Les sciences de la Terre dans les programmes de classe préparatoire BCPST

Programmes officiels de SVT pour les classes préparatoires BCPST, partie sciences de la Terre

Les programmes des premières années de classes préparatoires aux grandes écoles, applicables dès septembre 2013 sont parus au Bulletin officiel spécial n° 5 du 30 mai 2013 (ou pdf local), dont les programmes de SVT de BCPST 1ère année ( ou pdf local).

Les programmes complets de classes préparatoires aux grandes écoles, applicables dès septembre 2014 pour les deuxièmes années sont parus Bulletin officiel spécial n° 1 du 23 janvier 2014, dont les programmes de SVT de BCPST 1ère et 2ème années (ou pdf local).

Les indications horaires fournies en 2013 ont été reproduites. Aucune indication n'a été proposée pour les programmes de deuxième année.

Seuls les thèmes de sciences de la Terre sont repris ci-dessous. Pour la partie "sciences de la Vie", un regard de géologue sur les cycles biogéochimiques et sur l'évolution du vivant pourra compléter les informations strictement biologiques.

Les hyperliens (termes cliquables) renvoient à des listes de ressources issues de requêtes automatiques. Ces résultats peuvent être élargis ou affinés dans la page de résultat du moteur de recherche. Quelques ressources-clés sont aussi proposées à la fin de la présentation des grandes thématiques.

Les thèmes I à VI sont à traiter en première année, les thèmes VII et VIII en deuxième année.

I- La Terre, planète active (5h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

I-A Structure de la planète Terre (2h)

La Terre est constituée d'enveloppes concentriques solides, liquides et gazeuses qui se distinguent par leur nature et leurs propriétés physico-chimiques. Les principales enveloppes solides sont les croûtes, le manteau, le noyau (noyau externe et graine), la lithosphère, l'asthénosphère et le manteau inférieur. Les enveloppes fluides sont l'hydrosphère et l'atmosphère. La nature minéralogique du manteau varie avec la profondeur.

  • exploiter et relier des données permettant d'établir des discontinuités physiques ou chimiques dans le globe ;
  • exploiter et relier des données montrant la nature des enveloppes solides du globe ;
  • présenter un modèle radial de la Terre solide (modèle PREM) ;
  • exploiter des données géophysiques et expérimentales montrant les transitions de phase dans le manteau ;
  • relier l'architecture des silicates aux transitions de phase mantelliques ;
  • exploiter des données montrant la stratification des enveloppes fluides ; pour l'atmosphère, on se limite à troposphère et stratosphère.

L'étude des discontinuités s'appuie sur les connaissances acquises au lycée. Les travaux historiques permettant de les établir ne sont pas à connaître. L'architecture des silicates est introduite à propos de l'étude d'une transition de phase. La minéralogie du manteau n'est pas à connaître dans le détail. La diversité des structures silicatées n'est présentée dans la suite du programme que lorsque l'item l'exige.

I-B Dynamique des enveloppes terrestres (3h)

La dynamique des enveloppes terrestres est guidée par des transferts de chaleur interne et externe : conduction et convection. La convection mantellique, moteur des mouvements de plaques lithosphériques, est associée à l'expression d'une production de chaleur interne du globe.

La convection troposphérique, motrice des vents en surface, est associée à la redistribution latitudinale de l'énergie solaire incidente.

  • relier les grands événements géologiques et les frontières de plaques ;
  • relier les vents de surface à trois cellules latitudinales troposphériques ;
  • exploiter des données de tomographie sismique et les relier au contexte géodynamique ;
  • citer les principales sources de chaleur interne du globe ;
  • relier les propriétés des péridotites mantelliques ou du mélange gazeux atmosphérique à l'existence d'une convection ;
  • construire, à l'aide de donnés adéquates, un gradient géothermique ;
  • commenter un géotherme ;

L'étude de la dynamique du noyau n'est pas au programme. On signale simplement que cette dynamique est à l'origine du champ magnétique terrestre.

La construction de modèle cinématique n'est pas au programme.

L'équilibre vertical de la lithosphère sur l'asthénosphère est archimédien : l'isostasie. Il s'agit d'un équilibre dynamique qui peut être source de mouvements verticaux.

La modélisation des états équilibres permet de proposer des interprétations des reliefs et altitudes, que les données gravimétriques valident ou questionnent.

  • réaliser des calculs simples d'équilibre vertical archimédien dans des contextes géologiques : chaîne de montagne, rift continental ;
  • exploiter des cartes gravimétriques obtenues par altimétrie satellitaire. Le géoïde sera assimilé à une surface sur laquelle l'énergie potentielle de pesanteur est constante ; par contre sur cette surface, l'accélération de la pesanteur g peut varier ;

Réciproquement, cette connaissance permet de reconstituer des variations altitudinales inaccessibles à l'observation directe ou à travers d'autres instrumentations. Par exemple, les variations spatiales de petite longueur d'onde du géoïde marin reflètent les reliefs sous-marins.

  • relier des données permettant de proposer des hypothèses régionales en termes d'équilibre vertical ;
  • exploiter des données géologiques diverses permettant d'estimer une vitesse de remontée isostatique. L'ordre de grandeur de la durée d'un rééquilibrage isostatique sera connu .

Les notions de champ et de potentiel ne sont pas exigibles.

Liens -Travaux pratiques : « Structure dynamique du globe terrestre » / Métamorphisme (§ VII-B, en rapport avec les mouvements verticaux).

Quelques ressources :

II- Risques et ressources : les géosciences et l'Homme (2h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

II-A Les risques liés à la géodynamique terrestre (1h)

Les manifestations de la dynamique de la Terre présentent un caractère aléatoire, variable selon le phénomène et qui dépend de l'échelle (humaine ou géologique) à laquelle on l'envisage. Ces événements sont à l'origine d'un risque lorsqu'ils se produisent sur un site impliquant l'Homme et ses activités.

Les aléas sont divers : ils sont associés à des phénomènes liés à la géodynamique externe (éboulement, glissement, tempête, cyclones, tornades, inondations) ou à des phénomènes liés à la géodynamique interne (séismes, éruption volcanique, tsunami).

On se limite à des exemples de risques d'origine naturelle.

  • distinguer les concepts d'aléa, d'enjeu et de risque ;
  • présenter les concepts généraux sur un petit nombre d'exemples étudiés dans l'année (aucun exemple précis n'est imposé) ;
  • appliquer ces concepts à l'analyse d'une situation.

Liens - Les aléas volcaniques sont reliés à la partie V sur le magmatisme / Les aléas sismiques sont reliés à la partie I-B (dynamique des plaques lithosphériques) et à la partie sismogenèse de 2ème année (§ VII-A-2).

L'objectif est de montrer comment l'abord de ces questions nécessite la prise en compte des géosciences appliquées. Il s'agit seulement de montrer l'existence d'une diversité des aléas, mais en aucune manière de demander leur connaissance exhaustive, ni de leurs natures, ni de leurs répartitions géographiques, ni des mécanismes de chacun d'eux.

Les aléas liés à la géodynamique externe sont simplement énoncés sans analyse ni démonstration.

