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 contribuent à la descente de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère au niveau d’une subduction.
Matériel
- deux échantillons de roches :
- un métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou glaucophane) 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) - calculatrice
Activités et déroulement des activités Capacités 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.
2- Après avoir distingué à l'œil nu les deux échantillons, 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
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 et compléter la légende.
4- Déterminer la masse volumique 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) et les données de la fiche technique pour répondre au problème posé
.
6- En fin d’épreuve, ranger le matériel.
Comprendre la manipulation
Utiliser le microscope polarisant - Réalisation des réglages - Repérage des minéraux à
l’œil nu et en lame mince
Traduire des informations par un schéma
Utiliser des techniques de mesure
Adopter une démarche explicative Gérer le poste de travail
2
5
3
6
3 1
Fiche document - candidat 1/2 LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Principales caractéristiques des minéraux présents dans une éclogite ou un métagabbro
Grenat Jadéite Quartz Pyroxène relique Hornblende Glaucophane
LPNA (sans analyseur) Sections hexagonales ou pentagonales de couleur légèrement rosée. Craquelures et limites bien marquées (fort relief).
Sections allongées plus ou moins rectangulaires de couleur vert pâle.
Deux séries de fissures fines parallèles
(clivages).
Incolore et parfaitement limpide.
Sections irrégulières comblant les interstices.
Sections à bords diffus de couleur beige clair.
Nombreuses fissures parallèles fines dans le sens de la longueur clivages).
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).
LPA (avec analyse Teinte noire (=éteint)
quelle que soit l'orientation du cristal.
Teintes vives de polarisation (jaune orange ou magenta, rarement bleu).
Teinte de polarisation gris clair à blanc.
Teintes vives de polarisation (jaune, rouge, magenta).
Teintes vives (jaune, rouge, magenta à bleu), légèrement atténuées par la couleur naturelle.
Teintes vives (jaune, orange, magenta) relativement atténuées par la couleur naturelle
En lumière polarisée non analysée (sans analyseur)
Au microscope avec le plus faible grossissement En lumière polarisée et analysée (avec analyseur)
Fiche document - candidat 2/2 LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Diagramme pression-température simplifié montrant les domaines de stabilité de quelques associations de minéraux caractéristiques (ces domaines de stabilité ont été déterminés expérimentalement)
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 Nom :
Prénom :
Classe :
Etablissement :
Document à rendre à l'examinateur à l'issue de l'épreuve
Gabbro océanique
Trajet Profondeur/Température/temps suivi par les roches de la croûte océanique au cours de l’expansion puis de la subduction
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.
La masse volumique de l’asthénosphère est de 3,2 T/m3 et celle du manteau lithosphérique est de 3,3 T/m3. Leur densité respective est donc 3,2 et 3,3.
PROTOCOLE de mesure de la masse volumique d'un échantillon de roche
On exprimera ici la masse volumique en grammes par centimètre cube (1cm3 correspond à 1 mL).
Matériel Protocole
o une balance,
o une éprouvette graduée, o un bécher,
o du fil pour éventuellement aider à l’immersion de l’échantillon,
o un échantillon de roche en un ou plusieurs morceaux de taille adaptée au volume de l'éprouvette.
Peser l’échantillon.
Verser de l’eau dans l'éprouvette jusqu’à une graduation repère.
Immerger l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette.
Lire le niveau atteint par l'eau, une fois l'échantillon totalement immergé.
Calculer le volume de l'échantillon correspondant au volume d’eau déplacé.
Fiche réponse - candidat LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Etablissement :
Nom:
Prénom:
Classe:
Question 4 - Détermination de la masse volumique :
Question 5 :
A rendre à l’issue de l’épreuve - Utiliser le verso si nécessaire
Métagabbro Eclogite
Masse M de l’échantillon
Volume V de l’échantillon
Masse volumique M/V (g/cm3)
Question 1 :
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
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
3
- identification correcte de la jadéite et du grenat 2
3- Traduire des informations par un schéma
- positionnement dans les domaines V et III ou VI - complément de légende
3 3- 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)
2 2 2 4 - Adopter une démarche explicative :
- positionnement de la masse volumique mesurée des échantillons par rapport à la densité de l’asthénosphère et du manteau lithosphérique (passage des g/cm3 aux T/m3)
- mise en relation de la masse volumique des roches, de la profondeur et du mécanisme de subduction
- mise en relation des transformations minéralogiques et du mécanisme de la subduction
3
Gérer le poste de travail : rangement, sur la paillasse, du matériel d’optique, des échantillons et des outils de mesure.
1
NOTE /20
Fiche laboratoire et évaluateur LE METAMORPHISME DES ZONES DE SUBDUCTION
Matériel
- deux échantillons de roches :
- un métagabbro présentant un pyroxène (relique) entouré d’une auréole d’amphibole d’aspect noir (hornblende ou glaucophane) 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) - 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 :
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) ; l'échantillon d’éclogite a bien une masse volumique supérieure ou égale à celle de l’asthénosphère (3.2 à 3.3 g/cm3).
Le fil utilisé pour l’immersion d’un échantillon volumineux sera de masse négligeable.
La lame mince d'éclogite doit comporter des minéraux distincts 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.
A préparer :
- impression de la planche des caractéristiques des minéraux sur papier photo (ou affichage à l’écran : voir ci-dessous) ; - fiche document – candidat 2/2 en nombre correspondant au nombre de candidats qui auront ce sujet.
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 07_I5_G_Pro_79_planche
Prescriptions Autorisations
Blouse Gants Lunettes Calculette Papier brouillon
oui non non oui Fourni par l’établissement
