Avertissement — à lire avant de commencer. Cette leçon n’est pas un corrigé du sujet ECE. Diffuser un corrigé officiel des ECE est interdit, et ce n’est de toute façon pas le but pédagogique. L’idée ici est de te donner des pistes de réflexion et une méthode pour aborder ce type de sujet : comment lire l’énoncé, identifier la question, construire une stratégie et anticiper les résultats. À toi ensuite de faire le travail intellectuel le jour de l’épreuve — c’est lui qui te vaudra des points.
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- Reconnaître le type d’un sujet ECE (classique ou poursuite de stratégie)
- Identifier une structure microlitique au microscope polarisant et la distinguer d’une structure grenue
- Justifier l’applicabilité de la méthode K/Ar à une roche volcanique
- Calculer un âge par la méthode potassium/argon à partir des rapports 40Ar/40K fournis
- Mobiliser le principe d’inclusion (les fragments d’une roche sédimentaire sont antérieurs à la roche qui les contient)
- Construire une poursuite de stratégie en trois temps : le quoi, le comment, les résultats anticipés
- Anticiper la nature de la ressource complémentaire (coupe ou carte géologique du Permien provençal)
- Communiquer tes résultats par photographie titrée et légendée ou tableau de calcul sur tableur, et interpréter avec « J’observe / Or je sais / J’en déduis »
1. Quel type de sujet ECE est-ce ?
Avant de plonger dans le contenu, il faut d’abord reconnaître le type du sujet, car la stratégie attendue n’est pas la même.
Deux grands types de sujets ECE :
- Sujet « classique » (à l’ancienne). La partie A commence par « Élaborer une stratégie de résolution afin de déterminer… ». On te demande de proposer la stratégie avant toute manipulation. Ensuite tu mets en œuvre.
- Sujet « poursuite de stratégie ». Tu commences par une manipulation déjà cadrée, suivie d’une analyse de résultats. C’est seulement ensuite qu’on te demande de proposer une stratégie pour poursuivre la résolution du problème (avec une autre expérience, un autre angle).
Ici, dans le sujet 26_SVT_16, la stratégie t’est imposée en partie A : « dater les fragments de rhyolite » par la méthode K/Ar. En partie B, on te demande de poursuivre la stratégie pour vérifier la cohérence entre cet âge absolu et l’âge présumé du rocher de Roquebrune (Permien supérieur) par datation relative. C’est donc un sujet de poursuite de stratégie.
2. Le contexte et la question scientifique
L’épreuve te transporte dans le Var, en Provence orientale, sur le célèbre rocher de Roquebrune-sur-Argens, une formation rocheuse spectaculaire dominant la plaine de l’Argens. Ce massif est constitué d’une arkose — une roche sédimentaire détritique grossière, formée par érosion puis dépôt de matériaux issus du démantèlement de reliefs anciens. L’arkose de Roquebrune contient en abondance des fragments rocheux, notamment des galets et grains de rhyolite, témoins d’un volcanisme antérieur qui a fourni les matériaux érodés.
L’âge présumé du rocher de Roquebrune, déduit du contexte régional et de la stratigraphie locale, est compris entre -258 et -245 Ma, soit le Permien supérieur. Pour confirmer cet âge, les chercheurs proposent une approche indirecte : dater les fragments de rhyolite inclus dans l’arkose par la méthode K/Ar. Selon le principe d’inclusion, ces fragments sont nécessairement antérieurs à la sédimentation de l’arkose ; leur âge constitue donc une limite inférieure de l’âge de l’arkose. La question est de savoir si cet âge de la rhyolite est compatible avec l’estimation Permien supérieur.
La question scientifique du sujet : « L’âge des fragments de rhyolite contenus dans l’arkose du rocher de Roquebrune est-il compatible avec un âge Permien supérieur (-258 à -245 Ma) pour le rocher lui-même ? » C’est la phrase à garder en tête du début à la fin. Ton observation microscopique, ton calcul K/Ar et ta conclusion doivent répondre à cette question précise, pas à une autre.
