Corrigés des SUJETS DE TYPE I
Partie 1B - Le domaine continental et sa dynamique.

Corrigé de l'exercice (1) - BAC juin 2013 - METROPOLE

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Dans une zone d'enfoncement d'une lithosphère sous une autre (subduction) comme les Andes ou la ceinture de feu du Pacifique, on observe un volcanisme explosif témoignant d'une activité magmatique importante.
Comment, dans un contexte de subduction, se met en place l'activité magmatique et comment cette dernière intervient dans la production de nouveaux matériaux continentaux ?

I. Mise en place l'activité magmatique dans un contexte de subduction.

A- Le matériau enfoui est (le plus souvent) de la lithosphère océanique sous une lithosphère océanique ou continentale.

Andes : subduction océan / continent - Antilles : subduction intra-océanique.

B- Les matériaux de la croûte enfouie se déshydratent d’où un ensemble de transformations minéralogiques qui constituent un métamorphisme.

Métamorphisme HP/BT : faciès schistes bleus puis éclogite (grenat anhydre).

C- L’eau libérée provoque la fusion (partielle) des péridotites du manteau (de la lithosphère supérieure, non enfouie), à l’origine du magma.

Franchissement solidus car péridotite hydratée d'où fusion partielle (péridotite mantellique fond en partie) : remontée des gouttelettes et "regroupement" au sein de la chambre magmatique.

Que devient alors ce magma ?

II. Activité magmatique et production de nouveaux matériaux continentaux.

A- Le magma formé peut remonter en surface : volcanisme avec laves de type andésite.

Laves visqueuses et associées à des gaz : dynamique explosive (volcans gris).

B- Des magmas cristallisent en profondeur.

Plutonisme = formation de roches à structure grenue de type granitoïde.

C- L'accrétion continentale.

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

http://hrobbe.wordpress.com/2008/01/page/2/

Dans une zone de subduction, du matériau est enfoui et une fusion partielle en résulte. Le magma produit monte dans la lithosphère et est à l’origine de nouvelles roches.
Que se passe-t-il quand 2 plaques continentales s'affrontent à l'issue de la subduction ?



Corrigé de l'exercice 2. QCM

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1a - 2c - 3c - 4c - 5d - 6b - 7a - 8d - 9c - 10c - 11?

 

Corrigé de l'exercice 3. Synthèse - Amérique du Nord : 3 juin 2014

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Introduction : Tout relief est un système instable qui tend à disparaître aussitôt qu'il se forme. Il ne s'agit pas ici d'étudier de façon exhaustive les mécanismes de destruction des reliefs et le devenir des matériaux de démantèlement, mais simplement d'introduire l'idée d'un recyclage en replaçant, dans sa globalité, le phénomène sédimentaire dans cet ensemble. 

I. La destruction des reliefs.

Les chaînes de montagnes anciennes  (Ardennes, Vosges, Massif armoricain ...) ont des reliefs moins élevés que les plus récentes (Alpes, Himalaya...).

On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés (roches métamorphiques) et/ou formés en profondeur (granites...). Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.

Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs.

II. Le devenir des produits de démantèlement.

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).

Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs.

Conclusion  : La destruction des reliefs observable sur le terrain par des altitudes moins élevés, des roches d'origine profonde s'explique par l'altération et l'érosion. Les produits formés, issus de la croûte continentale, en reforment une nouvelle plus ou moins loin : l'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue donc un vaste recyclage de la croûte continentale.    
 
 
 
 
 
ci-dessous sujets de l'ancien programme, qui peuvent resservir mais ATTENTION aux corrigés qui ne correspondent pas aux notions du nouveau programme (BAC 2013) - Mise à jour à venir...
CORRIGE Exercice A.  

 

Éléments de réponse attendus

Barème

Introduction :

présente, pose le problème, annonce le plan réellement suivi.

Un plan apparent n'est pas exigé

1 point

Définitions clés (en introduction ou développement) :

Zone de subduction ou marge active

Conclusion avec bilan répondant au sujet et ouverture.

1 point

Marqueurs topographiques :

Reliefs positifs : cordillère (subduction océan-continent), arc magmatique (subduction intra-océanique) ;

Relief négatif : fosse.

2 points

Les marqueurs tectoniques :

Plan de Bénioff : répartition particulière des foyers des séismes ;

Prisme d'accrétion : formations sédimentaires plissées et faillées (failles inverses).

