Le métamorphisme des zones de subduction

05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche sujet-élève
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. En observant la minéralogie et en évaluant la masse volumique de roches ayant ou non subi ces modifications
de pression et de température, on cherche à formuler une hypothèse sur les mécanismes à l'origine de la subduction.
Matériel:
- deux échantillons de roches (un métagabbro et une éclogite),
- lame mince d'une éclogite et microscope polarisant (à platine tournante, et avec analyseur amovible),
- planche des caractéristiques des minéraux (document 1),
- diagramme pression - température (document 2),
- fiche technique de réalisation des mesures de masse volumique et matériel correspondant au protocole.
Activités et déroulement des activités
Capacités et critères d'évaluation
L'échantillon de métagabbro montre des pyroxènes brun foncé entourés de hornblende
noire, et des plagioclases blancs. L'échantillon d'éclogite présente des grains rouges de
grenat visibles au sein d'une matrice verte de jadéite.
1- Après avoir observé 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.
Appeler l'examinateur pour vérification
Utiliser le microscope
polarisant
pour retrouver des minéraux
Barème
6
2- Matérialiser par un figuré légendé le domaine de stabilité de cette roche sur le
diagramme (document 2).
Traduire des informations par
un schéma
2
3- Utiliser le matériel mis à disposition (balance, verrerie, fiche technique) pour déterminer
la masse volumique (voir protocole) de chaque échantillon. Les résultats des mesures et
des calculs seront consignés dans le tableau fourni.
Utiliser des techniques
de mesure
pour comparer deux roches
8
4- A partir de l'ensemble des résultats (questions 1 à 3), montrer que les transformations
subies par ces roches peuvent entretenir la subduction.
Adopter une démarche
explicative
pour formuler une hypothèse en
cohérence avec les données et
les connaissances
4
La fiche réponse et le document 2, complétés, sont à rendre à l'issue de l'épreuve
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
LPA (avec
analyseur
)
En lumière polarisée non
analysée (sans analyseur)
En lumière polarisée et
analysée (avec analyseur)
Au microscope avec le plus faible grossissement
LPNA (sans
analyseur)
Fiche document - élève (1/2)
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Document 1 : Planche des caractéristiques des minéraux présents dans une éclogite ou un métagabbro
Grenat
Jadéite
Quartz
Pyroxène relique
Hornblende
Plagioclase
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.
Sections à bords diffus
de couleur beige clair.
Nombreuses fissures
parallèles fines dans le
sens de la longueur.
Minéral brun clair à vert
dont la couleur varie
selon l'orientation. Deux
séries de fissures
parallèles (clivages).
Sections rectangulaires
et incolores. Des
fissures grossièrement
parallèles entre elles.
Teinte de polarisation
gris clair à blanc.
Teintes vives de
polarisation (jaune,
rouge, magenta).
Teintes vives (jaune,
rouge, magenta à bleu),
atténuées par la couleur
naturelle.
Teintes de polarisation :
gris plus ou moins clairs,
en bandes parallèles
dans le sens de la
longueur.
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche document - élève (2/2)
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Document 2 : 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 :
Document à rendre à l'examinateur à
l'issue de l'épreuve
A = domaine de stabilité de l’association à chlorite + actinote + plagioclase.
B = domaine de stabilité de l’association à glaucophane + plagioclase.
C = domaine de stabilité de l’association à glaucophane + jadéite
D = domaine de stabilité de l’association à grenat + jadéite +/- glaucophane.
G = domaine de stabilité de l’association à plagioclase + pyroxène (gabbro)
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche technique élève
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Protocole de mesure de la masse volumique d'un échantillon de roche
La masse volumique est le rapport de la masse d'un échantillon sur son volume. On l'exprimera ici en grammes par centimètre cube.
Matériel
o
o
o
o
o
une balance,
une éprouvette graduée,
un bécher,
du fil,
un échantillon de roche de taille adaptée au volume
de l'éprouvette.
Protocole
1 - Peser l'échantillon.
2 - Attacher l'échantillon à un fil.
3 - Remplir l'éprouvette de moitié, précisément, avec le bécher.
4 - Plonger délicatement l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette à
l'aide du fil.
5 - Lire le niveau atteint par l'eau, une fois l'échantillon totalement
immergé.
6 - Calculer le volume de l'échantillon en effectuant la différence
entre le niveau initial et le niveau final de l'eau dans l'éprouvette.
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche réponse élève
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Nom:
Prénom:
Classe:
Etude de deux roches rencontrées dans une zone de subduction
Métagabbro
Masse de l’échantillon M
Volume de l’échantillon V
Masse volumique M/V
(g/cm3)
Eclogite
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche laboratoire
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Conseils :
Avant l'épreuve, on choisira des échantillons de roches de taille compatible avec l'éprouvette fournie : par exemple, des parallélépipèdes
grossièrement taillés au marteau ou à la scie (60/40/30 mm). La granulométrie des roches doit être assez fine ; à cette condition, des
échantillons de métagabbro du Chenaillet peuvent convenir.
On s'assurera aussi que l'échantillon de métagabbro ait bien une densité inférieure à celle de l'éclogite.
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 pouvoir être utilisé en lumière polarisée seule et disposer d'un analyseur facilement escamotable.
Pour l'impression de la fiche des caractéristiques des minéraux, utiliser du papier qualité photo.
A préparer :
-
fiche réponse ;
impression du document 1 sur papier photo (ou affichage à l’écran : voir ci-dessous) ;
fiche document – élève 2/2 en nombre correspondant au nombre de candidats qui auront ce sujet.
Affichage écran ou impression de la fiche élève :
La planche photographique est aussi disponible sous forme de fichier séparé afin de pouvoir l'afficher à l'écran au lieu de l'imprimer :
fichier 05_I5_G_Pro_19pl.doc
05_I5_G_Pro_19.doc
I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche barème d'évaluation
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Nom des élèves
Capacités et exigences évaluées
(en gras, évaluation pendant la séance)
Barème
1- 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
- remise du microscope dans l'état initial : "prêt à l’emploi"
- identification correcte de la jadéite et du grenat
2- Traduire des informations par un schéma :
- sélection des informations utiles (figuré de l'éclogite bien placé)
- traduction graphique des informations (figuré soigné)
- exactitude des légendes (domaine de stabilité de l'éclogite)
3- Utiliser des techniques de mesure :
- respect des différentes étapes du protocole
- respect des conditions d’utilisation du dispositif de mesure
- utilisation maîtrisée de l’outil de mesure
- expression des résultats en cohérence avec l’outil utilisé (unité, arrondi,
précision)
- organisation de la paillasse et rangement du matériel en fin de
manipulation
4 - Adopter une démarche explicative :
L'éclogite a une densité supérieure à celle du schiste bleu (Q3) or elle est située
plus en profondeur, dans la croûte subduite (Q2) que le schiste bleu ; on peut
faire l'hypothèse que les transformations minéralogiques provoquent une
augmentation de densité des roches et entretiennent la subduction amorcée.
NOTE
4
2
2
8
4
/20