COMPRENDRE LEVOLUTION DU MODELE DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES A LAIDE DE MODELISATIONS NUMERIQUES (LOGICIEL MAGMA) 1ere S Eric LECOIX, Lyc JH Fabre, Carpentras

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  • COMPRENDRE LEVOLUTION DU MODELE DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES A LAIDE DE MODELISATIONS NUMERIQUES (LOGICIEL MAGMA) 1ere S Eric LECOIX, Lyc JH Fabre, Carpentras
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  • Le Programme
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  • Arthur Holmes, 1945 3 Ceci est le schma original de Holmes. (A) Holmes propose que l'existence de courants de convection dans le manteau, sous un grand bloc continental (comme la Pange, par exemple), cre dans la crote continentale des forces de tension. Ces forces de tension vont contribuer fracturer la crote continentale, avec, dans les fractures ouvertes, des venues de magma provenant du manteau. (B) La cristallisation de ce magma va crer de la crote ocanique compose de basalte. Toujours sous l'influence de la convection, la nouvelle crote ocanique va elle aussi se fracturer et tre infiltre par le magma.
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  • Milieu convectif lintrieur de la Terre, Arthur HOLMES,1945 Anomalies dans les valeurs du flux ocanique thermique un niveau des dorsales (appareil invent par Edward BULLARD, 1954) Topographie des fonds ocaniques par chosondage dorsales et fosses (Marie THARP, Bruce HEEZEN, Maurice Ewing, 1956) H.H. HESS, 1960 Relation explicative entre relief au niveau des dorsales et anomalie thermique
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  • Temperature lower, fractures healed, velocity normal Seismic velocity decreased by higher temperature and fracturing, brecciation, dilatation 1 2 3 4 km/sec 5 km/sec 7,4 km/sec 8,1 km/sec 6,7 km/sec Serpentinized Diagram to represent (1) apparent progressive overlap of ocean sediments on a mid-ocean ridge which would actually be the effect of the mantle moving laterally away from ridge crest, and (2) the postulated fracturing where convective flow changes direction from vertical to horizontal. Fracturing and higher temperature could account for the lower seismic velocities on ridge crests, and cooling and healing of the fractures with times, the return to normal velocities on the flanks Expansion ocanique: hypothse de Hess Daprs History of Ocean Basins, H. H. HESS, Princeton University, Princeton, N. J. http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/sommaire.php3
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  • Le modle actuel Moho Pridotites appauvries Gabbros lits Gabbros massifs Basaltes en filons basaltes sdiments Remonte du manteau O PyPy Pl Magma peu volu Fusion partielle bouillie Brassage / convection Magma diffrenci 8-10 5 2 0 Km PRESSION TempratureTemprature isotherme fusion de 6 % fusion de 15 % fusion de 3 % gouttes de liquide magmatique http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/sommaire.php3
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  • Comment le modle a pu tre ainsi enrichi ? Par des modlisations analogiques et numriques qui ont permis de prciser les conditions de fusion partielle de la pridotite mantellique Par des observations (exemple: exploration faille transformante Vema, IFREMER) Entre autre
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Thse: Les zones de fracture ocanique: Lexemple des ZF Vema et Romanche (Ocan Atlantique), IFREMER - Brest 1992
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Basaltes en coussins
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Basaltes en filons
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Gabbros
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Pridotite
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Thse: Les zones de fracture ocanique: Lexemple des ZF Vema et Romanche (Ocan Atlantique), IFREMER - Brest 1992
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  • Observations au niveau de la faille Vema (IFREMER) Synthse Daprs 1eS, Hachette et Lobservation des ophiolites montre la mme succession de roches !
