Dossier élève avec réponses et schémas complétés

TECTONIQUE DES PLAQUES ET GEOLOGIE APPLIQUEE
Excursion géologique à Sainte - Marie - aux - Mines : visite de la mine « Gabe Gottes », paysage et affleurements du col des Bagenelles et du chemin du
Haycot
I/ Formation d’un filon métallifère.
1. Mise en place d’un minerai. (à faire en cours)
a. Les conditions à réunir pour « fabriquer » un gisement
minéral.
Q. Comment se réalise la concentration du minéral à l’échelle de l’affleurement ?
 Cf texte M. .Fluck.
 Faire souligner aux élèves les éléments importants :
- « Potentiel-métal initial »… « dans les minéraux ».
- « Véhicule (eau chaude) – concentrer – transporter ».
- « Circuler dans un piège – cassure ouverte ».
- « abaisser la température – précipiter – température de précipitation propre à
chaque minéral ».
Q. Comment se réalise la concentration du minéral à l’échelle régionale ?
D’où viennent les fluides ? 3 Hypothèses concernant la mise en place des filons métallifères
de Sainte-Marie-aux-Mines :
- Hydrothermalisme « par le bas » :
Durant l’extension le manteau plus chaud remonte ce qui réchauffe les fluides/l’eau qui
circulent dans les fractures de bas en haut
- Hydrothermalisme « par le haut » :
Les précipitations lessivent les sédiments déposés dans les lagunes, se chargent en
minéraux, s’infiltrent et se réchauffent.
- Tectonique du fossé Rhénan :
Le fossé Rhénan (N-S) se remplit de fluides lors de sa formation. Les failles contemporaines
de la formation du fossé qui affectent aussi le socle permettent la circulation de ces fluides
réchauffés en profondeur à partir du fossé.
b. Comment se réalise la concentration du minéral ?
Expérience : cristallisation du chlorure de sodium (NaCl):
PROTOCOLE
OBSERVATION
INTERPRETATION
- faire dissoudre dans 100 mL d’eau, 10 à 20 g de gros sel, à froid,
- mettre une goutte de la solution obtenue sur une lame ,
- placer la lame près d’une source de chaleur (lampe du microscope, au soleil,
radiateur de la salle de classe) ou utiliser un sèche cheveux…,
- observer le résultat, au faible grossissement.
Lorsque l’eau s’évapore, on assiste à la formation de prismes de type cubique, à
base carrée. La dimension des prismes varie.
La solution initiale est une solution sursaturée : il peut y avoir apparition spontanée de
germes microscopiques autour desquels est précipité le chlorure de sodium.
Quand l’eau (le solvant) s’évapore, NaCl, (le soluté) précipite et des cristaux de
NaCl sont formés.
Bilan : cristallisation du soluté NaCl est obtenue par évaporation du
solvant d’une solution à froid.
Autre modèle expérimental : cristallisation du sulfate de
cuivre, à chaud
1. Le fossé rhénan et l’étude des filons à l’Ere Tertiaire.
L’ouverture du fossé rhénan résulte d’une divergence (failles normales,
effondrement). Elle a débuté au cours de l’ère Tertiaire (il y a environ 33 millions
d'années), au début de l'Oligocène.
Par la suite, le fossé est aussi envahi par de l’eau, dans des lagunes salées, en
liaison avec l’océan alpin. Il s'y dépose en particulier des sédiments à intérêt
économique : des sels de sodium et de potassium et, ailleurs, des marnes et des
grès où du pétrole (gisement de Péchelbronn).
Les contrecoups de la surrection des Alpes font « rejouer » les failles importantes
qui « travaillent » alors en décrochement sénestre. Ces mouvements
provoquent le retrait de l’eau et la surrection globale des massifs cristallins,
responsable du relief actuel.
Les collines sous-vosgiennes constituent un réseau de failles appelé « champ de
fractures ». Le socle est également fracturé ; d’anciennes failles ont été réactivées.
Toutes ces fractures sont nécessaires à la formation de filons.
La couche repère permet de mettre en évidence que les sédiments sont à différentes
profondeurs au niveau du fossé Rhénan. La profondeur maximale de la couche de
grès (3 km) permet d’estimer le rejeu de la faille vosgienne. On remarque aussi le
changement d’orientation de la faille vosgienne (normale à décrochement).
La formation du fossé Rhénan est post secondaire.
VISITE DE LA MINE DE « GABE GOTTES »
1. Localiser les filons métallifères.
Q. Repérez les différents
secteurs miniers et la
mine de Gabe Gottes.
Q. Orientation général de
chacun des secteurs :
Neuenberg : est-ouest.
Les différents secteurs
miniers sont situés au
niveau de : Neuenberg et
l’Altenberg.
