Science de la vie et de la Terre / Mr MARY

A.Les dorsales, zones de formation de la lithosphère océanique [TP12]

Les dorsales sont des frontières de plaques divergentes. L’écartement des deux plaques permet la remontée de matériel chaud provenant du manteau, associée à la présence de magmatisme. Le refroidissement du magma va être à l’origine de la formation de basalte et de gabbro:

–Les basaltes sont issus d’un refroidissement rapide et plus superficiel du magma. [Structure microlithique: roche volcanique]

–Les gabbros sont issus d’un refroidissement plus lent et plus profond du magma. [Structure grenue : roche plutonique]

La divergence des plaques conduit à la mise en place d’une lithosphère océanique qui va s’accroître au cours du temps.

B. Deux types de dorsales au dynamisme différent [Activité 1]

Il existe deux grands types de dorsales :

– les dorsales rapides (exemple : dorsale Pacifique)  : elles se caractérisent par un relief bombé et sont associées à une extension rapide des océans (6 à 16 cm/an). Le magmatisme y est très important : on y observe l’accumulation de magma dans une chambre magmatique, à l’origine d’une production permanente de gabbros et de basaltes.

– les dorsales lentes (exemple : dorsale Atlantique) : elles se caractérisent par un relief formé d’une vallée découpée par des failles. Ce relief est appelé rift. Ces dorsales sont associées à une extension lente des océans (2 à 5 cm/an). Le magmatisme étant temporaire alors que la divergence est permanente, la fracturation de la croûte permet au manteau d’atteindre la surface et donc de constituer la nouvelle lithosphère océanique.

C. L’origine du magmatisme de dorsales [Activité 2]

Au niveau des dorsales, on assiste à un magmatisme : de larges fissures apparaissent et se comblent grâce à la montée du magma. Ce dernier est issus de la fusion partielle des péridotites du manteau. L’origine de la fusion partielle est la suivante :

La croûte, étirée par les mouvements de divergence des plaques, peut être totalement amincie. Les roches du manteau supérieur subissent une diminution de pression au niveau de l’amincissement. Le solidus est franchi, ce qui provoque la fusion de la péridotite (fusion partielle). Sur un graphique, le solidus est la courbe qui montre la limite entre un matériau solide et un matériau partiellement fondu en fonction de la température et de la pression auxquelles ce matériau est soumis.

D. L’évolution de la croute océanique [TP13]

En s’éloignant de l’axe de la dorsale, la lithosphère océanique se transforme. L’eau de mer circulant dans la lithosphère favorise son refroidissement et l’hydrate en interagissant avec ses minéraux.

Ces deux phénomènes entraînent des modifications de la composition minéralogique des roches de la croûte et du manteau : des roches métamorphiques apparaissent: Le gabbro se transforme en gabbro métamorphisé [ou metagabbro] et la péridotite en péridotite serpentinisée [ou serpentinite].
En raison de l’augmentation de la profondeur de l’isotherme 1 300 °C (limite entre l’asthénosphère et la lithosphère), la lithosphère s’épaissit. L’épaisseur du manteau lithosphérique augmente.

A. Mise en évidence des plaques tectoniques

Les séismes sont répartis géographiquement le long de zones étroites, de relief accidenté, qui entourent des zones peu ou pas sismiques. Cela s’explique par la présence de plaques lithosphériques rigides, dont le mouvement produit des déformations aux frontières entre plaques.
On appelle tectonique des plaques le modèle scientifique expliquant la dynamique (=le mouvement) globale de la lithosphère terrestre.

B. Mesurez le mouvement des plaques (TP11)

Mesurer les déplacements actuels des plaques lithosphériques est possible notamment grâce au système GPS (Global Positioning System).

L’étude de la position d’une station sur plusieurs années grâce à des satellites permet de déterminer le sens et la vitesse du déplacement de la plaque sur laquelle elle se trouve.

Les mesures effectuées par GPS indiquent un déplacement absolu des plaques de l’ordre de quelques cm par an.

C. Mesurez le déplacement passé des plaques (TP11)

Le mouvement relatif des plaques dans le passé peut être quantifié à partir d’indices géologiques moyennés sur des millions d’années, notamment en utilisant l’âge des sédiments océaniques ou les anomalies magnétiques enregistrées par les basaltes de la croûte océanique.