II-B Les ressources géologiques (1h)

L'homme puise dans les enveloppes terrestres solides de très nombreuses ressources inégalement réparties : eau, matériaux, minerais, ressources énergétiques. Ces inégalités conduisent à une adaptation de l'activité humaine aux conditions locales et à de nombreux échanges planétaires. Les connaissances géologiques éclairent les prises de décision concernant la recherche et l'exploitation de ces ressources.

Aucune exhaustivité n'est exigible. Aucun exemple précis n'est imposé ; dans la mesure du possible, certains exemples seront pris dans le contexte régional. Seule leur présentation très globale pourra être attendue.

  • montrer la diversité des ressources et l'inégalité des disponibilités locales ;
  • montrer l'existence de conséquences de cette inégalité sur l'activité humaine ;
  • lier l'objet géologique naturel et l'objet économique que constitue la ressource ;
  • distinguer les problématiques associées à une ressource locale abondante (granulats par exemple) et à une ressource plus rare nécessairement importée.

Liens - Travaux pratiques : informations sur les forages, les mines, les carrières… à partir de cartes géologiques (1ère et 2ème année)

Quelques ressources :

III- La géologie, une science historique (2h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

Les relations géométriques (superposition, recoupement, inclusions) permettent d'ordonner la chronologie de formations ou de phénomènes géologiques. La chronologie (ou datation) relative permet de situer les événements dans le temps les uns par rapport aux autres.

La biostratigraphie se fonde sur le contenu fossilifère des roches pour caractériser des intervalles de temps et les classer de façon relative.

La définition d'une unité stratigraphique se traduit par le choix d'une référence appelée stratotype. Les modifications paléontologiques sont les principaux critères pour établir des coupures de différents rangs dans les temps géologiques.

Les informations obtenues sur des séries sédimentaires éloignées sont mises en correspondance par des corrélations. Les méthodes de chronologie relative conduisent à l'établissement d'une échelle mondiale des temps géologiques, l'échelle chronostratigraphique.

  • établir et utiliser des relations géométriques pour déterminer une chronologie relative ;
  • extraire des informations à partir du contenu fossilifère d'une strate et d'une série sédimentaire ;
  • exploiter des données fournies pour établir un raisonnement chronologique et reconstituer une histoire ;
  • établir des corrélations entre différentes formations sédimentaires ; - présenter et exploiter les principaux caractères de l'échelle chronostratigraphique ;
  • discuter des problèmes liés à leur établissement et à leur utilisation (position des coupures, corrélations…) ;
  • présenter les différents types de stratotypes (dont les GSSP ou « clous d'or ») ;
  • définir les différents rangs de coupures de l'échelle stratigraphique ;
  • nommer les périodes.

Limite -

Aucune identification d'organisme fossile, ni aucune extension stratigraphique n'est à mémoriser ; les différents types de biozones ne sont pas au programme.

Les différentes coupures de l'échelle stratigraphique sont définies, mais la connaissance de leur nom se limite à celle des périodes.

La datation absolue, fondée essentiellement sur la radiochronologie, donne accès à la valeur de l'âge et étalonne l'échelle stratigraphique.

  • expliquer le principe de la datation radiochronologique à partir de deux méthodes K/Ar et Rb/Sr ;
  • justifier l'utilisation de différentes méthodes de radiochronologie en s'appuyant sur la comparaison des méthodes K/Ar et Rb/Sr et de leurs domaines d'application ;
  • expliquer l'intérêt de la construction d'une isochrone (système riche et roche totale).

Liens - Magmatisme (§ V) / Travaux pratiques : « La géologie, une science historique », « Exploitation des cartes géologiques », « Le magmatisme », « Le phénomène sédimentaire ».

Quelques ressources :

IV- La carte géologique (2h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

La carte géologique est une représentation bidimensionnelle de la nature et de la géométrie du sous-sol. Elle représente l'intersection d'un agencement à trois dimensions avec la surface topographique. Elle résulte de l'exploitation et de l'interprétation de diverses données : levers de terrain, photographies aériennes, forages, etc. Elle représente l'état des connaissances au moment de sa réalisation.

Les modèles numériques de terrain (MNT) permettent d'avoir une représentation de la topographie sous une forme adaptée à l'utilisation grâce à un calculateur numérique ; les systèmes d'information géographique (SIG) corrèlent les données géoréférencées et produisent des cartes topographiques et des cartes thématiques.

  • exploiter les légendes d'une carte géologique ;
  • établir des corrélations spatiales et temporelles ;
  • utiliser la diversité des échelles spatiales ;
  • repérer les indices d'exploitation (forage, mines, carrières) ;
  • croiser les informations provenant de cartes de types différents.

L'exploitation d'une notice complète (souvent très dense et dont la lecture est longue) n'est pas exigible.

L'exploitation de cartes géophysiques ne donnera pas lieu à des développements sur les aspects fondamentaux de la gravimétrie et du magnétisme.

Liens - § III et programme de 2ème année.

Les cartes géologiques de la France sont complémentaires dans leur échelle.

D'autres documents cartographiques sont plus thématiques ; en particulier les cartes géophysiques fournissent des renseignements de nature différente.

  • réaliser des coupes géologiques à main levée en région tabulaire et en région plissée en partant de profils topographiques fournis ;
  • confronter les données d'une carte (ou de plusieurs cartes) à d'autres données pour proposer des hypothèses explicatives ;
  • confronter les données de cartes thématiques diverses.

La réalisation de schémas structuraux sera faite en 2ème année en liaison avec l'étude des déformations, d'une chaîne de montagne et des grands ensembles structuraux de la France. L'utilisation des cartes thématiques sera également reprise dans l'étude des grands ensembles géologiques (océan, chaîne de montagne).

Cette partie est traitée en liaison avec les travaux pratiques « Les cartes géologiques », mais aussi à chaque fois que le sujet du programme traité s'appuie sur l'exploitation d'une carte en particulier géologique. De ce point de vue, l'organisation générale des séances de Travaux Pratiques figurant sous le titre « les cartes géologiques » est laissée au choix du professeur.

Quelques ressources :

V- Le magmatisme (8h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

V-A Les modes d'expression des magmas (2h)

La trace de l'activité magmatique peut être directe (roches magmatiques pour les systèmes fossiles, volcans, fumerolles, séismes pour les systèmes actifs) ou indirectes (auréoles de contact, hydrothermalisme associé). Les modes de gisement des roches magmatiques sont variés : intrusions plutoniques résultant de la cristallisation de magmas en profondeur et mises à l'affleurement, formations filoniennes ou formations volcaniques.

  • identifier le mode de gisement d'une roche par analyse de sa texture ;
  • identifier une roche magmatique plutonique par analyse de sa composition modale et la placer dans la classification de Streckeisen ;
  • identifier une roche volcanique par sa composition minéralogique et sa constitution chimique et la placer dans le diagramme TAS ;
  • expliquer le lien entre composition chimique et composition minéralogique d'une roche magmatique.

On se limite aux roches suivantes : basalte, gabbro, andésite, granodiorite, granite, rhyolite, trachyte.

