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Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique
Indices et archives des climats passés lus par l’actualisme (roches, moraines, paléolatitude), thermomètre isotopique (δ¹⁸O des glaces et des carbonates marins), carottes de glace et âge de l’air, pollens, faune et mégafaune des peintures rupestres, datation des archives, convergence et discordances des indices sur le dernier maximum glaciaire et l’Holocène.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité SVT Terminale
Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances ★★
(6 pts)Répondez à chaque question par un texte structuré (introduction, développement organisé, conclusion), appuyé sur des exemples précis. Un schéma est attendu à la question 1.
- a)Expliquez comment le rapport isotopique de l’oxygène de la glace polaire et celui des tests de foraminifères permettent de reconstituer les variations climatiques, et pourquoi ces deux indices varient en sens inverse. Un schéma du trajet de l’eau, de l’océan aux calottes, est attendu.
- b)Présentez les méthodes qui permettent de dater les archives du climat, en précisant pour chacune les archives concernées et ses limites.
Exercice 2 – Températures antarctiques et âge de l’air ★★
(6 pts)Document 1 — Dans une carotte antarctique, le δD de la glace vaut −399 ‰ dans un niveau récent et −451 ‰ dans un niveau profond. Sur ce site, on admet que le δD varie de 6,5 ‰ par °C.
Document 2 — Le niveau profond est daté de 27 300 ans ; le décalage glace-gaz y vaut 3 600 ans.
Document 3 — Dans ce même niveau profond, la glace présente un pic de sulfates.
- a)Indiquez lequel des deux niveaux s’est formé en période glaciaire, en justifiant par le fractionnement isotopique.
- b)Calculez l’écart de température entre les deux niveaux.
- c)Calculez l’âge de l’air des bulles du niveau profond, en justifiant le sens de la correction.
- d)Expliquez comment le pic de sulfates peut servir à dater la carotte et à la relier à d’autres archives.
Exercice 3 – Du dernier maximum glaciaire à l’Holocène ★★★
(8 pts)Document 1 — Pourcentages de pollens de deux niveaux d’une tourbière : niveau A (12 900 ans) : pin 32, bouleau 15, armoise 24, graminées 23, chêne-tilleul-orme 6 ; niveau B (8 600 ans) : pin 12, bouleau 6, armoise 3, graminées 10, chêne-tilleul-orme 69.
Document 2 — δ18O de foraminifères benthiques : 3,28 ‰ aujourd’hui, 4,96 ‰ à 18 000 ans, 3,12 ‰ à 124 000 ans. On admet que 1,2 ‰ de l’écart entre 18 000 ans et aujourd’hui est dû au volume des glaces, et que 0,1 ‰ ainsi dû correspond à 10 m de niveau marin.
Document 3 — La tourbe s’accumule en moyenne de 0,3 mm par an ; le niveau B est à 2,58 m sous la surface.
- a)Calculez, pour chaque niveau du document 1, le pourcentage d’herbacées steppiques et celui d’arbres thermophiles, puis décrivez le paysage et le climat.
- b)Identifiez le niveau glaciaire du document 2, expliquez les deux causes de son δ18O élevé, puis calculez la baisse du niveau marin à 18 000 ans.
- c)Vérifiez l’âge du niveau B à l’aide du document 3, puis discutez l’hypothèse utilisée.
- d)Montrez que ces documents convergent vers un climat glaciaire suivi du réchauffement de l’Holocène, et expliquez pourquoi l’extension de la chênaie peut être postérieure de plusieurs siècles au réchauffement.
Bon courage !
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Corrigé et barème – Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité SVT Terminale
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances ★★
(6 pts)- a)Définition : δ18O = (Réch ÷ Rréf − 1) × 1 000, en ‰, avec R = 18O/16O. Fractionnement : H216O s’évapore plus facilement, H218O se condense en premier ; en allant vers les pôles, la vapeur perd son 18O à chaque précipitation, d’autant plus que l’air est froid. Glace : δ18O bas = froid ; relation à peu près linéaire (≈ 0,7 ‰ par °C au Groenland ; δD ≈ 6 ‰ par °C en Antarctique) : thermomètre de la température locale. Foraminifères : en période glaciaire, l’eau riche en 16O est stockée dans les calottes, l’océan s’enrichit en 18O ; la calcite formée en eau froide en incorpore aussi davantage : δ18O élevé = glaciaire, reflet surtout du volume des glaces. Miroir : c’est la même eau, partagée entre calottes et océan. Schéma : océan → évaporation (vapeur appauvrie) → précipitations successives → neige polaire très appauvrie → calottes ; océan enrichi en 18O. (3)
- b)Comptage de couches annuelles : glace (alternances saisonnières de poussières, de δ18O, d’acidité), varves des lacs ; âge absolu, moins précis en profondeur (couches amincies). Carbone 14 (T = 5 730 ans) : bois, tourbe, pollens, tests de foraminifères ; jusqu’à environ 50 000 ans, sensible aux contaminations près de cette limite. Marqueurs : cendres et pics de sulfates d’une éruption datée, inversions du champ magnétique dans les sédiments marins ; ils synchronisent des archives éloignées. Vitesse de sédimentation et interpolation entre repères : supposent une vitesse constante, risquées hors des repères. Les méthodes se contrôlent mutuellement. (3)
Piège — Lire une hausse du δ18O des foraminifères comme un réchauffement : c’est l’inverse de la glace.
