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http://lewebpedagogique.com/bouchaud 21_Tspe_T_dst.docx 1 Contrôle « thème T ». Durée 1h Avec calculatrice La nappe de charriage de Zermatt-Saas. La nappe de charriage de Zermatt-Saas est située dans les Alpes suisses, entre les massifs de la Dent Blanche et du Mont Rose. En vous appuyant sur l’exploitation des documents et vos connaissances, justifiez la nature de cette nappe que l’on trouve actuellement en surface et ce que traduit son âge calculé. Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires. Carte d’après S. Angiboust et L. Jolivet et col. Juin 2009 (modifié 2021) Document 1. La Nappe de charriage de Zermatt-Saas. Schéma http://www.clubjurassien.ch modifié 2021 Document 2. Caractéristiques de la nappe de charriage de Zermatt-Saas. La nappe de charriage de Zermatt-Saas est constituée de : - Prasinites = basaltes métamorphisés ; - Métagabbros : gabbros métamorphisés ; - Roches vertes : serpentinites notamment. Le domaine de stabilité (ou faciès) des minéraux trouvés dans ces formations correspond à un métamorphisme de type éclogitique (température d’environ 500 à 610 °C et pression comprise entre 1800 et 2500 MPa). Données d’après d’après S. Angiboust et L. Jolivet et col. Juin 2009 et http://www.clubjurassien.ch Document 3. Mesures des rapports isotopiques dans des roches de la nappe de Zermatt-Saas. Il a été possible de mesurer les concentrations en isotopes du rubidium et du strontium dans des échantillons de roches de la nappe de Zermatt-Saas dans le but de dater ces roches. L’élément père, le 87 Rb, se désintègre en élément fils, le 87 Sr. La mesure des rapports isotopiques de ces éléments, rapportés au 86 Sr, stable, permet de calculer l’âge de la roche. Les résultats des mesures, effectuées sur 7 échantillons sont présentés dans le tableau suivant.

La nappe de charriage de Zermatt-Saas. · 2021. 1. 7. · D’après Terminale spécialité SVT Bordas 2020 Document 5. Evolution de la droite isochrone au cours d’un épisode de

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Contrôle « thème T ». Durée 1h Avec calculatrice

La nappe de charriage de Zermatt-Saas.

La nappe de charriage de Zermatt-Saas est

située dans les Alpes suisses, entre les massifs de la Dent Blanche et du Mont Rose.

En vous appuyant sur l’exploitation des documents et vos connaissances, justifiez la nature de cette nappe que l’on trouve actuellement en surface et ce que traduit son âge calculé.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires. Carte d’après S. Angiboust et L. Jolivet et col. Juin 2009 (modifié 2021)

Document 1. La Nappe de charriage de Zermatt-Saas.

Schéma http://www.clubjurassien.ch modifié 2021

Document 2. Caractéristiques de la nappe de charriage de Zermatt-Saas.

La nappe de charriage de Zermatt-Saas est constituée de :

- Prasinites = basaltes métamorphisés ; - Métagabbros : gabbros métamorphisés ; - Roches vertes : serpentinites

notamment.

Le domaine de stabilité (ou faciès) des minéraux trouvés dans ces formations correspond à un métamorphisme de type éclogitique (température d’environ 500 à 610 °C et pression comprise entre 1800 et 2500 MPa). Données d’après d’après S. Angiboust et L. Jolivet et col. Juin 2009 et http://www.clubjurassien.ch

Document 3. Mesures des rapports isotopiques dans des roches de la nappe de Zermatt-Saas.

Il a été possible de mesurer les concentrations en isotopes du rubidium et du strontium dans des échantillons de roches de la nappe de Zermatt-Saas dans le but de dater ces roches. L’élément père, le 87Rb, se désintègre en élément fils, le 87Sr. La mesure des rapports isotopiques de ces éléments, rapportés au 86Sr, stable, permet de calculer l’âge de la roche. Les résultats des mesures, effectuées sur 7 échantillons sont présentés dans le tableau suivant.

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Echantillons 1 2 3 4 5 6 7 87Rb/86Sr 16,2 9,7 94 0,4 67,5 40,1 21,8 87Sr/86Sr 7,10 7,095 7,15 7,09 7,135 7,115 7,105

Les rapports 87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr ont été multipliés par 10 et arrondis pour une représentation plus aisée.

