Quelle est la composition de la lithosphère ?

SVT TP 1S : Etude d'une zone de subduction avec les logiciels EDUCARTE & SISMOLOG

Principe

Plusieurs logiciels de géoréférencement (SIG) existent, évoluent et permettent de modéliser la plaque plongeant dans le manteau lors d'une subduction en traçant le plan de Wadati-Benioff.
Objectifs
Utiliser les logiciels EDUCARTE & SISMOLOG pour imprimer une coupe d'une zone de subduction puis tracer le plan de Wadati Benioff et deux isothermes.
Le plan de Wadati Benioff est formé par les séismes provoqués par le frottement de la lithosphère plongeante dans une zone de subduction.
Les isothermes sont les courbes formées par les températures identiques.

Matériel

FT Sismolog logiciel Sismolog logiciel Educarte carte des frontières de plaques isothermes au niveau d'une zone de subduction imprimante

Méthode

Localiser les zones de subduction sur la carte globale,

1. afficher les séismes et volcans pour visualiser les frontières de plaques
2. afficher les frontières de plaques
3. colorier les zones de convergence sur la carte photocopiée en jaune, les zones de divergence en rouge
4. utiliser internet pour trouver les zones de subduction et colorier ces zones en vert
5. choisir une zone de subduction parmi le suivantes : Chili, Mariannes, îles Tonga, Pérou, Japon, Aléoutiennes, Kermadec

Tracé du plan de WB sur une zone de subduction

1. afficher les séismes toutes magnitudes, toutes profondeurs
2. dans Educarte : placer la coupe perpendiculairement à la fosse de subduction à l'aide de la souris ou dans Sismolog : choisir dans le menu « outils » → coupe → définir → tracer
3. calibrer la largeur et la longueur de la coupe pour avoir un tracé le plus complet & précis possible
4. faire vérifier la vue à imprimer par le professeur puis imprimer la coupe
5. titrer et légender la coupe (pays, océans, séismes, volcans, fosse, croûte, manteau, lithosphère, asthénosphère)
6. tracer le plan de Wadati-Benioff passant par les séismes, montrant la plaque plongeante
7. à l'aide du graphe des isothermes, tracer un ou deux isothermes sur la coupe

+ bonus : vue 3D

6. dans Educarte cliquer sur « bloc diagramme 3D », définir la zone à l'aide de la souris, cliquer sur « afficher » ou dans Sismolog : « vue relief 3D » (utiliser les touches F1, 2 etc (voir légende)
7. afficher la topographie, exagérez le relief, ...
8. choisir une autre zone, même manipulation : quelles sont les caractéristiques d'une zone de subduction ?

Resources

FT fournies au TP de Bac (ECE) : http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/bankact/index.php?m=1&sm=1
pour localiser les zones de subduction : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/02_carte/carteok.htm
pour télécharger le logiciel Educarte : http://www.edusismo.org/docs/outils/educarte/index.htm
pour télécharger le logiciel tectoglob : http://pedagogie.ac-amiens.fr/svt/info/logiciels/Tectoglob/index.html

pour tracer les isothermes  :

http://artic.ac-besancon.fr/svt/act_ped/svt_lyc/eva_bac/s-bac2005/images/subduction.gif ;
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/04_subduction_plaques/01_terrain/img/grandes/06a/02a.jpg ;
http://www.mescours.info/Image/svt/subduction_isotherme.jpg ; http://rigaudvelt.free.fr/BAC_ecrit/2005/05_liban_fichiers/image003.gif ; http://christian.nicollet.free.fr/page/enseignement/LicenceSN/isothermes.gif

Aide pour réaliser une coupe de qualité avec « Sismolog »

• Lancez le logiciel « Sismolog » cliquez sur « Séismes » puis « Dessiner séismes ».
• Cliquez encore sur « Séismes » et sélectionnez « Magnitude » choisir « 3 » puis valider.

Remarque : cette opération est indispensable pour réaliser des coupes aisément exploitables avec le logiciel.

