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Activité DC5 Le devenir des roches continentales

Lors de la subduction Durée 1h30 TP Démarche

Objectifs de connaissance Traces d’une transformation minéralogique des matériaux de la

lithosphère continentale à grande profondeur au cours de la subduction. Identification d’un phénomène produisant des roches magmatiques continentales de type granite

Objectifs de méthode Repérer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique de roche à la lame mince, des minéraux témoignant de transformations liées à la subduction.

Mise en situation et objectifs Code

barème Lors de la formation d’une chaîne de montagnes intracontinentale, une partie de la lithosphère continentale entre en subduction. Ce pan de lithosphère entraîne avec lui les roches de la croûte continentale. En tant que géologue, vous devez valider ou invalider l’hypothèse suivante : lors de la subduction, les roches de la croûte continentale subissent un métamorphisme de plus en plus poussé qui peut conduire à leur fusion partielle. Votre travail porte plus particulièrement sur des pélites, roches sédimentaires de la croûte continentale constituées de séries de fines couches argileuses, que l’on trouve dans des bassins sédimentaires (document ci-dessous), mais aussi dans certains affleurements des chaînes intracontinentales. Les affleurements de pélites dans les chaînes de montagnes intracontinentales sont fréquemment associés à une série de roches caractéristiques : la série pélites/schistes lustrés/gneiss/gneiss œillé/migmatite.

Affleurement de pélites dans l’Utah (E.U) Étape 1. Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème ≈ 4 Proposez une stratégie permettant d’atteindre votre objectif. Les outils à votre disposition sont :

• les moyens habituels d’étude des roches et cristaux du laboratoire de géologie (identification de la structure de la roche et des cristaux, composition chimique des roches, presse pour faire subir à un échantillon les pressions et températures choisies)

• les prélèvement et données de terrains que vous jugerez utiles

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Étape 2. Mettre en œuvre un protocole pour obtenir des résultats exploitables ≈ 8 1. À l’aide des échantillons et des photographies légendées (document 1), rechercher les indices de métamorphisme et d’une éventuelle fusion partielle dans la structure des roches de la série pélites/micaschistes/gneiss/gneiss œillé/migmatite. 2. Mettre en relation les données concernant les échantillons et les données obtenues en laboratoire (document 2) pour

• préciser les conditions de pression et de température du métamorphisme • discuter de la possibilité de fusion partielle de ces roches

Étape 3. Présenter les résultats pour les communiquer ≈ 6 Présentez le résultat de votre travail sous une forme appropriée. (Un texte seul ne peut suffire) Étape 4. Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème ≈ 4 Validez ou invalidez l’hypothèse de travail en vous justifiant à partir des résultats obtenus. Document 1. Les roches de la série associée aux pélites dans les chaînes intracontinentales

Les micaschistes présentent un débit en feuillet ou schistosité du au fait que certains minéraux prennent la même orientation lorsque la roche est soumise à une pression orientée (ou contrainte). Leur densité est proche de celle des pélites, comprise entre 2,2 et 2,6. Leur composition chimique est identique à celle des pélites, mais les espèces chimiques s’assemblent pour former des cristaux non argileux comme le micas noir (biotite).

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Le gneiss est une roche compacte de densité comprise entre 2,7 et 2,8. Il présente une foliation, c’est à dire une alternance de couches de composition cristallographique différente : lits noirs de biotite, lits blanchâtres contenant du quartz et des feldspaths. Cette disposition des cristaux n’est obtenue qu’en réponse à de fortes pressions. Sa composition chimique est identique à celle des micaschistes et des pélites.

« Zoom » sur un gneiss en LPNA. Certains gneiss contiennent des cristaux de disthène à partir desquels se sont formés des baguettes de sillimanite. Le disthène et la sillimanite (de même que l’andalousite) sont des cristaux de la famille des silicates d’alumine, de même composition chimique, mais dans lesquels les atomes se disposent différemment selon les conditions de pression et températures.

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Le gneiss œillé est un gneiss dans lequel se forment de place en place des « yeux » constitués par l’accumulation de cristaux de quartz et de feldspath disposés de façon anarchique. La formation de ces yeux implique que la roche a subi des conditions suffisamment proches de celles de la fusion pour que les cristaux perdent leur foliation régulière.

La migmatite est un gneiss dans lequel se forment de larges plages de cristaux de quartz et de feldspath disposés de façon anarchique. Les migmatites présentent très souvent des contacts diffus avec des massifs de granite entièrement constitués de quartz, mica et feldspath disposés de façon anarchique.

plage de cristaux de quartz et de

feldspath

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Document 2. La grille pétrogénétique obtenue expérimentalement

(Le géotherme 6°C par Km est le géotherme moyen) Production par binôme : Une copie simple présentée avec soin comprenant :

• La présentation du résultat de la comparaison des roches de la série pélites/schistes lustrés/gneiss/gneiss œillé/migmatite et de l’exploitation de la grille pétrogénétique sous une forme appropriée

• Sous la forme d’un texte, la réponse argumentée à la problématique Aides envisagées