ce qui bouge : ce sont des plaques, continent et fond océanique ensemble, et non les continents seuls.

1. a)Il ne fait pas froid au centre de la Terre : il y fait plus de 5 000 °C. Le noyau interne (fer et nickel) reste solide malgré cette température, parce que la pression y est énorme. (1 pt : 0,5 pour l’erreur, 0,5 pour la pression) (1)
2. b)Deux erreurs. Sur la Lune, un même lieu reste éclairé environ deux semaines, puis dans le noir environ deux semaines (environ 709 h d’un lever du Soleil au suivant), et non 24 h. Et la Lune est à la même distance du Soleil que la Terre : les écarts de température viennent de ces jours et nuits très longs et de l’absence presque totale d’atmosphère, qui ne retient pas la chaleur. (1 pt : 0,5 pour la durée du jour, 0,5 pour la distance et l’atmosphère) (1)
3. c)Deux erreurs. Sous terre, avec ses gaz dissous, c’est du magma ; on ne parle de lave qu’une fois sorti et débarrassé de la plus grande partie de ses gaz. Et le magma remonte parce qu’il est moins dense que les roches qui l’entourent. (1 pt : 0,5 + 0,5) (1)
4. d)7,8 est la magnitude : l’énergie libérée au foyer, une seule valeur pour le séisme. L’intensité décrit les effets en un lieu ; elle s’écrit en chiffres romains (de I à XII) et change d’un lieu à l’autre, en général plus faible loin de l’épicentre. (1 pt : 0,5 pour magnitude, 0,5 pour l’intensité qui varie) (1)
5. e)Au contraire : une forte secousse ou une mer qui se retire brusquement peuvent annoncer un tsunami. La rupture a soulevé le fond marin et déplacé la masse d’eau au-dessus : les vagues arrivent. Il faut s’éloigner aussitôt du rivage, à pied, vers les hauteurs. (1 pt : 0,5 pour le tsunami, 0,5 pour la conduite à tenir) (1)

Piège — une copie peut partir d’un fait juste (le noyau interne est solide, la mer se retire) et en tirer une explication fausse : je vérifie chaque « parce que » et chaque « donc » avec le cours, pas seulement les mots et les nombres.

1. a)Les séismes produisent des ondes sismiques qui traversent la planète. Elles changent de vitesse (ou s’arrêtent) quand elles changent de milieu : en analysant les ondes reçues par le sismomètre, on en déduit les enveloppes traversées, comme le noyau de Mars. (1 pt : 0,5 pour les ondes, 0,5 pour le changement de milieu) (1,25)
2. b)Un séisme est la rupture brutale de roches le long d’une faille, sous l’effet de contraintes. Sur Terre, la plupart de ces contraintes viennent du mouvement des plaques, mais des roches peuvent casser pour d’autres raisons. Le document 2 indique d’ailleurs que Mars n’a pas de plaques mobiles : ses séismes ne prouvent pas qu’elle en a. (1 pt : 0,5 pour la définition du séisme, 0,5 pour la conclusion appuyée sur le document) (1,25)
3. c)Des éruptions effusives : des coulées de lave fluide empilées, qui donnent un volcan très large, en pente douce. Sur Terre, le point chaud est fixe et la plaque pacifique avance au-dessus : chaque volcan est emporté, s’éteint, et un nouveau naît au-dessus du point chaud, d’où une chaîne d’îles de plus en plus vieilles. Sur Mars, la lithosphère ne bouge pas : le volcan reste au-dessus de la même source et la lave s’empile toujours au même endroit, d’où un seul volcan géant. (1,5 pt : 0,5 pour effusive justifiée, 0,5 pour Hawaï, 0,5 pour Mars) (1,25)
4. d)Juste : en environ 24 h 40 min, la rotation de Mars fait alterner le jour et la nuit presque au même rythme que sur Terre ; son axe incliné d’environ 25° lui donne des saisons. Faux : la conclusion. Être dans la zone habitable ne dépend pas des mouvements de la planète, mais de sa distance à l’étoile, donc de l’énergie reçue : Mars y est parce que 228 est compris entre 140 et 235. Et cela ne suffit pas : avec son atmosphère très fine, Mars reste à environ −60 °C, son eau est gelée. (1,5 pt : 0,5 pour le jour et la nuit, 0,5 pour les saisons, 0,5 pour la zone habitable liée à la distance) (1,25)

Méthode — pour comparer une planète à la Terre, je range chaque donnée à sa place : rotation → le jour et la nuit ; axe incliné → les saisons ; distance à l’étoile → zone habitable ; atmosphère → chaleur retenue. Être dans la zone habitable ne suffit pas.

