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9 I Premier exemple de dossier Classe : Terminale S ( enseignement de spécialité ) Domaine scientifique : Roches produits et témoins du temps SUJET Après avoir présenté brièvement ( moins de 5 minutes ) le contenu du dossier, proposez une utilisation des documents fournis, tels quels ou modifiés, pour construire des activités d élèves permettant d atteindre les objectifs du programme. Précisez vos objectifs techniques et de méthode. Tenez compte de l esprit de l enseignement de spécialité. Proposition d exploitation Une exploration du dossier en relation avec l extrait du programme permet de limiter le domaine scientifique au métamorphisme et au magmatisme granitique. Le sujet ne demande pas de démarche d ensemble mais une présentation d activités d élèves, aussi le plan proposé distinguera simplement, dans l exposé, trois étapes de raisonnement. Le sujet invite à tenir compte de l esprit de l enseignement de spécialité. Il convient de rappeler que cette modalité de travail doit permettre un approfondissement méthodologique et technique chez les élèves sans conduire à l acquisition de notions nouvelles. Le travail s appuie sur des notions acquises précédemment ( classes de 1 ère S et Terminale S ) aussi est-il nécessaire de mobiliser ces acquis utiles aux moments opportuns. En cours d exposé, il sera efficace de montrer que l enseignement de spécialité conduit le professeur à modifier sa propre posture ainsi que le cadre de travail et l organisation de la classe. Plus encore qu en travaux pratiques le professeur accompagne la prise d autonomie des élèves tant lors d activités individuelles que lors d activités collectives. RECONSTITUTION DE L HISTOIRE DU MASSIF DE L ARIZE EN ARIEGE Les acquis des élèves : Des méthodes d investigation étudiées en début de chapitre. Étude, à partir de documents cartographiques, des relations géométriques mettant en jeu des objets géologiques différents avec comme objectif la recherche de la chronologie des différents phénomènes. Des connaissances acquises. La fusion partielle de la lithosphère est à l origine de la formation de magmas de composition granitique ( étude de granite en échantillon et en lame mince ). 99

10 Dans les chaînes de collision une partie des roches originelles sont transformées dans leur minéralogie et leur structure. Les transformations se sont réalisées parce que ces roches ont été soumises à des conditions de température et de pression différentes de celles de leur formation ( étude de quelques roches métamorphiques sur échantillons et en lames minces ). L analyse du contenu minéralogique des roches métamorphiques permet de retrouver les conditions de température et de pression qu elles ont subies. Ces acquis seront mobilisés en fonction des besoins tout au long de la séance. La recherche, dans les séances précédentes, de la chronologie de différents événements géologiques étudiés à partir de cartes géologiques conduit la classe à formuler le problème suivant : Comment reconstituer l histoire du massif de l Arize? Plusieurs modalités d organisation du travail de la classe sont bien sûr envisageables. Comme il s agit d une épreuve visant des aptitudes professionnelles il faudra retenir celles qui sont le plus susceptibles de participer à la formation des élèves par la mise en œuvre de raisonnements dans l esprit de l enseignement de spécialité. I Des dispositions géométriques à l échelle macroscopique et à l échelle microscopique. Le groupe d élèves d enseignement de spécialité est scindé en deux ateliers d égal effectif. Le professeur constitue les deux «ateliers» afin de limiter les disparités de niveau. Activité 1 réalisée par l atelier 1 Support : ( pour chaque élève ) Carte géologique du massif de l Arize ( document 1 ). Organisation de la classe : Les élèves sont regroupés dans une partie de la salle de classe. Consignes : En mobilisant les acquis élaborer un texte commun retraçant l histoire du massif granitique de Lacourt. Ce texte sera présenté sur transparent de rétroprojection à l ensemble de la classe par un rapporteur désigné par le groupe. Le professeur circule parmi les élèves apportant son aide au groupe selon les besoins. Réponse attendue : Le massif granitique de Lacourt recoupe les roches métamorphiques ( A-B-C ), il est donc postérieur à la formation de ces roches. Une chronologie relative des événements peut être établie : en profondeur intrusion dans les roches métamorphiques (A-B-C ) d un pluton granitique qui, par métamorphisme de contact les transforme. La région subit une érosion qui amène le pluton granitique à l affleurement. Après des échanges élèves/professeur un texte définitif est retenu et transcrit sur le cahier. Objectifs méthodologiques : Mobiliser les acquis utiles. Élaborer un texte. Mettre en relation des données et des connaissances pour résoudre un problème. Participer à des échanges à l oral pour aboutir à un consensus. Mutualiser pour élaborer un travail commun. 100

