DEVOIR MAISON SVT n°4
Exercice type IIb –Analyse de documents (10 points) Durée conseillée : 55 minutes
La lune est le satellite de la Terre. Sa proximité a permis de nombreuses investigations sur sa structure et ses roches depuis les années 1960.
A l’aide de vos connaissances et de l’ensemble des documents, déterminez la structure interne probable de la Lune et les roches qui y sont associées. Vous réaliserez un schéma pour illustrer votre propos. La détermination exhaustive des noms des enveloppes et des discontinuités n’est pas attendue.
Document 1 : Vitesse des ondes P et S en fonction de la profondeur sur la Lune
Les missions Apollo ont permis de déterminer la structure de la Lune, satellite
terrestre de 1738 km de rayon. Pour ce faire, une étude sismique a été réalisée. Les
ondes P sont les plus rapides (ondes premières) et les ondes S, plus lentes, ne se
propagent pas dans les liquides.
Document 2 : Observation microscopique de roches superficielles de la Lune (<60 km de profondeur)
Roche1 Roche 2
Document 3 : Quelques caractéristiques de roches terrestres
Afin de déterminer quelles sont les roches et composants des enveloppes lunaires, on a identifié les caractéristiques de roches terrestres proches de celles échantillonnées sur la Lune.
Roche Caractéristique s
Basalte Gabbro Pyroxénite Dunite Péridotite
Composition
Pyroxène, olivine et feldspath
Pyroxène et feldspath,
parfois olivine
Riche en pyroxène
Olivine et pyroxène
Olivine et pyroxène
Texture Hémicristallin e
Holocristallin e
Holocristallin e
Holocristallin e
Holocristallin e Localisation Croûte
Océanique
Croûte Océanique
Manteau superficiel
Manteau superficiel
Manteau superficiel et
profond Vitesse des
ondes P (km/s) 5 à 7 5 à 7 Entre 7 et 8 Entre 7 et 8 Plus de 8 Document 4 : La Lune aurait un noyau similaire à la Terre
Début 2011, les scientifiques de la NASA ont publié une nouvelle analyse des données des missions Apollo en recoupant les données de 4 sismomètres deployés entre 1969 et 1972 sur la Lune. Ces outils ont enregistré des données jusqu’en 1977. Les conclusions de l’équipe suggèrent que la Lune possède un noyau interne riche en fer solide avec un rayon de près de 241 km. Cette graine serait entourée d’un noyau fluide, principalement composé de fer liquide et d’éléments légers (nickel et soufre) avec un rayon d'environ 330 km.
Néanmoins, ils estiment qu’il existe une différence notable avec la Terre. En effet, la diminution graduelle de la vitesse des ondes S montre qu’il existerait une couche limite partiellement fondue autour du noyau estimée à avoir un rayon de près de 482 km.
Source : http://www.nasa.gov/topics/moonmars/features/lunar_core.html
Olivine
«Verre / Pâte»
Plagioclase
Pyroxène
BAREME OFFICIEL BAC S 2013 (sujet type IIb – barème sur 5 points)
Démarche cohérente qui
permet de
répondre à la problématique
Tous les éléments scientifiques issus des documents et des connaissances sont présents et bien mis en relation.
Le propos est étayé par un (des) schéma(s) bien choisi(s) scientifiquement rigoureux et bien construits.
5
Les éléments scientifiques issus des documents et des connaissances, sont bien choisis et bien mis en relation mais incomplets, et le propos est étayé par un (des) schéma(s) bien choisi(s) scientifiquement rigoureux et bien construits.
ou
Les éléments scientifiques issus des documents et des connaissances, sont bien choisis, bien mis en relation et complets mais accompagnés de schéma(s) de médiocre qualité
4
Démarche
maladroite et réponse partielle à la problématique
Des éléments scientifiques issus des documents et des connaissances bien choisis mais incomplets et insuffisamment mis en relation.
Le propos est étayé par un (des) schéma(s) bien choisi(s) scientifiquement rigoureux et bien construits.
3
Des éléments scientifiques issus des documents et des connaissances bien choisis mais incomplets et insuffisamment mis en relation.