2 points

Les marqueurs thermiques :

Flux faible indiquant un enfouissement de matériaux froids (vitesse trop importante pour réchauffement). Flux fort sous les volcans (chambre magmatique) Schéma possible.

1 point

Les marqueurs magmatiques :

Un volcanisme explosif.

Des roches magmatiques effusives : andésite et rhyolite.

Des roches magmatiques plutoniques : les granitoïdes.

1 point

Schéma bilan annoté, titré, clairement présenté.

2 points

 

Total : 10 points

CORRIGE Exercice B.

Introduction : les chaînes de collision résultent de la convergence des plaques lithosphériques qui amènent en contact deux marges continentales passives jadis séparées par un océan.

Problème : comment évolue la lithosphère lorsque la convergence aboutit à la rencontre de deux lithosphères continentales ?

Par l'examen successif des marqueurs morphologiques et structuraux puis tectoniques, nous montrerons ici l'épaississement et le raccourcissement qui président à la formation d'une chaîne de montagnes.

I. Les indices d'un épaississement : une topographie particulière

Topographie = figuration des formes du terrain sur une carte.

Dans les Alpes, l'épaississement de la croûte est mis en évidence par :

  • des reliefs élevés (Mont Blanc à 4807 m ) : marqueurs morphologiques omniprésents dans les Alpes.
  • une racine c'est-à-dire un épaississement de la croûte continentale, le Moho pouvant descendre jusqu'à 70 à 80 Km de profondeur. La connaissance de ces marqueurs structuraux découle de l'observation et de l'analyse de profils sismiques.

II. Les marqueurs tectoniques d'un raccourcissement

1) Des plis.

Il s'agit de marqueurs tectoniques prouvant un raccourcissement qui s'effectue de façon continue.

2) Des failles inverses.

Ces autres marqueurs tectoniques prouvent un raccourcissement discontinu. Les failles inverses provoquent un raccourcissement, contrairement aux failles normales (vue en 1°S) témoins d'une extension.

3) Des charriages.

Nappe de charriage = ensemble de terrains qui a été déplacé (allochtone) et est venu recouvrir un autre ensemble (autochtone) dont il était éloigné à l'origine.

Lorsque deux lithosphères continentales se rencontrent, les marges continentales se raccourcissent et s'épaississent, ce qui aboutit à la formation d'une chaîne de montagne. Les conséquences les plus visibles du raccourcissement et de l'épaississement de la croûte continentale sont :

- une topographie particulière (des reliefs élevés associés à une racine crustale),
- des plis, des failles et des charriages.

Comment les modèles analogiques permettent-ils de comprendre des phénomènes qui se sont déroulés il y a une centaine de millions d'années ?

Ne pas oublier les schémas illustrant les différents paragraphes.

CORRIGE Exercice C.

Introduction  : Dans les zones de subduction, le volcanisme est situé loin de la fosse (plusieurs centaines de km). C'est un volcanisme explosif qui se caractérise par des éruptions de laves très visqueuses qui s'écoulent difficilement et bloquent parfois la cheminée du volcan (formation d'andésite, de rhyolite).

Si le magma poursuit son ascension, il pousse ce « bouchon », provoquant des explosions spectaculaires, donnant des nuées ardentes.

Dans des régions soulevées puis érodées, on peut aussi observer à l'affleurement, des plutons de granitoïdes : granites ou granodiorites.

Les roches magmatiques, bien que de textures différentes, ont des compositions voisines et proviennent donc de magmas de même origine.

Pb : comment se forme le magma ?

Quelles roches fondent pour donner naissance au magma ?

Nous rechercherons ici les roches à l'origine du magma puis les mécanismes responsable de la fusion.

I. Les roches à l'origine du magma.

Hypothèses : Le magma provient de la fusion des péridotites du manteau de la plaque chevauchante ;

Le magma provient de la fusion de la plaque plongeante.

On peut réfuter la deuxième hypothèse car nous avons vu, lors de l'étude du plan de Benioff, que la plaque plongeante est rigide, même en profondeur, puisqu'elle donne naissance à des séismes.

Quels sont les mécanismes qui permettent la fusion partielle ?

II. Les mécanismes responsables de la fusion partielle de la péridotite.

Nous avons vu en 1°S, qu'au niveau des dorsales la remontée de l'asthénosphère génère une décompression à l'origine de la fusion partielle du manteau. Ce phénomène ne peut exister ici.

