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 la question scientifique d’un sujet de géochronologie magmatique
- Comprendre à quoi sert chacune des ressources fournies (lame mince, fichier isotopique, principe Rb/Sr)
- Mobiliser la méthode de datation absolue Rubidium/Strontium et la notion d’isochrone
- Construire une stratégie en trois temps : le quoi, le comment, les résultats anticipés
- Anticiper la nature de la ressource complémentaire apportée en partie B (rapport 87Sr/86Sr initial)
- Communiquer ton isochrone par photographie titrée et légendée ou graphique sur tableur, et interpréter avec « J’observe / Or je sais / J’en déduis »
- Rédiger une conclusion qui répond exactement à la question posée sur l’origine commune des deux roches
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_13, la partie A commence par « Élaborer une stratégie de résolution afin de déterminer si les anatexites et le granite d’Aubusson ont la même origine magmatique ». C’est donc un sujet classique. Tu dois proposer ta stratégie complète à l’examinateur avant de toucher au matériel.
2. Le contexte et la question scientifique
L’épreuve te transporte dans le Massif central français, plus précisément dans la région d’Aubusson (Creuse). Cette région a été affectée par l’orogenèse hercynienne (≈ 380-300 Ma), une grande chaîne de montagnes aujourd’hui érodée mais dont les racines profondes affleurent en surface après des centaines de millions d’années d’érosion. Lors de cet épisode tectonique majeur, des magmas se sont formés en profondeur par anatexie (fusion partielle de la croûte continentale enfouie sous une chaîne de montagnes), puis ont cristallisé sur place ou ont migré pour donner des granites.
Sur le terrain, les géologues observent à Aubusson un granite, daté de manière fiable à -358 Ma, qui côtoie des anatexites — roches étranges au contact entre granite et roches métamorphiques. L’hypothèse de travail est que les deux roches proviennent du même magma, refroidi à des endroits différents. Mais pour valider cette hypothèse, il faut d’abord vérifier une condition nécessaire : que les deux roches aient le même âge de cristallisation. C’est précisément ce que demande le sujet.
La question scientifique du sujet : « Les anatexites d’Aubusson ont-elles le même âge que le granite voisin (-358 Ma), condition nécessaire pour qu’elles soient issues d’un même magma ? » C’est la phrase à garder en tête du début à la fin. Ta stratégie, ton calcul d’âge 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 d’anatexite, microscope polarisant et planche d’identification des minéraux. Elle te permet de repérer dans l’anatexite un minéral riche en potassium, typiquement la biotite ou l’orthose (feldspath potassique). C’est cette identification minéralogique qui justifie le choix de la méthode Rb/Sr : ces minéraux ont piégé du 87Rb à la place du potassium lors de leur cristallisation, ce qui les rend utilisables pour la datation. Sans cette ressource, tu ne pourrais pas justifier ton choix méthodologique.
Ressource 2 — Fichier de rapports isotopiques de plusieurs minéraux de l’anatexite + tableur. Elle te fournit les données numériques brutes nécessaires au calcul : pour chaque minéral analysé, les valeurs des rapports 87Rb/86Sr (abscisse) et 87Sr/86Sr (ordonnée). Le tableur sert à tracer la droite isochrone et à extraire son coefficient directeur. C’est le cœur quantitatif de l’épreuve.
Ressource 3 — Principe de la méthode Rubidium/Strontium et formule t = ln(a+1)/λ. Elle te donne le cadre théorique : désintégration radioactive du 87Rb (de demi-vie ≈ 48,8 Ga) en 87Sr, constante λ = 1,42 × 10-11 an-1, et formule de l’âge à partir de la pente de l’isochrone. Sans cette ressource, ton calcul serait impossible.
Ressource 4 — Âge de référence du granite d’Aubusson (-358 Ma). C’est la valeur de comparaison à laquelle tu vas confronter ton résultat. Sans elle, ton âge calculé n’aurait aucune signification : c’est par le rapprochement entre les deux âges que tu réponds 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 :
- Deux roches issues d’un même magma cristallisent en même temps (au refroidissement près) : avoir le même âge de cristallisation est donc une condition nécessaire (mais pas suffisante) pour une origine commune.
- Pour dater l’anatexite, il faut une méthode radiochronologique absolue. La méthode Rb/Sr est adaptée pour des âges du Paléozoïque (centaines de millions d’années), à condition de disposer de minéraux à fort rapport Rb/Sr (donc riches en K, comme biotite et orthose).
- Plusieurs minéraux d’une même roche, mesurés en 87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr, s’alignent sur une droite isochrone dont la pente donne directement l’âge de la roche : t = ln(a+1)/λ, où a est le coefficient directeur.