11 Activité 2 réalisée par l atelier 2 Supports : ( pour chaque élève ) Échantillon et lame mince de granite ( matériel correspondant au document 2 figure 4 ). Échantillon et lame mince de gneiss ( matériel correspondant au document 2 figure 3 ). Photographie d une migmatite ( document 2 figure 5 ). Clés de détermination des minéraux les plus fréquents et des roches ( support complémentaire ) Microscope polarisant. Organisation de la classe : Les élèves sont regroupés dans une partie de la salle de classe. Consignes : Chaque élève, à partir de la lame mince de granite, effectue la mise au point sur un cristal de quartz en lumière polarisée et analysée ( LPA ) puis demande au professeur de venir vérifier le bon usage du microscope polarisant et la détermination du minéral. En se limitant aux relations géométriques entre les minéraux, retrouver pour le granite des caractéristiques de roche magmatique plutonique et pour le gneiss celles de roche métamorphique, puis proposer une explication ( document 2 figure 5 ) à la présence d une lentille de granite au sein d un gneiss. Un des élèves de l atelier, porte-parole de ses camarades, exposera à l ensemble de la classe le résultat du travail commun. Le professeur circule parmi les élèves apportant son aide à chacun selon les besoins. Réponses attendues : En LPA un cristal de quartz présente des teintes gris clair et blanc et son extinction est souvent ondulante. Granite ( échantillon et lame mince ) : roche entièrement cristallisée à structure grenue dont les cristaux ne présentent aucune orientation préférentielle attestant que la roche provient d un magma qui s est très lentement solidifié en profondeur. Gneiss ( échantillon et lame mince ) : roche entièrement cristallisée à foliation nette caractérisée par une alternance de lits sombres et de lits clairs attestant que la roche a subi des transformations à l état solide. Migmatite : mélange de roches de types granitique et gneiss ( une lentille de granite est incluse dans du gneiss ). Leur genèse est liée à une anatexie partielle, certaines parties de la roche fondent ( lentille de granite ), d autres restent solides ( gneiss ). Á partir d un échange professeur/élèves des réponses définitives sont retenues. Objectif méthodologique : Mobiliser les acquis utiles. Mettre en relation des données et des connaissances pour expliquer. Participer à des échanges à l oral pour aboutir à un consensus. Objectif technique : Utiliser le microscope polarisant. Mutualiser pour élaborer un travail commun. Les deux présentations ( ateliers 1 et 2 ) s effectuent l une après l autre sans ordre préférentiel. II Le contenu minéralogique des roches métamorphiques J. La carte géologique du massif de l Arize (document 1) est présentée au rétroprojecteur, le professeur canalise ainsi l attention de l ensemble de la classe. Un moment d échanges entre le professeur et les élèves permet, en mobilisant les acquis, de poursuivre la reconstitution de l histoire de cette région en posant le problème suivant : 101

12 Quelle est l origine des roches A-B-C-D-E-F? L architecture anisotrope des micaschistes et des gneiss et le passage progressif aux phénomènes de fusion (migmatites, granite d anatexie) permettent de replacer l histoire des roches A-B-C-D-E-F dans le cadre du métamorphisme régional. La composition chimique de ces différentes roches variant peu, il est probable qu elles sont issues du métamorphisme d un même matériel originel. Les réactions chimiques du métamorphisme (obéissant aux lois de la thermodynamique) favorisent, lors d une augmentation de la température, les réactions endothermiques comme les déshydratations. La teneur en eau diminuant progressivement de A à F on est conduit à émettre l hypothèse suivante : ces roches représentent un même matériel porté à des conditions de température croissantes. Les activités 3 et 4 sont menées simultanément par les élèves. Activité 3 réalisée individuellement Support : ( pour chaque élève) Échantillons et lames minces d un schiste à séricite, d un micaschiste à biotite et muscovite et d un gneiss à mica noir ( matériel correspondant au document 2 figures 1, 2 et 3 ). Clé de détermination des minéraux du métamorphisme (support complémentaire proposé par le candidat). Microscope polarisant. ( en démonstration) Six minéraux du métamorphisme ( document 3 ). Consignes : Chaque élève passe à la paillasse de démonstration, explore en lumière polarisée et non analysée (LPNA) et en LPA les 3 lames minces et à partir de la lame mince de micaschiste à biotite et muscovite effectue la mise au point sur des cristaux de muscovite en LPA. Les élèves (en priorité ceux de l atelier 1) demandent au professeur de venir vérifier le bon usage du microscope et la détermination du minéral. Réponse attendue : En LPNA les cristaux de muscovite sont incolores et striés par un clivage fin et régulier. En LPA ils présentent des couleurs très vives et très brillantes. Objectif de méthode : Mobiliser les acquis utiles. Objectif technique : Utiliser le microscope polarisant. Activité 4 réalisée par binôme Support : (pour chaque élève) Carte géologique du massif de l Arize (document 1). Domaines de stabilité des minéraux (document 4). Géothermes calculés correspondant à trois contextes géodynamiques différents (document 5). Consignes : Montrer en quoi les roches A-B-C-D-E-F témoignent des conditions de pression et de température qui ont présidé à leur formation. Chaque binôme rédigera sa réponse par écrit. Réponse attendue : - Le document 4 «Domaines de stabilité des minéraux» permet de déterminer les conditions de température (T) et de (P) dans lesquelles les minéraux ont pu se former. 102