Principe de la datation : en reportant sur un graphique les rapports 87Sr/86Sr en fonction des rapports 87Rb/86Sr, on obtient une droite dite isochrone dont le coefficient directeur a est corrélé au temps écoulé (t) depuis la fermeture du système. Les points doivent être placés le plus précisément possible. On rappelle que t = ln (1+a)/l (avec a coefficient directeur de la droite tel que a = Dy/Dx). a doit être le plus précis possible.

Constante de désintégration du 87Rb : l = 1,42.10-11 an-1. D’après Terminale spécialité SVT Bordas 2020

Document 4. Métamorphisme et fermeture des systèmes minéralogiques.

Après sa formation, une roche peut être déstabilisée par différents événements. C’est le cas par exemple au cours du métamorphisme.

Lors d’un épisode de métamorphisme, les températures peuvent dépasser les conditions de fermeture des systèmes minéralogiques : les éléments chimiques les plus mobiles diffusent à nouveau dans la roche, les minéraux réagissent entre eux et échangent des éléments, et des fluides peuvent parfois percoler (= traverser un milieu) les roches.

D’après Terminale spécialité SVT Bordas 2020

Document 5. Evolution de la droite isochrone au cours d’un épisode de métamorphisme. Le graphique ci-contre présente la droite isochrone

d’un schiste de la région de Zermatt-Saas (roche totale et ses minéraux).

De t0 à t1, le système reste clos : la roche initiale vieillit sans réouverture des systèmes minéralogiques.

A partir de t1, une augmentation de température, comme il peut s’en produire à la faveur d’un épisode métamorphique, provoque une réouverture du système. Le strontium (beaucoup plus mobile que le rubidium) diffuse dans la roche : au temps t1 + Dt le rapport (87Sr/86Sr) atteint une nouvelle valeur, identique dans tous les minéraux. Le chronomètre isotopique est ainsi « remis à zéro ».

Après cet épisode de métamorphisme, la température diminue et la roche évolue de nouveau en système clos de t1 + Dt à t2.

A-B : cristallisation à t0, désintégration du 87Rb en 87Sr dans des systèmes clos jusqu’à t1. B-C : métamorphisme, réouverture des systèmes et homogénéisation des rapports 87Sr/86Sr dans les minéraux jusqu’au temps t1 + Dt. C-D : retour à des conditions de fermeture des systèmes, désintégration du 87Rb en 87Sr dans les systèmes clos jusqu’à t2.

D’après Terminale spécialité SVT Bordas 2020

Document de référence : histoire simplifiée des Alpes.

Déchirure continentale : de 200 à 155 Ma Expansion océanique : de 155 à 120 Ma Fermeture de l’océan : 110 à 45 Ma Collision : depuis 35 Ma

D’après sources diverses, 2021

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Correction.

En vous appuyant sur l’exploitation des documents et vos connaissances, justifiez la nature et ce que traduit l’âge calculé de cette nappe.

Le document 1 et introduction présente la nappe de ZS. Elle chevauche la nappe du Mont Rose et est elle-même chevauchée par la Dent Blanche (socle continental également). A l’échelle proposée, on voit que cette nappe est assez vaste.

Le document 2 détaille la constitution de la nappe de ZS : elle est constituée de basaltes métamorphisés (prasinites), de métagabbros et de serpentinites. Il s’agit d’un cortège de roches de la LO. Cette nappe est une nappe ophiolitique soit un vestige d’une ancienne LO qui a précédé les Alpes. Le domaine de stabilité des minéraux trouvés dans ces formations correspond à un métamorphisme de type éclogitique (température d’environ 500 à 610 °C et pression comprise entre 1800 et 2500 MPa). Lorsque l’on place le domaine de stabilité dans le diagramme PT, on observe que les roches constituant cette nappe sont descendues aux alentours de 60 à 80 km de profondeur. Cette profondeur anormale pour une LO montre qu’elle est entrée en subduction. Elle a donc subi un métamorphisme de gradient HPBT. Cette nappe ophiolitique est maintenant retrouvée en surface : elle a donc été exhumée suite à la subduction (et donc lors de la collision). On peut dater l’âge de cette LO entre 155 et 120 Ma (document de référence), ce qui correspond à la phase d’expansion océanique.

Le document 3 fournit les mesures des rapports isotopiques pour le couple Rb/Sr permettant d’établir la datation absolue de ces ophiolites en traçant la droite isochrone.

La droite isochrone d’équation est tracée à partir de l’ensemble des échantillons. Son coefficient directeur est égal à 0,0007. Le calcul de l’âge de ces échantillons est de : t = ln(a + 1)/λ = ln(1 + 0,0007)/1,42.10-11 donc t = 49,3 Ma. Cette datation semble contradictoire avec des roches formées entre 155 et 120 Ma dans l’océan alpin.