Lien - § V-B-2

La chronologie de mise en place des roches magmatiques peut être établie par datation relative et par datation absolue.

  • établir une chronologie relative entre des formations magmatiques et leur environnement et/ou entre des formations magmatiques entre elles ;
  • exploiter des données radiochronologiques pour déterminer un âge absolu.

Les volcans actuels ou récents s'observent dans des environnements géodynamiques variés, principalement aux frontières de plaques (zones d'accrétion ou de subduction) mais aussi en domaine intraplaque. Les types de laves, majoritairement mises en place dans chaque contexte sont différents.

Les produits émis au niveau des volcans attestent de l'existence de différents types de dynamismes éruptifs.

Les différents dynamismes éruptifs sont déterminés par les caractéristiques physicochimiques des magmas émis (viscosité, teneur en gaz), ainsi que par les caractéristiques de la zone d'émission (topographie, présence d'eau phréatique, de glaces…). La prévention des risques volcaniques se fonde sur la connaissance des éruptions passées et sur la mise en place de réseau de surveillance.

Les roches magmatiques s'organisent en associations temporelles et spatiales (séries magmatiques) que l'on peut identifier à partir des caractéristiques des gisements et de critères pétrographiques ; leur étude permet de reconstituer le fonctionnement des systèmes magmatiques (cf. infra).

  • différencier un dynamisme effusif d'un dynamisme explosif par l'étude des édifices volcaniques et des produits émis ;
  • relier dynamismes éruptifs et caractéristiques physico-chimiques des magmas ;
  • identifier des risques volcaniques à partir d'études cartographiques, pétrologiques ou géophysiques ;
  • identifier un ensemble correspondant à une série magmatique à partir de différents critères (cartes, gisements, analyses chimiques, datation etc.).

Les observations sont conduites à l'échelle macroscopique et à celle des lames minces observées sous forme de photographies (LPNA, LPA). Les photographies sont légendées du nom des minéraux, l'objectif n'étant pas la reconnaissance de ceux-ci en lumière polarisée et analysée, mais la compréhension du système que constitue la roche, quant à sa formation, son origine et son histoire.

Liens - La détermination de l'âge absolu s'appuie sur les acquis des méthodes de chronologie (§ III) / Le rappel de l'établissement d'une isochrone Rb/Sr permet de comprendre la signification du rapport isotopique initial exploité dans la détermination des sources de magma.

V-B Processus fondamentaux du magmatisme (6h)

V-B-1 Production des magmas primaires

Les magmas sont des mélanges de fluides (silicates fondus, éventuellement sulfures, carbonates, gaz) et de solides (cristaux, enclaves). Ils sont formés par fusion partielle des roches crustales ou mantelliques et la composition du liquide primaire obtenu par fusion partielle dépend, au premier ordre, de la nature de la source et du taux de fusion.

La fusion partielle des péridotites mantelliques produit des liquides primaires de composition basaltique ; la fusion partielle de la croûte continentale (anatexie crustale) entraîne la production de liquides de composition granitique.

Les causes de la fusion partielle des matériaux varient selon les contextes géodynamiques.

  • mettre en relation la convergence de composition des premiers liquides produits lors de la fusion d'une source (manteau ou croûte) avec les propriétés thermodynamiques (eutectiques) ;
  • reconstituer les conditions de fusion (congruente et incongruente) de phases solides et d'apparition d'un liquide dans des diagrammes binaires et dans un diagramme ternaire ;
  • estimer un taux de fusion partielle à partir de données géochimiques ;
  • proposer des hypothèses sur les conditions de la fusion : décompression adiabatique, échauffement isobare ou hydratation ;
  • discuter l'origine et la source des magmas à partir de la mesure des rapports isotopiques initiaux en Sr et Nd ;
  • identifier l'existence de sources magmatiques différentes sur des arguments géochimiques ;

La connaissance de la diversité des sources mantelliques n'est pas exigible, pas plus que la diversité des sources magmatiques en zones de subduction.

V-B-2 Évolution des liquides

Une série magmatique est définie comme un ensemble de roches mises en place dans une même région, au cours d'un intervalle de temps relativement limité et présentant entre elles des liens génétiques.

Une série magmatique présente généralement un ensemble de roches, allant de termes basiques à des termes différenciés, de volumes respectifs souvent très différents et attestant d'une évolution de la composition des magmas (différenciation magmatique).

Deux mécanismes importants guident la différenciation magmatique : la cristallisation fractionnée et l'existence de mélange avec des solides (contamination) ou entre magmas.

La composition des liquides basaltiques initiaux et des roches différenciées obtenues conduit à définir trois séries magmatiques principales : les séries tholéiitique, calco-alcaline et alcaline.

La série tholéiitique caractérise le magmatisme des dorsales ainsi que celui de grands épanchements en domaines intraplaques océaniques ou continentaux. La série calcoalcaline caractérise les zones de subduction et demeure souvent à l'origine d'éruptions dangereuses. La série alcaline s'observe principalement en domaine intraplaque.

  • utiliser un exemple connu de série (au choix) pour présenter les concepts fondamentaux de série magmatique et de différenciation magmatique ;
  • argumenter la notion de série magmatique à partir de données chronologiques, pétrologiques et géochimiques ;
  • reconstituer l'évolution des phases solides et liquides dans une cristallisation à l'équilibre et dans une cristallisation fractionnée en mettant en relation les observations pétrologiques (ordre de cristallisation), les données géochimiques et diagrammes (diagrammes binaires à solution solide ou avec eutectique, diagramme ternaire) ;
  • exploiter des observations pétrologiques et des données géochimiques pour formuler et argumenter des hypothèses sur les processus pouvant guider une différenciation magmatique ;
  • identifier la nature d'une série magmatique en utilisant un diagramme de Harker et formuler des hypothèses sur le contexte géodynamique de mise en place d'ensembles magmatiques à partir de données pétrologiques, géochimiques, structurales ;
  • associer certains dynamismes étudiés au § V-A et la (les) série(s) observée(s).

Globalement :

  • exploiter des documents afin de proposer une (des) hypothèse(s) sur l'histoire régionale d'une série magmatique ;
  • expliquer les processus magmatiques dans le cadre de la formation de la lithosphère océanique.

Un seul exemple de série magmatique est utilisé pour définir les arguments en faveur d'une évolution par cristallisation fractionnée, associant données pétrologiques et données géochimiques (nature du magma initial, ordre de cristallisation…). La nomenclature des différents termes volcaniques et plutoniques des différentes séries n'est pas à mémoriser. Les mécanismes physiques pouvant expliquer le fractionnement des phases cristallisées, même s'ils sont mentionnés ne sont ni à argumenter, ni à connaitre.

L'existence d'autres processus susceptibles d'intervenir dans l'évolution de la composition d'un magma initial (injections successives, contamination par l'encaissant ou existence de mélanges) n'est abordée que pour discuter le modèle de base et amener à poser d'éventuelles hypothèses au regard d'autres observations ; la connaissance de ces processus n'est pas au programme.

Liens - Travaux pratiques : « magmatisme », « exploitation des cartes géologiques » / Gestion du risque volcanique (§ III) / Métamorphisme (§ VIII).

