1ère partie de l’épreuveDossier.

DORSALE ET LITHOSPHERE OCEANIQUE

DORSALE ET LITHOSPHERE OCEANIQUE

Niveau : 1ère S - TS

Extrait du programme :

Divergence et phénomènes liés

(durée indicative : 3 semaines)

Formation et divergence des plaques lithosphériques au niveau des dorsales océaniques. Activités tectoniques et

magmatiques associées

- Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et les failles normales qui structurent les dorsales

océaniques attestent de mouvements en extension.

- Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège d'une production importante de magma : de l'ordre de 20

km3 par an. Ces magmas sont issus de la fusion partielle des péridotites du manteau induite par décompression.

Ils sont de nature basaltique. La fusion partielle leur donne une composition chimique différente de celle de la

roche source. Le refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de textures différentes

(basaltes/gabbros). En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, s'hydrate et s'épaissit.

- Marges passives des continents : elles sont structurées par des failles normales et sont le siège d'une

sédimentation importante. Elles ont enregistré l'histoire précoce de la rupture continentale et de l'océanisation.

L'activité des failles normales, héritage de rifts continentaux, témoigne de l'amincissement de la lithosphère et de

sa subsidence.

Expériences analogiques de tectonique en extension et comparaison avec les observations géologiques.

Des péridotites aux basaltes. Formation des basaltes par fusion partielle des péridotites.

Nature et chimie de la lithosphère océanique : roches initiales, roches hydratées et/ou déformées.

Nature des roches sédimentaires des marges passives et des fonds océaniques : enregistrement de l'histoire d'unocéan

Documents :

Document 1 : Principe de la faille transformante àdifférentes échelles.

Document 2 : Comparaison du flux de chaleur mesuré et duflux de chaleur théorique entre 0 et 100km dela dorsale.

Document 3 : Carte bathymétrique d’une dorsale lente(Golfe d’Aden, en haut) et d’une dorsalerapide (Est-Pacifique Sud, en bas).

Document 4 – support concret : Echantillon de roches du Chenaillet- Roche 1 (gabbro SV)- Roche 2 (serpentine)

Document 1 :

Comparaison de deux structures transformantes à différentes échelles : (a) Gros plan sur ledyke décalé, lit de la Sand River, Afrique du Sud, (b) Image d’une faille transformanteaffectant une dorsale océanique, région de Clipperton

Document 1 : interprétations

Interprétation scientifique (niveau Master)

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img330-2010-11-08.xml

Un examen attentif de la photo montre que l'interprétation « décrochement dextre » est fausse.

En effet, on voit très bien que la foliation des migmatites n’est pas affectée par le

décrochement sénestre supposé entre les points A et B, ou E et F. Un décrochement décalant

le dyke d’une dizaine de centimètres aurait également décalé la foliation préexistante sur toute

la largeur de l’image. Il faut donc proposer une deuxième explication, qui n’est pas sans

rappeler le fonctionnement d’une faille transformante.

Deux dykes s’ouvrent simultanément et en relais, c’est-à-dire sans être dans la prolongation

l’un de l’autre. Alors, l’ouverture simultanée de ces dykes entraîne un décrochement entre les

2 dykes seulement, décrochement qui ne « déborde » pas à droite ou à gauche des dykes. Le

décalage sur cette fissure est senestre.

Relier cela au fonctionnement des transformantes dans les dorsales. Les mécanismes au foyer

montrent effectivement un mouvement compatible avec l’hypothèse d’une faille

accommodant un relais entre deux sections de dorsales.

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de première S : « - Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et les

failles normales qui structurent les dorsales océaniques attestent de mouvements en

extension. »

La plupart des séismes des zones de dorsales sont liés à ces failles transformantes. Bon moyen

d’introduire le concept, offre une alternative à la présentation des mécanismes au foyer « à

l’envers » par rapport à l’hypothèse d’un décalage des portions de dorsale.

Document 2 :

Comparaison du flux de chaleur mesuré et du flux de chaleur théorique entre 0 et 100km de ladorsale.

Document 2 : interprétations

Interprétation scientifique (niveau Master)

Le flux de chaleur est mesuré lors de campagnes océanographiques dédiées qui utilisent une

sonde équipée de thermocouples et de résistances chauffantes que l’on enfonce dans les

sédiments peu consolidés du plancher océanique. Cette sonde permet de mesurer au même

point la conductivité thermique et le gradient vertical naturel de température (voir la page

d’Alain Bonneville (IPGP) pour plus de détails). Le flux de chaleur en surface est obtenu en

prenant le gradient vertical à la surface, que l’on multiplie par la conductivité thermique, k,

(Loi de Fourier). On peut alors collecter toutes les données obtenues et les classer par ordre

d’âge du plancher océanique.