3. À quoi servent les ressources fournies ?
Les ressources d’un sujet ECE ne sont jamais là pour décorer. Chacune a une fonction précise dans la résolution. Avant de te lancer, prends 2 minutes pour identifier ce que chaque ressource t’apporte.
Ressource 1 — Lame mince de rhyolite et microscope polarisant. Elle te permet d’identifier la structure microlitique caractéristique d’une roche volcanique : présence de verre, de microlites en bâtonnets, et de quelques phénocristaux plus volumineux. Cette identification justifie l’applicabilité de la méthode K/Ar : seules les roches volcaniques sont bien dégazées à la cristallisation, condition indispensable pour que tout l’40Ar mesuré aujourd’hui provienne effectivement de la désintégration radioactive depuis la cristallisation.
Ressource 2 — Rapport 40Ar/40K mesuré dans la rhyolite, formule de calcul et constante λ = 5,543 × 10-10 an-1. Elle te fournit les données numériques brutes et le cadre théorique pour calculer l’âge de cristallisation de la rhyolite par t = (1/λ) × ln(1 + 40Ar/40K × constante). C’est le cœur quantitatif de l’épreuve.
Ressource 3 — Schéma comparatif des structures microlitique et grenue. Elle te donne le vocabulaire et les critères diagnostiques pour différencier une roche volcanique (refroidissement rapide en surface → cristaux microscopiques et verre) d’une roche plutonique (refroidissement lent en profondeur → cristaux visibles à l’œil nu, jointifs). Sans cette ressource, l’identification microscopique serait incertaine.
Ressource 4 — Âge présumé du rocher de Roquebrune (-258 à -245 Ma, Permien supérieur). C’est la fourchette de comparaison à laquelle tu vas confronter ton résultat. Sans elle, ton âge calculé n’aurait pas de point de référence et ne pourrait pas répondre à la question scientifique du sujet.
4. Le raisonnement scientifique du sujet
On peut maintenant relier les ressources entre elles pour bâtir le raisonnement. Suis bien la logique :
- L’arkose contient des fragments de rhyolite : selon le principe d’inclusion, ces fragments sont nécessairement antérieurs (plus anciens) que la roche qui les contient. C’est une conséquence triviale du fait qu’on ne peut pas inclure dans une roche un fragment qui n’existe pas encore.
- Si la rhyolite est datée à un âge plus ancien que -258 Ma (par exemple -300 Ma), alors l’arkose qui la contient est nécessairement plus jeune que cette date. L’âge présumé du rocher de Roquebrune (Permien supérieur, -258 à -245 Ma) est compatible avec cette contrainte.
- Si au contraire la rhyolite est datée à un âge plus récent que -245 Ma (par exemple -200 Ma), alors l’arkose serait encore plus jeune, et l’âge présumé Permien serait incompatible avec les données — il faudrait le remettre en question.
- La méthode K/Ar appliquée à une roche volcanique fraîchement cristallisée donne l’âge depuis le dégazage initial du magma, donc l’âge de la cristallisation des fragments.
Conclusion logique : pour répondre à la question, il « suffit » d’identifier la structure microlitique au microscope (pour justifier K/Ar), de calculer l’âge de la rhyolite et de comparer cet âge à la fourchette du Permien supérieur. Si l’âge de la rhyolite est plus ancien que -258 Ma, l’estimation initiale est confirmée ; sinon, elle est remise en cause.
5. Rappels théoriques : roches volcaniques et méthode K/Ar
Une roche volcanique se forme par refroidissement rapide d’un magma à la surface terrestre ou dans son voisinage immédiat (coulée, dôme, projection pyroclastique). Le refroidissement rapide ne laisse pas le temps aux cristaux de se développer pleinement : la roche présente une structure microlitique, caractérisée par la présence de verre (matière silicatée amorphe, non cristalline), de microlites (cristaux microscopiques en bâtonnets, visibles seulement au microscope) et parfois de phénocristaux (cristaux plus gros, cristallisés en profondeur avant l’éruption). À l’opposé, une roche plutonique (granite, gabbro) cristallise en profondeur, lentement, ce qui produit une structure grenue entièrement cristallisée, à grains jointifs et visibles à l’œil nu.