- Comparaison finale avec -358 Ma : si l’âge calculé tombe dans une fourchette compatible (par exemple ± 10 Ma autour de -358 Ma), l’hypothèse d’origine magmatique commune reste valide ; si l’âge est nettement différent, elle est réfutée.
Conclusion logique : pour répondre à la question, il « suffit » d’identifier un minéral à potassium dans la lame d’anatexite, de tracer l’isochrone Rb/Sr à partir des données fournies, de calculer l’âge et de le comparer à -358 Ma. Toute la stratégie est dans cet enchaînement.
5. Rappels théoriques : anatexie, isochrone et datation absolue
L’anatexie est la fusion partielle de la croûte continentale, généralement en contexte d’orogenèse, lorsque les roches sont enfouies à grande profondeur et soumises à des températures dépassant leur solidus (≈ 650-700 °C en présence d’eau). Une partie des minéraux fond, formant un magma qui peut soit cristalliser sur place (donnant des anatexites = migmatites), soit migrer vers le haut et cristalliser plus tard (donnant des granites d’anatexie). C’est un mécanisme majeur de recyclage de la croûte continentale.
La méthode Rb/Sr est une méthode de datation absolue basée sur la désintégration radioactive : le 87Rb se désintègre en 87Sr avec une constante λ = 1,42 × 10-11 an-1. À la cristallisation d’une roche, plusieurs minéraux piègent des proportions différentes de Rb (selon leur teneur en K, dont le Rb se substitue à la place dans le réseau cristallin). Au cours du temps, le 87Sr s’accumule proportionnellement au 87Rb initial. En représentant 87Sr/86Sr en fonction de 87Rb/86Sr pour plusieurs minéraux, on obtient une droite isochrone dont la pente donne l’âge par t = ln(a+1)/λ.
Attention : la méthode Rb/Sr suppose que le système est resté fermé depuis la cristallisation (pas de fuite de Sr radiogénique, pas d’apport extérieur). Si la roche a subi un épisode métamorphique majeur postérieur à la cristallisation, les isotopes ont pu être redistribués et l’isochrone donne alors l’âge de cet épisode, pas l’âge de cristallisation initial. C’est une limite à toujours évoquer en conclusion.
6. Construire ta stratégie en trois temps
Au moment où tu appelles l’examinateur pour formaliser ta proposition, ta stratégie doit toujours être structurée en trois temps. C’est la méthode officielle attendue par les jurys :
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 au sujet anatexites d’Aubusson :
Le QUOI
Je cherche à déterminer l’âge de cristallisation de l’anatexite d’Aubusson par la méthode Rb/Sr, et à le comparer à l’âge du granite voisin (-358 Ma). Cette comparaison me permettra de dire si l’hypothèse d’une origine magmatique commune (cristallisation simultanée à partir d’un même magma) est compatible avec les données, ou si elle doit être écartée.
Le COMMENT
Je vais procéder en deux étapes complémentaires : (1) observer la lame mince d’anatexite au microscope polarisant pour identifier la présence d’un minéral riche en potassium (biotite reconnaissable à son pléochroïsme brun à brun-sombre, ou orthose à ses clivages et ses teintes de polarisation grises de premier ordre). Cette identification justifie l’emploi de la méthode Rb/Sr, car ces minéraux ont piégé du 87Rb à la place du K à la cristallisation. (2) Tracer la droite isochrone Rb/Sr au tableur à partir des données fournies : placer 87Rb/86Sr en abscisse et 87Sr/86Sr en ordonnée pour les différents minéraux, ajouter la droite de régression linéaire, relever son coefficient directeur a, puis appliquer la formule t = ln(a+1)/λ avec λ = 1,42 × 10-11 an-1. Je compare ensuite l’âge calculé (avec son incertitude, typiquement ± 10 Ma) à l’âge de référence du granite (-358 Ma).
Les RÉSULTATS ANTICIPÉS
Deux scénarios sont possibles, et chacun m’oriente vers une conclusion différente :
- Scénario 1 — Âge compatible avec -358 Ma (par exemple -355 ± 10 Ma) : l’âge de l’anatexite tombe dans la fourchette d’incertitude de l’âge du granite. L’hypothèse d’une origine magmatique commune reste compatible avec les données. Une ressource complémentaire (notamment le rapport 87Sr/86Sr initial) sera nécessaire pour la valider plus solidement.
- Scénario 2 — Âge nettement différent (par exemple -300 Ma ou -420 Ma) : l’âge de l’anatexite ne correspond pas à celui du granite, même en tenant compte des incertitudes. L’hypothèse d’une origine magmatique commune doit être écartée : les deux roches se sont cristallisées à des moments différents, donc à partir de magmas distincts (ou bien la roche a subi un épisode métamorphique de remise à zéro isotopique).