Une vérification directe de la théorie peut également être faite lors d’une campagne de

mesures. La figure 2 montre les résultats d’une telle campagne, effectuée à proximité de la

dorsale Juan de Fuca (Pacifique Nord-Est). On voit que les mesures suivent très bien la

théorie, représentée avec son incertitude par les deux lignes pointillées, là où la couverture

sédimentaire est suffisante pour que les mesures soient de bonne qualité. Près de la dorsale,

les mesures et la théorie ne "collent" pas. En effet (1) les mesures sont difficiles car il y a peu

de sédiments et (2) la chaleur est évacuée par circulation hydrothermale, avec sortie par les

"fumeurs" et non pas de façon homogène sur le fond océanique.

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de première S : « En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se

refroidit, s'hydrate et s'épaissit. »

Le programme de TS propose de calculer la subsidence de la LO par refroidissement. L’étudedu flux de chaleur est nécessaire dans ce cadre. L’hydrothermalisme intervient dans l’étude dumétamorphisme S Vert au niveau des dorsales (visibles au Chenaillet par exemple). Cedocument peut permettre d’expliquer cela.

Document 3

Carte bathymétrique d’une dorsale lente (Golfe d’Aden, en haut) et d’une dorsale rapide (Est-Pacifique Sud, en bas).

Document 3 : interprétations

Interprétation scientifique (niveau Master)

.- Dorsale lente : axe est un fossé (relief négatif) sauf à certains endroits –au centre souvent-

où la dorsale fait une bosse.

- Dorsale rapide : axe est un relief positif. On voit de part et d’autre des reliques de ce relief

positif sous forme de bandes topographiques parallèles à la dorsale.

Comparaison dorsale rapide / lente : à l’axe des dorsales lentes, l’accrétion se fait plus par

dénudation tectonique (avec mise à l’affleurement du manteau parfois) que par apport

magmatique. Peu de flux de chaleur et peu de bombement thermique : la dorsale est en creux.

De plus, les zones magmatiques migrent au cours du temps, ce qui explique que les rides

parallèles à la dorsale soient peu marquées. Belle failles transformantes sur la figure.

A l’axe des dorsales rapides, l’accrétion se fait par fusion partielle du manteau supérieur, et

par apport magmatique conséquent (schémas que vous feriez en 1ère

S de LA dorsale type).

Explique le bombement thermique et la régularité des rides, et la présence de volcans sous-

marins.

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de 1ère

S : «- Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège d'une production

importante de magma : de l'ordre de 20 km3 par an. Ces magmas sont issus de la fusion

partielle des péridotites du manteau induite par décompression. Ils sont de nature basaltique.

La fusion partielle leur donne une composition chimique différente de celle de la roche

source. Le refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de textures

différentes (basaltes/gabbros). En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se

refroidit, s'hydrate et s'épaissit. »

Les mécanismes d’accrétion sont au programme, mais pas les différents types de dorsales. Ce

type de document n’est pas très approprié dans ce cadre.

Document 4 – support concret.

- Echantillon 1 : Echantillon en lame mince (photo, LPNA) et macroscopique d’une mêmeroche.

- Echantillon 2 : Echantillon en lame mince (photo, LPA) et macroscopique d’une mêmeroche.

Document 4 : interprétations

Interprétation scientifique (niveau Master)

- Echantillon 1 : gabbro du Chenaillet

Macroscopique : on voit des plages blanches et des plages noires. Blanc = plagioclases, Noir

= pyroxènes et/ ou amphiboles.

Microscopie : confirme l’analyse minéralogique. Les pyroxènes sont entourés d’une couronne

d’amphibole (visible avec un peu de « mauvaise foi du géologue » sur l’échantillon macro).

Comment expliquer cela ? Grille pétrogénétique des basaltes : vers 700°C, en présence d’eau,

on passe la limite de transformation Cpx + pl + H2O Hb. Hydratation de la roche conduit à

l’apparition d’amphiboles (minéraux hydratés). Si on continue plus loin le refroidissement,

apparition de la chlorite (rend la roche verte = visible au chenaillet).

- Echantillon 2 : Serpentine

Macroscopique : Roche verte, aspect en « peau de serpent », douce, brillante = minéraux

phyllosilicates de type talc = serpentinite.

Microscopie : LPA = minéraux noirs, moches, comme les phyllosilicates de type talc =

serpentine.

Comment expliquer cela ? Serpentinite = minéraux hydratés. Issus du métamorphisme par

hydratation des péridotites mantelliques à BP/MT. Confirme le passage dans le faciès SV,

avec hydratation.

Hydrothermalisme : on a vu doc 2 que l’hydrothermalisme permettait de refroidir

drastiquement la LO aux abords de la dorsale. Schémas de l’hydrothermalisme et parler de

l’albitisation des plagioclases : CaAl2Si2O8 + 4SiO2 + 2Na+

--> 2NaAlSi3O8 + Ca2+

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de première S : « Le refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à

des roches de textures différentes (basaltes/gabbros). En s'éloignant de la dorsale, la

lithosphère océanique se refroidit, s'hydrate et s'épaissit. »

Surtout si vous allez avec les élèves sur le Chenaillet (probable dans le quart SE de la France),

il faudra parler de ces réactions d’hydratation.