07_I5_G_Pro_79 I5 - La convergence lithosphérique et ses effets

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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche sujet - candidat
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Lors de la subduction, l'augmentation de pression et de température produit des transformations minéralogiques dans les roches de la
croûte océanique. Ainsi, les gabbros sont transformés en métagabbros, puis en éclogites ; ces transformations s’accompagnent d’une
modification de la densité des roches.
On cherche à montrer que ces transformations contribuent à la descente de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère au
niveau d’une subduction.
Matériel
- deux échantillons de roches :
- un métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou glaucophane)
dans une matrice blanche de plagioclases
- un échantillon d'éclogite présentant des grains rouges de grenat visibles dans une matrice verte de jadéite
- lame mince d’une éclogite et microscope polarisant à platine tournante réglé (un des deux filtres polarisants est escamotable)
- calculatrice
Activités et déroulement des activités
Capacités
Barème
1- Justifier, après avoir parcouru l’ensemble du dossier, l’intérêt de l’étude minéralogique et de la
mesure de la masse volumique des roches pour répondre au problème posé.
2- Après avoir distingué à l'œil nu les deux échantillons, retrouver dans la lame mince d'éclogite le
grenat et la jadéite, en utilisant le microscope polarisant et la planche des caractéristiques des
minéraux (fiche document - candidat 1/2).
Appeler l'examinateur pour vérification de chaque minéral
3- Placer le métagabbro et l’éclogite sur le trajet suivi par les roches de la croûte océanique
(diagramme de la fiche document - candidat 2/2) au moyen de deux symboles représentatifs et
compléter la légende.
Comprendre la manipulation
2
Traduire des informations par un
schéma
3
4- Déterminer la masse volumique de chaque échantillon en utilisant le protocole fourni (fiche
technique). Les résultats des mesures et des calculs seront consignés dans le tableau de la fiche
réponse.
Utiliser des techniques
de mesure
6
Utiliser le microscope polarisant
- Réalisation des réglages
- Repérage des minéraux à
l’œil nu et en lame mince
5- Utiliser les résultats obtenus (questions 2 à 4) et les données de la fiche technique pour
Adopter une démarche explicative
répondre au problème posé
.
6- En fin d’épreuve, ranger le matériel.
Gérer le poste de travail
5
3
1
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche document - candidat 1/2
LPA
(avec
analyse
En lumière polarisée non
analysée (sans analyseur)
En lumière polarisée et
analysée (avec analyseur)
Au microscope avec le plus faible grossissement
LPNA (sans
analyseur)
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Principales caractéristiques des minéraux présents dans une éclogite ou un métagabbro
Grenat
Jadéite
Quartz
Pyroxène relique
Sections hexagonales
ou pentagonales de
couleur légèrement
rosée. Craquelures et
limites bien marquées
(fort relief).
Teinte noire (=éteint)
quelle que soit
l'orientation du cristal.
Sections allongées plus
ou moins rectangulaires
de couleur vert pâle.
Deux séries de fissures
fines parallèles
(clivages).
Teintes vives de
polarisation (jaune
orange ou magenta,
rarement bleu).
Incolore et parfaitement
limpide.
Sections irrégulières
comblant les interstices.
Teinte de polarisation
gris clair à blanc.
Sections à bords diffus
de couleur beige clair.
Nombreuses fissures
parallèles fines dans le
sens de la longueur
clivages).
Teintes vives de
polarisation (jaune,
rouge, magenta).
Hornblende
Glaucophane
Minéral brun clair à vert
dont la couleur varie
selon l'orientation. Deux
séries de fissures
parallèles (clivages).
Minéral bleu à violet
dont la couleur change
avec l'orientation. Deux
séries de fissures
parallèles (clivages).
Teintes vives (jaune,
rouge, magenta à bleu),
légèrement atténuées par
la couleur naturelle.
Teintes vives (jaune,
orange, magenta)
relativement atténuées
par la couleur naturelle
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche document - candidat 2/2
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Diagramme pression-température simplifié montrant les domaines de stabilité de quelques associations de minéraux caractéristiques
(ces domaines de stabilité ont été déterminés expérimentalement)
Nom :
Prénom :
Classe :
Etablissement :
Document à rendre à
l'examinateur à l'issue de
l'épreuve
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
Gabbro
océanique
Trajet Profondeur/Température/temps suivi
par les roches de la croûte océanique au cours
de l’expansion puis de la subduction
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche technique - candidat
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
DONNÉES
La masse volumique est le rapport de la masse d'un échantillon sur son volume.
La densité d’un objet est le rapport de sa masse volumique sur la masse volumique de l’eau.
La masse volumique de l’eau est égale à 1 g /cm3 ou 1 T /m3.
La masse volumique de l’asthénosphère est de 3,2 T/m3 et celle du manteau lithosphérique est de 3,3 T/m3. Leur densité
respective est donc 3,2 et 3,3.
PROTOCOLE de mesure de la masse volumique d'un échantillon de roche
On exprimera ici la masse volumique en grammes par centimètre cube (1cm3 correspond à 1 mL).