7. La mise en œuvre pratique
Une fois la stratégie validée par l’examinateur, tu passes à la manipulation. C’est une étape qui combine observation microscopique et travail au tableur.
Étapes clés de la manipulation :
- Observation microscopique de la lame d’anatexite : à faible grossissement (×40) pour repérer la trame minéralogique, puis à fort grossissement (×100 à ×400) pour identifier précisément les minéraux à potassium. Repère et nomme au moins un minéral utile (biotite ou orthose).
- Saisie des données isotopiques dans le tableur : deux colonnes (87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr) pour chaque minéral analysé.
- Tracé du nuage de points avec 87Rb/86Sr en abscisse et 87Sr/86Sr en ordonnée.
- Ajout d’une droite de tendance linéaire et affichage de l’équation : récupération du coefficient directeur a et de l’ordonnée à l’origine (ce dernier est le rapport 87Sr/86Sr initial — il servira pour la comparaison avec le granite).
- Calcul de l’âge : t = ln(a+1) / (1,42 × 10-11) en années, à convertir en millions d’années (Ma).
- Comparaison à -358 Ma.
Sécurité. Aucun produit chimique ici, mais manipule la lame mince avec précaution (verre fragile, bord coupant), nettoie l’objectif si la lame est huilée, et veille à ne pas écraser la lamelle. Replace la lame dans sa boîte de rangement après usage.
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 :
- Le rapport 87Sr/86Sr initial (ordonnée à l’origine de l’isochrone) des deux roches, granite et anatexite. Si les deux rapports sont identiques, cela signifie que les deux roches proviennent d’une source isotopique commune — argument fort en faveur de l’origine magmatique commune. S’ils sont différents, l’origine commune doit être écartée même si les âges coïncident.
- Un tableau comparatif de la composition minéralogique et chimique des deux roches (proportions de quartz, feldspaths, biotite ; teneurs en éléments majeurs SiO2, K2O, etc.). Une composition similaire renforcerait l’hypothèse d’un magma commun.
- Une carte géologique simplifiée de la région d’Aubusson montrant le contact direct entre granite et anatexites et leur extension géographique.
- Des données structurales (orientation des foliations métamorphiques) suggérant une mise en place dans un même contexte tectonique.
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 l’anatexite à travers l’oculaire (smartphone ou caméra de microscope). Présente la photo avec un titre informatif (« Lame mince d’anatexite d’Aubusson, observation au microscope optique polarisant, ×100 »), précise le grossissement, indique le type d’éclairage (lumière polarisée analysée ou non), ajoute une échelle et légende les minéraux identifiés (biotite, orthose, quartz). C’est la preuve visuelle que tu disposes bien d’un minéral utile pour la méthode Rb/Sr.
Option 2 — Production sur tableur. Construis un tableau récapitulant pour chaque minéral analysé les valeurs de 87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr, puis trace le graphique de l’isochrone : nuage de points, droite de régression linéaire avec son équation affichée, axes nommés et unités (rapports isotopiques sans dimension), titre informatif (« Droite isochrone Rb/Sr de l’anatexite d’Aubusson »). Indique en encadré le calcul de l’âge : coefficient directeur a → t = ln(a+1)/λ → résultat en Ma.
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 compatible avec -358 Ma) :
- J’observe… que la droite isochrone Rb/Sr tracée à partir des minéraux de l’anatexite a un coefficient directeur a ≈ 0,00509, et que ce coefficient permet de calculer un âge t = ln(1,00509)/(1,42 × 10-11) ≈ 358 millions d’années. L’observation microscopique de la lame mince a par ailleurs confirmé la présence de biotite et d’orthose, deux minéraux riches en potassium.
- Or je sais que… deux roches issues d’un même magma cristallisent en même temps, et que la méthode Rb/Sr appliquée à des minéraux à potassium d’une même roche fournit l’âge de sa cristallisation par t = ln(a+1)/λ. L’âge du granite voisin d’Aubusson est par ailleurs connu et vaut -358 Ma.
- J’en déduis que… l’âge de cristallisation de l’anatexite est compatible avec celui du granite (différence non significative compte tenu des incertitudes de la méthode, ≈ ± 10 Ma). L’hypothèse d’une origine magmatique commune reste donc compatible avec les données, sans être pour autant définitivement validée tant que les rapports 87Sr/86Sr initiaux n’ont pas été comparés.
10. La conclusion : revenir à la question initiale
Ta conclusion doit faire 3 choses : (1) rappeler les résultats observés (âge calculé pour l’anatexite et incertitude associée), (2) identifier la situation par comparaison à l’âge du granite (-358 Ma), (3) répondre explicitement à la question posée par le sujet (origine magmatique commune compatible ou exclue). Pense aussi à intégrer la ressource complémentaire obtenue auprès de l’examinateur (typiquement le rapport 87Sr/86Sr initial des deux roches).