Le document 4 indique que suite au métamorphisme, si la température dépasse la température de fermeture d’un minéral, alors celui-ci ne constitue plus un système fermé. Les éléments chimiques peuvent passer d’un minéral à un autre dans la roche (échanges d’éléments chimiques).

Le document 5 expose les conséquences de la réouverture des systèmes minéralogiques. Depuis leur formation dans l’océan alpin, les désintégrations se sont opérées dans les ophiolites dont les minéraux constituaient des systèmes fermés : le coefficient directeur de la droite isochrone a augmenté de t0 à t1 (ce qui reflète le vieillissement des roches des ophiolites). À t1 un épisode métamorphique a engendré une température supérieure aux températures de fermeture des minéraux (épisode de subduction et métamorphisme HP-BT). Ils sont alors redevenus des systèmes ouverts dans lesquels les éléments chimiques et principalement le strontium, très mobile, ont diffusé. Le

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taux de (87Sr/86Sr) s’est homogénéisé tandis que les rapports de (87Rb/86Sr) sont restés quasiment constants. Le coefficient directeur de la droite isochrone est alors devenu nul. À la fin de cet épisode, la température a diminué et les minéraux sont devenus à nouveau des systèmes fermés en t1 + Δt. Les désintégrations se sont poursuivies jusqu’à l’époque actuelle, t2. L’isochrone en t2 a un coefficient directeur plus faible que l’isochrone en t1, avant l’épisode de métamorphisme (échantillon rajeuni). Les échantillons analysés ont un âge correspondant à celui de l’épisode de métamorphisme de subduction et non à celui de leur formation. Cela explique donc l’écart entre l’âge de l’océan alpin et celui des ophiolites de Zermatt-Saas.

Conclusion (réponse à la problématique). La nappe de ZS est une nappe ophiolitique, reliquat d’une LO qui s’est formée voici 200 à 155 Ma. Cette nappe ophiolitique a été subduite après sa mise en place, et est ensuite revenue en surface (exhumation) lors de la collision continentale qui a abouti aux Alpes. On décèle les traces d’une subduction profonde dans les associations minérales retrouvées (métamorphisme HP-BT). Lors du métamorphisme HP-BT, les systèmes cristallins se dont réouverts ce qui a remis à zéro le chronomètre Rb/Sr. Ainsi l’âge trouvé de cette ophiolite correspond en fait au métamorphisme subi lors de son histoire (âge de la subduction).

Connaissances exploitables. - La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche. - Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés. - L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement - Les ophiolites sont des roches de la lithosphère océanique. La présence de complexes ophiolitiques formant des sutures au sein des chaînes de montagnes témoigne de la fermeture de domaines océaniques, suivie de la collision de blocs continentaux par convergence de plaques lithosphériques. - L’émergence d’ophiolites résulte de phénomènes d’obduction ou de subduction, suivis d’une exhumation.

Démarche de résolution personnelle 2 1 0

Construction d’une démarche cohérente bien adaptée au sujet

Construction insuffisamment cohérente de la démarche

Absence de démarche ou démarche incohérente

Analyse des documents et mobilisation des connaissances, dans le cadre du problème scientifique posé

3 2 1 0 Informations issues des documents pertinentes, rigoureuses et complètes et connaissances mobilisées pertinentes et complètes pour interpréter

Informations issues des documents incomplètes ou peu rigoureuses et connaissances à mobiliser insuffisantes pour interpréter

Seuls quelques éléments pertinents issus des documents et/ou des connaissances

Absence ou très mauvaise qualité de traitement des éléments prélevés

Exploitation (mise en relation/cohérence) des informations prélevées et des connaissances au service de la résolution du problème

3 2 1 0 Argumentation complète et pertinente pour répondre au problème posé

Argumentation incomplète ou peu rigoureuse Argumentation absente et/ou réponse explicative absente ou incohérente Réponse explicative

cohérente et complète avec le problème posé

Réponse explicative cohérente avec le problème posé

Absence de réponse ou réponse non cohérente avec le problème posé

Graphique, calcul du coefficient directeur et de l’âge 2 1 0,5 0

Graphique réussi (placement des points, droite de régression). Calculs justes

Graphique réussi (placement des points, droite de régression). Absence de calculs ou calculs inexacts

Graphique partiellement réussi (placement des points, droite de régression). Absence de calculs

Absence de graphique, absence de calculs

Modulation des points possibles pour le graphique.