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30 janvier 2011. Durée 1h45
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Répondre sur des feuilles doubles et intercalaires numérotées.
Être soigneux dans la présentation de l’écrit et des schémas.
Partie du programme : Convergence
Restitution organisée des connaissances (20 points)
Partie du programme : La convergence lithosphérique et ses effets.
Modèle de la subduction et genèse des magmas
 Question
Présenter le modèle de la subduction d’une plaque océanique au contact d’une plaque
continentale et expliquer l’origine et la formation des magmas caractéristiques de ces zones
de subduction.
Votre réponse comprendra :
o Une coupe schématique de cette zone de subduction, soignée et bien légendée,
o Un texte expliquant l’origine et la formation des magmas.
Compétences
Utiliser et trier les
connaissances pour
répondre au problème
posé
Construire un plan qui
répond aux exigences
du sujet
Construire un schéma
soigné qui respecte la
consigne

Partie du programme : La convergence lithosphérique et ses effets.
Modèle de la subduction et genèse des magmas
20 points
 Question
Présenter le modèle de la subduction d’une plaque océanique au contact d’une plaque continentale et
expliquer l’origine et la formation des magmas caractéristiques de ces zones de subduction.
Votre réponse comprendra :
o Une coupe schématique de cette zone de subduction, soignée et bien légendée,
o Un texte expliquant l’origine et la formation des magmas.
 Proposition de corrigé
Convergence et subduction – Les savoirs mis en jeu
Les zones de subduction sont le siège dune importante activité magmatique: le magma provient de la fusion partielle des
péridotites au-dessus du plan de Bénioff. Cette fusion est due à l'hydratation du manteau.
L'eau provient de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Le long du plan de Bénioff, les roches de la
lithosphère océanique sont soumises à des conditions de pression et de température différentes de celles de leur
formation. Elles se transforment et se déshydratent. Des minéraux caractéristiques des zones de subduction apparaissent.
Conseils
Bien respecter le libellé du sujet qui implique de présenter en premier le modèle de la subduction en mettant en place les
éléments en rapport avec la formation des magmas et en particulier la position du volcanisme par rapport à la fosse.
Si vous aviez le temps, il serait très judicieux de refaire le modèle de subduction en conclusion, en l'enrichissant des
éléments explicatifs de la formation des magmas apportés par votre exposé. Vous pouvez sans doute aussi présenter le
modèle de subduction déjà enrichi des éléments explicatifs de la formation des magmas (il suffit de le signaler sous le titre
du schéma).
Veillez à bien enchaîner les idées c'est-à-dire préciser en premier le matériel qui subit la fusion partielle à l'origine du
magma, puis ce qui est nécessaire à la fusion partielle, c'est-à-dire l'apport d'eau, et enfin comment la subduction de la
lithosphère océanique entraîne cet apport d'eau.
 Introduction
Un volcanisme de type explosif est une des caractéristiques les plus constantes des zones de
subduction. Dans certaines d'entre elles, par exemple au niveau des Andes, un plutonisme marqué
par la mise en place de granites y est associé. Tout cela traduit une activité magmatique importante
des zones de subduction, et donc la genèse de magma. Celle-ci est une conséquence de la
subduction. Le problème à résoudre est celui du mécanisme par lequel la plongée d'une lithosphère
océanique froide dans le manteau plus chaud entraîne la genèse de magma.
Nous allons résoudre ce problème en commençant par présenter le modèle d'une zone de
subduction comparable à celle de la région andine (figure ci-dessous).
A - Modèle de subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale
Figure - Ce modèle vous a été distribué en cours – Attention au soin
B - Formation des magmas de subduction
1 - Le matériel qui subit la fusion partielle
Il n'existe pas de couche magmatique continue à l'intérieur du globe. En conséquence un
magma provient toujours de la fusion partielle d'une roche.