Quelques ressources :

VI- Le phénomène sédimentaire (12h)

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

VI-A Modelés des paysages et transferts de matériaux en surface (4h)

Les matériaux en surface sont soumis à de multiples processus d'altération qui engendrent des formations résiduelles, et d'érosion avec en particulier l’entraînement de produits par les eaux.

La diversité des modelés des paysages est liée à l'action relative de facteurs structuraux, lithologiques et climatiques.

  • analyser le modelé d'un paysage à partir de documents photographiques et cartographiques ;
  • identifier les principaux processus d'altération et d'érosion déterminant l'évolution d'un paysage ;
  • proposer des hypothèses sur l'influence possible des différents facteurs structuraux, lithologiques et climatiques dans l'évolution du paysage.

Le raisonnement est privilégié, construit sur un ou des exemples au choix, par exemple pris localement. Aucune connaissance exhaustive n'est attendue.

Des processus d'altération

Les principaux processus d'altération chimique par l'eau sont l'hydrolyse et la dissolution.

L'hydrolyse des silicates conduit à la formation d'argiles dont la nature est en relation avec l'intensité de l'altération, qui elle-même dépend du climat.

Les produits de l'altération sont différemment mobilisables, en particulier en fonction de leur solubilité.

  • identifier la nature des processus chimiques se produisant à l'échelle des roches et des minéraux ;
  • décrire les différents stades d'hydrolyse des feldspaths alcalins ;
  • relier sur ces exemples la diversité des produits d'altération, des conditions d'altération et celle des climats ;
  • utiliser le diagramme de Goldschmidt ;
  • analyser l'altération des roches carbonatées en s'appuyant sur l'équilibre des carbonates est ses éléments de contrôle ;
  • interpréter la présence éventuelle d'oxydes et d'hydroxyde de fer et d'aluminium (latéritisation) dans les formations résiduelles par l'intervention de processus d'oxydation et des facteurs qui l'influencent ;
  • mettre en relation les types d'altération avec les facteurs géologiques et environnementaux.

Érosion et entraînement de matière

En surface des continents, l'érosion se traduit par des flux de matières en solution (solutés) ou en suspension (particules) transportés par les fleuves et dépendant de la géologie des substrats, du climat, des êtres vivants ou des activités humaines.

  • exploiter des données pour quantifier des transferts de matières à la surface du globe ;
  • identifier et argumenter les facteurs guidant leur importance et leur distribution ;
  • expliquer sur un exemple l'impact des activités humaines sur les transferts de surface ;
  • proposer des hypothèses sur l'impact des activités humaines sur les transferts de surface.

On s'appuie sur les acquis de l'enseignement secondaire : « Le sol, un patrimoine durable » en Seconde, et « La disparition des reliefs » en Terminale. Néanmoins l'étude des sols n'est pas au programme. L'intervention de la biosphère sera simplement mentionnée.

L'étude des phyllosilicates se limite à distinguer le rapport Si/Al des différents types d'argile.

Liens - Ressources géologiques (§ III) : on montre que les processus d'altération peuvent générer des concentrations à valeurs de ressources (bauxite, nickel de Nouvelle-Calédonie). Néanmoins aucune connaissance sur ces gisements n'est exigible.

VI-B La sédimentation des particules et des solutés (4h)

Les dépôts de particules en suspension (sédiments détritiques) sont liés aux conditions hydrodynamiques des milieux et se produisent dans des environnements divers, lacustres, fluviatiles ou marins. Les sédiments présentent des structures et des figures sédimentaires diverses, à différentes échelles, traduisant les régimes hydrodynamiques.

Des courants gravitaires engendrent des turbidites.

  • analyser des formations superficielles continentales à partir de photographies et de cartes (topographiques et géologiques) pour en identifier l'origine et en comprendre la dynamique de mise en place et d'évolution ;
  • analyser des structures et des figures sédimentaires à partir de données expérimentales (diagramme de Hjulström) et d'observations actuelles pour en identifier l'origine et la dynamique de mise en place ;
  • analyser des structures et des figures sédimentaires en exploitant le diagramme de Allen ;
  • analyser la distribution de dépôts détritiques marins à partir de données cartographiques pour caractériser les principaux environnements de sédimentation en relation avec la dynamique de l'hydrosphère.

On se limite à la sédimentation détritique marine (environnements deltaïques, éventails sous-marins et milieux pélagiques).

La sédimentation des solutés est précédée d'une bioprécipitation ou d'une précipitation.

La sédimentation carbonatée résulte pour l'essentiel de l'activité d'êtres vivants : organismes produisant des tests et des coquilles ou bactéries provoquant des précipitations. Elle se produit surtout en domaine marin de plateforme et caractérise aussi les environnements récifaux. La sédimentation carbonatée pélagique est le fait de micro-organismes planctoniques. Les dépôts ne s'observent pas au-delà d'une certaine profondeur, qui définit la profondeur de compensation des carbonates variable d'une zone océanique à une autre.

La silice dissoute dans l'eau de mer peut être utilisée par des micro-organismes planctoniques (Radiolaires, Diatomées), ce qui alimente la sédimentation de boues siliceuses, non limitée par la profondeur et inégalement distribuée.

La précipitation de solutés en domaine lagunaire ou littoral, peut engendrer des évaporites (gypse, halite, sylvite) par concentration des solutions.

  • analyser les caractères d'une roche carbonatée pour en déduire l'origine et les conditions de formation ;
  • identifier l'origine et les facteurs de contrôle de la sédimentation carbonatée et siliceuse à partir de l'étude de la sédimentation pélagique.

En ce qui concerne les environnements carbonatés, on se limite à l'étude d'une plateforme et d'un milieu récifal.

  • mettre en relation la localisation et les caractères d'une séquence évaporitique avec les conditions chimiques de précipitation de sels.

Liens - Enseignement secondaire : L'existence d'une sédimentation de la matière organique a été présentée en classes de Seconde et Première. Les acquis pourront être brièvement rappelés sans être développés et sans faire l'objet d'interrogations au concours. / Ressources (§ III) : L'importance des concentrations sédimentaires dans les ressources naturelles (placers, évaporites) est évoquée, mais aucune connaissance n'est exigible à ce propos.

VI-C Bassins sédimentaires et formation des roches (4 h)

VI-C-1 Du sédiment à la roche : la diagenèse

 

Les bassins sédimentaires se développent dans des environnements géodynamiques subsidents ce qui entraine l'enfouissement des sédiments.

Au cours de cet enfouissement, les sédiments sont transformés en roches sédimentaires (diagenèse). Ces transformations sont marquées par des mécanismes physiques de compaction et par des mécanismes chimiques de précipitation, de dissolution ou de recristallisation.

  • caractériser des mécanismes de diagenèse à partir d'observations pétrologiques à différentes échelles et de données géophysiques et géochimiques ;
  • argumenter et présenter les transformations chimiques de la diagenèse sur l'exemple des carbonates (transformation de l'aragonite en calcite, dolomitisation).

Liens - L'étude de la diagenèse utilise des observations réalisées en Travaux Pratiques, en liaison notamment avec la classification des calcaires.