• Cliquez sur l’icône « Dessiner la grille » pour repérer facilement une position géographique.
• Pointez une zone géographique, cliquez avec la souris sur la carte du monde : la latitude et la longitude du curseur sont indiqués en bas à gauche de l’écran (ex : Lat : 12.94° ; lon : 56.94°).

1. Placez le curseur de la souris sur la zone de subduction océan/océan des îles Tongas, latitude -31°, longitude -177°.
2. Zoomez 1 fois en cliquant sur l’icône « Zoomer », puis cliquez sur l’icône symbolisant les volcans.

1. Précisez la position des épicentres des séismes par rapport à la fosse océanique et à l’arc volcanique. Effacez les séismes s’ils vous gênent en cliquant sur l’icône « dessiner les séismes ».

3. Effacez les volcans en cliquant sur l’icône « Volcans » et vérifiez que les séismes sont affichés.
4. Cliquez sur « Outils » - « Coupe » puis « Définir ».
5. Déplacez les pastilles numérotées 1 et 2 pour que la zone de coupe soit perpendiculaire à la fosse océanique.
6. Vous pouvez modifier la largeur de la zone de coupe à l’aide de la souris : voir l’aide ci-dessous.
7. Lorsque votre zone de coupe est définie, cliquez de nouveau sur « Outils » - « Coupe » puis sur « Dessiner ». Cochez la case « Echelle 1/1 » en bas à gauche de la coupe.

Appelez votre professeur pour évaluation

2. Imprimez votre coupe, puis tracez le plan de Wadati/Benioff.

• Cliquez sur l’icône en haut à gauche « Afficher carte globale » puis « Outils » - « Coupe » - « Définir ».

8. Recommencez les étapes A à G pour obtenir une coupe dans la zone de subduction du Chili, latitude – 25° et longitude –70°, (ou valeurs proches). À l’étape B, zoomez 2 fois.

Appelez votre professeur pour évaluation

3. Imprimez votre coupe, puis tracez le plan de Wadati/Benioff.
4. Comparez l’inclinaison des plans de Wadati/Benioff pour les deux types de subduction.

• La zone de coupe sélectionnée ne doit pas être trop longue. Il suffit qu’elle englobe tous les séismes les plus profonds (les points de couleur noire sur l’écran).
• La zone de coupe ne doit pas être trop large.
• La longueur de la zone sélectionnée doit être environ deux fois plus grande que sa largueur.
• Pensez à cocher la case « Echelle 1/1 » après avoir réalisé une coupe et avant de l’imprimer.

Quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires qui permettent de produire de l’énergie par respiration ?

auto/hétérotrophe

pro/eucaryote

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/coursBC/metabo/metabo1.html,

http://bio.m2osw.com/gcartable/metabolime.htm

https://fr.wikibooks.org/wiki/Les_principales_voies_du_m%C3%A9tabolisme

http://www.genomebiology.com/2005/6/13/R108/figure/F4?highres=y

https://wikispaces.psu.edu/display/110Master/Energy+I+-+Thermodynamics

http://medicalxpress.com/news/2013-03-international-consortium-google-human-metabolism.html#jCp

http://alderstone3.com/wp-content/uploads/2011/04/metabolism-excerpt.jpg

http://www.bmb.leeds.ac.uk/teaching/icu3/metabol/

http://www.sbgn.org/images/8/84/MetaCrop-plant-central-metabolism-small.png

http://www.bio.anl.gov/molecular_and_systems_biology/MycorMetabolome/MycorrhizalMetabolome.html

Équation globale de la respiration : C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ----> 6CO₂ + 6H₂O + énergie

organite clef de la respiration (on se limite aux cellules eucaryotes) : mitochondries

2.2 : Energie en hétérotrophie

Quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires qui permettent de produire de l’énergie par respiration ?

2,2,1 : Respiration

A quoi sert le dioxygène utilisé lors de la respiration ?