Dans une zone de subduction la température est insuffisante pour permettre la fusion des péridotites car le géotherme est situé en deçà du solidus sec (au delà duquel il y a fusion partielle : solide + liquide).

Si la péridotite est hydratée, la forme du solidus évolue et recoupe alors le géotherme de la zone de subduction pour une profondeur comprise entre 80 et 190 km et 800 à 1200°C .

Le magma provient de la fusion partielle des péridotites au-dessus du plan de Bénioff, cette fusion est due à l'hydratation du manteau.

Pb : d'où vient cette eau ?

III. L'origine de l'eau lors de la subduction.

1) Des roches hydratées.

Les roches du plancher océanique (basaltes, gabbros), en s'éloignant de la dorsale, s'hydratent, on parle de métamorphisme hydrothermal.

Des minéraux hydroxylés (qui incorporent des ions OH - dans leur structure) comme les amphiboles, la chlorite composent ces roches.

2) Libération de l'eau au cours du métamorphisme.

Lors de la subduction, ces roches hydratées subissent des conditions de P très forte, elles perdent alors leur eau au cours des transformations minéralogiques du métamorphisme HP/BT.

Deux indices révèlent les fortes pressions subies par les roches :

•  en observant des échantillons ou des lames minces, on constate une orientation préférentielle des minéraux formant des lits (clairs / sombres) ;

•  les minéraux originels ne sont plus stables et se transforment en d'autres minéraux anhydres.

On définit alors des faciès correspondant à des associations de minéraux stables dans certaines conditions :

pression

Gabbro SV

plagioclase, chlorite

Schiste bleu

glaucophane

Eclogite

grenat, jadéite

L'eau provient de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Le long du plan de Bénioff, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de pression et de température différentes de celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent. Des minéraux caractéristiques des zones de subduction apparaissent.

Réaliser ici un schéma d'une zone de subduction (exemple fourni, extrait du site académique de Nantes, pour les élèves de 4°, il faut y ajouter le métamorphisme de subduction avec libération d'eau)

Conclusion.

La convergence se traduit par la disparition de lithosphère océanique dans le manteau, ou subduction qui s'accompagne d'une déshydratation des roches qui s'enfoncent. L'eau libérée permet la fusion de la péridotite de la plaque chevauchante entraînant la naissance de magmas à l'origine de roches magmatiques plutoniques et effusives.

Mais que se passe-t-il quand la subduction se bloque par affrontement de deux lithosphères continentales ?

CORRIGE Exercice D.

Introduction  : Dans les Alpes, on observe d'importants reliefs atteignant des altitudes impressionnantes (Mont Blanc : 4807 m ).

Comment peut-on expliquer la formation de tels reliefs ?

Hypothèses :

  • On peut voir sur le terrain des indices du mode de formation de la chaîne de montagnes.
  • On peut modéliser ces déformations pour comprendre leur mode de formation.

Dans un premier temps nous présenterons ces déformations des chaînes de collision avant d'étudier 2 modèles analogiques, les informations fournies et limites.

I. Les indices de la collision.

A. Une topographie particulière

La topographie est la figuration des formes du terrain sur une carte.

Dans les Alpes, l'épaississement de la croûte est mis en évidence par :

  • des reliefs élevés (Mont Blanc à 4807 m )
  • une racine c'est-à-dire un épaississement de la croûte continentale, le Moho pouvant descendre jusqu'à 70 à 80 Km de profondeur. On déduit ces dernières informations de l'observation de profils sismiques.

B. Des plis.

Dans les Alpes, de nombreux affleurements montrent des déformations à grande échelle (plusieurs kilomètres) ou petite échelle (au niveau de l'échantillon, de la lame mince). Il s'agit d'anticlinaux * (convexité tournée vers le haut) ou de synclinaux * (convexité tournée vers le bas). Les plis sont parfois couchés * ou même faillés.

C. Des failles inverses.

Parfois la continuité latérale des strates est interrompue, il y a décalage vertical des strates : on parle de faille * .

D. Des charriages.

La datation absolue permet parfois de dater des ensembles rocheux qui reposent sur des couches qui sont plus jeunes. Cela s'oppose au principe de superposition qui dit que toute couche est plus récente que celle sur laquelle elle repose (datation relative). On peut alors en déduire qu'un ensemble de terrains a été déplacé (allochtone) et est venu recouvrir un autre ensemble (autochtone) dont il était éloigné à l'origine : on parle de nappe de charriage * .