Altenberg : nord/est –
sud/ouest
Q. Rappeler les minerais
extraits de chaque secteur (à
l’aide du document projeté) :
Mine Gabe Gottes
(située à Echery)
Neuenberg : Cu, Ag. Filons
cupro-argentifères
Altenberg : Pb, Ag. Filons
plombifères.
2. Exploiter le filon riche en minerai.
Q. Localisez les filons visibles sur la carte ci contre.
-> en rouge.
Les filons ont une orientation privilégiée qui correspond à des
orientations de failles existantes.
Q. Comment s‘appellent les galeries d’accès aux filons ?
-> les travers bancs.
Les repérer et les colorier en couleur différente. -> vert
3. Former le filon dans un contexte géologique
particulier
Q. En quoi cet indice valide la nécessité
d’un contexte géologique particulier pour
- Que suivez former
vous lorsque
vous marchez
dans un?filon vidé de son
des filons
métallifères
minerai (filon en négatif !) ?
Mise en évidence une faille de
décrochement sénestre matérialisée par la
gangue quartzeuse dans laquelle se trouve
un filon. Les filons sont présents dans des
zones tectoniques actives.
La roche encaissante (série des gneiss
variés) est très dure et se fracture facilement
(comportement « fragile » des roches »).
Les Vosges au col des Bagenelles : une tectonique à l’Ere
Primaire
LE PAYSAGE DU COL DES BAGENELLES (908 m)
NE
Champ du Feu (granite)
Ungersberg
Collines
d’altitudes
égales
Faille de
Sainte Marie
aux Mines
VERSANT
GNEISSIQUE
VERSANT
GRANITIQUE
Vallée du
Liepvrette
Col des Bagenelle (900m), Granite du socle
Les grès des Vosges sont des formations
sédimentaires détritiques qui se sont déposées
dans notre région, principalement au Trias (245 Ma), sur le socle d’âge Primaire.
Q. Normalement les formations gréseuses triasiques,
plus récentes, recouvrent le socle granitique.
Or ici, le socle affleure et est situé plus haut que les
formations triasiques.
Q. Comparez la localisation topographique
des formations gréseuses repérées dans le
paysage, à celle du granite tel qu’on peut le
rencontrer au col des Bagenelles.
Q. Nous sommes en présence d’un contact anormal,
qui s’explique par la présence d’une faille normale.
Schéma : le jeu d’une faille normal
Grès triasique
Q. Réalisez un schéma pour expliquer les
localisations respectives du grès et du
granite.
+ + + + +
érosion
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + + +
Granite du socle,
(Plus ancien)
Q. Nous sommes en présence d’un mini fossé
Q. Quel événement géologique régional
vous permet d’expliquer la formation du
paysage actuel ?
d’effondrement, parallèle au fossé rhénan, bordé par
un champ de fractures. Le paysage s’explique donc par
la tectonique des plaques. Autre argument : les collines
au premier plan ont toutes la même altitude ; ce sont des
collines « reliques » entourées de terrains effondrés.
Lien entre le filon de Gabe Gottes et la tectonique des plaques : le filon que l’on suit est dans
une faille. Cette faille est probablement ancienne, réactivée notamment au moment de la
formation du fossé rhénan.
Lien entre l’affleurement du col des Bagenelles et la tectonique des plaques : le manteau
lithosphérique continental affleure ainsi que la croûte inférieure.
Si ces unités profondes affleurent c’est qu’elles ont remonté à la faveur d’événements
tectoniques qui se sont produits déjà au Primaire. L’érosion a aussi permis de les découvrir.
Lien entre le paysage du col des Bagenelles et la tectonique des plaques : on voit
notamment la faille de Sainte – Marie aux Mines qui entaille la vallée et le petit fossé
d’effondrement dans l’axe de la faille ; la faille de Sainte-Marie aux Mines est globalement
parallèle au fossé rhénan. Elle a été réactivée au moment de la formation du fossé rhénan.
TABLEAU SYNTHÉTIQUE DES AFFLEUREMENTS DU COL DES BAGENELLES ET DU CHEMIN DU HAYCOT
Arrêt
Pétrographie
Minéralogie
Granite riche en Mg
Parking
Roche magmatique
plutonique
du
col des Bagenelles
Grands phénocristaux de
feldspath potassiques
(couleur blanc
porcelaine, macle de
Carlsbad)
Phénocristaux de biotite
(couleur noire) et
d’amphibole (couleur
gris/verdâtre)
automorphes
Granite des crêtes
Attention : le granite des crêtes n’est
pas en place ; il provient du versant
S de la vallée de la Liepvrette, mais
l’observation des blocs sur le
parking évite un arrêt autre
« chronophage »
Chemin du Haycot (haut)
Granulites sombres
Affleurement à débit
en parallélipède massif
Roche magmatique, riche en :
 Potassium : contamination du magma par la croûte.
 Mg : origine mantellique.
 Phlogopite (mica magnésien) caractéristique d’un
contexte chaud (bassin arrière arc).
