METAMORPHISME. TP - Préparation à l AGREG secteur C. Emmanuelle BOUTONNET

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1 TP - Préparation à l AGREG secteur C METAMORPHISME Emmanuelle BOUTONNET (emmanuelle.boutonnet@ens-lyon.fr) Démarche pédagogique : Rappels des cours théoriques sur le métamorphisme, reconnaissance des minéraux métamorphiques principaux, et intégration dans leur contexte. Le TP est présenté sous forme de six ateliers, centrés sur un contexte métamorphique particulier et sur un ou deux exemples, comprenant des lames minces ou des photos des minéraux à connaître, et un ou plusieurs exercices d application. Bibliographie : Incontournables: - NICOLLET C. Métamorphisme et géodynamique. - Article «Métamorphisme» de l Encyclopedia Universalis par C. Nicollet. - YARDLEY B.W.D & coll. Atlas des roches métamorphiques. - JOLIVET L. La déformation des continents. Exemples régionaux. - CARON J.M. & coll. Comprendre et enseigner la planète Terre. Plus les généralistes: - BRAHIC A.& coll. : Sciences de la Terre et de l'univers - DERCOURT J. & PAQUET J. Géologie : Objets et méthodes. - POMEROL C., LAGABRIELLE Y. & RENARD M. : Eléments de Géologie, 12ème Ed - FOUCAULT A. & RAOULT J.F Dictionnaire de Géologie. A la limite: - FOUCAULT A. & RAOULT J.F Dictionnaire de Géologie. - BONIN B. Pétrologie endogène. Pour La Science - Les diamants de guyane n 263, p16 - Coésite et formation des montagnes N 289, p26. La Recherche - Les diamants n 343, p50 Leçons corrélées : Option C : - Contre- Option : - Ce cours et des infos complémentaires disponibles sur ma page web :

2 Préparation à l AGREG secteur C I - METAMORPHISME de RIFTING Exercice : métamorphisme dans les Pyrénées ( (cours Pierre Thomas ENS Lyon) 1. Vous avez à votre disposition des cartes géologiques de la zone des Pyrénées (Figure 1), ainsi que plusieurs agrandissement de la limite entre la zone axiale et la zone Nord- Pyrénéenne (Figure 2). Deux photos (Figure 3) et un échantillon A (lame E195) vous sont également fournis. - A partir de ces documents et de vos connaissances sur les Pyrénées, interprétez la formation des affleurements des photos 1 et 2, et de l échantillon A. - Quel est la caractéristique du «métamorphisme Pyrénéen crétacé» que l on retrouve en abondance dans cette zone? - Comment peut-on expliquer la présence de lherzolites dans cette zone? 2. La figure 4 vous présente un profil ECORS à travers les Pyrénées, ainsi que sa reconstitution avant la collision Ibérique à l oligocène. - Décrivez l histoire de cette zone avant la collision Pyrénéenne. - Quelle est l origine du «métamorphisme Pyrénéen crétacé»? Exercice : métamorphisme dans la zone d Ivrée (Gweltaz Mahéo) 3. A partir de la figure 4 et de l échantillon B (lame mince M32), - Quels sont les points commun entre le métamorphisme de la zone d Ivrée et le métamorphisme Pyrénéen? - Connaissez-vous la particularité gravimétrique de la zone d Ivrée? 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s observe-t-il? Comment peut-on l expliquer?

3 Figure 1 : carte géologique des Pyrénées, avec localisation des différentes unités : ZNP = zone Nord- Pyrénéenne, ZA = zone axiale.

4 Figure 2 : cartes géologiques au 1 :50000 de deux localités (Aulus et Trevillach) à la limite entre la zone axiale et la zone Nord-Pyrénéenne.