A : expériences ExAO sur fractions mitochondriales

composés réduits R'H₂

réoxydation des composés réduits

réduction de dioxygène en eau

A1  : Mesure de la respiration mitochondriale / ExAO

© TSS TP ExAO respiration mitochondriale.odt

© ExAO mitochondriale résultats.odg

Glucose, pyruvate, ATP, O₂

A2 : Modélisation des molécules / Rastop

Librairie de molécules : http://www.librairiedemolecules.education.fr/recherche.php?typeclassification=chimique&idcat[]=polysaccharide

FT fournies au TP de Bac (ECE) : http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/bankact/index.php?m=1&sm=1

pour explorer et visualiser des données des molécules en 3D :

• Rasmol (version 24/10/2009) : (doc, odt, pdf)
• Rastop (version 29/12/2013) : (doc, odt, pdf)

A3 : équation bilan de la glycolyse

\Glycoly.gif

Oxydation

glycolyse dans le hyaloplasme = cytosol

comment les mitochondries sont-elles organisées ?

A4 : Observation de mitochondries / ME

© Mitochondries.odg

Légender les photographies

annalyser le tableau de composition : que suggère la présence de nombreuses enzymes ? Que suggère le nom de ces enzymes ?

Remarque : La membrane interne forme des crêtes ce qui augmente considérablement sa surface.

chaîne respiratoire mitochondriale, enzymes

Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale ?

A5 : Réactions chimiques intramitochondriales

© glycolyse schematisation.odt

cycle de Krebs (dans la mitochondrie)

CO₂

Correction

Exp 1

On observe qu’au temps T1, le glucose extracellulaire pénètre dans la cellule. On retrouve le glucose au ¹⁴C radioactif dans le cytosol.

Au temps T2, il n’y a plus de glucose dans le cytosol, la radioactivité se retrouve dans les molécules de pyruvate. Donc le glucose a été transformé en pyruvate dans le cytosol.

On retrouve progressivement le pyruvate dans la matrice mitochondriale.

Au temps T3 et T4, la radioactivité est retrouvée dans les molécules de dioxyde de carbone émises dans le milieu extérieur.

Exp2

On observe qu’il n’y a production de CO₂ que dans la matrice en présence de pyruvate. L’ajout d’O₂ ne change rien. La 2^ème étape a donc lieu dans la matrice et ne nécessite pas d’O₂.

En effet, l’acide pyruvique subit des décarboxylations, soit des pertes des groupements carboxyle du pyruvate, grâce aux enzymes décarboxylases ; et des déshydrogénations, soit des pertes D’H⁺ + e-, grâce à des déshydrogénasases. Il y a donc une série de décarboxylations oxydatives à partir du pyruvate, d’où formation de composés R’H₂ et CO₂ qui sera libéré

Ces réaction sont exergoniques (libèrent de l’énergie), et couplées à la phosphorysation de l’ADP, d’où synthèse d’ATP.

À la fin de cette seconde étape, pour une molécule d’acide pyruvique consommée et trois molécules d’eau, il y a eu production de :
– 5 R’H₂ (qui doivent être réoxydés pour que la production d’ATP perdure) ;
– 1 ATP (utilisable par la cellule) ;
– 3 CO₂ (rejeté dans le milieu extracellulaire).

Equation : 2 CH₃COCOOH + 10 R’ + 6 H₂0 + 2 ADP + 2Pi → 6 CO₂ + 10 R’H₂ + 2 ATP

Cette réaction ou 2^nde étape correspond au cycle de Krebs.

Exp3

On observe qu’après ajout du cyanure, le pourcentage d’O₂ reste stable à 20%.

Après l’injection du cyanure, les levures ne consomment plus d’O₂ donc elles ne respirent plus.

La cyanure bloque donc la respiration des levures, et on peut supposer qu’il bloque également la production d’énergie ATP.