L'ensemble des caractères lithologiques et paléontologiques d'une roche sédimentaire constitue son faciès.

En particulier, l'ensemble des connaissances et des méthodes acquises doit permettre de :

  • déterminer différents types de roches sédimentaires en utilisant les classifications ad hoc et la classification granulométrique pour les roches détritiques terrigènes et la classification de Dunham pour les roches carbonatées ;
  • formuler des hypothèses sur l'environnement et/ou les mécanismes de dépôt de la roche à partir de l'analyse de ses caractéristiques lithologiques et paléontologiques.

On se limitera à l'identification chimique de roches carbonatées, à leur description macroscopique texturale (classification de Dunham) et à l'identification microscopique d'une matrice ou d'un ciment. La nature des grains carbonatés susceptibles d'être observés dans les roches proposées se limitera aux oolithes, à des microfossiles et à des bioclastes, la nature des fossiles n'étant en rien exigible.

Liens - Travaux pratiques : observation et analyse de roches sédimentaires en particulier calcaires / Ressources géologiques (§ III) : on montrera l'intérêt de ces études dans la recherche et l'exploration des ressources (eau, gaz, pétrole) / Enseignement secondaire : la diagenèse de la matière organique évoquée dans l'enseignement secondaire pourra être rappelée mais ne fera pas l'objet d'interrogations au concours.

VI-C-2 Organisation des corps sédimentaires et signification au sein des bassins

 

En plus des études de terrain, les formations sédimentaires d'un bassin peuvent être étudiées par forage. Elles sont aussi étudiées de manière indirecte par exploration sismique et enregistrements diagraphiques.

Le suivi d'une série sédimentaire permet de reconstituer l'évolution des caractères des milieux au cours du temps. Les corps sédimentaires peuvent s'organiser en séquences dont la géométrie et les faciès traduisent des variations relatives du niveau marin (variable eustatique dépendante du temps) et/ou des signatures tectoniques (variable dépendante du temps et de l'espace).

L'étude de la géométrie des corps sédimentaires permet de reconstituer des éléments de la dynamique du bassin sédimentaire.

Les seuls paramètres enregistrés dans les diagraphies et mentionnés seront le gamma-ray et l'outil "Sonic".

  • mettre en relation des données de diagraphies avec certains caractères des roches traversées ;
  • exploiter des documents sismiques et lithologiques permettant d'argumenter des facteurs qui contrôlent la géométrie des corps sédimentaires ;
  • réaliser l'analyse stratigraphique d'une série sédimentaire pour observer et décrire des séquences lithologiques correspondant à des environnements de dépôt (faciès littoraux, faciès distaux) ;
  • relier l'observation sur une même verticale de faciès différent avec le déplacement horizontal du système de dépôt et la présence éventuelle de discontinuités (surfaces d'érosion…) ;
  • définir les notions d'accommodation, de taux de subsidence, de niveau marin absolu et relatif ;
  • identifier les principaux corps qui se succèdent dans un cycle eustatique ;
  • identifier les dispositions géométriques correspondant à une progradation, une aggradation, une rétrogradation ;
  • analyser une coupe-profondeur correspondant à un cycle eustatique grâce à l'exploitation de la coupe-temps correspondante.

On se limite à la variable temporelle eustatisme ; le passage de la coupe-profondeur à la coupe-temps n'est pas exigible.

L'évolution des bassins subsidents s'effectue dans des contextes géodynamiques variés que l'on peut observer en régime de convergence, de divergence et de coulissage.

  • discuter les causes de la subsidence en relation avec le contexte tectonique et le poids des sédiments ;
  • réaliser des calculs simples de subsidence à partir du modèle d'équilibre vertical archimédien et à partir de données sédimentologiques des bassins.

Liens - Travaux pratiques : « Phénomène sédimentaire », « Exploitation des cartes géologiques » / 2ème année : L'étude des bassins sédimentaires se prolonge en 2ème année (marge passive, bassins sédimentaires de la France métropolitaine sur la carte au millionième) ; en 1ère année, on ne fera que mentionner les facteurs de contrôle intervenant dans le fonctionnement des bassins (apports de matériaux, eustatisme, tectonique).

Quelques ressources :

VII- Déformations de la lithosphère et transformations minérales associées

Sur la base d'observations d'objets réalisées en particulier sur le terrain, les études en laboratoire (mesures, expériences, modèles analogiques ou numériques…) permettent de comprendre des mécanismes et de relier les déformations repérées à différentes échelles avec leurs conditions de formation (lien à la tectonique, à la pétrographie, aux conditions dans lesquelles la déformation s'effectue). Réciproquement, la connaissance de ces éléments éclaire les données du terrain et participe à la construction des interprétations géologiques.

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

VII-A Déformations des matériaux de la lithosphère

VII-A-1 Rhéologie de la lithosphère

 

Les matériaux lithosphériques se déforment sous l'effet de la contrainte : la déformation est élastique, plastique ou cassante.

Les mécanismes de la déformation plane sont le cisaillement pur et le cisaillement simple.

  • définir déformation et contrainte ;
  • définir la déformation élastique, la déformation plastique, le fluage et la notion de rupture ;
  • reconnaître les deux mécanismes de la déformation plane à partir des structures ou microstructures d'identification ;

Les mécanismes intimes de la déformation à l'échelle cristalline tout comme les cercles et enveloppes de Mohr ne sont pas au programme.

Les propriétés mécaniques des roches sont dépendantes de leur compétence, des conditions thermodynamiques et de la vitesse de déformation. Ces propriétés mécaniques sont liées à la notion thermo-mécanique de lithosphère définie aux § I-A & I-B.

  • distinguer un comportement ductile et un comportement cassant ;
  • relier ces différents types de comportement à la compétence des roches, aux conditions thermodynamiques ainsi qu'à la vitesse de déformation ;
  • illustrer l'importance de la vitesse de déformation ;

Lien - § VII-B

Le comportement global de la lithosphère est déterminé par son enveloppe rhéologique. L'hétérogénéité verticale de comportement mécanique de la lithosphère continentale peut déterminer des niveaux de découplage.

  • établir un profil rhéologique de la lithosphère continentale à l'aide de la loi de Byerlee et des lois de fluage ;
  • discuter l'allure de ce profil en fonction du gradient géothermique local ;

Liens - § VII-B, § II

VII-A-2 Sismogenèse

 

L'étude des séismes et la prédiction du risque sismique passent par la description des événements et par de nombreuses mesures.

L'étude de quelques exemples récents, laissés au choix, permet de montrer la diversité des observations effectuées lors d'un séisme.

La relaxation rapide d'énergie accumulée par les déformations élasto-plastiques est responsable de la formation des séismes.

Pour un séisme donné, le mécanisme au foyer permet l'analyse de la géométrie de la faille et de son mouvement. L'étude d'un ensemble de mécanismes aux foyers dans une région donnée permet de caractériser le contexte tectonique. La distribution mondiale des séismes et l'étude des mécanismes au foyer renseignent sur la géodynamique globale.

