Classe entière

I. La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes

Etudes de documents relatifs :

• aux Ophiolites  (du Chenaillet)
• à une ancienne marge continentale passive  (massif de l'Oisans)
• à la Suture
• à l’empilement de nappes

Les chaines de montagnes présentent souvent les traces d'un domaine océanique disparu et d'anciennes marges continentales passives.

La suture de matériaux océaniques résulte de l'affrontement de deux lithosphères continentales.

Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes  dans la zone de contact entre les deux plaques.

Le moteur de la subduction : Evolution de la lithosphère océanique lors de son éloignement à la dorsale.

(Réinvestissement 1°S : isotherme 1300°C)

En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit.

La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère. En surface, son âge n'excède pas 200 Ma.

II. Le magmatisme en zone de subduction :  une production de nouveaux matériaux continentaux

Exploitation d’une Vidéo d’un volcan explosif (Antilles)

Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leur éruption sont fréquemment explosives.

→  D'où provient le magma qui alimente ces volcans ?

Activité : Exploitation de documents pour comprendre la formation de magma dans les zones de subduction

Groupe à effectif réduit

→ D'où provient l’eau qui hydrate les péridotites du manteau ?

Activité pratique : Le métamorphisme des roches de la croûte

Etude des transformations minéralogiques des gabbros de la croûte océanique pour déterminer l’origine de l’eau

• Echantillons macroscopiques, microscopiques
• Microscopes polarisants
• MESURIM

Les matériaux océaniques et continentaux  montent les traces d'une transformation minéralogique au cours de la subduction.

La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.

 → Que devient ce magma ?

Activité pratique : Étude de roches magmatiques caractéristiques des zones de subduction

Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.

 Groupe à effectif réduit

III. La disparition des reliefs

Activité : sortie géologique à Senones

Recueillir et traiter des données de terrain pour comprendre quelques mécanismes à l’origine de la disparition des reliefs.

Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés que les plus récentes. On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.

Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs.

Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation).

 Classe entière

→ travail sur le document suivant qui montre que les failles normales interviennent dans le processus d'érosion :

http://www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=22329

→ activité sur la notion d’isostasie

Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs.

Schéma bilan du cycle des matériaux de la croûte continentale

Cycle partiel des roches (roche magmatique – érosion – formation de sédiments – roche sédimentaire).

L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale.

Classe entière

I. Les indices d'une divergence continentale

A. Les ophiolites

B. Les blocs basculés

C. Les fossiles

• photos de différentes chaînes de montagnes + plancher océanique
• blocs basculés en Islande, dans les Alpes
• ophiolites dans les Alpes, l’Himalaya, les Vosges
• fossiles des marges passives sédimentaires : radiolaires + ammonites, …

Bilan : présence d’océans → divergence des plaques avant la mise en place d’une chaîne de montagne.

Les chaînes de montagnes présentent souvent les traces d'un domaine océanique disparu (ophiolites) et d'anciennes marges continentales passives.

II.  Les indices d’une collision

A. Reliefs

→ épaississement et raccourcissement

B.  Racine crustale

C. Failles inverses, plis, chevauchement, nappe de charriage

Bilan : chaîne de montagne résulte d’un contexte de convergence et de collision de 2 lithosphères continentales.

La « suture » de matériaux océaniques résulte de l'affrontement de deux lithosphères continentales (collision). Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.

III. De la divergence à la convergence

Rappels 1^e S

Proposer une explication à la formation de l’Himalaya à partir de différentes étapes de la fracturation de la Pangée

→ contexte global, tectonique globale.

En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère. En surface, son âge n'excède pas 200 Ma.

IV. Le magmatisme des zones de subduction

Groupe à effectif réduit

Quelles sont les caractéristiques des roches associées aux zones de subduction ?

A. Les roches magmatiques caractéristiques associées aux zones de subduction

Activité : Observer à l'œil nu des échantillons et au microscope polarisant les lames minces de deux roches magmatiques caractéristiques des zones de subduction pour en déduire leur mode de formation.

Le magmatisme des zones de subduction conduit à deux catégories de roches :

• des roches volcaniques, à structure microlitique (refroidissement rapide du magma) : essentiellement andésites mais aussi rhyolites.

• des roches plutoniques, roches à structure grenue (refroidissement lent en profondeur, avec cristallisation avant d'arriver en surface) : ce sont les granitoïdes (granites et granodiorites).

Des structures différentes mais des points communs : minéraux hydroxylés.

Quelle est la part des roches volcaniques et plutoniques ?

Activité : A partir de documents ?

Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde.

Quelle est l'origine du magma des zones de subduction ?

B. Subduction et production de magma

Classe entière

Activité : Utiliser un diagramme P/T pour déterminer les conditions de genèse des magmas dans les zones de subduction

Les conditions de fusion partielle d'une péridotite anhydre du manteau ne sont pas réalisées compte tenu du géotherme de subduction. Le magma ne peut provenir que de la fusion partielle de péridotites hydratées. Le magma provient alors d'une fusion partielle du manteau situé juste au-dessus de la plaque plongeante, alors que celui-ci subit un apport d'eau.

Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveaux matériaux continentaux.

D'où vient l'eau ?

Hypothèse : de la plaque subduite (=plongeante)

Groupe à effectif réduit

Activité : Rechercher, extraire des informations pour découvrir les transformations des gabbros au cours de leur trajet de la dorsale à la zone de subduction.

Supports :

• lames minces de gabbro, métagabbros à hornblende, métagabbros à glaucophane, éclogite,

• microscopes polarisants,

• fiche d'identification des minéraux,

• caméra numérique,

• logiciel Mesurim pour réaliser des schémas des transformations minérales subies.

Lors de leur éloignement de la dorsale, les roches de la lithosphère océanique subissent des transformations minéralogiques tout en restant à l'état solide : de nouveaux minéraux apparaissent (hornblende, glaucophane, grenat, jadéite)

Activité : exploiter un tableau (teneur en OH des minéraux anhydres et hydratés) et un diagramme P/T pour montrer la libération d'eau

Sous l'effet de l'augmentation de la P et de la T les basaltes et les gabbros de la croûte océanique se transforment, elles subissent le métamorphisme, et des minéraux nouveaux, caractéristiques des zones de subduction, apparaissent.

Ainsi les schistes bleus contiennent du glaucophane alors que les éclogites (formées plus profondément) comportent du grenat et de la jadéite.

La comparaison des compositions chimiques des différents minéraux des roches constituant la plaque subduite montre une perte d’eau au cours des réactions du métamorphisme: grenat et jadéite sont des minéraux anhydres (sans groupement hydroxyles OH) contrairement au glaucophane.

Ainsi au cours de l'enfoncement, de l'eau est expulsée de la lithosphère subduite vers le manteau situé au-dessus : la péridotite ainsi hydratée entre en fusion partielle. (schéma à compléter).

La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.