candidat LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION Lor

08_G_P_16
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 entretiennent la descente de la lithosphère océanique au niveau d’une subduction.
Matériel
- un échantillon de métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou
glaucophane, minéral précisé sur une étiquette) 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)
- balance, éprouvette graduée, bécher, calculatrice
Activités et déroulement des activités
Capacités et critères d’évaluation
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.
Comprendre la manipulation
2
2- 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
Utiliser le microscope polarisant
Réalisation des réglages
Repérage des minéraux à l’œil nu
et en lame mince
5
Traduire des informations par un
schéma
3
Utiliser des techniques
de mesure
6
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
(ronds ou triangles de couleurs différentes) et compléter la légende.
4- Déterminer la densité 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.
5- Utiliser les résultats obtenus (questions 2 à 4) pour montrer que les transformations de la Appliquer une démarche explicative
croûte entretiennent la descente de la lithosphère océanique.
3
6- En fin d’épreuve, ranger le matériel.
1
Gérer et organiser le poste de travail,
respecter les consignes de sécurité
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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 profondeur - 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.
PROTOCOLE de mesure de la masse et du volume d'un échantillon de roche
Matériel
Protocole
Mesure de la masse de chaque échantillon
o une balance
ƒ
Peser chaque échantillon à l’aide de la balance fournie.
o une éprouvette graduée
o un bécher
ƒ
Noter le résultat obtenu.
o un échantillon de chacune des
deux roches (un métagabbro et une Mesure du volume de chaque échantillon
éclogite) en un ou plusieurs
ƒ
Verser de l’eau dans l'éprouvette jusqu’à une graduation repère ;
morceaux de taille adaptée au
ƒ
Immerger l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette ;
volume de l'éprouvette
ƒ
Lire le niveau atteint par l'eau, une fois l'échantillon totalement immergé au cm3 près ;
ƒ
Calculer le volume de l'échantillon correspondant au volume d’eau déplacé.
La masse volumique sera exprimée en grammes par centimètre cube (1cm3 correspond à 1 mL).
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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 densité :
Masse M de l’échantillon
Volume V de l’échantillon
Masse volumique M/V
(g/cm3)
Densité
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 corrects (voir fiche laboratoire - évaluateur)
- symboles légendés
4- 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)
5 - Appliquer une démarche explicative :
- Comparaison des densités calculées des échantillons et mise en relation de la
densité de chaque échantillon de la croûte avec le domaine de stabilité, donc
la profondeur
- mise en relation densité, profondeur et 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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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
Fiche laboratoire et évaluateur
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Matériel
- un échantillon de métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou
glaucophane, minéral précisé sur une étiquette) 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)
- balance, éprouvette graduée, bécher, 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 :
ƒ 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) ;
ƒ l'échantillon d’éclogite a bien une masse volumique supérieure à celle du métagabbro (dans l’idéal, masse volumique supérieure ou égale à
celle de l’asthénosphère, soit 3.2 à 3.3 g/cm3)
ƒ La lame mince d'éclogite doit comporter des minéraux bien identifiables de grenat et de jadéite sans rétromorphose, ou du moins sans
rétromorphose importante.
ƒ 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.
ƒ Pour l'impression de la fiche des caractéristiques des minéraux, utiliser du papier qualité photo.
A préparer
- l’impression de la planche des caractéristiques des minéraux sur papier photo (ou affichage à l’écran : voir ci-dessous) ;
- la fiche document – candidat 2/2 en nombre correspondant au nombre de candidats qui auront ce sujet.
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
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
Metzosub_planche
REMARQUE à l’attention des évaluateurs
-
fiche barème d'évaluation, question 3 : selon que, dans l'échantillon de métagabbro fourni, l'auréole est constituée de hornblende ou de
glaucophane, le métagabbro doit être placé respectivement dans les domaines V ou II ; on admettra pour l’éclogite les domaines III ou VI (présence
ou non du glaucophane, repérage non exigé). Il n'est pas non plus demandé au candidat de déterminer les minéraux de l'auréole de l’échantillon de
métagrabbro : une étiquette doit donc en préciser la nature, selon le cas hornblende ou glaucophane ;
Blouse
oui
Prescriptions
Gants
non
Lunettes
non
Calculatrice
oui
Autorisations
Papier brouillon
Fourni par l’établissement