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  • Ophiolite du Chenaillet, Montgenvre Pridotite serpentinise Basaltes en coussins Gabbros
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  • chantillons LPA Daprs W M White 'Geochemistry' Sdiments Basaltes en coussins Dykes : complexe filonien Gabbros isotropes Gabbros lits Pridotite olivine, spinelle et pyroxne 7 km Manteau suprieur Modle ophiolitique de crote ocanique
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  • La disposition des roches suggrent quelles ont la mme origine Pour le vrifier (et valider le modle actuel), il faut en faire une analyse chimique logiciel Magma (CNDP, 89 Euros version tablissement)
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  • Activit 1 : Comparer la composition chimique des roches de la crote ocanique -Aller dans le menu fichier puis entrer de nouvelles donnes pour afficher le schma - Choisir sur le schma basalte tholitique et gabbro . Relevez les compositions et comparez. Compositions identiques
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  • Activit 1 : Comparer la composition chimique des roches de la crote ocanique -On peut utiliser aussi le menu droulant droite prslection pour avoir accs dautres chantillons. Basalte et gabbro, bien que diffrents sur la plan minralogique (voir observations microscopiques) ont des compositions chimiques identiques, ce qui souligne leur origine commune. Exemple: Il faut prsent comparer leur composition avec celle de la pridotite
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  • Activit 1 : Comparer la composition chimique des roches de la crote ocanique -La composition de la pridotite ne figure pas dans les menus droulants. Il faut la relever dans la notice du logiciel. Les donnes proviennent des travaux de Kushiro, 1996 (voir notice pour plus de dtails) Synthse des rsultats: Basalte Ocan IndienGabbro Ocan IndienPridotite initiale SiO2 51,450,743,7 Al2O3 17,216,12,7 (Fe,Mg)O 16,217,646,0 CaO 12,611,13,0 Na2O 2,53,20,3 K2O 0,1 H2O 0,0 Problme soulev: La composition de la pridotite est trs diffrente de celle des basaltes et gabbros ocaniques. Cela semble en contradiction avec le modle de formation des roches ocaniques par fusion de la pridotite mantellique. On comprend alors la ncessit de raliser en laboratoire des expriences de fusion partielle de la pridotite afin de mettre lpreuve le modle.
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite Quelques informations prliminaires !!! 1- Cristallisation / fusion partielle 2- Modlisations analogiques de fusion partielle
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite 1- Cristallisation / fusion partielle Le logiciel magma ne permet de simuler que des phnomnes de cristallisation magmatique (et non de fusion). Ne pas oublier de prciser aux lves que lon admet que la fusion est le processus inverse de la solidification !!! Solidification Fusion 100% liquide 100% solide
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite 2- Modlisations analogiques de fusion partielle Dans le menu exprimentation , en choisissant sinformer sur la fusion partielle , on explique de faon simplifie le principe des exprimentations qui ont t ralises (utilisation des cellules enclume de diamant). Important pour ne pas tre dconnect du rel !!! On fait fondre des fractions infimes des chantillons en les chauffant (faisceau lazer) et en les comprimant dans une chambre forme par deux diamants taills. Les diamants rsistent la pression et la chaleur ; leur transparence permet de recueillir des informations et dobserver ltat de lchantillon.
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite Etape 1 : Crer un fichier pridotite -Aller dans le menu fichier puis crer de nouvelles donne -Dans le champ votre slection , crire pridotite -Aller ensuite dans les champs % Oxydes et entrer les valeurs correspondant la composition de la pridotite. -Valider les saisies. -Dans le champ temprature , entrer 1500, temprature laquelle la pridotite fond totalement. -Aller dans fichier , enregistrer sous et enregistrer le fichier. Remarque: Pour retrouver le fichier sauvegard, il faut aller dans fichier et ouvrir un fichier de donnes
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite Etape 2 : Dterminer la temprature laquelle la pridotite commence fondre -Ouvrir le fichier pridotite sauvegard prcdemment ( fichier et ouvrir un fichier de donnes ). Choisir refroidissement lent et temprature initiale de 1500 -Faire OK. La simulation de cristallisation commence. On peut faire varier la vitesse de cette simulation en dplaant le curseur. Elle sarrte quand tout cristallis. -Relever la temprature (=1326). Si la cristallisation totale se fait cette temprature, on peut donc supposer que la fusion partielle dbute 1326
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite Etape 3 : Simuler une fusion partielle et suivre la composition du magma et de la pridotite rsiduelle Le modle prvoit une fusion partielle de la pridotite. On va donc refaire la simulation en marquant des pauses pour relever les pourcentages de fusion partielle et les compositions en oxydes des magmas Cumulat = fraction solide Magma = fraction fondue Pause ici Dans cet exemple, la temprature de 1457, la pridotite a subit une fusion partielle de 10%
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  • Activit 2 : Modliser des expriences de fusion partielle de la pridotite Etape 3 : Simuler une fusion partielle et suivre la composition du magma et de la pridotite rsiduelle A t=1466 A t=1464 A t=1462 A t=1460 Fusion partielle Rappel: Composition du gabbro et basalte
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  • Activit 2 : Modliser d