  • exploiter des données de mécanismes au foyer ; par contre, la construction stéréographique d'un mécanisme au foyer n'est pas au programme ;
  • relier ces données aux contextes géodynamiques ;
  • exploiter et relier des données de géodésie spatiale (GPS et interférométrie radar) permettant la surveillance des failles actives et la quantification de l'aléa par mesure de l'accumulation de déformation autour de ces failles ;
  • relier les notions de magnitude et de temps de récurrence à la prédiction du risque sismique ;

Lien - § II

Les mesures de géodésie spatiale telles que le GPS et l'interférométrie radar permettent d‘évaluer les déplacements instantanés, de les comparer à ceux déterminés à l'échelle des temps géologiques et de préciser la connaissance de l'aléa.

  • utiliser des mesures géodésiques pour analyser les déplacements ;
  • comparer en ordre de grandeur les déplacements (temps, distance) ;

Les méthodes de géodésie spatiale ne sont pas au programme.

VII-A-3 Les objets de la déformation

 

La lithosphère est une mosaïque d'objets tectoniques d'échelles et de natures différentes : bombement et flexuration lithosphériques, plis, failles, microstructures associées.

  • décrire et identifier des objets tectoniques sur des documents cartographiques et photographiques ;
  • décrire et identifier des microstructures sur des échantillons et sur des photographies ;
  • réaliser des schémas structuraux et des coupes géologiques à main levée, le profil topographique étant fourni ;
  • établir, dans le cas des déformations coaxiales, le lien entre la déformation finie observée et l'orientation de la contrainte ;
  • relier l'analyse des microstructures à celle des transformations minéralogiques ;

Liens - Travaux pratiques, § VII-B

VII-B Les transformations minérales du métamorphisme

VII-B-1 Les associations minéralogiques indicatrices de pression et de température (2h)

 

Une roche de composition donnée exposée à un changement de température et/ou de pression est le siège de transformations minéralogiques. Ces transformations sont régies par les lois de la thermodynamique et de la cinétique chimique.

  • analyser et exploiter les représentations cartographiques du métamorphisme ;
  • exploiter les données de documents photographiques ;
  • identifier à l'œil nu des roches métamorphiques : schiste, micaschiste, gneiss, éclogite, migmatite, marbre ; d'autres roches peuvent être présentées (cornéennes, amphibolites…), mais leur reconnaissance macroscopique n'est pas exigible ;
  • exploiter et relier des données permettant de faire le lien entre déformation des roches et recristallisations ;

Les faciès métamorphiques sont des domaines de l'espace pression-température. L'association de minéraux stables dans un faciès constitue une paragenèse à l'équilibre. Ces assemblages dépendent de la nature de la roche originelle (protolithe). Des géobaromètres et des géothermomètres sont constitués par des réactions univariantes du métamorphisme, des minéraux index et par la distribution de certains éléments chimiques dans les phases minérales.

  • situer approximativement les limites des principaux facies métamorphiques : schistes verts, amphibolites, granulites, schistes bleus, éclogites ;
  • discuter de la pertinence du choix d'un géobaromètre ou d'un géothermomètre ;
  • exploiter des données de thermométrie et barométrie chimiques ;
  • utiliser une grille pétrogénétique fournie ;

Lien - § V-B-1

VII-B-2 Distribution spatiale des roches métamorphiques et variations temporelles des associations minéralogiques (3h)

 

La distribution spatiale des roches métamorphiques à l'échelle régionale permet d'identifier des séries métamorphiques, indicatrices d'un gradient géothermique local. Les mêmes méthodes peuvent être transposées à plus petite échelle dans le cadre du métamorphisme de contact.

  • exploiter la juxtaposition d'assemblages typomorphes dans une série métamorphique ;
  • déterminer un gradient d'enfouissement ;
  • relier les principaux gradients à des contextes géodynamiques ;
  • exploiter des données illustrant le cas particulier du métamorphisme de contact ;

L'étude des différentes paragenèses présentes dans une roche métamorphique et leur datation peut permettre de reconstituer un chemin P,T = f(t). Ce chemin fait apparaître des étapes progrades et des étapes rétrogrades, caractéristiques des conditions d'enfouissement et des conditions d'exhumation. Un chemin P,T = f(t) constitue une jauge de profondeur dans l'histoire tectonique d'une unité crustale.

  • exploiter des données pétrogénétiques et structurales pour proposer une hypothèse en terme de chemin P,T = f(t) ;
  • exploiter des assemblages typomorphes et des chemins P,T= f(t) dans le cadre d'une histoire régionale et dans celui de la géodynamique globale ;

La nature des séries métamorphiques et les reconstitutions de chemins P,T = f(t) sont étroitement liées à l'histoire géodynamique.

  • utiliser l'évolution dans le temps des associations minéralogiques pour éclairer l'exemple d'une chaîne de montagne en termes géodynamiques ;

Liens - Travaux pratiques, § VIII-B

Quelques ressources :

VIII- Étude de grands ensembles géologiques

Cette partie permet d'intégrer des données géophysiques, pétrologiques, géochimiques et sédimentologiques, acquises en 1ère année et en 2ème année, à la compréhension de quelques grands ensembles géologiques.

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

VIII-A L'océan

L'origine magmatique de la lithosphère océanique étant déjà connue, il s'agit seulement ici de montrer sa structure et son évolution minéralogique au contact de l'eau de mer lors de l'expansion océanique ainsi que son devenir thermomécanique. La formation de la lithosphère océanique, déjà abordée avec le magmatisme, ne fera pas l'objet de développement supplémentaire.

VIII-A-1 Structure et devenir de la lithosphère océanique

 

La lithosphère océanique présente une structuration verticale pouvant être reconstituée entre autres à partir de l'analyse d'un complexe ophiolitique.

Formée à l'axe des dorsales, elle interagit avec l'eau de mer ce qui entraîne l'apparition de phases hydroxylées.

  • relier le fonctionnement d'une dorsale (1ère année) à la structure de la lithosphère océanique qu'elle génère ainsi qu'à l'organisation d'un complexe ophiolitique ;
  • illustrer les échanges chimiques avec l'eau de mer ;

L'hydrothermalisme océanique n'est pas au programme dans sa globalité ; seuls sont exigibles des exemples permettant d'illustrer le tri géochimique : hydratation des minéraux de la croûte, échanges de Na et Mg. Les processus d'origine des fumeurs noirs et des sulfures métalliques associés ne sont pas au programme.

Lien - Magmatisme (§ V)

La subduction de la lithosphère océanique est liée à son évolution thermomécanique.

  • montrer le caractère gravitaire de la subduction ;
  • identifier des signatures de la subduction ;
  • relier diverses données permettant de discuter de la diversité des subductions ; par contre la connaissance exhaustive de cette diversité n'est pas au programme ;
  • exploiter ces connaissances dans l'identification de paléo-subductions ;

Liens - § VIII-B, § VIII-C

VIII-A-2 Les marges de l'océan

 

Une marge active montre des signatures géomorphologiques, géophysiques et pétrologiques.

  • identifier les indices d'une marge continentale active ;

Pour une marge passive, la subsidence thermique crée de l'espace disponible pour la sédimentation.