A. Comment la biodiversité a changé au cours du temps ? [Activité 3]

Les fossiles nous indiquent qu’à toutes les époques, des espèces apparaissent et d’autres disparaissent.
La biodiversité actuelle représente donc une infime partie du total des espèces ayant existées depuis les débuts de la vie. Les espèces actuelles ne représenteraient que 1% des espèces ayant vécues sur Terre.
Les écosystèmes ont également changé au cours du temps.

B. Périodes de diversification et périodes de crises [Activité 4]

Au cours des temps géologiques, on observe des périodes durant lesquelles le nombre d’apparition des espèces augmente: ce sont les périodes de diversification. Il existe également des périodes durant lesquelles le nombre de disparition est plus important: ce sont les périodes d’extinctions de  masse, ou crises biologiques.

Les changements de la biodiversité s’expliquent par différents facteurs :

– des changements environnementaux : la disparition des dinosaures et la conséquence probable de deux phénomènes simultanés (chute météoritique + activité volcanique intense).

– les activités humaines : la dégradation d’écosystèmes peut entraîner la disparition de nombreux groupes. La situation actuelle traduit une vitesse de disparition d’espèces très rapide et surtout une réduction de très nombreuses populations (on parle de 6ème crise biologique).

A. Le Géotherme: profil de température terrestre [Activité 5 ]​

La Terre produit de la chaleur: elle dégage en moyenne 44TW, principalement au niveau des dorsales et des volcans. ​

La Terre produisant de la chaleur, la température interne de la Terre croît avec la profondeur. La variation de la température en fonction de la profondeur, appelée gradient géothermique, a une valeur d’environ 30°C / km dans la croûte continentale. Toutefois, il n’est pas possible d’établir un profil régulier de l’évolution de la température interne. ​

B. La Terre dissipe sa chaleur interne par convection [TP10]​

Il existe deux types de mécanismes de transferts thermiques différents : par conduction dans la lithosphère et au niveau des discontinuités, et par convection (mouvement de matière) dans l’asthénosphère. ​

Ces mouvements de convection, chauds ascendants, et froids descendants, sont mis en évidence grâce à la tomographie sismique : on observe des anomalies de vitesse des ondes par rapport au modèle PREM. Ces mouvements permettent une dissipation de l’énergie thermique plus efficace que la conduction.​

A. L’origine des ondes sismiques [Activité 2]

Soumises à des contraintes, des roches peuvent se fracturer brutalement : c’est le séisme. Une grande quantité d’énergie est libérée et se propage sous la forme d’ondes sismiques.

B. Les propriétés des ondes sismiques [TP9]

Différents types d’ondes se propagent, parmi lesquelles :

– les ondes P (ondes premières) : ce sont les plus rapides et sont donc les 1ères à parvenir en surface. Elles se propagent dans tous les milieux, solides et liquides.

– les ondes S (ondes secondes) : ce sont les 2des à parvenir en surface. Elles ne se propagent que dans les solides.

La vitesse des ondes augmente avec la densité des matériaux et donc diminue avec leur température (puisque la densité d’un matériau diminue si sa température augmente).

B. L’exploitation des ondes sismiques permet d’identifier des discontinuités dans la structure de la Terre [Activité 3]

Les ondes sismiques sont réfléchies ou réfractées lorsqu’elles passent d’un milieu à un autre. La surface de contact entre ces deux milieux est appelée discontinuité.

L’analyse des enregistrements sismiques révèle trois discontinuités majeures.

–La plus superficielle, le Moho, sépare la croûte terrestre du manteau. Sa profondeur passe de moins de 10 km sous le plancher océanique à près de 90 km sous les hauts reliefs.

–La seconde, discontinuité de Gutenberg, se situe à 2 900 km de profondeur et sépare le manteau du noyau ferreux.

–Enfin la discontinuité de Lehmann située à 5 100 km de profondeur se situe entre le noyau interne, solide, et le noyau externe, qui présente les propriétés d’un liquide.

C. L’exploitation des ondes sismiques montre une différence de comportement des couches supérieures de la Terre [Activité 4]

Les études sismologiques soulignent la présence sous la croûte d’une partie rigide dans le manteau, reposant sur une partie plus où les ondes ralentissent en liaison avec un état plus visqueux de la roche.