Exemple de formulation type (si âges et rapports initiaux compatibles) :
« L’isochrone Rb/Sr tracée à partir des minéraux de l’anatexite donne un âge de cristallisation d’environ 358 millions d’années (± 10 Ma), statistiquement indistinguable de l’âge du granite voisin (-358 Ma). De plus, la ressource complémentaire fournie indique que le rapport 87Sr/86Sr initial est identique pour les deux roches, ce qui suggère une source isotopique commune. L’hypothèse d’une origine magmatique commune entre les anatexites et le granite d’Aubusson est donc compatible avec l’ensemble des données disponibles. Les deux roches résulteraient d’une même phase d’anatexie hercynienne, l’une cristallisant sur place (anatexite) et l’autre après migration partielle du magma (granite). »
11. Les pièges fréquents à éviter
Piège n°1 — Ne pas identifier le type de sujet. Si tu prends un sujet « poursuite de stratégie » pour un sujet classique (ou l’inverse), tu vas formuler ta proposition au mauvais moment et perdre des points. Lis bien la première ligne de la partie A.
Piège n°2 — Oublier le QUOI / COMMENT / RÉSULTATS ANTICIPÉS. Une stratégie qui ne décrit que la manipulation sans préciser ce qu’on cherche ni ce qu’on attend est jugée incomplète. Les trois temps sont indissociables.
Piège n°3 — Oublier l’incertitude sur l’âge. Un âge calculé en méthode Rb/Sr s’accompagne toujours d’une incertitude (typiquement ± 5 à ± 15 Ma selon la qualité de l’isochrone). Conclure « 358 Ma exactement » n’a pas de sens : il faut conclure dans une fourchette. Un âge « compatible » n’est pas un âge identique au million d’années près.
Piège n°4 — Confondre « même âge » et « même origine ». Deux roches peuvent avoir le même âge sans provenir du même magma : c’est pourquoi la ressource complémentaire (rapport 87Sr/86Sr initial) est indispensable pour trancher. Ne conclus pas trop vite sur l’origine commune à partir du seul âge.
Piège n°5 — Ne pas justifier le choix du minéral à potassium. Si tu utilises la méthode Rb/Sr sans expliquer pourquoi (Rb se substitue à K dans les minéraux potassiques, donc biotite et orthose sont enrichies en 87Rb), tu rates le cœur méthodologique de l’épreuve.
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 Rb/Sr d’une roche magmatique
- Indice : alignement d’un nuage de points (87Rb/86Sr ; 87Sr/86Sr) issus de plusieurs minéraux d’une même roche sur une droite, avec un coefficient directeur positif
- Cause : à la cristallisation, les minéraux d’une même roche ont piégé des proportions différentes de Rb (selon leur teneur en K), et le 87Sr radiogénique s’est accumulé depuis lors proportionnellement au temps écoulé et au 87Rb initial — ce qui produit, en représentation graphique, une droite (isochrone)
- Exemple : les anatexites et granites du Massif central français sont datés autour de -340 à -360 Ma, en cohérence avec l’orogenèse hercynienne ; la même méthode appliquée aux gneiss anciens d’Amitsoq (Groenland) donne des âges de l’ordre de -3,7 Ga, parmi les plus anciens connus sur Terre
Ce qu’il faut retenir
- Type de sujet : classique (partie A = « Élaborer une stratégie… ») vs poursuite de stratégie (manip d’abord, stratégie ensuite) — ici classique
- Question du sujet : les anatexites et le granite d’Aubusson ont-ils le même âge, condition d’une origine magmatique commune ?
- Clé chronologique : granite daté à -358 Ma → l’anatexite doit donner un âge compatible pour valider l’hypothèse
- Outil : isochrone Rb/Sr tracée à partir de minéraux riches en K (biotite, orthose), formule t = ln(a+1)/λ
- Stratégie en 3 temps : LE QUOI (dater l’anatexite) / LE COMMENT (microscope + tableur + isochrone) / LES RÉSULTATS ANTICIPÉS (âge compatible = origine commune possible ; âge différent = origine commune exclue)
- Communiquer les résultats : photographie titrée et légendée de la lame mince OU graphique de l’isochrone sur tableur
- Interpréter : J’observe… / Or je sais… / J’en déduis…
- Ressource complémentaire : à anticiper (rapport 87Sr/86Sr initial, données minéralogiques, carte géologique…) et à mobiliser explicitement dans la conclusion
- Lien au cours : 1B.1 (datation absolue, complémentarité des méthodes) + 1B.2 (orogenèse hercynienne, anatexie crustale)
- Conclusion finale : toujours comparer à la référence (-358 Ma) et répondre explicitement à la question (origine commune compatible ou exclue)