Donc le magma a une origine mixte : fusion du manteau et
de la croûte continentale (granulites).
Magmatisme dans un contexte de subduction continentale
de marge continentale, daté de 340Ma.
Quartz (couleur grise)
doc 1c
Minéraux clairs :
orthose, quartz,
plagioclases, visibles
uniquement en lame
mince.
Grenat : minéral métamorphique, qui signe un épisode
métamorphique.
Minéraux sombres :
biotite, pyroxènes,(
idem)
Plusieurs interprétations ; croûte océanique formée dans un
contexte de bassin d’arrière arc, croûte d’origine inconnue.
Grenat visible à l’œil nu.
Roche massive
Couleur vert sombre
Roche finement cristallisée,
Grain fin
Litage frustre
Minéraux étirés
Interprétation
Faciès granulites, HT°-HP°, (900 °C, 40 à 60 km)
Roches calco-alcalines.
Arrêt
Pétrographie
Minéralogie
Interprétation
couleur rose -> couleur d’altération indique la présence de FK.
Roche métamorphique dérivée d’un granite.
Chemin du Haycot
(intermédiaire)
orthose,
Faciès granulites, HT°-HP°900 °C, 60 km)
Granulites claires et roses
plagioclase,
Affleurement à débit en petit parallélipède
quartz,
grenat
CC qui est a subi des transformations en profondeur par
subduction continentale ou épaississement.
Roche massive
Couleur claire et rose
Roche finement cristallisée,
Grain fin
Litage frustre
Minéraux étirés
Olivine,
En association avec granulites
Chemin du Haycot (bas)
Clinopyroxène, peu
Péridotite serpentinisée à
grenat
Grenat kéliphytisé
Roche mantellique ; péridotite formée à 100 km profondeur
déduit de la présence du grenat pyrope, stable à cette
profondeur.
Délamination de la croûte continentale dans le manteau
permettant l’incorporation d’écailles péridotitiques ; doc 1b
Affleurement en petites massifs ou
écailles
La kéliphytisation des grenats témoigne de la remontée des
écailles mantelliques sous continentales incorporée à la base de
la CC lors de l’extrusion (prisme orogénique) ; doc 1c
Couleur sombre à noire, noir
verdâtre ou brun rouge
Remontée de la croûte et des écailles est rapide : 4 mm par an
INTERPRETATION
Doc 2 : diagramme PT et Granulite
L’observation de terrain permet de placer les minéraux des roches dans un diagramme P° et T°
Certains minéraux contenus dans les granulites (comme le grenat) permettent de mettre en
évidence que la roche était présente à 50km de profondeur. La croûte s’est donc épaissie.
Ces granulites affleurent à l’actuel.
Quels évènements tectoniques permettent d’expliquer cela ?
Une subduction continentale (2 lithosphère continentales entrent en collision) ; une partie (croute <
et manteau lithosphérique) de la plaque « saxothuringienne », septentrionale, plonge dans
l’asthénosphère sous la plaque « moldanubienne », méridionale ; cet épisode est suivi de la
collision intracontinentale au cours de laquelle les granulites et des écailles de manteau continental
sont remontés.
Doc 1 : Subduction continentale
N : Unité
saxothuringienne,
plongeante
S : Unité moldanubienne,
chevauchante
Croûte
continentale
Manteau
lithosphérique
Asthénosphère
Granulites de la CC inf
(unité
saxothuringienne)
Doc C : extrusion. Un morceau du panneau plongeant se détache, ce qui initie la formation de magma.
Doc 3 : la mise en place des Vosges a été très rapide à l’échelle des temps géologiques.
II/ Exploitation d’un filon d’argent.
1. Le travail des mineurs.
Gravures datées de 1549, au XVIe siècle (témoignage rare et exceptionnel)
Q. Outils qu’utilisaient les mineurs : pointerolles, lampes à suif, chien de mine.
Q. Les ouvriers utilisent le bois pour le soutènement.
Q. Il s’agit du bocardage. Le minérai est concassé. Ceci permet de favoriser la réaction de réduction.
Q. Il s’agit de la coupellation (à droite) et de l’étape de réduction (à gauche). Cf sous partie suivante.
Travers banc
Puit d’aération
Chien de mine
filon
III/ Impact de l’exploitation minière de Sainte Marie-aux-Mines sur
l’Homme.
1. Utilisation des ressources minières de Sainte-Marie-au Mines.
Les minerais extraits de l’exploitation des mines de Sainte-Marie-aux-Mines sont utilisés dans de
nombreux domaines.
2. Démographie de Sainte-Marie-aux-Mines au cours de l’exploitation minière.
L’exploitation minière a permis d’augmenter la population de Sainte Marie aux Mines passant de 400 à 12 000
habitants. Les mines ont ainsi permis l’emploi de nombreux ouvriers.