1) Niveau :

Terminale enseignement scientifique /Thème 1 : Science, climat et société / La complexité du système climatique

2) Compétences :

2.1 Connaissances

Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites. Le dioxygène s’est accumulé à partir de 2,4 milliards d’années dans l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 500 millions d’années environ.
Savoir-faire : Mettre en relation la production de O2 dans l’atmosphère avec des indices géologiques (oxydes de fer rubanés, stromatolithes ...).

2.2 Compétences en jeu POUR LE LYCEE

Comprendre la nature du savoir scientifique et ses méthodes d’élaboration

Identifier et mettre en œuvre des pratiques scientifiques

Identifier et comprendre les effets de la science sur les sociétés et sur l’environnement

Le numérique et les SVT :

Utiliser l’informatique pour traiter rapidement des données numériques.

3) Description de l’activité :

Le modèle vise à faire comprendre la formation des BIF puis leur disparition au profit des sols rouges continentaux. Une frise chronologique peut poser le problème.
 
La première modélisation correspond au transport du fer ferreux en rivière lorsque l'atmosphère était dépourvue de O₂. Le cation étant soluble (diagramme de Goldschmidt) il circule jusqu'en mer et s'oxyde dans les zones riches en O₂ produit par les cyanobactéries. Le fer oxydé se dépose alors et forme les BIF.

La deuxième modélisation correspond aux conditions actuelles : le fer oxydé se dépose très rapidement car c'est un cation précipitant (diagramme de Goldschmidt). Cela explique la formation des sols rouges continentaux et la disparition des BIF en mer.

4) Place de l’activité dans la démarche

L’activité peut se placer dès le début du thème. La comparaison est faite de la composition de l’atmosphère actuelle avec celle avant l’apparition du dioxygène en plaçant les deux informations sur une frise chronologique qui part 4.6 milliards d’années à aujourd’hui.

Le problème posé est comment estimer la date d’apparition du dioxygène sur Terre. Existe-t-il des arguments géologiques (que l’on puisse dater) prouvant l’apparition du dioxygène sur Terre.

Les premiers fossiles d’êtres vivants photosynthétiques, les cyanobactéries peuvent être évoqué en soulignant que le dioxygène a d’abord dû apparaître dans les océans avant de passer dans l’atmosphère. La datation de ces étapes reste à prouver avec de nouveaux arguments.

La recherche d’arguments dans les roches anciennes est rapidement trouvée mais les élèves ne font pas toujours le lien avec l’oxydation d’atomes comme le fer. Une phase dialoguée, appuyée par l’utilisation du diagramme de Goldschmidt, permet d’orienter les recherches sur le fer comme indicateur de la présence de dioxygène atmosphérique :
- Si le dioxygène est absent de l’atmosphère et des océans le fer ne sédimente pas dans les roches.
- Si le dioxygène est présent dans l’océan mais pas dans l’atmosphère le fer doit sédimenter dans les roches océaniques.
- Si le dioxygène est présent dans l’atmosphère et dans les océans le fer doit sédimenter dans les roches continentales et ne plus sédimenter dans les roches océaniques.

La modélisation est alors présentée.

A noter : l’oxydation du fer ferreux n’étant pas très rapide dans notre atmosphère actuelle, on peut considérer qu’à la vitesse de réalisation du modèle la circulation en eau du fer réduit se fait comme si l’atmosphère était dépourvue O₂.

5) Une démarche avec une étape postérieure à l’obtention des résultats : la réponse à la problématique intervient après avoir complété les résultats par l’interprétation des datations des BIF et des sols rouges continentaux

Dans la situation présentée la stratégie d’utilisation du matériel est donnée car le temps manque en TP pour que les élèves la conçoivent, mais après l’obtention des résultats, des ressources documentaires supplémentaires sur les BIF, les sols rouges continentaux et leurs datations permettent d’élaborer une conclusion finale sur la datation de l’apparition du dioxygène dans les océans puis dans l’atmosphère.

6) Matériel nécessaire :

• Modèle de Rivière/bassin creusé dans un morceau de polystyrène extrudé.
• Modèle de mer avec une boite de pétri contenant du sable
• Eau oxygénée ou réactif produisant de l’oxygène
• Sels de Mohr (Fe SO₄) : fer réduit en solution (correspond à une solution de fer formée en condition anoxique)
• Fer ferrique (correspond à une solution de fer formée en condition oxygénée).

Pièces jointes

Onglet "Documents" : diaporama 

Nom de l'auteur et mail : Yann Maillard yann.maillard@ac-aix-marseille.fr