Comment peut-on expliquer ces observations ?

Hypothèse : par la modélisation.

II. Modèle analogique et explication de la genèse d'une chaîne de montagnes.

A. Deux modèles et leurs limites.

1) Un modèle en pâte à modeler.

Trois couches de pâte à modeler * permettent d'exercer des contraintes orientée, d'un côté, ou des 2 côtés… et d'obtenir de plis symétriques, couchés…

On en déduit que les plis sont des marqueurs tectoniques prouvant un raccourcissement qui s'effectue de façon continue.

Le problème majeur rencontré dans l'utilisation de ce modèle est la « souplesse » de ce modèle qui ne « casse » pas quelles que soient les contraintes exercées.

2) Un modèle en plâtre.

Dans un aquarium muni d'une plaque latérale pour exercer des forces de compression, on dispose 3 ou 4 couches de plâtre de couleurs différentes * . On pousse alors la plaque et on observe le résultat obtenu selon la contrainte exercée.

Une faible contrainte entraîne la formation de plis mais très vite des failles inverses apparaissent car le matériau utilisé (plâtre) ne réagit pas comme les roches, qui sont plus « compactes ».

On voit très bien, grâce à ce modèle le raccourcissement des terrains accompagné d'un important épaississement. Les charriages sont aussi très visibles par la superposition des couches.

B. Les indices d'un raccourcissement

1) Des plis.

Il s'agit de marqueurs tectoniques prouvant un raccourcissement qui s'effectue de façon continue.

2) Des failles inverses.

Ces autres marqueurs tectoniques prouvent un raccourcissement discontinu. Les failles inverses provoquent un raccourcissement, contrairement aux failles normales (vue en 1°S) témoins d'une extension.

3) Des charriages.

Nappe de charriage = ensemble de terrains qui a été déplacé (allochtone) et est venu recouvrir un autre ensemble (autochtone) dont il était éloigné à l'origine.

 

Conclusion : Lorsque deux lithosphères continentales se rencontrent, les marges continentales se raccourcissent et s'épaississent, ce qui aboutit à la formation d'une chaîne de montagne. Les conséquences les plus visibles du raccourcissement et de l'épaississement de la croûte continentale sont :

•  une topographie particulière (des reliefs élevés associés à une racine crustale),

•  des plis, des failles et des charriages.

Les modèles analogiques permettent de comprendre la mise en place de ces déformations, inaccessibles à l'échelle humaine, mais présentent des limites et nécessitent la multiplication de modèles différents pour confirmation.

Les modélisations par ordinateur, grâce aux images de synthèses vont sans doute dans l'avenir, nous apporter des informations complémentaires.

Remarque : les * indiquent des parties dans lesquelles un schéma est nécessaire.

CORRIGE Exercice E.

À l'échelle humaine, une chaîne de montagnes, un océan… semblent stables. Toutefois chacun sait aujourd'hui que les plaques sont mobiles : elles divergent, convergent et coulissent entre elles.

Comment se forme une chaîne de montagnes ?

Nous verrons ici, après les avoir présentés, comment les ophiolites nous « racontent » l'histoire des Alpes.

I. Description des ophiolites alpines.

Dans la zone interne de l'arc alpin, les géologues ont décrit des roches à l'aspect de « peau de serpent » auxquelles ils ont donné le nom d'ophiolites (ophis = serpent). Ces roches sont constituées par la succession de trois types de formations :

•  des basaltes à l'aspect en coussins très caractéristique ;

•  des gabbros , roches grenues présentant de gros cristaux de pyroxènes et de plagioclases ;

•  des péridotites très sombres avec des reflets verts qui leur donnent un aspect particulier à l'origine de leur nom : serpentinites .

Ces ophiolites sont datées de – 150 à – 80 Ma.

II. Les informations apportées par les ophiolites sur l'histoire des Alpes.

A. Les ophiolites du Chenaillet et l'océan alpin.

1) Ophiolites et ouverture océanique.

Cette association de roches est très inhabituelle au sein de la CC car elle constitue la nature même de la CO.

Ces roches sont donc les vestiges de l'ancien plancher de l'océan alpin . (les gabbros témoignent de conditions HT et BP : pyroxène et plagioclases)

 

2) Ophiolites et expansion océanique.

