Exercice 1 - Choix 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole 2021 (sujet 1)

Exposer les principes et les méthodes qui permettent de reconstituer la chronologie des événements enregistrés et des structures présentes dans un objet géologique.

Réponse : Un texte argumenté structuré en deux grandes parties (chronologie relative puis chronologie absolue), illustré par l'exemple du Grand Canyon, doit comporter les idées suivantes : Introduction : un objet géologique enregistre une succession d'événements (dépôts, déformations, magmatisme, métamorphisme, érosions). Pour reconstituer son histoire, on ordonne d'abord ces événements les uns par rapport aux autres (chronologie relative), puis on leur attribue un âge chiffré (chronologie absolue). I. La chronologie relative : ordonner les événements sans connaître leur âge - Principe de superposition : dans une série sédimentaire non déformée, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre. Sur le schéma du Grand Canyon, les couches a à d puis 1 à 8 se sont donc déposées dans cet ordre. - Principe d'horizontalité originelle : une couche sédimentaire se dépose à l'horizontale. Les couches a-d inclinées ont donc été basculées après leur dépôt. - Principe de continuité : une couche (même faciès, même limite inférieure et supérieure) a le même âge sur toute son étendue. - Principe de recoupement : une structure (faille, filon, intrusion magmatique) qui en recoupe une autre lui est postérieure. Sur le schéma, le granite recoupe les roches métamorphiques : il leur est postérieur. Le filon de basalte recoupe le granite, les roches métamorphiques et les premières couches de la série a-d : il leur est postérieur. - Principe d'inclusion : un fragment de roche inclus dans une autre roche (galet, enclave) est plus ancien que la roche qui le contient. Exemple : les galets du conglomérat situé à la base de la couche 1 sont plus anciens que cette couche. - Les discordances et surfaces d'érosion correspondent à des lacunes d'enregistrement. La discordance angulaire entre la série a-d inclinée et la couche 1 horizontale, visible sur la photo, témoigne d'une succession : dépôt, basculement, érosion, puis nouveau dépôt. La discordance entre le socle (roches métamorphiques et granite) et la série a-d traduit un soulèvement suivi d'une longue érosion. Les surfaces d'érosion entre les couches 3-4, 4-5 et 5-6 marquent des interruptions de la sédimentation. - Principe d'identité paléontologique : deux couches contenant les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge. Ces fossiles, comme les trilobites, fusulines et brachiopodes du document, ont une courte durée d'existence et une large répartition géographique. Ils permettent de corréler des couches éloignées et de les situer dans l'échelle des temps géologiques. Ici, les trilobites de la couche 2 indiquent le Paléozoïque inférieur et les fusulines de la couche 7 le Paléozoïque supérieur. Ces principes permettent seulement de dire qu'un événement est « avant » ou « après » un autre, sans donner de valeur en années. II. La chronologie absolue : donner un âge en années - Elle repose sur la radiochronologie. Certains minéraux contiennent des isotopes radioactifs instables (« pères ») qui se désintègrent en isotopes stables (« fils »). Cette désintégration suit une loi exponentielle, à vitesse constante et connue : N = N0·e^(-λt). - Chaque couple père/fils est caractérisé par sa période (demi-vie), durée au bout de laquelle la moitié des atomes pères initiaux s'est désintégrée. On mesure les quantités d'isotopes pères et fils dans un minéral resté en système clos depuis sa cristallisation. On en déduit le temps écoulé depuis la fermeture du système, c'est-à-dire l'âge de formation de la roche. - Le choix du couple dépend de l'âge supposé de l'objet. Les couples à très longue période (U-Pb, Rb-Sr, K-Ar) servent pour les roches anciennes. Le carbone 14 ne sert que pour des objets de moins de 50 000 ans environ. - Sur le document, le granite est daté à 1,7 Ga par la méthode U-Pb et le basalte à 1,1 Ga par la méthode Rb-Sr. Ces méthodes datent la cristallisation des roches magmatiques, mais ne permettent pas, en général, de dater directement les roches sédimentaires. III. Combinaison des deux chronologies La chronologie relative place les roches sédimentaires et les événements par rapport aux roches magmatiques datées, ce qui permet d'encadrer leur âge : - Les roches métamorphiques sont recoupées par le granite : elles ont plus de 1,7 Ga. - Le basalte (1,1 Ga) recoupe les premières couches de la série a-d : ces couches ont plus de 1,1 Ga. - La série a-d a été déposée, basculée puis érodée avant le dépôt des couches 1 à 8. Celles-ci sont datées par leurs fossiles du Paléozoïque (environ 525 à 250 Ma). - L'érosion par le Colorado est l'événement le plus récent. Conclusion : la chronologie relative (superposition, continuité, recoupement, inclusion, discordances, fossiles stratigraphiques) et la chronologie absolue (radiochronologie) sont complémentaires. Ensemble, elles permettent de reconstituer l'histoire d'un objet géologique comme le Grand Canyon, qui couvre près de 2 milliards d'années, et de construire l'échelle des temps géologiques.