09_G_P_16 I5 - La convergence lithosphérique et ses effets LE

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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche sujet - candidat
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.
On cherche à montrer que ces transformations minéralogiques s’’accompagnent d’’une modification de la densité des roches qui
entretient 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 entre autres, 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
1- Justifier, après avoir parcouru l’’ensemble du dossier, l’’intérêt de connaître l’’association
minéralogique et de mesurer la masse volumique des roches pour répondre au problème
posé.
Capacités et critères d’’évaluation
Comprendre la manipulation
Barème
2
2- Retrouver le grenat et la jadéite dans l’’échantillon d’’éclogite puis dans la lame mince
d'éclogite, en utilisant le microscope polarisant et la planche des caractéristiques des
minéraux (fiche document - candidat 1/2).
Appeler l'examinateur pour vérification de chaque identification
Utiliser le microscope polarisant
Réalisation des réglages
Repérage des minéraux à l’’œœil nu
et en lame mince
5
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.
Traduire des informations par un
schéma
2
4- Déterminer la densité de chaque échantillon en utilisant le protocole fourni (fiche Protocole). Utiliser des techniques de mesure
Présenter les résultats des mesures et des calculs sous la forme d’’un tableau.
Présenter les résultats sous la forme
d’’un tableau
5- Utiliser les résultats obtenus (questions 2 à 4) pour montrer que les transformations de la
croûte entretiennent la descente de la lithosphère océanique.
Appliquer une démarche explicative
4
3
6- En fin d’’épreuve, ranger le matériel.
1
Gérer et organiser le poste de travail,
respecter les consignes de sécurité
3
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I5 - La convergence lithosphérique et ses effets
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche document - candidat 1/2
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)
Principales caractéristiques des minéraux présents dans une éclogite ou un métagabbro
Grenat
Jadéite
Plagioclases
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 stries
fines parallèles
(clivages).
Teintes vives de
polarisation (jaune
orange ou magenta,
rarement bleu).
Sections rectangulaires
et incolores. Des stries
grossièrement
parallèles entre elles.
Sections à bords diffus
de couleur beige clair.
Nombreuses stries
parallèles fines dans le
sens de la longueur
clivages).
Teintes de polarisation : Teintes vives de
gris plus ou moins
polarisation (jaune,
clairs, en bandes
rouge, magenta).
parallèles dans le sens
de la longueur
Hornblende
Glaucophane
Minéral brun clair à vert
dont la couleur varie
selon l'orientation. Deux
séries de stries parallèles
(clivages).
Minéral bleu à violet
dont la couleur change
avec l'orientation. Deux
séries de stries
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
LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche document - candidat 2/2
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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LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche Protocole - candidat
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
o une éprouvette graduée
ƒ
Peser chaque échantillon à l’’aide de la balance fournie.
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
morceaux de taille adaptée au
ƒ
Verser de l’’eau dans l'éprouvette jusqu’’à une graduation repère ;
volume de l'éprouvette
ƒ
Immerger l'échantillon dans l'eau 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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LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche réponse - candidat
Question 1
Etablissement :
Nom:
Prénom:
Classe:
Question 4 - Détermination de la densité
Question 5
A rendre à l’’issue de l’’épreuve - Utiliser le verso si nécessaire
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LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche barème d'évaluation
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
et de situer leur profondeur de formation.
- masse volumique : permet une mise en relation de la densité de chaque roche
avec le mécanisme de la subduction
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
- identifications correctes 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 outils de mesure (balance et éprouvette)
- expression des résultats (unité, arrondi, précision) sous la forme d’’un tableau
comparatif présentant les résultats des différentes mesures effectuées.
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 entretien de la subduction
6 - Gérer le poste de travail : rangement, sur la paillasse, du matériel d’’optique,
des échantillons et des outils de mesure.
NOTE
2
3
2
2
2
2
3
3
1
/20
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Fiche laboratoire et évaluateur 1/2
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
Fichier numérique associé dans le dossier du sujet
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
A préparer
- 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 comporte des minéraux bien identifiables de grenat et de jadéite sans rétromorphose, ou du moins sans rétromorphose
importante.
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.
Pour l'impression de la fiche des caractéristiques des minéraux, utiliser du papier qualité photo.
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LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Fiche laboratoire et évaluateur 2/2
REMARQUE à l’’attention des évaluateurs
-
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.
-
Question 4 : il est demandé au candidat de présenter les résultats de ses mesures sous la forme d’’un tableau sans modèle préalable
fourni. L’’évaluateur prendra en compte la qualité du tableau réalisé : comparaison des deux échantillons, présentation des différentes
mesures réalisées.
Blouse
oui
Prescriptions
Gants
non
Lunettes
non
Autorisations
Calculatrice
Papier brouillon
oui
Fourni par l’’établissement