La méthode K/Ar est une méthode de datation absolue fondée sur la désintégration radioactive du 40K (potassium 40) en 40Ar (argon 40, gaz noble), avec une constante de désintégration λ ≈ 5,543 × 10-10 an-1. Avant la cristallisation, le magma est dégazé (l’argon, gaz noble, s’échappe librement) : tout l’40Ar mesuré aujourd’hui dans le minéral provient donc exclusivement de la désintégration du 40K depuis la cristallisation. L’âge se calcule par t = (1/λ) × ln(1 + 40Ar/40K × c), où c est une constante intégrant les rapports de branchement de la désintégration.
Attention : la méthode K/Ar suppose un dégazage parfait à la cristallisation et une fermeture du système depuis lors. Si la roche a été réchauffée au-delà d’une température critique (typiquement > 300 °C) postérieurement à sa cristallisation, l’argon a pu diffuser hors du minéral et l’âge mesuré serait sous-estimé. Inversement, si du 40Ar atmosphérique a été piégé à la cristallisation (par exemple dans une coulée volcanique très ancienne), l’âge mesuré serait surestimé. Toujours évoquer ces limites en conclusion.
6. Construire ta stratégie en trois temps
Comme il s’agit d’un sujet « poursuite de stratégie », ta proposition de stratégie n’intervient qu’en partie B : on te demande comment vérifier la cohérence entre l’âge calculé et l’âge présumé. Tu utilises cependant la même grille en trois temps que pour un sujet classique.
Une stratégie ECE se formule toujours selon trois axes :
- LE QUOI — qu’est-ce que je cherche à mettre en évidence ?
- LE COMMENT — comment je m’y prends concrètement (matériel, manipulation, mesures) ?
- LES RÉSULTATS ANTICIPÉS — qu’est-ce que j’attends comme résultat et comment je conclurai dans chaque cas ?
Appliquons cette grille à la poursuite de stratégie demandée :
Le QUOI
Je cherche à vérifier que l’âge K/Ar des fragments de rhyolite est plus ancien que -258 Ma, condition nécessaire pour qu’il soit compatible avec l’âge Permien supérieur présumé du rocher de Roquebrune. La comparaison directe entre âge calculé et fourchette présumée permet de trancher.
Le COMMENT
Je vais procéder en trois étapes complémentaires : (1) observer la lame mince de rhyolite au microscope polarisant (objectif ×40 puis ×100) pour identifier la structure microlitique caractéristique (verre, microlites, phénocristaux) et justifier ainsi l’applicabilité de la méthode K/Ar. (2) Appliquer la formule K/Ar aux rapports fournis : t = (1/λ) × ln(1 + 40Ar/40K × c) avec λ = 5,543 × 10-10 an-1. Veiller à exprimer le résultat en années puis à le convertir en Ma. (3) Comparer l’âge calculé à la fourchette Permien supérieur (-258 à -245 Ma) en intégrant les ressources complémentaires éventuelles (coupe géologique, carte) pour discuter la cohérence régionale.
Les RÉSULTATS ANTICIPÉS
Deux scénarios sont possibles, et chacun m’oriente vers une conclusion différente :
- Scénario 1 — Âge rhyolite > 258 Ma (par exemple -290 ou -300 Ma) : l’âge des fragments est antérieur à la fourchette présumée. L’inclusion est cohérente, l’âge Permien supérieur du rocher de Roquebrune est compatible avec les données. La rhyolite a probablement été émise lors du volcanisme permien inférieur ou moyen (formation des Maures-Estérel) puis a été érodée et incorporée à l’arkose plus tard.