Exp 4

On observe que les mitochondries consomment de l’O₂, en fonction du temps. Parallèlement il y a production d’un peu d’ATP. Après ajout de R’H₂ et ADP +Pi, on observe une très forte consommation d’O₂ qui s’opère en parallèle à une brusque augmentation de production d’ATP. Puis, la quantité d’O₂ continue à baisser et celle de l’ATP à augmenter, mais de manière moins spectaculaire, avec une sorte de retour à avant l’ajout. Donc on en déduit que l’ajout d’ADP+ Pi couplé à O₂, permet la production d’ATP. Le retour à la normale s’opère quand tous les ADP + Pi se sont transformés en ATP.

La consommation d’O₂ par les mitochondries augmente quand on injecte des RH₂ et de l’ADP. Elles réalisent la respiration et produisent donc de l’ATP.

Quand on injecte des R'H₂ et de l’ADP avec du cyanure, on observe qu’aucune réaction n’a lieu. Pourtant O₂ continue à être consommé et ATP à être produit jusqu’à un certain instant t. A ce moment-là, on observe un brusque arrêt de consommation d’O₂ et de production d’ATP (la courbe ne va pas jusqu’au bout). On en déduit que la réaction continue pendant un temps grâce à l’O₂ qui était déjà présent, mais qui s’arrête dès qu’il n’y en a plus ; le cyanure empêchant un nouvel apport en O₂ qui permettait à l’ATP d’être produit.

Donc on peut dire que l’ATP est produit en grande quantité, en présence d’O₂ et d’ADP + Pi, c’est-à-dire quand il y a respiration. Le cyanure va bloquer cette production d’énergie en empêchant la consommation d’O₂ et donc la respiration.

Exp 5

On observe qu’il y a production d’ATP à partir d’ADP + Pi et oxydation des composés R’H₂ en R’, seulement dans la membrane interne et en présence de dioxygène. La 3^ème étape (réoxydations des composés réduits et production d’ATP) ne se produit donc qu’au niveau de la membrane interne des mitochondries.

Remarque : La membrane interne forme des crêtes ce qui augmente considérablement sa surface.

• Les R’H₂ issus de la glycolyse et du cycle de Krebs sont oxydés par de l’O₂, suite à des réactions d’oxydo-réduction.

Les e- sont transmis de proches en proches à des oxydants qui forment la chaîne respiratoire, pour être finalement cédés au O₂, qui est donc l’accepteur final des e-.

La réduction de O₂ produit de l’eau (molécule minérale) selon la réaction suivante : O₂ + 4 e- + 4 H⁺ → 2 H₂O

• Ces réactions libèrent de l’énergie qui, grâce aux enzymes ATP-synthétases de la membrane interne des mithochondries, permettra de synthétiser de l’ATP.

Remarque : Cette réaction permet de régénérer les R’, condition indispensable à la poursuite de la glycolyse, et de l’oxydation du pyruvate dans les mitochondries.

Equation : 12 R’H₂ + 6 O₂ + 32 ADP + 32Pi → 12 R’ + 12 H₂0 + 32 ATP

Cette réaction libère donc la majorité de l’énergie qui sera ensuite réutilisée par l’organisme de l’être vivant. Elle se fait dans les crêtes mitochondriales le long de la chaîne respiratoire dont le dernier accepteur l’électrons et de protons est O₂. il se forme ainsi de l’eau. 32 ATP et 32 P sont intervenus dans le couplage énergétique.

Conclusion :

La 1^ère étape de la respiration cellulaire a lieu dans le hyaloplasme cellulaire où il y a dégradation du glucose en pyruvate. Cette réaction appelée glycolyse est à l’origine de la production d’ATP et de composés réduits R’H₂.

La 2^ème étape de la respiration cellulaire se déroule dans les mitochondries. Dans la matrice de celles-ci, l’acide pyruvique est progressivement oxydé en CO₂ (molécule minérale), au cours d’une suite de réactions chimiques constituant le cycle de Krebs. Cette étape est une suite de décarboxylations oxydatives qui s’accompagne de la production d’ATP, de composés réduits R’H₂, et qui conduit à la libération de CO₂.

