Terminale · SVT, spécialité
Contrôle n°5 — Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Devoir surveillé sur les flux géothermiques, la structure interne et la thermodynamique du globe terrestre.
1h30 · Difficile · 3 exercices · Barème sur 20 points
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Sujet
Travaille d’abord sans consulter le corrigé. Note tes réponses et les étapes de ton raisonnement.
Exercice 1 — Concepts fondamentaux (4 points)
1. Le gradient géothermique moyen continental est d'environ :
a) 1°C/km
b) 3°C/100m
c) 30°C/km
d) 100°C/km
2. La convection dans le manteau est possible car :
a) La péridotite est un solide rigide.
b) La péridotite se comporte comme un fluide sur des échelles de temps géologiques.
c) Le noyau externe est liquide.
d) La croûte est fracturée.
3. La principale source de chaleur interne de la Terre aujourd'hui est :
a) L'accrétion primitive.
b) La différenciation.
c) La radioactivité des roches.
d) Le refroidissement séculaire.
4. Une anomalie thermique positive locale peut être due à :
a) Un flux géothermique faible.
b) La remontée d'une dorsale.
c) La présence d'un magma en intrusion.
d) La subduction d'une plaque froide.
Exercice 2 — Analyse de documents : flux à la dorsale et en zone de subduction (8 points)
Document 1 : Carte des flux géothermiques à la surface du globe. Les dorsales présentent des flux très élevés (>> 100 mW/m²). Les fosses de subduction présentent des flux très faibles (< 40 mW/m²).
Document 2 : Coupe schématique d'une zone de subduction montrant la plaque océanique froide plongeante.
Questions :
1. Interprétez les valeurs de flux élevé au niveau des dorsales.
2. Interprétez les valeurs de flux faible au niveau des fosses océaniques.
3. En utilisant le document 2, expliquez pourquoi le flux reste faible même à l'arrière de la fosse, là où on pourrait s'attendre à un flux élevé dû au magma des volcans de la cordillère.
Exercice 3 — Rédaction : Bilan thermique et évolution de la Terre (8 points)
En vous appuyant sur les sources de chaleur et les mécanismes de transfert, expliquez comment le bilan thermique de la Terre a évolué depuis sa formation et quelles en sont les conséquences sur sa dynamique interne actuelle et future.
Corrigé et barème
Le total du barème est de 20 points. Les réponses rédigées admettent plusieurs formulations pertinentes ; compare le raisonnement, pas seulement les mots.
Exercice 1 — Concepts fondamentaux : 4 points
1. c) 30°C/km (soit 3°C/100m).
2. b) La péridotite du manteau asthénosphérique se comporte comme un fluide très visqueux sur le long terme, permettant la convection.
3. c) La désintégration des isotopes radioactifs (U, Th, K) dans le manteau et la croûte.
4. b) et c) sont correctes. Une dorsale et une intrusion magmatique apportent de la chaleur. La subduction d'une plaque froide crée une anomalie négative.
Exercice 2 — Analyse de documents : flux à la dorsale et en zone de subduction : 8 points
1. Le flux élevé aux dorsales est dû à la remontée de matériel mantellique chaud (asthénosphérique) par convection. La formation de lithosphère océanique nouvelle et le refroidissement du magma basaltique libèrent aussi de la chaleur.
2. Le flux faible dans les fosses est dû à la subduction de la lithosphère océanique ancienne, froide et dense, qui plonge et absorbe la chaleur de son environnement.
3. À l'arrière de la fosse, malgré le volcanisme d'arc lié à la fusion partielle du coin du manteau, le flux de surface reste modéré car la plaque plongeante froide constitue un "écran thermique". Elle est un puits de chaleur et la chaleur dégagée en profondeur par la fusion met du temps à se diffuser jusqu'à la surface à travers cette plaque froide.
Exercice 3 — Rédaction : Bilan thermique et évolution de la Terre : 8 points
À sa formation, la Terre possédait une chaleur primordiale considérable (accrétion, différenciation cœur/manteau). Cette chaleur était évacuée principalement par une convection mantellique très vigoureuse. Avec le temps, cette réserve s'épuise par refroidissement séculaire. Aujourd'hui, la source principale est la chaleur radiogénique (désintégrations), en déclin lent car les isotopes radioactifs se consument. Les transferts se font par convection dans le manteau (majoritaire) et le noyau externe (générateur du champ magnétique), et par conduction dans les lithosphères rigides. La baisse progressive du flux thermique global conduit à un ralentissement de la convection, donc de la tectonique des plaques, et au refroidissement du noyau, ce qui à terme (milliards d'années) stoppera la géodynamo et la tectonique.
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