TP 1 : Etude de quelques roches de la croûte terrestre et ...

TP de géologie - confinement & visioconférence

Thème 1 : la dynamique interne de la planète Terre

TP 1 : Etude de quelques roches de la croûte terrestre et du manteau

Constat : L’étude des échantillons collectés sur le terrain nécessite une analyse approfondie au laboratoire afin de les identifier et déterminer leur composition chimique

Problématique : Sur quels critères s’appuie t on pour identifier une roche à partir d’une observation à l’œil

nu et au microscope ? Comment procède t on pour déterminer la composition chimique d’une roche ?

1.1) Observation macroscopique d’une roche de la croûte continentale : le granite

- à l’œil nu ➢ Quelle est la texture de la roche ? ( degré de cristallinité ) : La texture ( structure ) d’une roche est l’arrangement relatif de ses minéraux. Les minéraux résultent de l’association d’atomes en réseaux géométriques appelés cristaux, éventuellement visibles à l’œil nu. Texture grenue ( roche entièrement cristallisée avec des cristaux de grande taille ) texture microgrenue ( roche entièrement cristallisée constituée de microcristaux invisibles à l’œil nu ) Texture microlitique ( cristaux nombreux mais petits dans une pâte non cristallisée ) Texture vitreuse ou hyaline ( pas de cristaux , on parle alors de verre ) ➢ Quelle est la couleur de la roche ? noire , grise , blanche , rouge … ? roche claire ou foncée ? ➢ Quelle est la taille des cristaux ? phénocristal ( gros cristal ) ou un microlite ( petit cristal ) ?

NB : plus le refroidissement d’un matériau est lent et plus les cristaux formés sont gros. Les roches grenues se trouveront ainsi préférentiellement en profondeur. Cf cours d’enseignement scientifique

- à la loupe ( une clef de détermination des minéraux est distribuée )

➢ Quelle est la forme des cristaux ? carré , rectangulaire , hexagonal , arrondi , irrégulier Leur aspect ? reflet gras ; brillant Leur dureté ? raye le verre, se détache avec l’ongle

1.2) Observation au microscope polarisant du granite

Le microscope polarisant est un microscope optique qui permet l’observation de la structure minéralogique des roches. Le microscope polarisant possède en fait deux filtres (dits Polaroid) qui ne laissent chacun vibrer la lumière que dans une seule direction. Le premier filtre, le polariseur, est placé entre la source lumineuse et la lame mince (= préparation microscopique de roche) et le second, l'analyseur, entre la lame mince et et l'oculaire. - En début d'observation, sans lame mince, polariseur et analyseur sont croisés (perpendiculaires), la lumière ne passe pas, il y a extinction (A). - Quand on place une lame mince entre polariseur et analyseur, les minéraux dévient chacun la lumière différemment et apparaissent diversement colorés. Cela permet de les identifier (B). On est en LPA = lumière polarisée et analysée dite aussi lumière polarisée. - Si on supprime l'un des deux filtres (l'analyseur sur un microscope spécialisé ou le polariseur sur un microscope polyvalent de lycée) la coloration disparaît mais on observe la structure des minéraux, ce qui permet de préciser leur identification (C). On est en LPNA = lumière polarisée non analysée dite aussi lumière naturelle.


➢ Identifie les minéraux présents dans un granite ➢ Réalise un schéma de la roche observée au microscope polarisant

Titre : observation au microscope optique en lumière polarisée analysée d’une lame mince de granite On peut observer dans cette roche à texture grenue 3 minéraux :

- Le quartz - Le feldspath ( plagioclase [riche en CaNa] et/ou orthose [riche en K] ) - Le mica noir ou biotite


2) Etude d’une roche de la croûte océanique : le basalte

Même procédé pour analyser l’échantillon

Titre : observation au microscope optique en lumière polarisée analysée d’une lame mince de basalte On peut observer dans cette roche à texture microlitique 3 minéraux :

- L’olivine ( en gros cristaux ) - Le pyroxène ( en gros cristaux ) - Le feldspath plagioclase ( en microlites dispersés dans une pâte vitreuse )