  • relier la géométrie d'une marge passive à son histoire ;

Lien - § VI-C

VIII-A-3 Le couplage océan atmosphère

 

L'océan est animé de courants de surface étroitement couplés aux courants troposphériques. Ce couplage thermomécanique est un déterminant majeur de climats.

  • illustrer le couplage océan-troposphère par un exemple (El Niño ou la mousson indienne) ;

Aucune connaissance supplémentaire sur les climats n'est exigible.

Lien - § I-B

VIII-B Une chaîne de montagnes

L'étude sera effectuée sur les Alpes franco-italo-suisses en se limitant à la partie visible sur la carte de France au millionième (dernière édition en cours).

Elle s'appuiera sur :

  • la carte au millionième ;
  • les cartes au 1/250 000 d'Annecy et de Gap ;
  • diverses cartes au 1/50 000 laissées au choix ;
  • la carte du métamorphisme alpin CCGM ;
  • la carte tectonique des Alpes et du métamorphisme alpin ;
  • la carte des anomalies de Bouguer (ou carte des anomalies gravimétriques) ;
  • le profil ECORS-CROP.

D'autres documents peuvent être utilisés, mais leur connaissance n'est pas exigible.

Une chaîne de montagnes est un édifice structuré dont l'étude et la compréhension nécessitent des observations de terrain et les apports de la géophysique. Elle montre des vestiges de son histoire paléogéographique ainsi que des indices d'épaississement et de raccourcissement. L'intégration des différentes informations permet de reconstituer les grandes étapes de l'histoire géodynamique de la chaîne.

  • identifier et exploiter des vestiges de domaines océaniques ;
  • identifier et exploiter des témoins de marge passive ;
  • identifier et exploiter des indices de raccourcissement et de décrochement ;
  • identifier et exploiter des indices d'épaississement ;
  • utiliser des témoins métamorphiques pour argumenter un diachronisme des subductions et construire, à l'aide des autres données, l'interprétation de cette chaîne en géométrie prismatique ;
  • identifier et exploiter des témoins de collision ;
  • identifier et exploiter des indices de la déformation actuelle ;
  • intégrer des informations pour reconstituer des éléments d'histoire d'une chaîne de montagnes ;

La connaissance chronostratigraphique des différents événements n'est pas au programme.

Lien - Travaux pratiques

VIII-C Étude de quelques grands ensembles structuraux français

VIII-C-1 Quelques grands ensembles structuraux de France métropolitaine

Pour la France métropolitaine, l'étude des exemples retenus dans le programme sera majoritairement effectuée sur la carte de France au millionième (dernière édition en cours) qui demeure le seul document dont la connaissance est exigible.

Outre les Alpes (§ VIII-B), la France métropolitaine montre quelques grands ensembles structuraux : autres chaînes de montagnes récentes, bassins sédimentaires, massifs anciens.

 

Par-delà leur unité, les bassins sédimentaires présentent des variations dans leur morphologie, leur structure profonde, leur origine et leur subsidence.

En s'appuyant sur l'exemple analysé en TP, on élargit à d'autres bassins pour montrer l'unité et la diversité des phénomènes (on se limite aux bassins parisien et aquitain et au fossé rhénan).

D'autres chaînes de montagnes récentes que les Alpes peuvent être repérées sur le territoire métropolitain.

La structure des chaînes autres que les Alpes n'est pas étudiée ; on se limite à les identifier sur la carte au millionième en les reliant aux cycles orogéniques concernés.

Un massif ancien est un vestige à l'affleurement d'une histoire tectonométamorphique plus ancienne. Les objets géologiques visibles à l'affleurement, bien que différents de ceux observés dans les chaînes récentes, permettent aussi d'accéder à l'histoire de cette chaîne.

Ni la structure, ni l'histoire des massifs anciens ne sont à mémoriser. On se limite à les identifier sur la carte au millionième en les reliant aux cycles orogéniques concernés.

VIII-C-2 Les îles océaniques françaises

Les îles océaniques sont des édifices géologiques issus d'un processus magmatique, dans un contexte géodynamique donné, ancien mais encore souvent actif.

Les seules connaissances exigibles sont celles établies dans les parties précédentes, y compris celles traitées en première année.

  • analyser un contexte géologique en croisant différentes références connues ou fournies ;

On se limite aux trois îles suivantes : Guadeloupe, Martinique, Réunion.

Quelques ressources :

Travaux pratiques

Travaux pratiques de première année (9 séances)

Le lien fort entre les différentes parties portant sur des thématiques générales (cartes, temps, risques, ressources) et les parties portant sur des objets ou processus géologiques étudiés en première année (magmatisme, phénomènes sédimentaires, etc.) ou en seconde année (métamorphisme, grands ensembles géologiques) invite à organiser les travaux pratiques avec la plus grande liberté en respectant le cadre horaire global.

Pour la première année, neuf séances de travaux pratiques sont définies, dont quatre au premier semestre.

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

Structure et dynamique du globe (1 séance)

  • étude de documents géophysiques permettant de remobiliser les acquis du lycée ;
  • exploitation de documents de tomographie sismique ;
  • exploitation de cartes de fonds océaniques (océan Atlantique ou océan Indien CCGM) ;
  • construction du gradient géothermique.

La géologie, une science historique (1 séance)

Cette séance pourra être envisagée en relation avec les séances prévues en IV (la carte géologique).

  • analyse des relations géométriques sur des supports divers (photographies d'affleurements, carte géologique) afin d'établir une chronologie relative entre formations ou événements géologiques ;
  • analyse de chronologie relative sur des documents fournissant des contenus faunistiques et l'extension stratigraphique des fossiles concernés ;
  • établissement de corrélations entre formations sédimentaires ;
  • mise en relation de formations sédimentaires avec l'échelle stratigraphique (identification de lacunes…) ;
  • exploitation d'une isochrone pour dater la fermeture d'un système (roches totales et système riche comme la biotite).

Les cartes géologiques (2 séances)

  • réalisation de coupes en région tabulaire (à main levée ou à l'aide d'un profil topographique fourni) ;
  • réalisation de coupes en région plissée (à main levée ou à l'aide d'un profil topographique fourni) ;
  • exploiter les informations visibles sur une carte (à l'exception de la notice) pour établir une histoire régionale simplifiée.

Magmatisme (2 séances)

  • analyse de paysages, d'affleurements et de cartes permettant de visualiser la diversité des modes d'expression du magmatisme ;
  • identifier à l'échelle macroscopique quelques minéraux : olivine, pyroxènes, amphiboles, feldspaths, quartz, micas ;
  • identification macroscopique raisonnée des roches magmatiques précédemment citées par l'étude de leur texture, de la minéralogie observable et de la mésostase ;
  • étude d'un exemple d'une série magmatique ;
  • réalisation d'exercices illustrant la diversité des sources, la variation du taux de fusion partielle ;
  • réalisation d'exercices illustrant deux moteurs de la différenciation magmatique : la cristallisation fractionnée et l'existence de mélanges.

