SESSION 2008

OLYMPIADES  DES GEOSCIENCES

ACADEMIE  DE CAEN

Durée de l’épreuve : 4h.

Le sujet se compose de quatre exercices notés sur dix points chacun.

Il comporte de nombreux documents mais leur exploitation et les réponses attendues sont courtes.

Les pages 9 et 17 sont à rendre avec la copie.

La calculatrice est autorisée.

DOCUMENT 1 : Deux paysages actuels entre Marseille et La Ciotat et leur positionnement relatif

DOCUMENT 2: Les grés cénomaniens de la falaise du château de Cassis (13)

DOCUMENT 3: Un sable de plage actuelle (Plage de Cavalière-Var)

DOCUMENT 4 : Le calcaire cénomanien à rudistes de la Bédoule (13)

Valve inférieure	Section   transversale	C2. Cénomanien C2 R Calcaires à rudistes qui ont livré une riche faune : Caprina adversa, Ichtyosarcolithes triangularis, Apricardia carantonensis, Sphaerulites foliaceus, Sauvagesia nicaisei. On recueille aussi des lamellibranches (Chondrodonta joannae), des Madréporaires, des Spongiaires, des Orbitolines (Orbitolina conica)
	Doc 4a : rudistes (x 0,5)	Doc 4b  Extrait de la notice explicative de la carte  géologique Aubagne-Marseille 1/50 000

Doc 4c : Reconstitution et organisation de la coquille des Rudistes. (d’après Pour la Science)

1°) A partir des informations apportées par l’exploitation des documents 2 et 3, préciser le paléoenvironnement  sédimentaire à l’origine de la formation des grès du Cénomanien (Crétacé) de Cassis (document 1a)

2°) A partir des informations apportées par le document 4, préciser le paléoenvironnement sédimentaire à l’origine de la formation du calcaire à rudistes du Cénomanien (Crétacé) de La Bédoule (document 1b).

3°) Justifiez à partir des réponses précédentes que la paléogéographie de cette région il y a 95 millions d’années (Crétacé) était inversée par rapport à la géographie actuelle.

On se propose maintenant d’expliquer l’origine de cette inversion de géographie.

DOCUMENT 6 :  données de sismique réfraction au large du Golfe du Lion.

DOCUMENT 7 : âge de la croûte océanique et/ou croûte continentale très amincie du Golfe du  Lion. (Inspiré de REHAULT et al. 1984,  in Géologie au cycle central – CRDP Aix-Marseille 1999)

4°) A partir de l’analyse des données fournies par les documents 5, 6 et 7,proposez une explication de la position actuelle de la Corse et la Sardaigne.

5°) En quoi vos réflexions précédentes apportent –elles une réponse au problème initial soulevé par la disposition spatiale des grès et du calcaire à rudistes du Cénomanien dans la région de Cassis ?

6°) Calculer à partir des informations du document 7 le taux d’expansion océanique (en cm.an^-1) de cette portion de la mer méditerranée au début du Miocène ( Burdigalien 21 à 16 Ma).

EXERCICE 2

Rome ne fut pas construite en un jour…

« Ville éternelle », capitale d’un empire auquel elle donna son nom, Rome a conservé de son passé des trésors comme le Colisée qui lui valent d’être considérée comme la première ville musée du monde. On s’attardera cependant sur deux autres monuments, les colonnes de Marc Aurèle et de Trajan réalisées au II^ème siècle (document 1). Situées en deux points distincts de la ville, ces colonnes, d’une trentaine de mètres de haut, sont décorées d'une frise continue en bas-reliefs enroulée en spirale jusqu'au sommet montrant des scènes de batailles et des groupes d'ennemis vaincus durant les guerres menées par les Romains.

·         Première question

L’examen attentif des bas reliefs de ces colonnes montre aujourd’hui une anomalie pour l’une d’entre elles. Surligner directement sur le document 1 ces anomalies que l’on va chercher à expliquer.

