Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 1

Métamorphisme et magmatisme des roches de la région de Gavarnie

Exercice 2

Métamorphisme et magmatisme des roches de la région de Gavarnie

1 h 50

9 points

Intérêt du sujet • Entraînez-vous à utiliser un diagramme pression-température pour reconstituer les conditions de formation de roches.

 

DOCUMENT 1Carte simplifiée du métamorphisme de la région de Gavarnie

svtT_2000_00_02C_01

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

DOCUMENT 2Migmatite d'Estaubé

Tableau de 2 lignes, 2 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Photographie d'une migmatite d'Estaubé;Interprétation minéralogique;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 : ; ;

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 pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

DOCUMENT 3Domaines de stabilité de quelques minéraux repères

svtT_2000_00_02C_03

D'après le site disciplines.ac-montpellier.fr/svt

DOCUMENT 4Les granites

a) Composition minéralogique des granites en fonction de l'origine du magma

Tableau de 2 lignes, 7 colonnes ;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : Composition minéralogique; Muscovite± Biotite; Biotite± Cordiérite; Feldspath alcalin± Biotite; Amphibole calcique± Pyroxène calcique; Amphibole± Pyroxène; Amphibole sodique± Pyroxène sodique; Ligne 2 : Origine du magma;  ;

b) Photographie d'une lame mince du granite de Gèdre observée au microscope polarisant en LPA

svtT_2000_00_02C_04

Q : Quartz

Bt : Biotite

Fk : feldspath alcalin

pl : feldspath plagioclase

Cord : cordiérite

D'après le site pedagogie.ac-toulouse.fr/svt

En utilisant les informations des documents et vos connaissances, précisez les conditions de formation (pression, température) des roches de la région de Gavarnie et expliquez l'origine du granite de Gèdre.

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

Le document 3, document pivot de ce sujet, n'est pas à analyser pour lui-même. Il doit être utilisé pour établir, à partir de la composition minéralogique des roches de Gavarnie, les conditions de température et de pression de leur formation.

Expliquer l'origine du granite de Gèdre revient à préciser la roche qui a subi la fusion conduisant à la formation d'une quantité importante de magma qui, en se refroidissant en profondeur, a donné le granite.

Étape 2. Exploiter les documents

Le document 1 renseigne sur les minéraux des roches métamorphiques, micaschistes et gneiss, à considérer à l'aide du document 3.

Le document 2 fournit des indications montrant que la migmatite résulte d'une fusion partielle d'une roche préexistante, un gneiss.

Le document 3 permet d'exploiter les informations des roches des documents 1 et 2.

Le document 4b illustre le fait que le granite de Gèdre présente les caractéristiques d'une roche magmatique et précise sa composition minéralogique. En association avec le document 4a, il montre que le granite de Gèdre a une origine crustale.

Étape 3. Construire la réponse

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : I. Les roches métamorphiques de la région de Gavarnie; Retrouvez les conditions de formation des micaschistes et gneiss à partir de leur minéralogie et en utilisant le document 3.; Ligne 2 : II. La migmatite d'Estaubé; Précisez les mécanismes à l'origine de la migmatite à partir des caractéristiques de sa structure et du document 3.; Ligne 3 : III. Origine du granite de Gèdre; Établissez que le granite est une roche magmatique formée à partir d'un matériau de croûte continentale que vous préciserez.;

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 métamorphiques et magmatiques affleurant actuellement dans la région de Gavarnie, pour lesquelles on va montrer que les indices structuraux et minéralogiques qu'elles présentent sont des marqueurs des conditions de température et de pression de leur formation.

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.

à noter

Le sujet ne précise pas quelles roches sont à l'origine de ces roches métamorphiques.

Il s'agit probablement, dans les deux cas, de roches sédimentaires plus ou moins argileuses.

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, c'est-à-dire 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 le micaschiste témoigne que les transformations de cette roche ont eu lieu à une température au moins égale à 540 oC, 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 le fait qu'il s'agit d'une roche ayant 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 oC 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.

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.

Le piège à éviter

Le fait que les cristaux de quartz et de feldspath sont de grande taille, non orientés et non déformés caractérise une structure grenue de roche magmatique. La nature de ces cristaux signale que le leucosome est de nature granitique.

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.

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.

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.

à noter

Dès qu'il y a fusion partielle, on quitte le domaine du métamorphisme pour celui du magmatisme. L'échelle du document sur la migmatite d'Estaubé indique que la fusion a été très localisée.

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 oC. 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 4 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 granite 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 subissent en profondeur, sous l'action d'une augmentation de température essentiellement, 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.

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