Au cours de l'ouverture de l'océan alpin, les gabbros s'éloignant de la dorsale s'hydratent et se transforment, on parle de métamorphisme hydrothermal .

Def : Le métamorphisme est l'ensemble des transformations minéralogiques et géométriques que subit une roche quand elle est portée dans des conditions qui sont différentes de celles qui ont présidé à sa genèse. Ces transformations se réalisent à l'état solide. (LARDEAUX)

Au cours de l'ouverture océanique, les gabbros se transforment en métagabbros à chlorite et actinote : on parle de faciès schistes verts .

Dans les Alpes franco-italiennes affleurent des témoins de marges passives comme les ophiolites : vestiges de croûte océanique non subduite.

B. Les ophiolites du Queyras et la subduction.

Dans le massif du Queyras , on trouve des métagabbros qui présentent, entre les pyroxènes et les plagioclases, des auréoles de glaucophane (bleu) : il s'agit du faciès schistes bleus .

Les gabbros de la dorsale et les métagabbros du Queyras ont la même composition chimique, la seule façon d'expliquer leurs différences minéralogiques est d'admettre qu'ils ont été placés dans des conditions différentes de T et de P qui ont provoqué une nouvelle distribution des éléments chimiques.

Ex : La glaucophane s'est formée par réaction chimique entre plagioclases et pyroxènes.

Ce métamorphisme témoigne de conditions de haute pression et basse température qui n'existent que dans les zones de subduction.

Dans les Alpes franco-italiennes affleurent des roches qui contiennent des témoins minéralogiques des conditions de pression et température d'une subduction. Il s'agit d'éléments d'une ancienne lithosphère océanique subduite puis ramenée en surface (ophiolites).

 

C. Les ophiolites du Viso et la collision.

Dans le Mont Viso , en Italie, on trouve des métagabbros présentant des grenats associés à un pyroxène vert, la jadéite : on parle de faciès éclogite . Ces roches témoignent de conditions de fortes pressions (profondeur supérieure à 50 km ) subies par la plaque plongeante ou subduite. Leur mise à l'affleurement témoigne de la collision, dernière étape de la formation alpine, et de l'érosion, évolution tardive de la chaîne de montagnes.

1) Témoignages de la collision.

Les ophiolites, comme les autres roches alpines, témoignent de la collision car elles sont déformées (plissées, faillées) et peuvent être charriées.

Les plis .

Il s'agit de marqueurs tectoniques prouvant un raccourcissement qui s'effectue de façon continue.

Les failles inverses.

Ces autres marqueurs tectoniques prouvent un raccourcissement discontinu. Les failles inverses provoquent un raccourcissement, contrairement aux failles normales (vue en 1°S) témoins d'une extension.

Les charriages.

Nappe de charriage = ensemble de terrains qui a été déplacé (allochtone) et est venu recouvrir un autre ensemble (autochtone) dont il était éloigné à l'origine.

Les chevauchements provoquent la superposition d'écailles, ne respectant pas l'ordre de dépôt (principe de superposition non vérifié). Des roches d'origine profonde peuvent alors se retrouver à l'affleurement.

Lorsque deux lithosphères continentales se rencontrent, les marges continentales se raccourcissent et s'épaississent, ce qui aboutit à la formation d'une chaîne de montagne. Les conséquences les plus visibles du raccourcissement et de l'épaississement de la croûte continentale sont :

- une topographie particulière (des reliefs élevés associés à une racine crustale),
- des plis, des failles et des charriages.

2) Métamorphisme rétrograde et retour aux conditions initiales.

Lorsque la roche se retrouve dans des conditions de pression moins élevées, des reliques minérales des conditions précédentes peuvent être conservées et permettent alors de reconstituer le chemin PTt et donc d'expliquer les étapes successives de la formation de la chaîne. L'érosion peut mettre à l'affleurement des roches formées en profondeur.

Après la collision, la chaîne de montagnes est le lieu d'une évolution tardive : érosion en surface notamment.

Les ophiolites, lambeaux d'océan alpin, nous ont donc raconté l'histoire des Alpes : ouverture océanique et expansion, subduction, et collision. Ces écailles sont trouvées à l'affleurement par le jeu complexe des charriages et de l'érosion.

Mais comment peut-on savoir dans quel ordre ces 3 phénomènes se sont déroulés ?