Phénomène sédimentaire (3 séances)

  • le modelé des paysages : analyse de cartes et de documents faisant apparaître un modelé glaciaire ;
  • analyse d'une carte montrant des formations superficielles ;
  • analyse des formations superficielles fluviatiles ;
  • étude des roches sédimentaires (critères d'identification) ;
  • relations avec les conditions de mise en place : calcaires (avec classification), grès, argilites, marnes, bauxite, conglomérats, halite, gypse, houille ;
  • analyse d'observations pétrologiques et de données relatives aux transformations diagénétiques ;
  • calcul simple de taux de subsidence et analyse de l'évolution de la subsidence d'un bassin ;
  • observations de figures et structures sédimentaires ;
  • étude des séries sédimentaires à l'échelle d'un bassin ;
  • analyse de différents forages et diagraphies associées ;
  • établissement des corrélations entre les forages ;
  • analyse d'une coupe-profondeur et d'une coupe-temps associées à un cycle eustatique.

Classe de terrain

Le travail effectué sur le terrain permet d'établir le lien entre les objets réels et les différentes représentations utilisées en salle, dont en particulier les cartes.

Il permet aussi d'ouvrir sur la biologie (via l'analyse et la représentation du paysage en particulier) et sur les problématiques étudiées en géographie.

  • se localiser dans la topographie et dans la structure géologique ;
  • identifier, décrire, interpréter des objets géologiques à différentes échelles ;
  • reconstituer et représenter les objets dans les trois dimensions de l'espace ;
  • rendre compte sous différentes formes (photographies, croquis, textes…).

Travaux pratiques de deuxième année (6 séances)

Un ensemble de six séances de travaux pratiques est proposé en seconde année. L'écriture adoptée pour définir les exigibles du programme ne constitue pas une indication de séances à réaliser de façon linéaire. En relation avec ces approches multiples réalisées sur des objets complexes dans le cadre des travaux pratiques, le cours permet de structurer des synthèses et de poser les bases générales correspondant aux phénomènes étudiés ou aux grands ensembles décrits.

En effet, les contenus comme les savoir-faire définis sont interpénétrés ce qui amène à revenir à plusieurs reprises sur les différents éléments d'analyse. Par exemple, l'étude des déformations, pour laquelle aucune séance spécifique n'est définie, concerne les chaînes de montagnes récentes ou anciennes, étudiées en salle comme sur le terrain et peut être reliée aux transformations minérales du métamorphisme. Ces transformations sont inévitablement abordées à plusieurs reprises, dans les différents contextes. La réalisation de schémas structuraux, de coupes, l'interprétation des paysages impliquent un regard global et décloisonné et peuvent intervenir à différentes moments. Globalement, un équivalent de 3 séances environ concerne les Alpes, 3 séances les autres ensembles structuraux.

Connaissances clés à construire

Commentaires, capacités exigibles

Déformation des matériaux de la lithosphère

  • observation d'objets tectoniques sur différents supports (cartes géologiques, photographies, échantillons,…) et à différentes échelles ;
  • interprétation d'objets tectoniques, en termes d'ellipsoïde des déformations finies et, lorsque c'est possible, lien avec l'ellipsoïde des contraintes ;
  • utilisation des microstructures associées aux structures d'échelle supérieure ;
  • réalisation de schémas structuraux ;
  • réalisation de coupes géologiques à main levée sur des profils topographiques fournis ;
  • établissement d'un lien entre paysage et déformation ;
  • réalisation d'exercices permettant d'associer des données diverses (morphologiques, géophysiques, géologiques…) aux caractéristiques d'un contexte géodynamique ;
  • exploitation de données GPS et d'interférométrie radar permettant la surveillance des failles actives.

Les transformations minérales du métamorphisme

L'étude pratique des transformations minérales peut être envisagée en association avec les travaux portant sur les déformations, mais aussi en liaison avec l'étude de l'édifice alpin et des massifs anciens.

  • analyse et exploitation d'une carte géologique laissée au choix permettant l'étude d'une série métamorphique ;
  • analyse et exploitation de données montrant l'association métamorphisme – anatexie crustale ;
  • identification à l'œil nu des roches métamorphiques citées dans le § VII-B ;
  • exploitation de photographies de lames minces, les minéraux étant annotés ;
  • exploitation de données permettant de faire le lien entre déformation des roches et recristallisations ;
  • utilisation d'une grille pétrogénétique fournie ;
  • exploitation de données fournies de thermométrie et de barométrie chimiques ;
  • exploitation de données concernant une série métamorphique pour reconstituer un gradient géothermique d'enfouissement ;
  • exploitation de données pétrogénétiques et structurales pour proposer une hypothèse en terme de chemin P,T = f(t) ; exploitation de ces résultats dans le cadre d'une histoire régionale et dans celui de la géodynamique globale ;
  • utilisation de l'évolution dans le temps des associations minéralogiques pour éclairer une histoire métamorphique.

Les grands ensembles structuraux français

Structuration de l'édifice alpin

  • exploitation du profil ECORS Bresse – Jura – Alpes ;
  • exploitation de la carte au 1 000 000 de la France ;
  • exploitation des cartes au 1/250 000 d'Annecy et de Gap ;
  • réalisation de schémas structuraux et de coupes sur des cartes au 1/50 000 laissées au choix ;
  • exploitation de la carte du métamorphisme alpin CCGM (2004 ou 2012) ;
  • exploitation de la carte tectonique des Alpes 2012 ;
  • exploitation de la carte des anomalies de Bouguer (ou carte des anomalies gravimétriques).

Un exemple de massif ancien

  • réalisation de schémas structuraux à partir la carte de France au millionième ;
  • réalisation de schémas structuraux partiels sur des cartes à différentes échelles ;
  • réalisation de coupes géologiques à main levée, le profil topographique étant fourni ;
  • analyse et exploitation de données pétrologiques, tectono-métamorphiques…, permettant d'analyser une situation géologique.

Un exemple de bassin sédimentaire

On choisit un des trois bassins suivants : bassin parisien, bassin aquitain, fossé rhénan.

  • identifier les caractéristiques d'un bassin sédimentaire sur la carte au millionième ;
  • exploiter des données issues de documents complémentaires (cartes, données géophysiques et sédimentologiques…) permettant de comprendre l'origine et l'histoire géodynamique (subsidence) d'un bassin sédimentaire.

La connaissance de la chronologie des événements qui ont jalonné le remplissage sédimentaire n'est pas au programme.

Classe de terrain

Le travail effectué sur le terrain permet d'établir le lien entre les objets réels et les différentes représentations utilisées en salle, dont en particulier les cartes.

Il permet de mieux comprendre la géométrie et l'histoire des ensembles géologiques ; la situation géographique est laissée au choix (chaîne alpine, massif ancien, île océanique).

Ce travail permet aussi d'ouvrir sur la biologie (via l'analyse et la représentation du paysage en particulier) et sur les problématiques étudiées en géographie.

  • se localiser dans la topographie et dans la structure géologique ;
  • identifier, décrire, interpréter des objets géologiques à différentes échelles ;
  • reconstituer et représenter les objets dans les trois dimensions de l'espace ;
  • rendre compte sous différentes formes (photographies, croquis, textes…) ;
  • passer de la réalité complexe du terrain à des représentations simplifiées correspondant à des hypothèses explicatives.