AGREGATION INTERNE DE SCIENCES DE LA TERRE ET DE L'UNIVERS
Epreuves orales d'admission
Consignes essentielles et exemples de sujets

Benoit Urgelli
last update : 31 mars, 2011

Avertissement
Les commentaires ci-dessous n'engagent que son auteur. Ils ne doivent pas être interprétés de manière normative.

Exigence d'un haut niveau scientifique : [...] Les connaissances scientifiques des candidats doivent impérativement être renforcées et permettre une interrogation au niveau de la classe préparatoire BCPST, référence indiquée dans le programme du concours. Il apparaît que c’est trop rarement le cas, à l’oral en particulier [...].

Exigence d'une réflexion personnelle : [...] A chacun donc de faire ses choix, de les justifier et de les assumer. [...] Le manque d’individualisation de la pensée, de créativité est regrettable en soi. Mais avec l’arrivée de nouveaux programmes de lycée, accompagnés d’instructions laissant une plus grande part de choix et d’autonomie aux professeurs, ce manque d’initiative devient une faiblesse qui nuit à l’efficacité de la pratique professionnelle [...] On espère seulement plus de rigueur, une adéquation réelle entre les questions posées et leur traitement au service des problématiques abordées. Il faudra mieux savoir s’interroger et proposer des démarches construites en fonction des questions spécifiquement posées.

Exigence de rigueur dans l'articulation entre les enseignements et les objectifs éducatifs (éducation scientifique citoyenne) : [...] la composante éducative de la discipline ne peut plus être négligée, voire ignorée ; or on constate souvent que cette dimension reste très marginale dans l’esprit des candidats [...]. Le rapport à la science, la contribution réelle de la discipline à la formation des citoyens doit être robuste. La plus value apportée par les enseignements doit être claire [...]

[...] Le candidat aura à adopter alternativement l’attitude du professeur dans la classe, du candidat qui argumente et explique ses choix et de l'élève qui réalise les activités [...]. [ndr : je préciserais volontiers du médiateur et philosophe des sciences...].

Evaluation scientifique : [...] porte sur les connaissances (notions scientifiques, techniques et méthodes) et la culture scientifique du candidat [...]. Le domaine d’évaluation porte jusqu’au niveau post-baccalauréat, le programme du concours de l'agrégation interne incluant celui des classes préparatoires BCPST [...].
le passage des objets ou des phénomènes aux faits constatés, à leur interprétation et aux modèles explicatifs pourra être établi et discuté. La connaissance et la maîtrise des méthodes et des techniques classiquement rencontrées en lycée sont attendues, avec une réflexion du candidat sur leurs domaines d’application et leurs limites. Lorsqu’une manipulation a échoué, les causes de l’échec seront analysées et des solutions proposées (appel à un document de substitution par exemple). [...]
Divers modes d’approche sont donc à mettre en œuvre : observation à différentes échelles, réalisation d'expériences, argumentation et recherche de causes, raisonnement par analogie, modélisation, réflexion critique sur les méthodes et les résultats, distinction entre corrélation et relation de causalité,… [...]
Le déroulement stéréotypé d’une démarche scientifique artificielle ou une vision naïve de la science sont à éviter (formulation artificielle d’hypothèses, extrapolation de résultats,…).
Une diversité de [...] supports sera exploitée : échantillons biologiques et géologiques, observations du réel dans toutes ses dimensions comme, par exemple, celle de cartes géologiques ou celles du parc du lycée. L’appel aux ressources locales et diverses de la région du candidat peut être utile : nappe phréatique, sortie et carte géologique…[...] trop souvent [...] dégager une notion, à partir d’un seul exemple, peut conduire à une généralisation pour le moins abusive.
La pertinence de la mise en œuvre des expérimentations, la rigueur de leur protocole et la probité intellectuelle de leur exploitation seront mises en relief, puisqu'elles seules garantissent la valeur des résultats obtenus.

Evaluation pédagogique : [...] L’entretien peut également inclure une réflexion plus large sur les objectifs du programme de la classe concernée et, au-delà, sur ceux de la discipline au collège et au lycée tant au niveau pédagogique qu’éducatif (éducation à la santé, au développement durable, à l’orientation…). Une ouverture sur les autres enseignements mais aussi sur la mission globale fixée aux enseignants est fréquente [...]

Présentation de pratiques de classe

Exposé de leçon
  • Commentaires personnelles sur quelques sujets

Les ophiolites et la lithosphère océanique - Pratiques de classe de Première S et Terminale S
Reconstitution possible après l'école de terrain Première S dans le massif du Chenaillet (Urgelli, 2008, d'après Lagabrielle et Cannat (1990), Chalot-Prat et al. (2005), Manatchal et Muntener (2009)).