Ainsi, la partie superficielle de la Terre peut être divisée en 2 :

– La Lithosphère, partie rigide, composée de la croute et du manteau lithosphérique. La lithosphère a une épaisseur moyenne de 100 km.

– L’Asthénosphère, partie ductile, dont la couche supérieure est appelée LVZ, se caractérise par une structure davantage déformable, donc moins cassante que la lithosphère.

D. Le modèle PREM : un modèle de la structure de la Terre basé sur les ondes sismsiques

Les géologues ont pu élaborer un modèle de la structure interne de la Terre, appelé modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model) établi à partir des variations de la vitesse de propagation des ondes sismiques.

Il permet d’établir une structure de la Terre à 3 couches:

-Une croute, composée de granite ou de Basalte/Gabbro

-Un manteau, composé de Péridotite

-Un noyau, composé de Fer.

A) La cellule est composée d’organites [Activité 4]

Dès les années 1940, la résolution des microscopes électroniques a révélé de nouveaux compartiments cytoplasmiques, appelés organites.

Parmi les organites, les chloroplastes accomplissent la photosynthèse dans les cellules végétales. Les mitochondries produisent de l’énergie.

B) La cellule est délimitée par la membrane plasmique [Activité 5]

La cellule est délimitée par une membrane plasmique d’environ 7 nm d’épaisseur qui constitue la frontière entre un milieu extracellulaire et un milieu intracellulaire (le cytoplasme).

A travers la membrane, la cellule est en interaction permanente avec son environnement avec lequel elle réalise de nombreux échanges (eaux éléments chimiques, etc…).  

C) Les membranes sont constituées de lipides [Activité 6]

Les membranes sont majoritairement constituées de lipides (graisses) organisés en bicouche dans laquelle des protéines viennent s’insérer.

A. Comment fonctionne une cellule ? [Activité 5]

Les cellules fonctionnent au sein de l’organisme en réalisant différentes réactions biochimiques essentielles à la vie.

On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent au sein d’une cellule ou d’un organisme.

La respiration cellulaire est une des réactions du métabolisme. La respiration se déroule dans les mitochondries.

La photosynthèse est une des réactions du métabolisme des cellules végétales chlorophyllienne. La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes.

B) Comment les cellules accomplissent-elles des réactions chimiques ? [Activité 6]

Pour réaliser les réactions chimiques, les cellules possèdent des enzymes.

Une enzyme est une macromolécule (=une très grande molécule) qui participe au métabolisme.

Les cellules réalisent des successions de réactions biochimiques, transformant des molécules en d’autres: on appelle ces successions des voies métaboliques. Ces voies dépendent de la présence d’enzymes, et sont souvent regroupées dans des organites spécialisés.

C) Existe-t-il des métabolismes différents chez les organismes ?

Il existe deux principaux type de métabolismes :

Un métabolisme hétérotrophe produit de la matière organique à partir de matière organique (ex : les humains ont besoin de consommer de la nourriture).

Un métabolisme autotrophe produit de la matière organique à partir de matière minérale (ex : les plantes utilisent le CO₂ pour produire de la matière organique).

A) Il existe des parties non codantes dans l’ADN [TP7]

Les portions codantes de l’ADN, celles correspondant à des gènes, ne représentent qu’environ 30% du génome, le reste de l’ADN a des fonctions encore mal connues.

La plupart des gènes sont morcelés : ils sont constitués d’une alternance séquences codantes, ou exons, et de séquences non codantes, ou introns.

B) Les ARNs subissent un processus d’épissage pour éliminer les introns [TP7]

Dans le noyau, les gènes sont d’abord intégralement transcrits en ARN pré-messager (ARNpm). L’ARNpm subit ensuite un épissage dans le noyau. On appelle épissage l’élimination des introns suivie de la réunion bout à bout des exons. Cela donne naissance à l’ARN messager (ARNm).

Les mécanismes d’épissage ne font pas toujours intervenir les mêmes exons et les mêmes introns, c’est l’épissage alternatif. Ainsi, un même ARNpm, issu d’un seul gène, peut être à l’origine de plusieurs ARNm différents donc de plusieurs protéines différentes.