Lors de la 3^ème et dernière étape de la respiration cellulaire, les composés réduits formés au cours des étapes précédentes sont oxydés par le dioxygène dans la chaîne respiratoire. Ces oxydations sont couplées à une production importante d’ATP.

A partir d’une molécule de glucose, totalement oxydée lors de la respiration cellulaire, on a l’équation finale :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 36 ATP

Il y a ainsi peu de substrat oxydé pour beaucoup d’ATP formé.

A3 : Visualisation des discontinuités à partir de la sismologie / diaporama

D/ subduction.odp

Hodochrone [Hodo = vitesse ; chrone = temps] = courbes de vitesses d'ondes sismiques à travers le globe

Tomographie [tomê = coupe ; graph = écrit ] sismique = cartographie de l'intérieur de la terre à partir des variations vitesses des ondes sismiques = échographie sismique

La propagation d’ondes à travers un même matériau mais à des températures différentes montre la différence entre lithosphère et asthénosphère.

Les hodochrones permettent de comparer les différentes données sismiques à travers la terre et donc de révéler des différentes discontinuités (limites entre couches différentes par leur nature ou leur composition) comme celle de Mohorovicic séparant croûte et manteau ou la LVZ séparant la lithosphère et l'asthénosphère.

Rhéologie [rhéô « couler » ]

lithosphère / asthénosphère;
lithosphère (océanique ou continentale) plongeant ss\ manteau
plan de Wadati-Benioff
lithosphère rigide et cassante / asthénosphère ductile

A4 : Schématisation du phénomène de subduction / animations

animation en flash : http://www.biologieenflash.net/sommaire.html → géologie interne → subduction

petit logiciel à télécharger : http://svt.ac-rouen.fr/tice/animations/tectonique/expansion.htm

au fur et à mesure de son éloignement de la dorsale, la lithosphère océanique s'épaissit (par refroidissement + poids de la sédimentation qui s'accumule) et devient plus dense, jusqu'à dépasser la densité de l'asthénosphère. Au bout de 50 à 180 Ma, la densité de la lithosphère dépasse celle de l’asthénosphère, ce qui permet sa subduction. Cette différence de densité est considérée comme le moteur principal de la tectonique des plaques.

B213/ Subduction du plancher océanique / schéma

© sch'bilan 3

à partir de http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/rubrique.php3?id_rubrique=46

Mots clefs : Fosse de subduction, foyer sismiques, plan de Benioff, lithosphère, asthénosphère, croûte, manteau, subduction, isotherme 1300°C

Glossaire : http://www.premiumwanadoo.com/renard/revisions/SVT/lexGeol.htm#S

glossaire : http://operabaroque.fr/magmatiques.htm

B213/ Subduction du plancher océanique

Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné, le plan de Wadati-Benioff.
Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer la lithosphère de l’asthénosphère. La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300°C (environ 100 km sous océans, 120 km sous continents). La lithosphère comprend la croûte + le manteau supérieur, l'asthénosphère est une partie du manteau sous-jacente. L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction.

couleurs végétales

Le monde végétal nous offre une merveilleuse diversité de couleurs, avec cependant une dominance du vert (feuilles des arbres, mousses, algues, lichens) due à la présence des chlorophylles a et b dont le rôle est essentiel dans la photosynthèse. Caroténoïdes, anthocyanes, flavonoïdes, et mélanines sont les principales familles de pigments à l’origine des couleurs des végétaux.

Les caroténoïdes, sous forme de carotènes ou de xanthophylles, sont responsables des couleurs jaunes, orangées et rouges (carotte, tomate, poivron, safran, etc.). Ces pigments sont également présents dans les feuilles, mais ils ne sont pas visibles l'été car ils sont masqués par la chlorophylle donnant la couleur verte. Ils n'apparaissent qu'à l'automne en raison d’une baisse de la production de chlorophylle par photosynthèse, car en cette saison les jours raccourcissent et la température moyenne diminue. En plus des caroténoïdes, les anthocyanes deviennent visibles, d'où les superbes couleurs – jaune, orangé, rouge – que prennent les arbres en automne.

