Métamorphisme et magmatisme des roches de la région de Gavarnie

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Le domaine continental et sa dynamique
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2017 | Académie : France métropolitaine

 

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France métropolitaine • Juin 2017

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 spécifique • 5 points

Métamorphisme et magmatisme des roches de la région de Gavarnie

document 1 Carte simplifiée du métamorphisme de la région de Gavarnie

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D’après Synthèse géologique des Pyrénées, BRGM, ITGE, 1998

document 2 Migmatide d’Estaubé

Photographie d’une migmatide d’Estaubé

Interprétation minéralogique

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Leucosome : niveau dont la proportion en minéraux clairs (quartz, feldspaths) est plus importante que celle en minéraux sombres (biotite, cordiérite). Il résulte de la cristallisation d’un liquide produit par fusion partielle. Les cristaux sont de grande taille et non déformés.

Mélanosome : niveau enrichi en minéraux sombres (biotite, cordiérite). Il correspond au résidu non fondu après une fusion partielle. Des traces de déformation sont présentes.

Mésosome : niveau intermédiaire avec une proportion équivalente de minéraux sombres et clairs. La séparation entre le liquide formé et le résidu est incomplète.

D’après le site http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

document 3 Domaines de stabilité de quelques minéraux repères

document 4 Photographie d’une lame mince du granite de Gèdre observée au microscope polarisant en LPA

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Q : Quartz

Bt : Biotite

Fk : feldspath alcalin

pl : feldspath plagioclase

Cord : cordiérite

D’après le site http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

document 5 Composition minéralogique des granites en fonction de l’origine du magma

Composition minéralogique

Muscovite

± Biotite

Biotite

± Cordiérite

Feldspath alcalin

± Biotite

Amphibole calcique

± Pyroxène calcique

Amphibole

± Pyroxène

Amphibole sodique

± Pyroxène sodique

Origine du magma

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D’après Barbarin B., Lithos, 1999

En utilisant les informations des documents et vos connaissances, montrez que les roches de la région de Gavarnie témoignent de transformations en profondeur et expliquez l’origine du granite de Gèdre.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Les roches de la région de Gavarnie résultent de la transformation de roches préexistantes, qui leur ont fait acquérir des caractéristiques structurales et minéralogiques. Il s’agit, à partir de ces caractéristiques, de montrer que les transformations qu’elles ont subies ont eu lieu en profondeur.

Pour interpréter les caractéristiques de ces roches, le document 3 sur les domaines de stabilité de quelques minéraux repères est indispensable. Il ne faut pas l’analyser pour lui-même, mais l’utiliser comme un outil permettant d’établir les conditions de température et de pression qui ont permis à ces roches d’acquérir leurs caractéristiques.

Il faut bien entendu relier cela au fait que la température et la pression dans la croûte continentale augmentent avec la profondeur.

Vous devez savoir que les roches qui se forment en profondeur sont les roches métamorphiques et les roches magmatiques plutoniques comme le granite. Il vous faut identifier, parmi les roches de Gavarnie, celles qui sont métamorphiques et celles qui sont plutoniques. Une roche magmatique se forme toujours à partir de la fusion partielle ou totale d’une roche préexistante.

Expliquer l’origine du granite de Gèdre revient donc à indiquer quelle roche a subi la fusion conduisant à la formation d’une quantité importante de magma qui, en se refroidissant, a donné le granite. Les informations sur la migmatite d’Estaubé sont à exploiter pour conduire à cette explication.

Enfin, il faut bien saisir que les différences entre ces roches de Gavarnie sont dues au fait qu’elles ont été placées dans des conditions différentes, essentiellement de température, et donc que, des micaschistes au granite, on observe une gradation dans l’intensité des transformations subies.

Mobiliser ses connaissances

L’épaisseur de la croûte d’une chaîne de montagnes résulte d’un épaississement lié à un raccourcissement et à un empilement. On en trouve des indices pétrographiques (métamorphiques, traces de fusion partielle).

Par « métamorphisme », on entend les transformations à l’état solide subies par les roches lorsqu’elles sont placées dans des conditions de température et (ou) de pression différentes de celles existant au cours de leur formation initiale.

Le magma à l’origine d’une roche magmatique provient de la fusion partielle ou totale d’une roche préexistante.

Corrigé

Corrigé

Au cours de l’histoire géologique d’une région, des roches peuvent subir des conditions variables de température et de pression, d’où résultent des transformations. C’est le cas des roches affleurant actuellement dans la région de Gavarnie, pour lesquelles on va déterminer que les indices de transformations qu’elles présentent indiquent des conditions de température et de pression qui n’existent qu’en profondeur.

I. Les roches métamorphiques de la région de Gavarnie

Le titre du document 1 indique que les roches de Gavarnie illustrent le métamorphisme. Par métamorphisme, on entend les transformations à l’état solide subies par les roches lorsque des phénomènes géologiques, comme la subduction ou la collision, les conduisent à être soumises à des conditions de température et/ou de pression différentes de celles de leur formation initiale.