Reconstitution de la paléogéographie téthysienne et ophiolites, d'après les données métamorphiques, à l'issue d'une école de terrain Première S (Urgelli, 2008, d'après discussions Pierre Thomas et Stéphane Schwartz, Société géologique de France, 1990).

Références bibliographiques :

  • Collectif (Encyclopedia Universalis, 1998). Ophiolites. Dictionnaire des sciences de la Terre, Whitechurch H., Ernewein M, p. 594-606.
  • Collectif (Pour La Science, 2010). La Terre à ciel ouvert. Dossier n°67, avril-juin 2010, Belin éd.
  • Caron J.-M., coll. (1995). Comprendre et enseigner la planète Terre. Ophrys GAP éd.
  • Foucault A., Raoult J. F. (1988 et 2005). Dictionnaire de Géologie. Masson éd.
  • Lagabrielle Y. (2005). Le visage sous-marin de la Terre : Eléments de géologie océanique. CCGM.
  • Nicolas A. (1990). Les montagnes sous la mer. BRGM éd.
  • Nicollet C. (2010). Métamorphisme et géodynamique. Dunod éd.

Ressources en ligne pour l'enseignement scientifique (site Planet-Terre) :

Références cartographiques :

Quelques questions actuelles de recherche (non exhaustives, établies en collaboration avec Stéphane Schwartz) :
mécanisme d'océanisation, maturation de la lithosphère, reconstitution paléogéographique, dynamique de subduction et obduction.

Fig. 6. The maps show the present-day distribution of the units in the Alps and their interpreted position in the ancient Alpine Tethys ocean. (Ca: Central Alps; Ch: Chenaillet; Ge: Gets; L: Lanzo; Ma: Malenco; MV: Monviso; Pl: Platta; Ta: Tasna; Tot: Totalp; ZS; Zermatt-Saas).

Fig. 6. Compiled age determinations of mafic rocks from the Piemont-Ligurian ocean. U–Pb on zircons: black bars, Ar–Ar on amphiboles: grey bars, Sm–Nd mineral isochrones: white bars.

Data sources : Ohnenstetter et al. (1981), Peters and Stettler (1987), Borsi et al. (1996), Bill et al. (1997), Rampone et al. (1998), Rubatto et al. (1998), Costa and Caby (2001), Lombardo et al. (2002), Schaltegger et al., (2002), Rubatto and Hermann (2003), Rubatto and Scambelluri (2003), Stucki et al. (2003), Rampone (2004), Tribuzio et al. (2004), Liati et al. (2005),Manatschal et al. (2006), Kaczmarek et al. (2008), Rubatto et al. (2008), and Villa, personal communication.


Fig. 8. Lithologies and deformation structures in an ocean–continent transition (OCT) as seen in the Tasna and Chenaillet units. Sections A, B and C show vertical sections across the most distal margin, the exhumed mantle and a more developed oceanic domain [...].
Fig. 8. Schéma interprétatif de l’évolution tardive d’une marge continentale peu magmatique (entre les étapes 0 et 1 de la Fig. 7). La base de la lithosphère ductile est supposée correspondre à un isotherme [...]. Points noirs : imprégnations magmatiques et gabbros dans le manteau lithosphérique. Les configurations (a) et (b) pourraient se succéder, ou coexister le long d’une même marge, formant une segmentation associée à l’apport magmatique. En (a) la divergence des plaques est distribuée sur un large domaine. Du magma est piégé en profondeur et cristallise en dégageant de la chaleur qui maintient la température du manteau infiltré juste sous la température du solidus des magmas.La conduction de cette chaleur amincit la lithosphère fragile sus-jacente. Cette étape de piégeage profond de magma conduit donc à une érosion thermique de la lithosphère et pourrait expliquer le maintien de topographies peu profondes, malgré un fort amincissement crustal. En (b), la divergence est localisée sur une faille qui conduit à l’exhumation du manteau. Cette étape devrait correspondre à une subsidence, car la croûte composée demanteau serpentinisé et de rochesmagmatiques est plusmince que la croûte continentale amincie de (a) et parce que la déformation localisée peut entretenir une perméabilité dans la lithosphère supérieure et donc favoriser le refroidissement hydrothermal. Ce refroidissement devrait être maximal si les magmas ne sont plus piégés en profondeur, mais mis en place dans le domaine à forte perméabilité qui est refroidi par l’hydrothermalisme.

Fig. 4 Sketch illustrating the two-step serpentinization of abyssal peridotites. The ?rst serpentinization takes place at or close to a slow-spreading ridge, whereas the second serpentinization is related to (i) bending faults when the slab is subducted or (ii) mechanical mixing between metasediments and serpentinites in the subduction channel. In this context, the contribution of sediments is marked by high As–Sb concentrations in subducted serpentinites. Thus, serpentinites act as sponges from the ridge until their dehydration, incorporating great amounts of fluid-mobile element (FME). They are a temporary reservoir and can efficiently transfer significant quantities of FME and a sedimentary geochemical signature from shallow to great depths in the mantle, down to the antigorite breakdown isograd.