5 Figure 3 : photos des marbres de Trevillach

6 Figure 4 : Profil ECORS des Pyrénées à la hauteur d Aulus, et reconstitution anté- oligocène.

7 Figure 5 : Cartes géologiques de la zone d Ivrée (Alpes occidentales).

8 Préparation à l AGREG secteur C II - METAMORPHISME HYDROTHERMAL Exercice : métamorphisme dans le massif du Chenaillet. (Modifié du TP de Gweltaz Mahéo) 1. Deux échantillons venant de l ophiolite du Chenaillet (localisation Fig. 1) vous sont fournis. - Dessinez et analysez d une lame mince d un échantillon de l unité du Chenaillet (échantillon. A, lame M16) en vous aidant de la photo de la figure 3. - étudiez des échantillons macroscopiques : échantillon A (lame M16), et échantillon B (lame M28). Options : Interprétation des lames minces de l échantillon B (lame E192). 2. La grille pétrogénétique des roches basiques vous est fournie en figure 2. - Reportez sur le diagramme P-T les champs de stabilité de la roche A. - Calculez le gradient géothermique. 3. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s observe-t-il? Comment peut-on l expliquer?

9 Figure 1 : Situation géographique de l ophiolite du Chenaillet, et coupe géologique de ladite ophiolite.

10 Figure 2 : Grille pétrogénétique des roches basiques. Figure 3 : Détail de l échantillon A en LPNA.

11 Préparation à l AGREG secteur C III - METAMORPHISME PRE-OROGENIQUE : Subduction Exercice : métamorphisme HP-BT dans les Alpes Internes 1. Trois échantillons, dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1, sont mis à votre disposition. - Dessinez et analysez la lame mince de l échantillon n 2 et de l échantillon macroscopique correspondant A Etudiez les échantillons 2 et 3 (macroscopie et microscopie). 2. La figure 2 est une grille pétrogénétique. - Reportez sur le diagramme P-T des roches basiques les champs de stabilité des roches 1 à 3. Les omphacites du Queyras ont été analysées à la microsonde et ont une proportion de Jadéite (Jd) supérieure à 50%. - Calculez le gradient géothermique moyen. 3. Dans le Massif de Dora Maira, en Italie (figure 1), on trouve de la coésite (figure 3). Quartz et coesite sont 2 minéraux aux propriétés physiques différentes, mais à la composition chimique identique, SiO 2. On appelle de tels minéraux des polymorphes. Le quartz a un volume molaire de 2,27 cm 3 /mol et est stable à la surface du globe jusqu'à environ 100 km. La coesite, avec un volume molaire de 2,06 cm 3 /mol est stable à des profondeurs supérieures à 100 km. - On assimile le cristale de SiO 2 à un cube de 100μm de côté. Des analyses physiques montrent que le centre du cristal est de la coésite et que le pourtour (sur 10μm d épaisseur) est composé de quartz. Interprétez cette structure. - Option : calculez la variation de volume du grain de SiO 2 engendrée par ce début de transformation. - Donnez une explication sur la fracturation du grenat observée autour. 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s observe-t-il? Comment peut-on l expliquer? Quel mécanismes d exhumation sont proposés?

12 Figure 1 : carte métamorphique des Alpes occidentales avec localisation des différents échantillons analysés (Agard et Lemoine).

13 Figure 2 : Grille pétrogénétique des roches basiques (traits pleins) et acides (traits pointillé)

14 Figure 3 : photo en microscopie optique (lumière naturelle) montrant un cristal de quartz à coeur de coésite (blanc) dans un grain de grenat (gris).

15 Préparation à l AGREG secteur C IV - METAMORPHISME SYN-OROGENIQUE : Collision Exercice : métamorphisme dans dôme du Lévezou (exercice Gweltaz Mahéo) 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches 1, 2, 3 et 4 dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1. - Dessinez et analysez la lame mince d un échantillon de l unité supérieure des gneiss (échantillon 1, lame mince ART) - Analysez les minéralogies des échantillons 1, 2, 3 et 4, et repérez les minéraux métamorphiques susceptibles de vous donner des informations. 2. La roche 5 fait partie du complexe leptyno- amphibolitique, retrouvé fréquemment dans les massifs hercyniens. - Quel est le prototype de ces roches? Que représentent-elles à l échelle de l orogène hercynien? - De quel faciès métamorphique témoignent-t-elles? 3. A partir des échantillons et des photos, - Reportez sur le diagramme P-T des roches pélitiques (Figure 3) les champs de stabilité des roches 1, 2, 3 et 4. - Expliquez la répartition de ce métamorphisme le long du transect -figure 1- - Tracez le géotherme (au moment du métamorphisme) le long de ce transect. - Déduisez en le gradient métamorphique. 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s observe-t-il? Comment peut-on l expliquer?

