1 Spé-Thème1B-Chapitre 11 : La dynamique des zones de convergence (subduction / collision) TP 10 : Marqueurs des zones de subduction

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Objectif : comprendre les zones de subduction - microscope polarisant Observation : 1spe-remo-T1-chap11, formuler une hypothèse sur la conséquence du vieillissement de la lithosphère océanique et de son augmentation de densité. Problème : comment expliquer la subduction de la lithosphère océanique ? Matériel : livre p. 228, logiciel tomographie sismique et Tectoglob, échantillons et lames minces de métagabbro à glaucophane et éclogite. Poly p. 7.

Compétences Activités expérimentales Capacités

Utiliser un logiciel de simulation Recenser, extraire, organiser et exploiter des informations Raisonner avec rigueur Expérimenter Communiquer dans un langage scientifique

1 - La tectonique en zone de subduction À partir de l’exemple des Andes, au niveau du Chili, mettre en évidence les caractéristiques d’une zone de subduction p. 2. 2 - Les roches des zones de subduction Rechercher les caractéristiques communes des roches magmatiques des zones de subduction p. 232 et p. 2. 3 - L’origine du magmatisme des zones de subduction - Rechercher les caractéristiques des péridotites de la plaque chevauchante dans d’une zone de subduction p. 234. - Rechercher l’origine de l’eau p. 3 et p. 236. Bilan Schématiser une zone de subduction.

- Analyser les résultats de différentes méthodes pour identifier le plan de Wadati-Benioff. - Relier la minéralogie des roches (présence de minéraux hydroxylés) mises en place (andésite, rhyolite, granites) et l’état d’hydratation du magma. - Utiliser le diagramme de phases des péridotites pour montrer les effets de l’hydratation. - Comparer la minéralogie d’échantillons illustrant la déshydratation de la lithosphère (schiste bleu ; éclogite).

Rédaction d’un compte-rendu sur feuille double faisant apparaître la démarche expérimentale.

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1 - La tectonique en zone de subduction

Matériel et protocole d’utilisation du matériel

Matériel : - Logicielle tomographie sismique - logiciel Tectoglob

Afin de déterminer les caractéristiques d’une zone de subduction. - Réaliser, avec tomographie sismique, une coupe est-ouest à travers les Andes au niveau du Chili. - Réaliser, avec Tectoglob, la même coupe.

Appeler l’examinateur pour vérification. - Habiller la coupe de Tectoglob, en traçant la limite des plaques, en indiquant l’échelle, les sens de déplacement des plaques, le nom des plaques et en matérialisant en rouge le plan de Wadati-Benioff en rouge. - Intégrer la coupe dans un document traitement de texte et demander l’autorisation avant d’imprimer.

2 - Les roches des zones de subduction

Composition

Minéralogique Structure

Quartz Feldspaths (orthose

avec ou sans plagioclases)

Biotite

Feldspaths plagioclases

Quartz Feldspaths (orthose)

Feldspaths plagioclases

Pyroxène et/ou Amphiboles

Biotite

Microlithique (hémicristalline) À l’œil nu : existence de gros cristaux visibles dans une pâte non cristallisée

Au microscope : grands cristaux et petits cristaux (microlithes) visibles

dans une pâte non cristallisée

Rhyolite Dacite Andésite Refroidissement rapide

Roche magmatique volcanique d’origine superficielle

Grenue (holocristalline) Cristaux visibles à l’œil nu L’ensemble de la roche est

entièrement cristallisé

Granite Granodiorite Diorite Refroidissement lent

Roche magmatique plutonique d’origine profonde

Magma très riche en silice

(entre 75 et 65 %)

Magma riche en silice

(entre 65 et 60 %)

Magma moyennement riche

en silice (entre 60 et 50 %)

Vitesse de refroidissement un refroidissement lent

est favorable au développement

des cristaux Chimie du magma

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3 - l’origine du magmatisme des zones de subduction - Rechercher l’origine de l’eau p. 3.

Fiche sujet – candidat

Mise en situation et recherche à mener

Les gabbros océaniques sont des roches holocristallines riches en pyroxènes et en plagioclases qui se mettent en place au niveau de la dorsale (entre 2 et 7 km) sous les basaltes. Ensuite, au cours de l’expansion océanique, ils subissent par hydratation, à l’état solide, des transformations minéralogiques (pyroxènes transformés en amphiboles) : ils deviennent ainsi des métagabbros à hornblende. L’amphibole apparaît d’abord en bordure du pyroxène puis le remplace progressivement. Lorsque la transformation (très lente) est incomplète, le pyroxène subsiste en relique au centre avec autour une auréole d’amphibole.