Les climats : passés, présents, futurs - Pratiques de classe de Terminale S

Références bibliographiques :

  • Berger A. (1992). Le climat de la Terre : un passé pour quel avenir. De Boeck Université éd.
  • Joussaume S. (1993). Climats d'hier à demain. CNRS éd /CEA Science au présent.
  • Mélières M.-A., Maréchal C. (2010). Climats passés, passage de l’homme, climat futur : repères essentiels. CRDP de Grenoble Ed.
  • Ruddiman W. F. (2000). Earth’s climate: past and future. Freeman éd.
  • Solomon S., coll. (2007). Climate change 2007, the physical science basis. Campbridge university press éd.

Références bibliographiques (hors liste officielle) :

  • Bard E. (2002). Evolution du climat et de l'océan. Leçon inaugurale du Collège de France. Editions Fayard.
  • Bard E. (2005). L'Homme et le climat, une liaison dangereuse. Découvertes Gallimard n°482, 128 pp.
  • Bard E. (2006). L'Homme face au climat. Collège de France, Editions Odile Jacob, 448 pp.

Ressources en ligne pour l'enseignement scientifique (site Planet-Terre) :

Figure 6 in Bard (2002) : Schéma en unité logarithmique présentant les principales causes de changements du climat ainsi que quelques exemples caractérisitiques de fluctuations climatiques. En rouge et vert : les forçages climatiques externes ; en bleu : les réarrangements internes au système climatique ; en noir les effets anthropiques (modifié d'après Kutzbach, 1974


Urgelli, 2005 (modifié d'après Climate Time Tool, exposition Climat)
(susceptible d'évoluer en fonction des commentaires critiques).


Urgelli, 2005 (modifié d'après .............)

 

Quelques questions actuelles de recherche (non exhaustives, établies en collaboration avec Gilles Delaygue) :
variabilité climatique, modélisation, variation climatique de l'anthropocène, temps caractéristiques des évolutions climatiques


Encart RT.5. Phénomènes climatiques extrêmes, page 36.

Variabilité climatique : variations des paramètres météorologiques autour de leur moyenne, avec une fréquence qui diminue avec la distance à cette moyenne (= largeur de la courbe de fréquence).

Variation climatique : changement forcé de la moyenne (décalage de la distribution). Ce décalage affecte aussi la variabilité en valeur absolue (température min-max).


Figure RT.28, page 75.

Probabilités relatives de réchauffement mondial moyen

Les modèles prédisent une augmentation de cette variabilité (augmentation de largeur de la courbe et de la fréquence des événements extrêmes).

Variations de température projetées pour le début (2020-2029) et la fin du XXIe siècle (2090-2099), sur la base de la période 1980–1999. Les cartes montrent les projections multi-modèles moyennes MCGAO (°C) pour les scénarios RSSE B1 (en haut), A1B (au centre) et A2 (en bas) calculés en moyenne pour les décennies 2020–2029 (au centre) et 2090–2099 (à droite). Les courbes de gauche illustrent les incertitudes correspondantes sous forme de probabilités relatives de réchauffement mondial moyen estimé à l’aide de plusieurs études différentes MCGAO ou MTCI relatives à ces mêmes périodes [...].

Figure 1 : d13C and CO2 measured in air trapped in ice from Dome C, Antarctica. Blue triangles indicate measurements performed with the cracker (mean of two to four samples); red circles indicate measurements with the sublimation method (single measurements or mean of three adjacent samples). Open symbols indicate outliers. The error bars represent the t-weighted 1s standard deviations of the mean.
Grey squares represent CO2 data from Dome C (mean of six samples [...])..

in Elsig J. et al. (2009). Stable isotope constraints on Holocene carbon cycle changes from an Antarctic ice core. Nature, vol. 461, 24 September 2009, p. 507-510.