Matériel
une balance,
une éprouvette graduée,
un bécher,
du fil pour éventuellement aider à l’immersion de
l’échantillon,
o un échantillon de roche en un ou plusieurs
morceaux de taille adaptée au volume de
l'éprouvette.
o
o
o
o
Protocole
Peser l’échantillon.
Verser de l’eau dans l'éprouvette jusqu’à une graduation
repère.
Immerger l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette.
Lire le niveau atteint par l'eau, une fois l'échantillon
totalement immergé.
Calculer le volume de l'échantillon correspondant au
volume d’eau déplacé.
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche réponse - candidat
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Question 1 :
Etablissement :
Nom:
Prénom:
Classe:
Métagabbro
Question 4 - Détermination de la masse volumique :
Masse M de l’échantillon
Volume V de l’échantillon
Masse volumique M/V
(g/cm3)
Question 5 :
A rendre à l’issue de l’épreuve - Utiliser le verso si nécessaire
Eclogite
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche barème d'évaluation
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Nom des candidats
Capacités et exigences évaluées
(en gras, évaluation pendant la séance)
Barème
1- Comprendre la manipulation
- composition minéralogique : permet de placer les roches sur le diagramme P/T
- masse volumique : permet une comparaison entre la densité de chaque roche et
celle de la lithosphère et de l’asthénosphère
2- Utiliser le microscope polarisant
- réalisation des réglages (éclairage, diaphragme, condenseur …)
- utilisation des objectifs (choix adapté de l'objectif, mise au point)
- utilisation du dispositif de polarisation (analyseur, platine tournante)
- recherche puis centrage de la région la plus favorable de l’objet
- identification correcte de la jadéite et du grenat
3- Traduire des informations par un schéma
- positionnement dans les domaines V et III ou VI
- complément de légende
3- Utiliser des techniques de mesure :
- respect des différentes étapes du protocole
- utilisation maîtrisée des l’outils de mesure (balance et éprouvette)
- expression des résultats (unité, arrondi, précision)
4 - Adopter une démarche explicative :
- positionnement de la masse volumique mesurée des échantillons par rapport à
la densité de l’asthénosphère et du manteau lithosphérique (passage des
g/cm3 aux T/m3)
- mise en relation de la masse volumique des roches, de la profondeur et du
mécanisme de subduction
- mise en relation des transformations minéralogiques et du mécanisme de la
subduction
Gérer le poste de travail : rangement, sur la paillasse, du matériel d’optique,
des échantillons et des outils de mesure.
NOTE
2
3
2
3
2
2
2
3
1
/20
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Fiche laboratoire et évaluateur
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Matériel
- deux échantillons de roches :
- un métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou glaucophane)
dans une matrice blanche de plagioclases
- un échantillon d'éclogite présentant des grains rouges de grenat visibles dans une matrice verte de jadéite
- lame mince d’une éclogite et microscope polarisant à platine tournante réglé (un des deux filtres polarisants est escamotable)
- calculatrice
Avant l'épreuve, on choisira des échantillons de roches de taille compatible avec l'éprouvette fournie en un ou plusieurs morceaux : par
exemple, des parallélépipèdes grossièrement taillés au marteau ou à la scie (60/40/30 mm) ou un ensemble de morceaux pesant entre 100
et 200 g. La granulométrie des roches doit être assez fine.
Des échantillons de métagabbro peuvent correspondre soit au type à hornblende du Chenaillet, soit à celui à glaucophane du Queyras.
Tout métagabbro d’origine ophiolitique peut convenir.
On s'assurera aussi que :
l'échantillon de métagabbro a bien une masse volumique inférieure à celle de l'éclogite et de l’asthénosphère (2.5 à 2.7 g/cm3) ;
l'échantillon d’éclogite a bien une masse volumique supérieure ou égale à celle de l’asthénosphère (3.2 à 3.3 g/cm3).
Le fil utilisé pour l’immersion d’un échantillon volumineux sera de masse négligeable.
La lame mince d'éclogite doit comporter des minéraux distincts de grenat et de jadéite sans rétromorphose, ou du moins sans
rétromorphose importante.
Le microscope polarisant doit disposer d’une platine tournante. L’un des deux filtres polarisants doit pouvoir être escamoté sans que
l’élève ne puisse dérégler la position croisée des deux filtres lorsqu’il les positionne de part et d’autre de la lame mince. Le
microscope est fourni réglé au maximum d’extinction au laboratoire et l’élève ne doit pas avoir à le refaire en cours d’évaluation.
Pour l'impression de la fiche des caractéristiques des minéraux, utiliser du papier qualité photo.
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A préparer :
-
impression de la planche des caractéristiques des minéraux sur papier photo (ou affichage à l’écran : voir ci-dessous) ;
fiche document – candidat 2/2 en nombre correspondant au nombre de candidats qui auront ce sujet.
Affichage écran ou impression de la fiche candidat
La planche photographique (fiche document 1/2) est aussi disponible sous forme de fichier séparé afin de pouvoir l'afficher à l'écran au lieu
de l'imprimer :
fichier 07_I5_G_Pro_79_planche
Blouse
oui
Prescriptions
Gants
non
Lunettes
non
Autorisations
Calculette
Papier brouillon
oui
Fourni par l’établissement