Le domaine continental et sa dynamique
svtT_1506_06_01C
Ens. spécifique
22
Afrique • Juin 2015
pratique du raisonnement scientifique
Exercice 2 • 5 points
Origine de quelques granites post-collision
Les granites étudiés dans le domaine continental sont caractérisés par une grande diversité qui reflète leurs multiples origines.
Ainsi, dans les zones de subduction, les granites se forment par fusion partielle des péridotites hydratées du manteau lithosphérique.
D'autres granites, mis en place au cours de la formation d'une chaîne de collision, ont pour origine une fusion partielle de matériaux continentaux consécutive à un épaississement du domaine continental.
Enfin, certains granites qualifiés de « tardifs » se mettent en place au cours des derniers stades de l'évolution d'une chaîne de montagnes.
▶ À partir de l'exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances, proposez une explication à la formation de vos granites tardifs.
DOCUMENT 1 Résultat d'expérience de simulation sur la morphologie d'une chaîne de montagnes
En laboratoire, l'évolution d'une chaîne de montagnes soumise aux effets des précipitations est modélisée à l'aide d'un matériau meuble sur lequel de l'eau est pulvérisée. L'altitude de la chaîne modélisée est évaluée à différents temps et son relief est représenté sur le graphique ci-dessous :
D'après Lague and al., Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2003.
DOCUMENT 2 Résultat d'une étude menée sur la chaîne de l'Himalaya, sur les fleuves Gange et Brahmapoutre
Le golfe du Bengale forme la partie du nord-est de l'océan Indien. Dans sa partie nord, se jettent le Gange et le Brahmapoutre, deux fleuves provenant de la chaîne de montagnes de l'Himalaya.
Les études scientifiques montrent que ces deux fleuves ont apporté dans le delta 1,27.107 km3 de sédiments en 50 millions d'années.
D'après Goobred Jr and Kuehlb, 2000.
Carte de la région du golfe du Bengale et de l'Himalaya
DOCUMENT 3 Distribution des forces compressives et des forces de volumes dans une chaîne de montagnes
Au niveau d'une chaîne de montagnes, des forces compressives provoquent l'épaississement de la croûte continentale.
Mais après épaississement, les forces compressives peuvent devenir inférieures aux forces de volume alors liées au poids du relief.
Dans ces conditions, la croûte continentale ne s'épaissit plus mais, au contraire, s'étale sous l'effet de la gravité.
Schéma représentant les forces de volume et les forces compressives dans une chaîne de montagnes
D'après R. Augier, Évolution tardi-orogénique des cordillères bétiques (Espagne) : apports d'une étude intégrée, thèse, 2004.
DOCUMENT 4 Simulation de l'effacement du relief dans une chaîne de montagnes
D'après le logiciel Airy.
DOCUMENT 5 Diagramme pression — température permettant de déterminer les domaines de l'état physique de roches de la croûte continentale
D'après la Banque de schémas SVT, académie de Dijon.
Les clés du sujet
Comprendre le sujet
Vous devez savoir que les granites sont des roches magmatiques plutoniques. Il vous est donc demandé d'expliquer, à partir de l'exploitation des documents, les mécanismes à l'origine des magmas qui, en refroidissant, ont engendré ces granites post-collision.
Un magma a toujours pour origine la fusion, très souvent partielle, d'une roche préexistante. En conséquence, vous devez identifier le matériau qui subit la fusion partielle.
La fusion partielle de roches à l'origine d'un magma peut résulter de trois mécanismes principaux : augmentation de température du matériau apport d'eau abaissant la température de fusion décompression due à une remontée du matériau sans échange de chaleur avec le milieu environnant. Vous devez exploiter les documents fournis de façon à identifier le mécanisme en œuvre dans le cas des magmas de ces granites tardifs.
Seul le document 5 fait directement référence à la fusion de roches les informations issues des autres documents doivent vous permettre de situer, sur ce graphique, le matériau à l'origine du magma et l'évolution qu'il a suivie pour subir une fusion partielle.
Mobiliser ses connaissances
La lithosphère est en équilibre isostatique avec l'asthénosphère. Des mouvements verticaux de la lithosphère ont lieu lorsque cet équilibre est perturbé (réajustement isostatique).
Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs.
Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs.