1^ère partie : Etude d’anomalies du mouvement du sol

La région de Rome a toujours connu une certaine sismicité. Le réseau sismologique de surveillance permet de comparer les sismogrammes lors d’évènements sismiques récents.  Le document 2 correspond aux sismogrammes enregistrés sur deux stations localisées au Nord Est de Rome lors d’un séisme récent local. Le document 3 représente le résultat d’une modélisation d’élèves de première S réalisée à l’occasion d’un TPE.

·         Deuxième question

Mettre en relation les informations tirées des documents 2 et 3 pour formuler une hypothèse explicative aux différences constatées sur les sismogrammes des stations sismologiques.

2^ème  partie : Retour aux colonnes impériales

La ville de Rome a connu, dans son illustre passé, quelques séismes majeurs destructeurs. La fin de l’Empire romain fut notamment marquée par d’importants tremblements de terre (en 442 et en 508), qui provoquèrent de graves dommages dans la ville impériale. Le document 4 localise, dans Rome, l’emplacement des colonnes impériales

·         Troisième question

A partir de l’ensemble des documents 1 à 4, expliquer pourquoi l’anomalie n’est constatée que sur une des deux colonnes.

3^ème  partie : Et demain …

Aujourd’hui, Rome n’est plus seulement la cité de marbre laissée par les empereurs romains, elle est devenue capitale de l’Italie et connaît une expansion urbaine peu commune et souvent incontrôlée. Durant tous ces siècles, la ville de Rome et sa région ont connu et connaissent encore de multiples secousses telluriques. Un aléa sismique qu’il convient de mieux appréhender au moment où l’agglomération urbaine est peuplée par près de quatre millions de personnes.

·         Quatrième question

Expliquer les dommages constatés, reportés sur le document 5, suite à un  important séisme dans les Apennins en 1915.

·         Cinquième question

La ville de Rome vous consulte en tant que géologue, quels conseils réalistes pourriez-vous donner, d’après l’ensemble des documents, pour guider les responsables de l’urbanisation dans cette ville.

Document 1 : Les colonnes impériales aujourd’hui (source : Wikipedia)

Document 2 : Enregistrements obtenus pour un même séisme en deux endroits.

Ces deux stations sont équidistantes du foyer du séisme. Le sismomètre de Fiano Romano est aménagé sur des dépôts sédimentaires meubles (sables) et celui de Fara Sabina sur des roches (grès = sables consolidés). L’échelle des amplitudes est la même sur chaque sismogramme.

(Département de sciences géologiques – Université de Rome, Italie) 

Document 3 : Modélisation d’un effet de site (réalisée par des élèves de 1^ère S, en TPE)

Le dispositif se compose d’une poutre en bois évidée, puis comblée de plusieurs couches de sable. Deux cellules piézoélectriques (microphones) respectivement posées sur le bois et sur le sable enregistrent les secousses créées par un choc, à l’opposé de la boite.

. Signal enregistré sur le bois   Signal enregistré sur le sable   (d’après « Cahier du SISMO » – CRDP Nice -)

Document 4 : Carte géologique simplifiée de l’agglomération romaine et emplacement des colonnes impériales (Département de sciences géologiques – Université de Rome, Italie)

EXERCICE  3

 L’Islande, ça chauffe !

L’Islande est le pays de la géothermie et des sources chaudes. En Islande, la température de l’eau du sous sol peut atteindre 350°C et permet la production d’électricité mais aussi de chauffer 85 % de la population.

On cherche à comprendre le contexte géologique particulier qui permet d’expliquer l’énergie géothermique et les sources chaudes en Islande.

L’Islande est une île située au milieu de l’océan Atlantique Nord, l’émission d’une quantité considérable de lave a abouti à son émersion il y a 20 millions d’années. L’Islande est connue pour ses éruptions volcaniques dont certaines sous des glaciers, ses coulées basaltiques, ses champs de failles…

Cette île volcanique est unique puisqu’elle est le résultat du fonctionnement d’un point chaud situé juste sous une portion de dorsale émergée.