Les roches strictement métamorphiques de Gavarnie sont les micaschistes et les gneiss. Les transformations subies ont fait apparaître dans ces roches des minéraux repères : sillimanite et andalousite pour les micaschistes, sillimanite et feldspath alcalin pour le gneiss.

Le document 3 renseigne sur les domaines de stabilité de ces minéraux repères, donc sur les conditions de température et de pression que ces roches ont subies pour être le siège des transformations conduisant à ces minéraux.

La présence de sillimanite dans les micaschistes témoigne que les transformations de cette roche ont eu lieu à une température au moins égale à 540 °C, température minimale pour que ce minéral soit stable. Normalement, dans le domaine de stabilité de la sillimanite, l’andalousite n’est pas stable puisque la sillimanite est un minéral qui provient de la transformation de l’andalousite. Bien qu’étant dans le domaine de la sillimanite, la roche a préservé des cristaux d’andalousite. La transformation d’andalousite en sillimanite n’a pas été complète, ce qui peut s’interpréter comme une roche qui a été soumise à des conditions proches de la frontière entre les domaines de stabilité de l’andalousite et de la sillimanite.

Le gneiss, contrairement au micaschiste, possède des feldspaths alcalins. Sur le diagramme du document 3, le domaine de formation de cette roche est situé à droite de l’intersection de la droite « And-Sill » et de la courbe « Fk – Musc + Q ». Ce domaine de formation est limité à droite par le solidus du granite. Cela signifie que la roche a été conduite à une température minimale de 630 °C environ. En ce qui concerne la pression maximale à laquelle a été soumis ce gneiss, elle correspond à celle existant à une profondeur de 15 km environ.

Info

Le sujet ne précise pas quelles roches sont à l’origine de ces roches métamorphiques. Il s’agit probablement, dans les deux cas, d’une roche sédimentaire plus ou moins argileuse.

Les températures de transformation du micaschiste et du gneiss ne peuvent exister qu’en profondeur, ce qui confirme l’affirmation énoncée dans le libellé du sujet.

La roche à l’origine du gneiss a été portée à une température supérieure à celle à l’origine du micaschiste, ce qui traduit un métamorphisme plus fort.

II. La migmatite d’Estaubé

Le leucosome de la migmatite résulte de la cristallisation d’un liquide, donc d’un magma. Il est entièrement cristallisé, et sa richesse en quartz et en feldspath indique qu’il est de nature granitique. Cela signifie que la roche qui est devenue une migmatite a fondu à certains endroits et que le liquide de fusion a cristallisé sur place, donnant le leucosome. Le mésosome donne une idée de la roche ayant subi cette fusion partielle, probablement proche d’un gneiss.

On peut estimer que le solidus de ce gneiss est quasi identique à celui du granite. En conséquence, pour subir une fusion partielle, la roche a été entraînée dans un domaine où les conditions le permettent. Cela implique une température plus élevée et correspondant à des valeurs situées un peu à droite du solidus.

Notez bien

Le leucosome a une structure grenue, ce qui indique qu’il s’est cristallisé en profondeur.

Le mélanosome correspond à des minéraux non fondus du gneiss, dont la cordiérite. Ce minéral permet de limiter en profondeur la pression à laquelle a été soumis le gneiss. Elle correspond à une profondeur qui ne dépasse guère une quinzaine de kilomètres.

Info

Dès qu’il y a fusion partielle, on quitte le domaine du métamorphisme pour celui du magmatisme.

Par rapport au gneiss à sillimanite et feldspath alcalin, la roche devenue migmatite a subi un métamorphisme plus fort aboutissant à un début de fusion partielle, donc à la genèse d’îlots de roche magmatique granitique.

III. Origine du granite de Gèdre

Le document 1 montre que, dans la région de Gavarnie, le granite de Gèdre est associé à la migmatite. Cela suggère une relation entre les mécanismes à l’origine de ces deux roches. Le granite de Gèdre évoque le leucosome de la migmatite. Il résulterait d’une roche passée par le stade migmatite, mais ayant subi une fusion beaucoup plus généralisée et ayant produit une grande quantité de magma qui, en se refroidissant, a donné le granite. Cela implique que la roche a été soumise à des températures plus élevées pouvant aller jusqu’à plus de 700 °C.

Suivant cette interprétation, le granite de Gèdre provient de la fusion en profondeur de roches de la croûte continentale (origine crustale). On dit que c’est un granite d’anatexie.

Le document 5 confirme cette interprétation. Le granite de Gèdre ne possède pas de minéraux comme les amphiboles et les pyroxènes, qui sont marqueurs d’une origine mantellique. En revanche, il possède biotite et cordiérite, minéraux de granites provenant de la solidification d’un magma d’origine crustale.

Bilan

Les roches de la région de Gavarnie illustrent les diverses étapes que les roches crustales en profondeur subissent, sous l’action d’une augmentation de température surtout, transformations métamorphiques aboutissant finalement à une fusion généralisée et productrice d’un magma à l’origine d’un granite.

La collision marquée par un épaississement de la croûte continentale crée les conditions favorables à cette évolution.