Certaines plantes ou arbres restent verts toute l’année. Leurs feuilles persistantes ont une composition telle qu’elles ne gèlent pas et continuent à produire la chlorophylle par photosynthèse même à basse température. La chute inéluctable des feuilles n’a pas de relation avec la durée des jours et la température.

Les flavonoïdes constituent une autre classe importante de pigments qui sont à l’origine de la couleur de nombreuses fleurs et fruits. Les composés flavoniques sont jaune ou crème, alors que les anthocyanes donnent des couleurs rouge, rose, bleue, violet et pourpre. La couleur des anthocyanes dépend de la structure chimique et peut varier lors de la complexation de métaux ou selon l'acidité du milieu. Par exemple, la cyanidine est rouge en milieu acide, bleue en milieu basique, et violette en milieu neutre. C’est ainsi que le même pigment est responsable de la couleur bleue dans le bleuet et la couleur rouge dans le coquelicot ! La couleur rouge foncée des fruits rouges (myrtilles, cassis, raisins) est due aux anthocyanes.

Les mélanines sont des polymères dont la couleur va en général du jaune au brun noir. Leur extraction est difficile en raison de leur faible solubilité.
Les fleurs noires n’existent pas, car elles "grilleraient" du fait d’un excès d'absorption de la lumière solaire. Des fleurs d'un rouge très foncé, presque noires, ont été créées, mais elles ont vécu à peine quelques heures.

Quant aux fleurs parfaitement blanches, c'est-à-dire qui n'absorbent aucune longueur d'onde de la lumière, elles n'existent pas non plus. Des fleurs peuvent paraître blanches, mais elles présentent en fait des nuances crème. Elles contiennent en effet des traces de flavone ou de chlorophylle, ainsi que des copigments qui absorbent dans l'ultraviolet et partiellement dans le violet afin de protéger les anthocyanes.

Bien d'autres pigments végétaux sont présents dans les fleurs : quinones, bétacyanines, bétaxanthines, indigoïdes. Cette variété de pigments explique l’extraordinaire diversité des couleurs des fleurs qui n’ont pas fini de nous enchanter.

Bernard Valeur
Conservatoire National des Arts et Métiers
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doschim/decouv/couleurs/loupe_couleurs_vegetaux.html

§ Comment la plante se reproduit-elle ?

§ Comment la plante se reproduit-elle ?

http://videotheque.cnrs.fr/video.php?urlaction=visualisation&method=QT&action=visu&id=2249&type=grandPublic

3.2. Des relations entre vies plantées

Video fleurs : http://player.vimeo.com/video/27920977?title=0&%3bbyline=0&%3bportrait=0href

vidéo florale : http://www.dailymotion.com/video/x1fmt_euflorie

A1 : Quelques exemples de pollinisation par animaux / films

13' Pollinisation du baobab par les chauves-souris nectarivores Eidolon elvum : http://www.canal-u.tv/video/cerimes/pollinisation_du_baobab.9430

2'38'' La pollinisation et les abeilles : http://www.youtube.com/watch?v=4iEMVoGva2I&lr=1

dossiers pollinisateurs : http://www.spipoll.org/la-pollinisation ;

http://www.jardindesplantes.net/la-biodiversite/les-pollinisateurs ;

http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/developpement-durable/d/la-pollinisation-un-service-ecologique-gratuit_970/c3/221/p3/ ;

données quantitatives sur les insectes pollinisateurs et/ou floricoles : http://www.spipoll.org/

Insectes et pollinisation : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbiodiv/index.php?pid=decouv_chapC&zoom_id=zoom_c1_1

animal pollinisateur

coévolution

Pollinisation par le vent et les animaux.

A2 : Quelques exemples de dissémination par animaux / dossiers photos

Manuel doc.3 p.107

http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/biologie-4/d/zoochorie_11681/

http://fr.wikipedia.org/wiki/Zoochorie

http://www.conservation-nature.fr/article1.php?id=306

fruits, graines, dispersion

animal disséminateur

Dissémination par le vent et les animaux.