- Scénario 2 — Âge rhyolite < 245 Ma (par exemple -200 Ma) : l’âge des fragments est postérieur à la fourchette présumée. C’est physiquement impossible qu’un fragment plus jeune soit inclus dans une arkose plus ancienne. L’âge Permien du rocher est donc à revoir, ou bien la datation K/Ar est biaisée (par exemple par un dégazage partiel ou un réchauffement ultérieur).
7. La mise en œuvre pratique
Pour la partie A, ta manipulation est imposée. Concentre-toi sur la précision et la rigueur des deux étapes.
Étape 1 — Observation microscopique de la lame de rhyolite. Démarre à faible grossissement (×40) pour repérer la trame globale, puis passe à ×100 et ×400 pour examiner finement la structure. Croise les polariseurs (polariseur et analyseur) pour distinguer les zones cristallisées (lumineuses, biréfringentes) des zones de verre (sombres, extinction totale). Identifie les microlites en bâtonnets allongés (typiquement des feldspaths), les éventuels phénocristaux plus volumineux, et le verre entre eux. La présence simultanée de ces trois éléments signe une structure microlitique de roche volcanique.
Étape 2 — Calcul de l’âge K/Ar sur calculatrice ou tableur. Reprends rigoureusement la formule fournie : t = (1/λ) × ln(1 + 40Ar/40K × c), avec λ = 5,543 × 10-10 an-1. Substitue les valeurs numériques, fais le calcul intermédiaire (1 + rapport × c), prends le logarithme népérien, divise par λ. Le résultat est en années — divise par 106 pour l’exprimer en Ma. Conclus par une phrase explicite : « L’âge de la rhyolite est de X Ma ». N’oublie pas l’incertitude approximative (typiquement ± 5 % en K/Ar).
Sécurité. Manipule la lame mince avec précaution (verre fragile, bord coupant). Si la calculatrice ne suffit pas, utilise le tableur en notant chaque étape du calcul dans une cellule distincte (cela facilite la vérification et la communication des résultats).
8. Que pourrait être la ressource complémentaire (partie B) ?
Dans tous les sujets ECE, la partie B prévoit l’appel de l’examinateur pour obtenir une ressource complémentaire. Cette ressource n’est pas un cadeau : elle est calibrée pour compléter ton analyse ou débloquer une étape de raisonnement. Anticiper sa nature est un excellent réflexe d’élève.
Sur ce sujet précis, la ressource complémentaire pourrait être :
- Une coupe géologique simplifiée du secteur de Roquebrune-sur-Argens, montrant l’empilement stratigraphique entre les rhyolites des Maures-Estérel (Permien inférieur à moyen), l’arkose du rocher de Roquebrune (Permien supérieur), et les terrains encadrants. Elle permet d’appliquer formellement le principe d’inclusion et de visualiser l’enchaînement chronologique régional.
- Un extrait de carte géologique au 1/50 000 du Var provençal centré sur le rocher de Roquebrune, avec sa légende stratigraphique complète. Permet de placer chronologiquement les fragments par rapport à la roche encaissante.
- Un tableau d’âges K/Ar de référence pour les rhyolites des Maures-Estérel (typiquement -290 à -280 Ma, Permien inférieur), à comparer à l’âge calculé sur les fragments de Roquebrune pour évaluer leur cohérence régionale.
- Une photographie ou un schéma macroscopique du rocher de Roquebrune mettant en évidence les fragments de rhyolite (galets, granoclassement), pour confirmer visuellement l’inclusion sédimentaire.
Quelle qu’elle soit, cette ressource doit toujours être mobilisée explicitement dans ta conclusion : ne la regarde pas seulement, cite-la et explique en quoi elle conforte (ou nuance) ton interprétation des résultats expérimentaux.
9. Communiquer les résultats et interpréter
Pour la partie B, présente tes résultats sous une forme claire — deux options classiques sont attendues selon la nature de ton observation.