Malgré des variations dans la pente du panneau lithosphérique qui subducte les volcans se
trouvent à l'aplomb d'une zone où le toit de la lithosphère subductée est à 100 km ou plus. On estime
que c'est la péridotite de la plaque chevauchante située à ces profondeurs qui subit la fusion partielle
à l'origine du magma.
1 point
8 points
9 points

2 - L'eau, facteur entraînant la fusion partielle de la péridotite
Les données thermiques, notamment la mesure du flux de chaleur, indiquent que la
température de la péridotite vers 100 km de profondeur, de l'ordre de 1 000 °C, est inférieure à celle
qui est nécessaire pour entraîner sa fusion partielle. La lithosphère océanique subductée doit
entraîner un changement dans la péridotite chevauchante qui rend possible sa fusion partielle.
Or, les données expérimentales indiquent que l'eau abaisse la température de fusion de la
péridotite, son solidus. Ainsi, une péridotite hydratée, à 1 000°C, sous une pression correspondant à
celle qui règne à 100 km ou plus, subit une fusion partielle : certains minéraux fondent et sont à
l'origine du magma. (voir les courbes sur le site, schéma non demandé)
C'est la lithosphère océanique subductée qui libère l'eau permettant la fusion partielle de la
péridotite chevauchante.
3 - Mécanismes par lesquels la lithosphère océanique libère de l'eau
a - Les caractéristiques de la lithosphère (surtout de sa croûte) qui subducte
La lithosphère océanique, et en particulier sa croûte formée de basaltes en coussins et de
gabbros, s'est formée au niveau d'une dorsale océanique. La croûte, formée par refroidissement du
magma basaltique engendré à la dorsale, est initialement chaude, à une température de 600 à 700
°C. Elle est en plus fracturée, faillée par suite des forces d'extension en oeuvre aux dorsales. Il en
résulte une circulation d'eau de mer à l'intérieur de la croûte et celle-ci subit un métamorphisme
hydrothermal.
À partir des minéraux initiaux du gabbro, feldspath et pyroxène, il y a des réactions
métamorphiques à l'état solide qui conduisent à la formation de minéraux hydratés, hornblende puis
chlorite et actinote à plus faible température lorsque la croûte s'éloigne de la dorsale (faciès des
schistes verts).
La péridotite du manteau peut être aussi métamorphisée en serpentinite, roche verdâtre riche
en minéraux hydroxylés, les serpentines.
C'est donc une lithosphère et surtout une croûte riche en minéraux hydratés qui s'éloigne de
la dorsale et arrive au niveau d'une zone de subduction.
B - Le métamorphisme de la croûte en cours de subduction
Au cours de sa subduction, la croûte océanique va se réchauffer lentement et surtout être
soumise à des pressions de plus en plus importantes. Dans ces conditions, les minéraux qui la
constituent sont instables. En conséquence, à des profondeurs supérieures à 30-40 km, la croûte est
le siège d'un métamorphisme de basse température et haute pression qui aboutit à la formation de
nouveaux minéraux dont le glaucophane (faciès des schistes bleus). Finalement vers 50 km et plus,
le gabbro est transformé en une roche appelée éclogite formée par une association de grenat rouge
et d'un pyroxène vert, la jadéite.
Le fait important est que les minéraux de I'éclogite ne sont déhydratés. Les réactions
métamorphiques affectant la croûte subductée, libèrent de l'eau. C'est cette eau qui passe dans la
péridotite chevauchante et entraîne sa fusion partielle.
 Conclusion
Le déclenchement de la fusion partielle de la péridotite chevauchante par la plongée d'une
lithosphère océanique froide est à première vue paradoxal. Cela s'explique cependant par un
couplage du métamorphisme de subduction et du magmatisme : ce sont les réactions
métamorphiques affectant la croûte subductée qui libèrent l'eau, entraînant la fusion partielle de la
péridotite. Au cours de son ascension, le magma peut se consolider en profondeur et être à l'origine
de roches magmatiques plutoniques (granodiorites) ou parvenir en surface et engendrer des roches
magmatiques volcaniques (andésites).
2 points