            Documents 1 à 4

	D’après le manuel 1ère S – SVT- Ed. DIDIER -  Document modifié
A    D’après le manuel 1ère S – SVT – Ed. DIDIER - Document modifié	B   B   A   http://planet-terre.ens-lyon.fr - Document modifié Source : H. Bijwaard et W.Spackman EPSL, vol. 166 PP. 121-126, 1999 Document 3:                                                              La tomographie sismique a permis de mesurer les anomalies de vitesses des ondes P (par rapport aux vitesses théoriques attendues) jusqu’à 2 900 Km de profondeur au niveau de l’Islande (données de 1999). La vitesse des ondes P augmente avec la rigidité des matériaux traversés. On parle d’anomalies négatives lorsque les ondes P sont ralenties et d’anomalies positives quand elles sont accélérées.  La rigidité est-elle même dépendante de la  température des matériaux traversés.

1. Montrer à partir de l’exploitation du document 1 que l’Islande possède les caractéristiques d’une dorsale.
2. Expliquer à l’aide du document 2, la formation de magma sous l’Islande. Préciser la profondeur de cette formation.
3. En utilisant le document 3, montrer comment la tomographie sismique a permis la mise en évidence d’un point chaud sous l’Islande.
4. Comment expliquer les résultats des mesures des rapports en Sr et Nd obtenus sur des basaltes islandais ?
5. Expliquer l’existence de sources chaudes en Islande. En quoi l’utilisation de l’énergie géothermique peut-elle être une solution dans le cadre du développement durable ?

 

EXERCICE  4

DEVENEZ INGENIEUR POUR LA CONSTRUCTION D’UN PONT

Le projet concerne la construction d’un ouvrage d’art dans le cadre de la déviation des Chauvauds par la route nationale 10 au niveau de la ville d’Angoulême en Charente. Il s’agit de construire un pont de 47m de long au-dessus de routes existantes. Cela nécessite la mise en place de trois points d’appui pour le tablier : une butée à chaque extrémité et une pile au milieu.

Le document 1 présenté en dernière page visualise la solution envisagée.

En tant qu’ingénieur sur ce projet vous devez réaliser l’étude géotechnique préalable à la construction de cet ouvrage et choisir le type de fondations les mieux adaptées pour les deux butées et la pile.

Vous disposez des résultats d’études de terrain suivants :

Document 2 : trois sondages (FP14, FP15, FP16) des sous-sols vous donnent des informations :

-          sur la nature des couches,

-          sur les modules pressiométriques dont les valeurs représentent la résistance des couches à la déformation.

	FP14 Altitude +67,90 m		FP15 Altitude + 73,90m		FP16 Altitude + 74m
Profondeurs (en m) relative à la surface topographique.	Nature des sols	Module pressiométrique (Méga-Pascal, MPa)	Nature des sols	Module pressiométrique (Méga-Pascal, MPa)	Nature des sols	Module pressiométrique (Méga-Pascal, MPa)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 et plus		4 4,3 3 4,3 3,4 8 4 20 62 130 150 147 152 160 142 156 149		40 36 33 40 35 15 23 17 18 32 36 150 140 180 130 166 172		17 25 19 22 34 130 152 143 139 148 156 162 179 143 167 180 132

Document 3 : vitesse de progression de la tête de sondage FP14 en fonction de la profondeur dans le sous-sol:

Document 4 : évaluation du tassement des sols calculé pour le poids du futur pont.

	FP14	FP15	FP16
Tassement (cm)	13,8	0,4	0,02

Questions :

1) Tracez les couches du sous-sol sur le profil topographique du document 1 en réutilisant les figurés du document 2.

2) D’après l’ensemble des informations recueillies, quelles difficultés ce type de sous-sol présente-t-il  pour la construction d’un ouvrage lourd ?

3) Pour construire un tel pont vous disposez de plusieurs solutions pour les butées et la pile :