sciences de la terre - CRDP de l`académie de Montpellier
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Echantillonnage et composition chimique de la croûte. 1°S – Géologie. Corrigé Thème général : structure, composition et dynamique de la Terre. Sous–thème : Structure et composition chimique de la Terre interne Notion : Composition chimique de la Terre : des échantillons naturels aux matériaux inaccessibles. Place de l’activité dans la démarche : Au cours de la classe de terrain des affleurements de roches sont étudiés. Des roches de texture et de compositions minéralogiques différentes sont observées. On cherche à déterminer la composition chimique de ces roches. Objectifs notionnels : La taille relative de l’échantillon et des minéraux ou verre qui le constituent impose le choix de la quantité de roche à prélever pour obtenir une composition chimique représentative de l’objet étudié. Les enveloppes de la Terre, accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiques différentes que l’on détermine à partir de l’étude de roches représentatives. La composition chimique des enveloppes de la Terre est dominée par un nombre limité d’éléments dits « majeurs » (Si, O, Mg, Fe, Ca, K, Na, Al). Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont : olivines, pyroxènes, quartz, feldspaths, amphiboles et micas. La composition chimique des roches est représentée en % massique d’éléments chimiques. Objectifs méthodologiques : • Réaliser techniquement : employer des techniques de mesures • Raisonner : Traiter des informations (comparer, quantifier). Mettre en relation des données. Avoir un esprit critique. Protocole : Sur un granite porphyroïde, établir le pourcentage de cristaux de feldspath, quartz et biotite à l’aide d’une grille (principe du compteur de points). a) compter 100 points, b) compter 25 points. En tirer les compositions minéralogique puis chimique des deux échanti&llons. Comparer les résultats obtenus. (et moyenne des résultats des groupes TP) En déduire : La taille relative de l’échantillon et des minéraux ou verre qui le constituent impose le choix de la quantité de roche à prélever pour obtenir une composition chimique représentative de l’objet étudié. Variante : Sur deux échantillons de la même roche (granite porphyroïde) l’un plus riche en phénocristaux que l’autre, établir le pourcentage de cristaux de feldspath, quartz et biotite à l’aide d’une grille. Le même protocole peut être appliqué à des roches grenues différents par d’autres groupes d’élèves au cours de la même séance. Support : Echantillons de granite porphyroïde, polis de préférence (voir marbrier). Ou documents papier ou images Paint de la roche avec grille superposée : Zone riche en phénocristaux et zone pauvre en phénocristaux. Transparents avec grille réticule ( Carreaux de 1 cm ) Echantillons de roches : granite, rhyolite, basalte , gabbro, péridotite. Organisation de l’activité : L’élève dispose d’un fragment de granite poli sur lequel il place le quadrillage transparent (maille 1 cm). La dimension de l’échantillon étant choisi ( carré de x cm de côté inscrit dans la grille) la nature du cristal situé à chaque intersection du quadrillage est identifié. L’élève obtient la composition minéralogique puis à l’aide d’un modèle la composition chimique. Plusieurs mesures doivent être réalisées en changeant de position sur le fragment poli. Un autre élève (ou le même) fait les mêmes opérations pour un échantillon de taille différente. Synthèse des résultats et comparaison. Activité : Sur un fragment poli de granite (granite porphyroïde), on compte le nombre de cristaux de feldspath, quartz et biotite à l’aide d’une grille (principe du compteur de points). On modifie la taille et l’emplacement des échantillons analysés sur le fragment: 1 ) Echantillons de 10 cm x 10 cm ( on compte 100 points) ⇒ ( 4 mesures = 4 échantillons ) 2) Echantillons de 4 cm x 4 cm (on compte 25 points) ⇒ ( 4 mesures = 4 échantillons ) 1 ) Echantillons de 10 cm x 10 cm ( 100 points) Mesure 1 Mesure 2 Nombre de points 100 100 Quartz Feldspaths Biotite Mesure 3 100 Mesure 4 100 En utilisant le modèle : a) Quartz = SiO2 (1/1) b) Feldspath (orthose) = 6/8 SiO2 + 1/8 Al2O3 + 1/8 K2O (on néglige les Plagioclases et donc Na2O par souci de simplification) c) Biotite = 6/14 SiO2 + 2/14 Al2O3 + 5/14 FeO / MgO + 1/14 CaO On tire Constituants SiO2 Al2O3 K2O FeO / MgO CaO Mesure 1 Mesure 2 Mesure 3 Mesure 4 100 % 100 % 100 % 100 % Mesure 3 100 Mesure 4 100 Mesure 2 Mesure 3 Mesure 4 100 % 100 % 100 % 2 ) Echantillons de 4 cm x 4 cm (25 points) Mesure 1 Mesure 2 Nombre de points 100 100 Quartz Feldspaths Biotite En utilisant le même modèle, on tire: Constituants Mesure 1 SiO2 Al2O3 K2O FeO / MgO CaO 100 % Comparer les résultats obtenus. Pour les comptages de 100 cristaux les résultats varient selon les mesures (types de cristaux pointés). Mais globalement les résultats sont peu différents. Pour des échantillons 4 fois plus petits (25 points), les différences deviennent significatives. En déduire : La taille relative de l’échantillon et des minéraux ou verre qui le constituent impose le choix de la quantité de roche à prélever pour obtenir une composition chimique représentative de l’objet étudié.
