Activité 7 : Fusion partielle du manteau et formation de lithosphère

Activité 7 : Fusion partielle du manteau et formation de lithosphère océanique
Document 1 : Mouvement et lithosphère
En fait, il a été démontré que le
modèle : « la tectonique des plaques,
l'expansion océanique, c'est comme un
tapis roulant » n'est pas juste. Car un
tapis roulant est mis en mouvement
par des roues dentées ou engrenages
situés sous lui. Or il a été montré que
la lithosphère n'est pas mise en
mouvement par ce qu'il y a sous elle,
mais par son propre poids qui la fait
plonger au niveau des zones de
subduction.
Donc c'est la force gravitaire de la
lithosphère qui met en mouvement les
plaques (voir classe de Terminale).
Ainsi la lithosphère va tirer au niveau
des dorsales et créer du « vide ». Ce
vide
va
être
comblé
par
l'asthénosphère ductile qui va pouvoir
remonter au niveau des dorsales. On
peut dire que la lithosphère est son
propre moteur.
Document 2 : La fusion partielle
Lorsqu'on fait fondre un matériau pur comme de l'eau, on obtient un liquide de même composition
que l'eau. Cependant les roches ne sont pas des corps purs mais sont constitués d'une multitude de
minéraux. Ainsi lorsqu'on passe le solidus (le point de fusion de la roche), il n'y a que certains
minéraux qui fondent et d'autres non. Ainsi la roche ne fond pas en totalité. On parle de fusion
partielle. Pour qu'il y a fusion totale (pour que la roche soit entièrement fondue et donc liquide), il
faut
passer
le
liquidus
(transition où la roche est
totalement fondue), c'est-à-dire
que tous les minéraux ont
fondu. Par exemple, si on prend
la
péridotite
(roche
du
manteau), elle contient entre
Zone de fusion
autre du pyroxène et de
partielle
l'olivine. Le pyroxène fond à
une plus faible température que
l'olivine. Il va donc fondre en
premier. Voir ci-contre, le
diagramme
de
pression/température de la
péridotite.
Document 3 : Diagramme pression/profondeur/température d'une péridotite et géothermes au
niveau d'une dorsale et de la croûte océanique
Document 4 : Voir document 2 page 144 (Bordas).
Document 5 : Expérience : La vanilline, un modèle simplifié de la cristallisation des roches
Protocole expérimental :
➢ Déposer, à l’aide d’une pointe de scalpel, un
2 –
A
peu de poudre de vanilline au centre de la
lame ; la répartir correctement (éviter les
« pâtés ») puis recouvrir d’une lamelle.
➢ Grâce à une pince en bois, chauffer la lame
au-dessus d’un bec Bensen ; dès que la poudre
a fondu (étape de fusion de la vanilline) retirer
vite la lame de la source de chaleur. Bien
appuyer sur la lamelle (attention c’est
chaud !).
➢ Déposer la préparation sur le radiateur (ou en
l'air) et lancer le chrono. Vous l’y laisserez 5
minutes : c’est l’étape de re-cristallisation de
la vanilline.
➢ Répéter les opérations 1 et 2, puis déposer votre
seconde préparation sur de la glace. Vous l’y
laisserez le même temps (5 min).
➢ Observer les préparations au microscope
polarisant, en choisissant judicieusement le
grossissement de l’image puis comparer avec
les textures du basalte et du gabbro.
1 – Grâce à l'ensemble des documents 1 à 5, compléter le schéma-bilan suivant, expliquant la
formation de la lithosphère océanique au niveau d'une « dorsale type ».
2 – A partir de ces nouvelles données et de l'ensemble des connaissances acquises dans ce thème,
élaborer un schéma intitulé : « le modèle de la tectonique des plaques : de la création de la
lithosphère océanique à sa disparition » (on utilisera le fond de schéma suivant pour ajouter des
flèches, des figurés et des légendes). On prendra comme convention de couleurs :
• orange : croûte continentale
• marron : croûte océanique
• vert foncé : manteau lithosphérique
• vert clair : manteau asthénosphérique et manteau inférieur
• rose ou gris au chois : noyau
• rouge : zone magmatique (fusion partielle voir activité 7)
• jaune : panache (= remontée de manteau très chaud qui va fondre la lithosphère et donner
des points chauds en surface).
Aide :
1 – Expliquer ce qui se passe au niveau des dorsales (doc 1).
2 – Expliquer ce qu'est la fusion partielle (doc 2).
3 – Que peut-on constater entre le géotherme sous la dorsale et le géotherme au niveau de la croûte
océanique (doc 3) ?
4 – Mettre en relation le document 1 et 3 pour expliquer la fusion de la péridotite au niveau des
dorsales.
5 – Comparer la composition en éléments chimiques des 3 roches (doc 4). Quel taux de fusion
partielle permet d'obtenir du gabbro et/ou du basalte ?
6 – Bien comparer la vanilline au microscope entre les 2 expériences (refroidissement lent et
rapide). Rappeler la composition d'un gabbro par rapport à un basalte ainsi que leur structure. Que
constate-t-on par rapport au gabbro et au basalte ?
7 – Que se passe-t-il alors lorsque la péridotite a subi une fusion partielle et comment se forme la
lithosphère océanique ?
Dorsale
Eau
4
Basalte
3
Croûte
océanique
Gabbro
Lithosphère
Moho
Péridotite
résiduelle
(appauvrie)
2
Manteau
lithosphérique
Manteau
asthénosphérique
Isotherme
1300°C
1
Péridotite
Asthénosphère
1 : _________________________________________________________ 3 : _________________________________________________________
2 : _________________________________________________________ 4 : _________________________________________________________