Conditions de formation d’une roche métamorphique

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Le domaine continental et sa dynamique
Type : Pratique du raisonnement scientifique 1 | Année : 2013 | Académie : Pondichéry
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Conditions de formation d’une roche métamorphique

Le domaine continental et sa dynamique

Corrigé

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Ens. spécifique

svtT_1304_12_02C

Pondichéry • Avril 2013

pratique du raisonnement scientifique Exercice 1 • 3 points

Pour retracer l’évolution d’une chaîne de montagnes, une détermination des conditions de formation de roches apparentées au granite, échantillonnées dans la région de la Marche au nord-ouest du Massif central a été faite. Ces roches montrent l’aspect observable sur le document 1. Elles présentent une association minéralogique composée de quartz, de biotite, de muscovite, de cordiérite et d’un peu de sillimanite.

> Utilisez les documents 1 et 2 pour énoncer, sous la forme d’une réponse construite, les conditions de formation de ces roches de la région de la Marche.

Vous joindrez le document 2 à votre copie en y figurant la zone correspondant à la formation des roches considérées.

Document 1

Roche affleurant dans la région de la Marche

Document 2

Diagramme Pression (P) et Température (T) des domaines de stabilité de minéraux repères1 et différentes réactions métamorphiques en fonction des conditions P-T


Courbe 1 : réaction chlorite + muscovite 1 (à gauche) = biotite + muscovite + quartz + eau (à droite)

Courbe 2 : réaction muscovite + chlorite + quartz (à gauche) = biotite + cordiérite + andalousite ou sillimanite ou disthène + eau (à droite)

Courbe 3 : réaction muscovite + quartz (à gauche) = Feldspath potassique + andalousite ou sillimanite + eau (à droite)

Courbe 4 : courbe de fusion d’un granite hydraté (courbe du solidus séparant un domaine où seul le solide est présent, à gauche, et un domaine où liquide et solide peuvent coexister, à droite)

1. Les minéraux repères (disthène, sillimanite et andalousite) sont des silicates d’alumine.

Comprendre le sujet

• Le document 1 permet de situer la roche dans le contexte général d’une chaîne de montagnes ancienne. Les caractéristiques reconnaissables indiquent que cette roche est métamorphique.

• Pour préciser les conditions du métamorphisme qui a donné naissance à cette roche, il faut confronter sa composition minéralogique aux informations fournies par le diagramme pression – température du document 2.

• Les données sur les domaines de stabilité des minéraux repères (disthène sillimanite, andalousite) sont à exploiter en premier car ils permettent de circonscrire les conditions de formation de la roche à un domaine restreint.

• L’utilisation des courbes 1, 2 et 3 permet alors d’affiner les conditions de formation.

Mobiliser ses connaissances

• Dans les chaînes de montagnes anciennes, on observe à l’affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés (métamorphisme) et formés en profondeur que dans les chaînes récentes.

• Ce sont surtout des compétences (lecture d’un diagramme P/T) qui sont à mobiliser.

Corrigé

• La roche considérée fait partie du Massif central, chaîne de montagnes ancienne longuement soumise à l’érosion : les roches qui affleurent actuellement se sont donc formées en profondeur.

• La roche présente un aspect rubané, feuilleté (document 1). Les feuillets alternativement clairs et foncés sont plissés. Ces caractères sont ceux d’une roche métamorphique provenant de transformations à l’état solide.

• Les courbes du document 2 permettent de préciser les conditions de formation de cette roche. Les roches métamorphiques contiennent du silicate d’alumine qui peut se présenter sous trois espèces minérales suivant les conditions de pression et de température : andalousite, sillimanite ou disthène.

• La roche étudiée ne contient ni andalousite ni disthène mais un peu de sillimanite. Elle s’est formée dans des conditions où la sillimanite est stable donc, sur le diagramme P/T (document 2), dans le triangle dont les sommets ont pour coordonnées : 480 °C/3,9 kb, 600 °C/6 kb et 700 °C/1 kb.

• Les courbes des réactions métamorphiques permettent de préciser les conditions de formation. La courbe 2 sépare deux domaines. Le domaine de droite est caractérisé par la présence de cordiérite existant également dans la roche étudiée : dans le triangle défini précédemment, la zone de formation se situe donc à droite de la courbe 2. La courbe 3 sépare deux domaines. Le domaine de droite est caractérisé par la présence de feldspath potassique, absent dans la roche étudiée. Donc, dans le triangle précédemment défini, la zone de formation se situe à gauche de la courbe 3.

• La zone où sont réunies les conditions de formation de la roche est celle représentée en rouge sur la figure. Ces conditions correspondent à une température comprise entre 530 et 650 °C et une pression de 2 à 6 kb.


Figure Zone réunissant les conditions de pression et de température nécessaires à la formation de la roche étudiée (en rose).

Remarque : La roche (document 1) peut être également interprétée comme une migmatite (roche qui a partiellement fondu), d’où certaines régions de type gravitique témoins de cette fusion et d’autres ayant conservé un aspect de gneiss (roche métamorphique). La photographie ne permet pas de trancher entre gneiss et migmatite, d’où la correction choisie. Si la roche est une migmatique, cela signifie qu’il y a eu fusion et que la roche est passée au cours de son histoire dans les conditions régnant à droite de la courbe 4 et à gauche de la courbe 3.