 

 

Considerable debate surrounds the source of the apparently ‘anomalous’increase of atmospheric methane concentrations since the mid-Holocene (5,000 years ago) compared to previous interglacial periods as recorded in polar ice core records. Proposed mechanisms for the rise in methane concentrations relate either to methane emissions from anthropogenic early rice cultivationor an increase in natural wetland emissions from tropical or boreal sources. Here we show that our climate and wetland simulations of the globalmethane cycle over the last glacial cycle (the past 130,000 years) recreate the ice core record and capture the lateHolocene increase inmethane concentrations.
Our analyses indicate that the late Holocene increase results fromnatural changes in the Earth’s orbital configuration, with enhanced emissions in the Southern Hemisphere tropics linked to precession-induced modification of seasonal precipitation. Critically, our simulations capture the declining trend in methane concentrations at the end of the last interglacial period (115,000–130,000 years ago) that was used to diagnose the Holocene methane rise as unique. The difference between the two time periods results from differences in the size and rate of regional insolation changes and the lack of glacial inception in the Holocene. Our findings also suggest that no early agricultural sources are required to account for the increase in methane concentrations in the 5,000 years before the industrial era.

in Singarayer and al. (2011). Late Holocene methane rise caused by orbitally controlled increase in tropical sources. Nature, Vol. 470, 3 February 2011, p. 82–85.

SEANCE du 09 avril 2011
Lycée du Parc - 69006 Lyon
Pistes discutées collectivement

Les végétaux et le dioxygène - Leçon Lycée

Accroche : "Faut pas dormir dans une pièce avec des plantes" ou encore "L'amazonie, poumon de la Terre"... ben voyons !

Construction d'un cycle du dioxygène à différentes échelles de temps de temps et d'espace !
(ne pas oublier la lithosphère et l'hydrosphère)

Questions d'oxygénation de l'atmosphère (Lecointre G (col. 2009). Le guide critique de l'évolution. Editions Belin, p.507-509)
Indices géologiques de la Great Oxidation Event à la fin de l'Archéen : oxydation des silicates, du fer, de l'uranium (voir également l'oxydation de la surface martienne rouge et l'origine de l'oxygène (la coloration rouge de la surface de Mars est liée au rayonnement UV est responsable de la photolyse partielle de l'eau du sol martien. L'oxygène ainsi produit est capable d'oxyder les silicates ferreux).

Les premiers êtres photosynthétiques (cyanobactéries) dans cette histoire, les végétaux du cambrien et la composition atmosphèrique en CO2.
(voir Pour la science sur l'atmosphère)
Discuter ici de ce qu'on entend par végétal (référence à la classification phylogénique bactérie, archées et eucaryotes)

Distinguer les différentes formes de rayonnement solaire (UV, visible, IR,...), les actions sur l'O2 et sur les végétaux (spectre d'absorption et d'action)

Principe de fonctionnement de l'électrode à dioxygène (fiche Sordalab).
Equation d'oxydoréduction, photo-oxydation de l'eau et énergie lumineuse.

Photorespiration : activité de la rubisco et stratégies adaptatives (C3/C4/CAM).

La connaissance de ces phénomènes à l'échelle moléculaire (séquençage de la rubisco, photosystème...) ouvre des portes aux développements de biotechnologies discutables éthiquement.

Remarque : pour les leçons dans lesquels on peut évoquer l'évolution du vivant, voir Lecointre G (col. 2009). Le guide critique de l'évolution. Editions Belin, p. 162-179
Question sur l'explosion cambrienne : une preuve de la création ?

Volcanisme et séismicité actuels dans le monde (classe de quatrième)

Entrée par les risques naturelles à définir (aléa, enjeux et vulnérabilité) et qui suppose de comprendre le phénomène (explication scientifique), d'essayer de le prévoir (modélisation scientifique et études historiques de fréquence du phénomène dans une région donnée (exemple du retard sismique) mais également de faire de la prévention en fonction du degré de risque (appel aux sciences et aux techniques).

Carte de sismicité mondiale à superposer à celle du volcanisme actif. Des zones volcaniques nécessairement sismiques (à microsismiques) mais des zones sismiques sans volcanisme. Exemple de Stromboli avec des risques tsunami associés à des risques volcaniques

Discussion de la notion d'"actuel".
Notion de volcan éteint : subjective ou objective ? Techniques de mesures (physiques et chimiques, satellitales) et définition de l'activité volcanique
De périodes d'enregistrement de l'activité sismique, et de la magnitude pris en compte. Certaines zones apparaissent asismiques si on prend en compte les séismes de magnitude inférieure à 3.

Un lien entre sismicité et volcanisme : exemple de la fracturation hydraulique (mécanisme explicatif). Cette compréhension a des conséquences sur la prévention des éruptions volcaniques. Voir les propos Nicolas A. (1990). Les montagnes sous la mer, Ed. BRGM, p.124-128.

De même la compréhension du retard sismique dans le cadre de la dynamique des plaques et de la rhéologie des roches (seuil de rupture ou glissement le long d'une fracture préexistante) a des conséquences sur la prévention des séismes, avec des incertitudes encore majeures.

Etablissement de cartes de risques et de mesure de prévention (voir au Stromboli avec des risques tsunami et des risques volcaniques)
Pour en savoir plus : sorties avec mon association sur les volcans actifs Etna et Stromboli.