Falaises de basalte à Vik ( Islande )


3) Etude d’une autre roche de la croûte océanique : le gabbro


Titre : observation au microscope optique en lumière polarisée analysée d’une lame mince de gabbro On peut observer dans cette roche à texture grenue 3 minéraux :

- L’olivine - Le pyroxène - Le feldspath plagioclase

4) Etude d’une roche du manteau : la péridotite


Titre : observation au microscope optique en lumière polarisée analysée d’une lame mince de gabbro On peut observer dans cette roche à texture grenue uniquement 2 minéraux :

- L’olivine - Le pyroxène


5) Etude d’une autre roche constituant la croûte continentale : le gneiss


Titre : observation au microscope optique en lumière polarisée analysée d’une lame mince de gneiss On peut observer dans cette roche à texture grenue 3 minéraux disposés en lits parallèles :

- Le quartz - Le feldspath - Le mica noir ou biotite


6) Etude de la composition chimique de ces roches

a) Entoure les 5 éléments chimiques les plus abondants pour chaque type de roche. Compare.

Eléments

chimiques

O Si Fe Al Ca Mg Na K

granite 49 % 36 % 1,5 % 6,5 % 1 % 0 % 2,5 % 4 %

basalte 49 % 27 % 1 % 5 % 7 % 9 % 2 % 0,2 %

gabbro 49 % 27 % 1 % 5 % 7 % 9 % 2 % 0,2 %

péridotite 47 % 24 % 2,2 % 1,5 % 2 % 23 % 0,3 % > 0,1 %

b) Calcule les pourcentages massiques de silicium et d’oxygène présents dans les 3 roches

( à identifier à l’aide des minéraux )


c) Le noyau est une des enveloppes internes de la Terre inaccessible. Cependant, les études en laboratoires de la propagation

d’ondes sismiques dans différents matériaux et celles des météorites ont permis d’approcher sa composition chimique. A l’aide des différents documents ci-dessous, indique quel est le principal constituant du noyau.

En utilisant le document 2 ci-dessous, calcule le pourcentage de cet élément dans le noyau.

N = pourcentage en masse dans le noyau CORRECTION : C = 0,75 S + 0,25 N Donc 0,25 N + 0,75 S = C Donc 0,25 N = C – 0,75 S Donc N = C – 0,75 S Fe dans le noyau = ( 23 – 0,75 x 4 ) / 0,25 = 80% 0,25


deux lithosphères différentes au sein d’une même plaque

L’Europe se situe sur la plaque ……………………………..

Complète le schéma ci-dessous :

…………………………………………………. ………………………………

…………………

…………………

…………..

…………..

……………..

……………………

………………………………………………………………………………………………

1 : constituée principalement de

2 : constituée principalement de

3 : constitué principalement de

4 : constitué principalement de


TP 2 - 3 : Un tableau récapitulatif de pétrologie à compléter et à comprendre impérativement

Ces 7 roches sont impérativement à connaître

Roche étudiée

Enveloppe terrestre

Vitesse des ondes sismiques P

Densité

Masse volumique

Texture

Minéraux présents

Basalte

Granite

Calcaire

Grès

Péridotite

Gabbro

Gneiss


TP 2 - 3 : Un tableau récapitulatif de pétrologie à compléter et à comprendre impérativement

Ces 7 roches sont impérativement à connaître

Roche étudiée

Enveloppe terrestre

Vitesse des ondes sismiques P

Densité

Masse volumique

Texture

Minéraux présents

Basalte

Croûte océanique

5,6 à 6,3 km.s-1

2,90

2,90 g.cm-3

microlitique

Feldspaths plagioclases

(Si3AlO8)Na, (Si2Al2O8)Ca

Pyroxène (Mg,Fe)7 (SiO3)2

Granite

Croûte continentale

4 à 5,8 km.s-1

2,65

2,65 g.cm-3

grenue

Quartz SiO2

Feldspath orthose (Si3AlO8)K

Mica noir ou biotite

K(MgFe)3{Si3AlO10(OH,F)2}

Calcaire


3 à 4,5 km.s-1

2,40

2,40 g.cm-3

Sédimentaire

carbonatée

Calcite CaCO3

Grès


3,5 à 4,5 km.s-1

2,45

2,45 g.cm-3

Sédimentaire

détritique

Quartz SiO2

Péridotite

Manteau

7,9 à 8,4 km.s-1

3,30

3,30 g.cm-3

grenue

Olivine (Mg,Fe)2(SiO4)