Le propos est étayé par un (des) schéma(s) de qualité médiocre
2
Aucune démarche ou démarche incohérente
Quelques éléments scientifiques pertinents issus des documents et/ou des connaissances sans mise en relation.
Présence d’un ou de plusieurs schémas de qualité médiocre
1
De très rares éléments scientifiques issus des documents ou des connaissances, sans mise en relation.
Pas de schéma.
0
DOC OBSERVATIONS INTERPRETATIONS
Doc 1 Le document 1 montre le profil des vitesses des ondes P et S Obs : on voit qu’il existe 4 grands compartiments avec des comportements différents :
- De 0 à 50 km, les ondes ont des vitesses faibles mais croissantes comprises entre 5 et 8 km/s (pour les ondes P)
- De 50 à 500 km, on observe des vitesses modérées (7 à 8 km/s) - De 500 à 1400 km, on observe des vitesses d’ondes P assez élevée
(8km/s)
- A 1400 km, on constate l’arrêt des ondes S et une diminution brutale des ondes P
- Enfin, vers 1600 km, on constate une limite peu nette avec une nouvelle augmentation des ondes P.
Int :
- Il s’agit probablement d’un compartiment solide et cassant comme la croûte terrestre par exemple (croûte non exigé).
- Il semble que le compartiment sous-jacent soit composé de 2 parties (de 50 à 250 puis de 250 à 500 km). Ceci pourrait correspondre à du manteau sup ?
- De 500 à 1400 km, on aurait un nouveau compartiment de type manteau inférieur ?
- Le compartiment identifié est donc liquide (noyau externe liquide comme sur Terre ?)
- Il se pourrait que le centre de la Lune comprenne un noyau solide.
Doc 2 Le document 2 montre les observations microscopiques des roches superficielles de la Lune (issue du compartiment le plus superficiel).
Obs :
- la roche 1 est une roche contenant du verre / de la pâte - la roche 1 contient Ol, Px, Fd
- la roche 2 est une roche ne contenant pas de pâte
- la roche 2 contient des gros cristaux (phénocristaux) de Px et Fd Int :
- Il s’agit d’une roche hémicristalline (volcanique ?) - Il s’agit d’une roche proche du basalte
- Il s’agit d’une roche holocristalline (plutonique ?) - Il s’agit d’une roche proche du gabbro
CCL : Les roches superficielles de la Lune s’apparentent à Doc 3 Le document 3 montre les quelques caractéristiques de roches terrestres
proches des roches lunaires. On observe que les roches sont réparties dans 3 compartiments :
- la croûte comprenant basalte et gabbros
- le manteau superficiel comprenant pyroxénite et dunite - le manteau profond comprenant la péridotite
- La croûte lunaire aurait donc une épaisseur d’environ 60 km composée de basaltes et des gabbros (vitesses doc1)
- Le manteau superficiel (60 à 500km) serait composé de ces 2 roches (vitesses ondes P entre 7 et 8 sur le doc1), probablement d’abord la pyroxénite puis ensuite la dunite (présence d’olivine).
- La manteau profond (500 à 1500 km) est composé de péridotite (cf vitesses dans le doc1).
Doc 4 Le document 4 est un texte à propos du noyau lunaire. On apprend que - le noyau serait composé de fer
- le noyau externe serait liquide - le noyau interne serait solide
- Le noyau de la Lune ressemblerait donc à celui de la Terre.
- Il y aurait une zone intermédiaire (couche limite) qui serait un mélange de noyau externe et de manteau fondu.
BILAN
La Lune serait donc constituée de la façon suivante : - 0 à 60 km : Croûte lunaire (basalte + gabbros) - SOLIDE
- 60 à 500 km : Manteau supérieur ? (pyroxénite et dunite) - SOLIDE - 500 à 1300 : Manteau inférieur (péridotite) - SOLIDE
- 1300 à 1400 : Couche limite Manteau / Noyau – PARTIELLEMENT FONDUE - 1400 à 1500 km : Noyau externe (Fer) - LIQUIDE
- 1500 à 1738 : Noyau interne (Fer) - SOLIDE
Il s’agit d’une structure comparable à celle de la Terre (compatible avec la théorie selon laquelle la Lune serait issue d’une collision avec une énorme météorite il y a 4 milliards d’années).
Schéma de la structure de la Lune