1. a)A : dorsale (chaîne de montagnes sous-marine, séismes peu profonds, basalte de plus en plus vieux de part et d’autre). B : subduction (fosse océanique, foyers de plus en plus profonds en s’éloignant de la fosse). C : point chaud (en plein milieu d’une plaque, alignement d’îles éteintes de plus en plus vieilles). (1,5 pt : 0,5 par volcan avec deux indices) (1,25)
2. b)A et C : éruptions effusives, magma fluide (fissures et coulées pour A). B : éruptions explosives : le cône pentu et le dôme le montrent. En subduction, la plaque qui plonge entraîne de l’eau : le magma est riche en gaz et visqueux, les gaz restent piégés et la pression monte. (1 pt : 0,5 pour les trois types, 0,5 pour l’explication de B) (1,25)
3. c)Les îles sont de plus en plus vieilles vers l’ouest : la plaque se déplace vers l’ouest. 180 ÷ 2 = 90 km par Ma et 450 ÷ 5 = 90 km par Ma : même vitesse, 9 cm par an. En 3 Ma : 90 × 3 = 270 km ; emporté loin du point chaud, il ne sera plus alimenté : il sera éteint. (1 pt : 0,5 pour le sens et la vitesse vérifiée, 0,5 pour 270 km et l’extinction) (1,25)
4. d)La ville proche de B. Les enjeux sont les mêmes (200 000 habitants à 15 km) et rien n’indique qu’une ville soit mieux construite ou mieux préparée que l’autre : c’est l’aléa qui fait la différence. B, explosif, peut produire des nuées ardentes, qui dévalent les pentes à plusieurs centaines de km/h et qu’on ne peut pas fuir ; les coulées de C détruisent routes et maisons, mais laissent en général le temps de s’écarter. Face à une nuée ardente, des habitants restés sur place sont très vulnérables. Protection : un observatoire qui surveille les signes précurseurs (petits séismes, gonflement, gaz), un plan d’évacuation préparé et des exercices, pour partir avant l’éruption. (1,5 pt : 0,5 pour la ville justifiée par l’aléa, 0,5 pour l’usage correct d’enjeux et de vulnérabilité, 0,5 pour la protection) (1,25)

Astuce — un même indice ne suffit pas : je cherche au moins deux indices concordants (relief, profondeur des séismes, âge des roches, forme du volcan) avant de nommer le contexte.

1. a)Malo. La chaleur d’une éruption reste locale ; ce qui fixe la température de la Terre, c’est l’énergie reçue du Soleil et la chaleur retenue par l’atmosphère. Ici, le voile de particules renvoie une partie de la lumière du Soleil : la surface reçoit moins d’énergie et la température moyenne baisse (−0,5 °C en 1992), contrairement à ce que dit Inès. Seule une éruption explosive (magma visqueux, gaz piégés qui pulvérisent tout en cendres) peut projeter un panache jusqu’à 35 km ; le Pinatubo est un volcan de subduction de la ceinture de feu. (2 pts : 0,5 pour Malo, 0,5 pour l’énergie reçue, 0,5 pour l’éruption explosive, 0,5 pour son explication) (1,66667)
2. b)Hugo : ses données sont celles du cours et contredisent Emma. Le plancher océanique est fabriqué sans cesse aux dorsales (accrétion) ; en s’éloignant, il vieillit, refroidit et devient plus dense, puis il plonge dans le manteau en zone de subduction, où il est recyclé : il ne peut pas devenir très vieux. La lithosphère continentale, trop peu dense pour plonger, reste en surface : ses roches peuvent avoir des milliards d’années. Un océan peut être ancien, mais son fond est sans cesse renouvelé. (1,5 pt : 0,5 pour Hugo, 0,5 pour accrétion et subduction, 0,5 pour le continent qui ne plonge pas) (1,66667)
3. c)Jade pour les calculs : 2 × 1 000 = 2 000 cm = 20 m en 1 000 ans ; et 2 cm par an = 20 km par Ma : il faut bien 1 million d’années pour 20 km. Léo se trompe deux fois : ce n’est pas l’Europe seule qui bouge, mais une plaque (continent et morceau d’océan) ; et le manteau n’est pas liquide : la lithosphère repose sur l’asthénosphère, solide mais déformable. (1,5 pt : 0,5 pour Jade justifiée, 0,5 pour la plaque, 0,5 pour le manteau solide) (1,66667)

Erreur fréquente — un océan ancien n’a pas forcément un fond ancien : le plancher océanique est fabriqué aux dorsales et détruit dans les zones de subduction ; seuls les continents, trop peu denses pour plonger, gardent des roches de plusieurs milliards d’années.