Gabbro

Croûte océanique

6,5 à 7,2 km.s-1

3,00

3,00 g.cm-3

grenue

Feldspaths plagioclases

(Si3AlO8)Na, (Si2Al2O8)Ca


Gneiss


6,5 à 7,6 km.s-1

2,75

2,75 g.cm-3

grenue

Quartz SiO2

Feldspath orthose (Si3AlO8)K Mica noir ou biotite

K(MgFe)3{Si3AlO10(OH,F)2}


Titre :

Schéma – bilan à remplir à la fin du chapitre


Il existe 3 types de roches

- Les roches sédimentaires issues de la dégradation de roches en superficie. Leur formation se réalise à la surface de la Terre. Exemple : le grès , le calcaire

- Les roches magmatiques issues du refroidissement du magma

roches volcaniques roches plutoniques structure microlitique structure grenue formation ± en profondeur formation en profondeur refroidissement rapide du magma refroidissement lent du magma ex. le basalte ex. le gabbro / le granite

- Les roches métamorphiques déformées par des conditions de pression importantes.

Leur formation se réalise très en profondeur. Ex. le gneiss Afin de simplifier la lecture sur les cartes géologiques ; des symboles permettent d’identifier les roches :

γ = granite

β = basalte

θ = gabbro

π = péridotite

ζ = gneiss

( à connaître )


Corrections exercices de la page 6 de ce TP confiné :

Quelle est le pourcentage massique de silicium dans le basalte ? D’après le tableau, dans 100 grammes de basalte, on a (en moyenne) :

- 80 g de feldspaths plagioclases NaAlSi3O8 - 20 g de pyroxène Fe2Si2O6

Quelle est la masse de silicium Si dans les feldspaths plagioclases ? Feldspaths Plagioclases = Na Al Si3 O8 (masse molaire plagioclases = 262 g / mol ) D’après les données de masse molaire, dans 262 g de feldspaths plagioclases, Sachant que la masse molaire du silicium est de 28 g / mol Or, il y a 3 atomes de Si dans un feldspath plagioclase Donc, dans 262 g de feldspaths plagioclases, on a 28 x 3 soit 84 g de Silicium Or, il y a 80 g de feldspaths plagioclases dans 100 g de basalte Faisons un produit en croix : s’il y a 84 g de Si dans 262 g de plagio, combien y en a-t-il dans 80 g de plagioclases ? 84 x 80 / 262 = 25,64 g Dans les 80 g de feldspaths plagioclases, on estime 25,64 g de silicium Quelle est la masse de silicium Si dans le pyroxène ? Pyroxène = Fe2 Si2 O6 (masse molaire pyroxène = 264 g / mol ) D’après les données de masse molaire, dans 264 g de pyroxène, Sachant que la masse molaire du silicium est de 28 g / mol Or, il y a 2 atomes de Si dans une molécule de pyroxène Donc, dans 264 g de feldspaths plagioclases, on a 28 x 6 soit 56 g de Silicium Or, il y a 20 g de pyroxène dans 100 g de basalte Refaisons un produit en croix : s’il y a 56 g de Si dans 264 g de pyroxène, combien y en a-t-il dans 20 g de pyroxène ? 56 x 20 / 264 = 4,24 g Dans les 20 g de pyroxène, on estime 4,24 g de silicium Dans 100 g de basalte, on a donc 25,64 + 4,24 = 29,88 g de Si , soit 29,9 % de silicium Dans 100 g de basalte, on a 46,32 % d’oxygène Si = 37,6 % Si = 14,6 %

γ π

O = 48,9 % O = 29,2 %

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