Corrigé
Introduction
Des granites dits « tardifs », roches magmatiques plutoniques, sont mis en place au cours des derniers stades de la formation d'une chaîne de montagnes. La formation de tels granites implique la genèse de magmas à partir de matériaux continentaux. En utilisant les informations extraites des documents proposés, nous allons expliquer les mécanismes qui ont permis la formation de ces magmas.
I. Érosion et disparition des reliefs
Info
Contrairement à la situation du modèle (doc. 1), les reliefs de l'Himalaya ne diminuent pas, car l'érosion est compensée par la surrection continue.
Le document 1 montre que, sous l'action de l'eau, le relief s'atténue de plus en plus au cours du temps : dans le modèle analogique proposé, l'altitude passe ainsi de 4 à 2 cm en 45 minutes.
Le document 2 se rapporte à l'exemple réel de la chaîne himalayenne. En utilisant le modèle analogique, on peut dire que les produits de l'érosion de cette chaîne, transportés par le Gange et le Brahmapoutre, s'accumulent en grande quantité dans le golfe du Bengale de l'océan Indien.
À noter que, dans le modèle (document 1) la chaîne de montagnes est terminée lorsque débute l'érosion alors que dans le cas de l'Himalaya, l'érosion est intervenue dès le début de la formation de la chaîne et les 1,27.107 km3 de sédiments résultent de 50 millions d'années d'érosion.
Tous ces sédiments se sont déposés en dehors de la chaîne, ce qui tend à diminuer les reliefs et à alléger l'ensemble de la chaîne.
II. L'étalement de la chaîne et l'effacement du relief (document 3)
En fin d'orogénèse, lorsque les forces de compression deviennent inférieures au poids des reliefs, se développe une tectonique en extension qui entraîne un étalement de la chaîne, ceci contribuant à l'effacement des reliefs.
En comparant les deux schémas du document 3, on constate que cet étalement entraîne également une diminution localisée de l'épaisseur de la racine de la chaîne.
III. Les conséquences de l'effacement des reliefs sur la racine de la chaîne
L'effacement des reliefs se produit à la fin de la mise en place de la chaîne, en fin d'orogénèse. Il résulte de deux processus : l'érosion et l'étalement de la chaîne.
Info
L'érosion n'affecte pas uniquement les matériaux situés au-dessus de l'altitude zéro, mais également une partie de la croûte initialement située au-dessous du zéro et dont les matériaux sont portés en altitude par la remontée isostatique.
Le document 4 montre que c'est bien cet effacement des reliefs qui a des conséquences sur la racine de la chaîne. L'étalement, d'une part (document 3), et l'érosion, d'autre part, se traduisent par une remontée de la racine. La simulation illustrée par le document 4 indique que la disparition du relief s'accompagne d'une remontée de la racine crustale de - 55 km à - 40 km de profondeur en ce qui concerne le point repère.
Cela traduit une disparition de croûte d'environ 15 km.
Cette remontée de la racine crustale en fin d'orogénèse résulte d'un réajustement isostatique :
au maximum de son relief, la chaîne est soutenue par la poussée d'Archimède
l'effacement du relief et la disparition des sédiments résultant de l'érosion entraînent un déséquilibre isostatique suivi d'un réajustement, lequel se traduit par une remontée de la croûte.
IV. Naissance des magmas à l'origine des granites tardifs
Les documents 3 et 4 indiquent donc une remontée de matériaux de la racine de la chaîne. Le document 4 précise que cette remontée se fait à température constante. Ainsi, le point repère, bien que passant de – 55 à – 40 km (soit d'une pression de 1 400 MPa à une pression de 1 000 MPa), garde une température constante de 775 °C.
Le document 5 permet de préciser ce qu'il arrive lorsqu'un matériau de la croûte passe de – 55 à – 40 km en gardant sa température de 775 °C : vers – 47 km, ce matériau traverse son solidus (figure) et passe du domaine où il était solide à celui où il est partiellement fondu.
Il y a donc genèse d'un magma qui, en se consolidant, donnera un granite dit « tardif ».
Figure. Trajet de la roche du point de repère au cours de l'effacement du relief
Bilan
Le magma à l'origine des granites tardifs provient d'une fusion partielle d'un matériau profond de la croûte épaissie de la chaîne.
Cette fusion partielle est due à une décompression de ce matériau suite à une remontée de la croûte continentale par réajustement isostatique et étalement de la chaîne.