13 Roche A (schistes à séricite et à chlorite) : la présence de chlorite signifie que la roche n a pas dépassé la limite de stabilité de ce minéral : T< 350 à 450 C pour des pressions comprises entre 0,2 et 0,8 Gpa. Roche B (micaschistes à biotite et muscovite) : la présence de muscovite indique que la roche n a pas atteint la température (650 C en absence d indice de fusion partielle) de transformation de ce minéral. L absence de la chlorite et l association biotite-muscovite informent sur les conditions de formation : T comprises entre 350 et 650 C pour des P comprises entre O,2 et O,8 Gpa. Roche C (micaschistes à biotite, muscovite et andalousite) : la présence d andalousite témoigne d une formation à relative basse pression (< 0,5 Gpa). Roche D (gneiss à sillimanite et à feldspaths potassiques) : la présence simultanée de sillimanite et de feldspaths potassiques et l absence de fusion partielle montrent que les conditions de formation de la roche correspondent à des pressions inférieures à 0,5 Gpa et des températures comprises entre 650 et 750 C environ. Roche E (migmatite à sillimanite et feldspaths potassiques) elle provient de la fusion partielle du matériel initial. Roche F (granite à feldspaths potassiques) elle est le résultat de la fusion totale ( granite d anatexie ) de ce matériel originel. Ces phénomènes de fusion sont les témoins de conditions de température et/ou de pression plus élevées que celles subies par les roches A-B-C-D. La mise en relation du document 4 «Domaines de stabilité des minéraux» et du document 5 «Géothermes calculés, correspondants à trois contextes géodynamiques différents» conduit à situer la formation des roches A-B-C-D-E-F dans un contexte de collision de plaques lithosphériques puisque les conditions de P et de T mises en évidence à partir du document 4 correspondent au géotherme «collision» du document 5. L hypothèse émise, en débutant le paragraphe II, se trouve validée par l étude des domaines de stabilité des minéraux et précisée par la découverte du contexte géodynamique. Après une phase de classe dialoguée le professeur propose oralement une correction du travail que les élèves notent sur le cahier. Objectif de méthode : Mobiliser les acquis utiles. Mettre en relation des données et des connaissances pour répondre à un problème. Élaborer un texte. Mutualiser pour élaborer un travail commun. III La chronologie des événements géologiques dans la région du massif de l Arize Activité 5 réalisée individuellement Consignes : Á partir de l ensemble des données recueillies dans les activités précédentes proposer, en un court paragraphe, une chronologie des événements géologiques dans la région du massif de l Arize. Le professeur s efface et laisse les élèves produire leur texte bilan. Réponse attendue : Deux plaques lithosphériques entrent en collision, un même matériel appartenant à l une des plaques se trouve enfoui, les conditions de température et de pression sont alors modifiées en fonction de la profondeur. Selon ces conditions ce matériel initial est différemment transformé (métamorphisme et anatexie) donnant naissance aux roches A-B-C-D-E-F. Un pluton de granite se met en place en profondeur 103

14 dans cet encaissant provoquant à son contact le métamorphisme de celui ci (métamorphisme de contact). Une phase d érosion permet ensuite l affleurement des roches A-B-C-D-E-F, du granite de Lacourt et de son auréole de métamorphisme. La chronologie est retenue, après une phase de dialogue, est transcrite sur le cahier. Objectif de méthode : Élaborer une synthèse. Conclusion : Le problème qui a initié le travail de recherche de la classe a trouvé une réponse à partir de l étude de la carte géologique (relations géométriques entre les roches à l affleurement), des échantillons de roches et des lames minces (relations géométriques entre les minéraux des roches) et du contenu minéralogique des roches métamorphiques. Les roches sont les produits et les témoins du temps, elles ont permis de reconstituer l histoire du massif de l Arize. 104