Exercice 2 – Températures antarctiques et âge de l’air ★★
(6 pts)- a)Niveau profond : −451 ‰ < −399 ‰. La vapeur perd ses molécules lourdes à chaque condensation sur le trajet vers le pôle ; plus l’air est froid, plus la condensation est poussée et plus la neige est appauvrie. Le niveau profond, plus appauvri, s’est formé sous un air plus froid : période glaciaire. (1,5)
- b)Écart : 451 − 399 = 52 ‰ ; ΔT = 52 ÷ 6,5 = 8 °C de moins dans le niveau profond (température locale, au-dessus de l’Antarctique). (1,5)
- c)L’air n’est piégé qu’à la base du névé, où il circule encore : il est plus jeune que la glace qui l’entoure. Âge de l’air : 27 300 − 3 600 = 23 700 ans. Pour comparer CO2 et température à une même date, on associe cet air à la glace de 23 700 ans, située plus haut. (1,5)
- d)Le pic signale une grande éruption volcanique. Si elle est datée par ailleurs (archives historiques, cendres datées, comptage dans une autre carotte), ce niveau reçoit un âge ; reconnue dans d’autres archives (autre carotte, sédiment lacustre), elle devient un repère de même âge qui les synchronise. (1,5)
Méthode — Âge de l’air = âge de la glace − décalage : on retire, on n’ajoute pas.
Exercice 3 – Du dernier maximum glaciaire à l’Holocène ★★★
(8 pts)- a)A : herbacées steppiques 24 + 23 = 47 %, thermophiles 6 % ; B : herbacées 3 + 10 = 13 %, thermophiles 69 %. Par actualisme : A = steppe avec pins et bouleaux épars (le pin, surreprésenté, n’indique pas une pinède) → climat froid et sec ; B = chênaie mixte → climat tempéré, doux et humide. (2)
- b)18 000 ans : δ18O maximal (4,96 ‰) → niveau glaciaire. Causes : le 16O, qui s’évapore plus facilement, est stocké dans les calottes, l’océan s’enrichit en 18O ; la calcite formée en eau plus froide incorpore davantage de 18O. Baisse : 1,2 ÷ 0,1 = 12 ; 12 × 10 = 120 m. Le niveau de 124 000 ans (3,12 ‰ < 3,28 ‰) est un interglaciaire à calottes un peu plus réduites qu’aujourd’hui. (2)
- c)2,58 m = 2 580 mm ; 2 580 ÷ 0,3 = 8 600 ans : l’âge est confirmé. Hypothèses : vitesse constante, surface d’âge nul, tassement négligé ; or l’accumulation de tourbe dépend du climat et de la végétation : il faut une datation indépendante (carbone 14 sur la tourbe, sous 50 000 ans). (2)
- d)Convergence : à 18 000 ans, océan enrichi en 18O et mer 120 m plus bas (calottes étendues) ; à 12 900 ans, steppe froide en Europe ; à 8 600 ans, chênaie tempérée, et aujourd’hui δ18O bas (calottes réduites) : des archives indépendantes (sédiment marin, tourbière) décrivent la même évolution, d’un climat glaciaire au réchauffement de l’Holocène (depuis 11 700 ans). Retard : les arbres thermophiles doivent recoloniser la région depuis leurs zones refuges, croître et former des sols : la végétation répond au climat avec retard, et le pollen date l’arrivée de la forêt, pas celle du climat doux. (2)
Piège — Prendre un fort pourcentage de pin pour une pinède : son pollen voyage loin.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de spécialité SVT Terminale en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique » : 3 exercices, 120 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Mobiliser ses connaissances ★★/ 6 pts
- Exercice 2 — Températures antarctiques et âge de l’air ★★/ 6 pts
- Exercice 3 — Du dernier maximum glaciaire à l’Holocène ★★★/ 8 pts
Notions évaluées
Indice paléoclimatique, archive, principe d’actualisme, paléolatitude, tillite, moraine, moraine frontale, front morainique, bloc erratique, roche striée, vallée en U, évaporite, charbon, bauxite, calcaire récifal, loess, isotope, ¹⁸O, ¹⁶O, rapport isotopique, δ¹⁸O, référence, fractionnement isotopique, thermomètre isotopique, deutérium, δD, foraminifère benthique, foraminifère planctonique, volume des glaces, carotte de glace, Vostok, EPICA, névé, bulles d’air, décalage glace-gaz, poussières, sulfates, pollen, exine, diagramme pollinique, herbacées steppiques, arbres thermophiles, surreprésentation du pin, retard de la végétation, coléoptères, coraux, mégafaune, peintures rupestres, couche annuelle, varve, carbone 14, demi-vie, marqueur, cendres volcaniques, inversion magnétique, vitesse de sédimentation, interpolation, convergence d’indices, dernier maximum glaciaire, Holocène, paléoniveau marin, Acropora palmata, terrasse fluviatile, petit âge glaciaire, corrélation, cause.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (24 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 120 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique » ?
- 120 minutes pour 3 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 120 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spécialité SVT de terminale ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique » du programme officiel de spécialité SVT en terminale, soit : indice paléoclimatique, archive, principe d’actualisme et ses limites ; indices sédimentaires et glaciaires (tillite, moraines et cartographie des fronts morainiques, blocs erratiques, évaporites, charbon, bauxite, récifs, loess), paléolatitude ; thermomètre isotopique : δ¹⁸O, fractionnement, glaces arctiques et antarctiques, carbonates des sédiments océaniques, δD ; carottes de glace : indices, névé, âge de l’air et de la glace ; pollens et diagrammes polliniques, foraminifères, coraux, coléoptères, mégafaune des peintures rupestres ; datation : couches annuelles, varves, carbone 14, marqueurs, vitesse de sédimentation ; convergence d’indices sur le dernier maximum glaciaire et le réchauffement de l’Holocène, paléoniveaux marins, indices pas toujours cohérents (terrasses fluviatiles, petit âge glaciaire).
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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