Option 1 — Photographie titrée et légendée de la lame mince. Capture une zone représentative de la rhyolite à travers l’oculaire (smartphone ou caméra de microscope), en lumière polarisée non analysée puis analysée. Présente la photo avec un titre informatif (« Lame mince de rhyolite de Roquebrune, microscope polarisant, ×100, polariseurs croisés »), précise le grossissement, ajoute une échelle et légende les éléments clés de la structure microlitique : verre amorphe, microlites en bâtonnets, phénocristaux. C’est la preuve visuelle que K/Ar est applicable.
Option 2 — Production sur tableur. Construis un tableau de calcul détaillant les étapes du calcul K/Ar : (1) valeurs des rapports 40Ar/40K mesurées, (2) constante λ, (3) calcul intermédiaire (1 + rapport × c), (4) logarithme népérien, (5) division par λ, (6) conversion en Ma. Présente le résultat final avec son incertitude (par exemple « -290 ± 15 Ma »). Tu peux y associer un diagramme synthétique positionnant l’âge de la rhyolite, la fourchette du Permien supérieur (-258 à -245 Ma), et la conclusion sur la cohérence (compatible ou incompatible).
Interpréter les résultats
Adopte la structure d’analyse en trois temps, attendue à l’épreuve. Elle force la rigueur du raisonnement et te fait gagner des points :
Exemple appliqué au sujet (si âge calculé ≈ -290 Ma) :
- J’observe… que la lame mince de rhyolite présente une structure microlitique nette (verre amorphe + microlites en bâtonnets + phénocristaux), et que l’application de la formule K/Ar aux rapports fournis donne un âge de cristallisation d’environ 290 Ma (± 15 Ma).
- Or je sais que… une roche volcanique (refroidissement rapide en surface) est bien dégazée à la cristallisation, ce qui rend la méthode K/Ar applicable ; que le principe d’inclusion impose qu’un fragment dans une roche sédimentaire soit antérieur à cette dernière ; et que la fourchette présumée pour le rocher de Roquebrune est -258 à -245 Ma (Permien supérieur).
- J’en déduis que… l’âge des fragments de rhyolite (≈ -290 Ma) est antérieur à -258 Ma, donc compatible avec la contrainte d’inclusion. L’âge présumé Permien supérieur du rocher de Roquebrune est confirmé par cette datation indirecte. Les fragments proviennent probablement du volcanisme permien inférieur des Maures-Estérel, érodés puis incorporés à l’arkose lors de la sédimentation permienne supérieure.
10. La conclusion : revenir à la question initiale
Ta conclusion doit faire 3 choses : (1) rappeler l’âge K/Ar calculé pour les fragments de rhyolite (avec incertitude), (2) comparer cet âge à la fourchette présumée du rocher (-258 à -245 Ma) en mobilisant le principe d’inclusion, (3) répondre explicitement à la question posée (estimation Permien supérieur confirmée ou réfutée). Pense aussi à intégrer la ressource complémentaire obtenue auprès de l’examinateur (coupe géologique ou âges régionaux de référence).
Exemple de formulation type (si âge compatible) :
« La structure microlitique observée au microscope polarisant confirme la nature volcanique de la rhyolite et l’applicabilité de la méthode K/Ar. Le calcul donne un âge de cristallisation d’environ -290 ± 15 Ma. Selon le principe d’inclusion, les fragments de rhyolite contenus dans l’arkose sont nécessairement antérieurs à celle-ci ; un âge de -290 Ma est donc compatible avec un âge Permien supérieur du rocher (-258 à -245 Ma). La ressource complémentaire fournie (coupe géologique régionale et âges des rhyolites des Maures-Estérel) confirme cette cohérence chronologique. L’âge présumé Permien supérieur du rocher de Roquebrune est donc bien confirmé par la datation K/Ar de ses fragments rhyolitiques. »
11. Les pièges fréquents à éviter
Piège n°1 — Ne pas identifier le type de sujet. Ici la stratégie initiale est imposée. Tu n’as pas à la justifier longuement avant de manipuler. La proposition de stratégie n’arrive qu’en partie B (vérification de cohérence).
