Activités 17 à 19 (avec corrigé des activités 17 et 18)

Quelques rappels
1. Structure du globe
2. Structure de la
lithosphère
océanique

Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge
- Créer une feuille de calcul LibreOffice (ou Excel...), et, en utilisant les données d'épaisseur de la
lithosphère océanique indiquées dans le document 3 p. 175, calculer pour chaque âge la masse d'une
colonne de lithosphère de 1 m² de surface. On prendra pour densité de la croûte océanique 2,9 et non 3
comme indiqué dans le livre, et pour épaisseur de la croûte océanique : 6000 m.
- Calculer, pour chaque âge, la densité globale de la lithosphère océanique (croûte + manteau
lithosphérique), dont vous venez de calculer la masse.
- Indiquer à partir de quel âge approximatif un panneau de lithosphère océanique peut en théorie entrer
spontanément en subduction (c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère).
- D'après le document
ci-contre, quel est l'âge
des zones de
lithosphère océanique
les plus âgées ?
Comment résoudre ce
paradoxe ? Réponses à
noter dans la feuille de
tableur, en dessous du
tableau de calcul.
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge
- Créer une feuille de calcul LibreOffice (ou Excel...), et, en utilisant les données d'épaisseur de la
lithosphère océanique indiquées dans le document 3 p. 175, calculer pour chaque âge la masse d'une
colonne de lithosphère de 1 m² de surface. On prendra pour densité de la croûte océanique 2,9 et non 3
comme indiqué dans le livre, et pour épaisseur de la croûte océanique : 6000 m.
- Calculer, pour chaque âge, la densité globale de la lithosphère océanique (croûte + manteau
lithosphérique), dont vous venez de calculer la masse.
- Indiquer à partir de quel âge approximatif un panneau de lithosphère océanique peut en théorie entrer
spontanément en subduction (c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère).
- D'après le document
ci-dessous, quel est
l'âge des zones de
lithosphère océanique
les plus âgées ?
Comment résoudre ce
paradoxe ? Réponses à
noter dans la feuille de
tableur, en dessous du
tableau de calcul.

Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge – Corrigé
C.O. = croûte océanique m.l. = manteau lithosphérique
A partir d'un âge d'environ 25 millions d'années, la densité globale de la lithosphère océanique (3,252)
dépasse celle de l'asthénosphère (3,25). Le panneau de lithosphère océanique peut alors, en théorie,
entrer en subduction, c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère.
En fait, on trouve quelques zones de lithosphère océanique dont l'âge peut aller jusqu'à 180 Ma. C'est
paradoxal. Cela est dû au fait que l'asthénosphère est notamment dû au fait que ces portions de
lithosphère océanique âgées donc denses sont en continuité d'un côté avec de la lithosphère
océanique plus jeune donc moins dense, et de l'autre avec une lithosphère continentale, moins dense
aussi, qui jouent le rôle de flotteur.
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge – Corrigé
C.O. = croûte océanique m.l. = manteau lithosphérique
A partir d'un âge d'environ 25 millions d'années, la densité globale de la lithosphère océanique (3,252)
dépasse celle de l'asthénosphère (3,25). Le panneau de lithosphère océanique peut alors, en théorie,
entrer en subduction, c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère.
En fait, on trouve quelques zones de lithosphère océanique dont l'âge peut aller jusqu'à 180 Ma. C'est
paradoxal. Cela est dû au fait que l'asthénosphère est notamment dû au fait que ces portions de
lithosphère océanique âgées donc denses sont en continuité d'un côté avec de la lithosphère
océanique plus jeune donc moins dense, et de l'autre avec une lithosphère continentale, moins dense
aussi, qui jouent le rôle de flotteur.
9 6000 6000 2,9 17400 30000
16 6000 6000 2,9 17400 40000
25 6000 6000 2,9 17400 50000
100 6000 6000 2,9 17400 100000
150 6000 6000 2,9 17400 120000
9 24000 24000 3,3 79200 96600 30000 3,22
16 34000 34000 3,3 112200 129600 40000 3,24
25 44000 44000 3,3 145200 162600 50000 3,252
100 94000 94000 3,3 310200 327600 100000 3,276
150 114000 114000 3,3 376200 393600 120000 3,28
âge
(Ma)
épaisseur
C.O. (mètre)
volume
C.O. (m3)
masse volumique
C.O. (tonne.m-3)
masse C.O.
(tonne)
épaisseur totale
lithosphère (m)
âge
(Ma)
épaisseur
m.l. (m)
volume
m.l. (m3)
masse volumique
m.l. (tonne.m-3)
masse m.l.
(tonne)
masse totale
lithosphère (t)
volume total
lithosphère (m3)
masse vol.
lithosphère
(tonne.m-3)
9 6000 6000 2,9 17400 30000
16 6000 6000 2,9 17400 40000
25 6000 6000 2,9 17400 50000
100 6000 6000 2,9 17400 100000
150 6000 6000 2,9 17400 120000
9 24000 24000 3,3 79200 96600 30000 3,22
16 34000 34000 3,3 112200 129600 40000 3,24
25 44000 44000 3,3 145200 162600 50000 3,252
100 94000 94000 3,3 310200 327600 100000 3,276
150 114000 114000 3,3 376200 393600 120000 3,28
âge
(Ma)
épaisseur
C.O. (mètre)
volume
C.O. (m3)
masse volumique
C.O. (tonne.m-3)
masse C.O.
(tonne)
épaisseur totale
lithosphère (m)
âge
(Ma)
épaisseur
m.l. (m)
volume
m.l. (m3)
masse volumique
m.l. (tonne.m-3)
masse m.l.
(tonne)
masse totale
lithosphère (t)
volume total
lithosphère (m3)
masse vol.
lithosphère
(tonne.m-3)