On cherche à établir les relations entre les compositions minéralogiques des métagabbros et l’histoire de la roche.

Ressources

Gabbro G0 Lame mince de gabbro G0

Les roches à structure holocristallines sont les roches magmatiques ayant entièrement cristallisé. Les roches à structure hémicristalline sont les roches magmatiques ayant partiellement cristallisé (verre + minéraux). Les transformations métamorphiques se font de la périphérie vers le centre du minéral.

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Fiche sujet – candidat

Matériel et protocole d’utilisation du matériel

Matériel :

- échantillon G1 ou G2 - lames mince - microscope polarisant - FT G01 et 06

Afin de déterminer les relations entre les compostions minéralogiques des métagabbros et l’histoire de la roche. - repérer à l’œil nu (ou la loupe à main), dans les métagabbros, un plagioclase et une amphibole (hornblende ou glaucophane) en auréole (ou en bordure) d’un pyroxène. - observer au microscope polarisant les lames minces correspondantes et repérer ces mêmes minéraux. - placer sur le diagramme pression-température de la fiche réponse les roches conformément à leur composition minéralogique. Sur le diagramme, indiquer par des flèches la succession des transformations minéralogiques subies par les gabbros océaniques à partir de G0.

Fiche sujet – candidat générique

Étape B : Communiquer et exploiter les résultats pour répondre au problème (durée recommandée : 20 min)

Sous la forme de votre choix, présenter et traiter les données brutes pour qu’elles apportent les informations nécessaires à la résolution du problème.

Répondre sur la fiche-réponse candidat, appeler l’examinateur pour vérification de votre production. Exploiter les résultats pour résoudre la situation problème.

Répondre sur la fiche-réponse candidat.

Étape A : Proposer une stratégie et mettre en œuvre un protocole pour résoudre une situation problème (recommandée : 40 minutes)

Proposer une stratégie de résolution réaliste, à partir des ressources, du matériel et du protocole d’utilisation proposés. Présenter et argumenter votre stratégie à l’oral. Préciser le matériel dont vous aurez besoin pour mettre en œuvre votre stratégie. Mettre en œuvre votre protocole pour obtenir des résultats exploitables.

Si besoin et à tout moment et au plus tard après 15 minutes, appeler l’examinateur pour modifier à l’oral, votre stratégie. Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats de la mise en œuvre du protocole.

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Fiche d’aide candidat Rechercher l’origine de l’eau, agent de la fusion partielle des péridotites du manteau de la plaque chevauchante.

Observation macroscopique et microscopique d’un échantillon de métagabbro à glaucophane et de métagabbro à jadéite et grenat (= une éclogite). Le métamorphisme du passage du métagabbro à glaucophane à l’éclogite nécessite des réactions chimiques entre les minéraux.

Feldspath alcalin (Albite) + Glaucophane Grenat + Jadéite + eau

Le glaucophane est un minéral

hydraté qui contient des groupements OH.

Grenat et jadéite sont des

minéraux anhydres dépourvus de groupements OH.

Les transformations minéralogiques des gabbros de la croûte océanique

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Fiche d’aide candidat Les transformations minéralogiques des gabbros de la croûte océanique (lama mince)

G1 Métagabbro à hornblende (amphibole) (LPNA)

G2 Métagabbro à glaucophane (amphibole) (LPA)

G3 Métagabbro à hornblende à jadéite et grenat (= éclogite) (LPNA) (LPA)

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Fiche réponse candidat Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème Diagramme profondeur - température simplifié montrant les domaines de stabilité de quelques associations de minéraux caractéristiques (ces domaines de stabilité ont été déterminés expérimentalement) Replacer G1, G2 et G3

Domaines de stabilité des minéraux I = association à glaucophane + jadéite II = association à glaucophane + plagioclase III = association à grenat + jadéite +/- glaucophane IV = association à chlorite + actinote + plagioclase V = association à hornblende + plagioclase VI = association à grenat + jadéite VII = association à pyroxène + plagioclase