Piège n°2 — Confondre rhyolite (volcanique) et granite (plutonique). Les deux ont la même composition chimique mais des structures différentes : rhyolite = microlitique (refroidissement rapide en surface), granite = grenue (refroidissement lent en profondeur). Seule la structure microlitique justifie l’application de K/Ar avec confiance.
Piège n°3 — Oublier de convertir les années en millions d’années. Le calcul K/Ar donne directement un âge en années. Pour comparer à la fourchette Permien (-258 à -245 Ma), il faut absolument convertir en Ma (1 Ma = 106 an). C’est une erreur d’unité classique sous le stress de l’épreuve.
Piège n°4 — Dire que l’âge de la rhyolite est égal à celui du rocher. L’âge de la rhyolite n’est pas celui du rocher : il est au minimum celui-ci (principe d’inclusion). Le rocher est nécessairement plus jeune. Conclure « rhyolite = rocher = -290 Ma » est une faute logique.
Piège n°5 — Oublier l’incertitude sur l’âge. Un âge K/Ar s’accompagne toujours d’une incertitude (typiquement ± 5 % à ± 10 %). Donne ton âge sous la forme « valeur ± incertitude » et conclus en fourchette compatible plutôt qu’en valeur ponctuelle.
Piège n°6 — Ne pas exploiter la ressource complémentaire. Si tu l’as demandée et reçue, elle doit apparaître dans ta conclusion. Sinon, c’est comme si tu ne l’avais pas utilisée.
12. Indice / cause / exemple — datation K/Ar et principe d’inclusion
- Indice : microlites en bâtonnets et verre amorphe dans la lame mince — structure typique d’une roche volcanique
- Cause : refroidissement rapide d’un magma à la surface terrestre (coulée volcanique, dôme) → roche volcanique → dégazage initial de l’argon → méthode K/Ar applicable
- Exemple : les rhyolites permiennes du massif des Maures-Estérel (Var), datées autour de -290 à -280 Ma, constituent le matériel-source des arkoses permiennes supérieures du Var ; le rocher de Roquebrune est l’un des affleurements emblématiques de cette série, témoin de l’évolution paléogéographique provençale au tournant Permien-Trias
Ce qu’il faut retenir
- Type de sujet : poursuite de stratégie (datation imposée en A, vérification de cohérence en B)
- Question du sujet : l’âge K/Ar des fragments de rhyolite est-il compatible avec un âge Permien supérieur du rocher de Roquebrune ?
- Clé chronologique : principe d’inclusion → fragments antérieurs à la roche qui les contient ; donc âge rhyolite > âge arkose
- Outil : observation microscopique (structure microlitique → K/Ar applicable) + calcul K/Ar t = (1/λ) × ln(1 + 40Ar/40K × c)
- Stratégie en 3 temps : LE QUOI (vérifier âge rhyolite > -258 Ma) / LE COMMENT (microscope + calcul K/Ar) / LES RÉSULTATS ANTICIPÉS (compatible si > 258 Ma, incompatible sinon)
- Communiquer les résultats : photographie titrée et légendée de la lame mince OU tableau de calcul détaillé sur tableur
- Interpréter : J’observe… / Or je sais… / J’en déduis…
- Lien au cours : 1B.1 (datation relative — principe d’inclusion ; datation absolue K/Ar adaptée aux roches volcaniques)
- Attention sémantique : l’âge de la rhyolite n’est pas l’âge du rocher — c’est seulement une borne inférieure
- Conclusion finale : confirmation ou réfutation explicite de l’âge présumé Permien supérieur
Fichiers de l’exercice
🤖 Synthèse rédigée avec assistance IA à partir des cours universitaires et de sources académiques de référence.
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