Activité 18 - Transformation minéralogique des roches de la croûte océanique au cours de la subduction
Lorsque la lithosphère océanique s'éloigne de la dorsale, le refroidissement des basaltes et gabbros,
associé à la circulation d'eau de mer dans les fractures de la croûte, entraîne une transformation à l'état
solide des minéraux (métamorphisme) : plagioclase et pyroxène réagissent entre eux en présence d'eau et
donnent une amphibole (minéral hydraté) : la hornblende. Les gabbros deviennent ainsi des métagabbros
à hornblende.
Le refroidissement et l'hydratation continuant, la hornblende est progressivement remplacée par des
minéraux encore plus hydratés, chlorite et actinote, qui donnent une teinte verte à la roche. On est dans
le "faciès schistes verts" ; les métagabbros à hornblende sont maintenant des métagabbros à chlorite et
actinote.
Lors de la subduction, les roches de la croûte océanique sont entraînées en profondeur, ce qui provoque
une augmentation rapide de la pression et une augmentation modérée de la température. Les minéraux
subissent encore des transformations, toujours à l'état solide. On parle de métamorphisme HP-BT (haute
pression - basse température). Hornblende, chlorite et actinote disparaissent pour former de la
glaucophane, amphibole bleue, moins hydratée que la hornblende. On est dans le "faciès schistes
bleus" ; les métagabbros à chlorite-actinote sont transformés en métagabbros à glaucophane.
Puis ces métagabbros sont entraînés encore plus profondément, et se transforment vers 30 km de
profondeur en éclogites : la glaucophane et les autres minéraux disparaissent à leur tour et il se forme un
pyroxène vert, la jadéite, et du grenat. La roche ainsi formée est appelée éclogite.
Activités Critères d'évaluation Barème
1Retrouver à l'œil nu dans les échantillons proposés :
- la hornblende brune de préférence dans le métagabbro à hornblende
+ chlorite et actinote (faciès "schistes verts") ;
- la glaucophane dans le métagabbro à glaucophane (faciès "schistes
bleus") ;
- le grenat et la jadéite dans l’échantillon d’éclogite.
Appeler le professeur pour vérification
Observer le réel à l’œil
nu
/ 3
2Retrouver les mêmes minéraux dans les lames minces, en utilisant le
microscope polarisant et la planche des caractéristiques des minéraux.
Appeler le professeur pour vérification de chaque identification
Utiliser le microscope
polarisant : réalisation
des réglages,
repérage des
minéraux
/ 8
3Mesurer la densité d'un métagabbro à hornblende, celle d'un
métagabbro à glaucophane du faciès schistes bleus et celle d'une
éclogite. Montrer que le métamorphisme subi par la croûte océanique
lors de la subduction entretient (facilite) la plongée de la lithosphère
océanique.
Appliquer une
démarche explicative
/ 7
/ 3
6 Organisation et rangement du poste de travail / 1
DONNÉES
La masse volumique est le rapport de la masse d'un échantillon sur son volume. La masse volumique de
l'eau est égale à 1 g /cm3 = 1 kg/L = 1 t /m3. La densité d'un objet est le rapport de sa masse volumique sur
celle de l'eau.
PROTOCOLE de mesure de la masse et du volume d'un échantillon de roche
Matériel Protocole
- une balance
- une éprouvette graduée
- un bécher
- un échantillon de gabbro en un
ou plusieurs morceaux de taille
adaptée au volume de
l'éprouvette
Mesure de la masse de chaque échantillon
■ Peser chaque échantillon (choisir judicieusement le nombre de morceaux
permettant une précision suffisante) à l'aide de la balance fournie.
■ Noter le résultat obtenu.
Mesure du volume de chaque échantillon
■ Verser de l'eau dans l'éprouvette jusqu'à une graduation repère ;
■ Immerger l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette ;
■ Une fois l'échantillon totalement immergé, lire le niveau atteint par l'eau,
aussi précisément que possible ;
■ Calculer le volume de l'échantillon, qui correspond au volume d'eau
déplacé.
La masse volumique sera exprimée en grammes par centimètre cube. Les calculs doivent figurer sur la
feuille.

Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique :
ρ=m
V
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
Densité :
d=ρéchantillon
ρeau
(grandeur sans unité).
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique :
ρ=m
V
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
Densité :
d=ρéchantillon
ρeau
(grandeur sans unité).
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique :
ρ=m
V
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
Densité :
d=ρéchantillon
ρeau
(grandeur sans unité).
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique :
ρ=m
V
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
Densité :
d=ρéchantillon
ρeau
(grandeur sans unité).
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.