16 Figure 1 : Carte géologique du Massif Central et localisation du dôme du Lévezou.

17 Figure 2 : Dôme gneissique du Lévezou et localisation des échantillons.

18 Figure 3 : Grille pétrogénétique pour les roches pélitiques et les granites. Ms : muscovite, And : Andalousite, Disth. : Disthène, Sil. : Sillimanite, Cd. : Cordiérite, St. : Staurotide, FK : Feldspath potassique

19 Préparation à l AGREG secteur C V - METAMORPHISME TARDI-OROGENIQUE Exercice : métamorphisme dans le massif du Pilat 1. A partir de la figure 2 (dont la localisation est présentée en figure 1), et de l échantillon 1, - Analysez les microstructures de l échantillon 1 - Etant donné son orientation (fig. 2), déterminez le style de déformation du massif du Pilat. 2. Différents échantillons provenant du Pilat vous sont présentés : - Dessinez la lame mince de l échantillon 2, et repérez les minéraux métamorphiques susceptibles de vous apporter des informations. - Dans quelles conditions a été métamorphisé l échantillon 3? 3. A partir des échantillons et des photos - Reportez sur le diagramme P-T des roches pélitiques les champs de stabilité des roches 1, 2, 3 et 4. - Reconstituer le géotherme de cette région. 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s observe-t-il? Comment peut-on l expliquer? Vous pouvez vous aider de la figure 4 pour répondre à la question.

20 Figure 1 : Localisation du massif du Pilat, dans l Est du massif central. Figure 2 : Coupe schématique à travers le Pilat.

21 Figure 2 (suite) : Echantillon 1

22 Figure 3 : Grille pétrogénétique pour les métapélites et granites. Figure 4 : Modèle d'évolution post collision d'une chaîne de montagne (Nicollet, 1999). A. Epaississement (collision), B: Détachement de la racine, C. Réchauffement crustal, D.extension.

23 Préparation à l AGREG secteur C VI - METAMORPHISME de CONTACT Exercice : métamorphisme de la vallée de la Rance ( 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches R1, R2, G1 et G2 dont les lieux de prélèvements sont indiqués sur la figure 1. - Faites un dessin rapide de deux lames minces qui vous paraissent pertinentes. - Analysez leur minéralogies. - Tracez les isogrades du métamorphisme dans la vallée de la Rance. - Expliquez les causes de ce métamorphisme. 2. A partir de la Figure 2, - Replacez les différentes roches dans le diagramme pression température (Figure 2). - En utilisant tous les documents fournis, précisez les conditions thermodynamiques ayant affecté la région. Argumentez vos déductions. Exercice : métamorphisme du granite de Ploumanac h 3. A partir des photos A et B qui vous sont présentées dans la Figure 3 - Commentez les observations de terrain - Déterminez à partir de la Figure 2 le champ de stabilité de la roche noire foliée. - A partir des observations, expliquez l histoire de cet affleurement de l île Millau. 4. Options: Commentez la photo C.

24 Figure 1 : Carte géologique simplifiée de la vallée de la Rance (Bretagne).

25 Figure 2 : Grille pétrogénétique : domaines de stabilité pour les minéraux des roches métapélitiques. MVA : argiles, And : Andalousite, Disth. : Disthène, Sill. : Sillimanite, Cord. : Cordiérite, Stau. : Staurotide, FK : Feldspath potassique

26 Figure 3 : Base du granite rose de Ploumanac h (ou un de ses frères) affleurant à l île Millau.