TP 18 : Les caractéristiques de la croûte continentale

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Diane Gaudet
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1 TP 18 : Les caractéristiques de la croûte continentale Atelier 1 : Estimation de la densité de la croûte continentale Problème : comment expliquer la dualité d altitude continent océan? Hypothèse : la croûte continentale serait plus épaisse et moins dense que la croûte océanique Objectif : imaginer et réaliser un protocole pour mesurer la masse volumique d un échantillon de roche. Vous disposez de 3 échantillons de roche présents, récoltés dans la croûte continentale supérieur : une roche sédimentaire, une roche métamorphique, une roche magmatique. Activités Compétences et critères de réussite 1- Retrouver quel échantillon appartient à Utiliser une loupe quelle catégorie en justifiant. 2- Proposer un protocole permettant de Pratiquer une démarche scientifique mesurer la masse volumique de chacun de Imaginer un protocole ces échantillons. Faire vérifier par le professeur 3- Réaliser votre protocole Suivre un protocole Réaliser des mesures Les mesures sont correctes 4- Remplir le tableau ci-dessous Communiquer de manière scientifique Catégories et justifications Roche sédimentaire Se forment par dépôt de sédiments en milieu aquatique puis cimentation par pression et déshydratation Roche magmatique et volcaniques Se forment par refroidissement d un magma en profondeur ou de lave en surface. Roche métamorphique Ce sont des roches sédimentaires ou magmatiques qui ont subi des transformations à l état solide sous l effet de la pression et de la température Présence possible de fossiles Test HCl positif avec le calcaire Pas de fossile Beaucoup de cristaux de plus ou moins grande taille Présence de plis, de fissures, de feuillets, cristaux déformés, fissurés Masse (g) Volume (ml) (1mL=1cm 3 ) Masse volumique (g.cm -3 ) Densité % du volume de la CC supérieur occupé par cette catégorie de roche (2page 146) Densité moyenne du volume (% X d) Ex : calcaire, marbre, sable, grés, gypse, argile Ex : granite, andésite, basalte Ex : gneiss, coésite, ardoise, schistes 5- A l aide de la dernière ligne du tableau, estimez la densité moyenne de la croûte continentale supérieur. 6- Comparer votre résultat à la densité théorique estimée de la croûte continentale ; d=2,8. Proposer une explication à vos observations Réaliser un calcul La valeur moyenne obtenue est cohérente Faire preuve d esprit critique 2 arguments à citer 7- Répondre au problème Répondre au problème

2 Atelier 2 : L âge de la croûte continentale Problème : comment connaître l âge d une roche? Quel est l âge de la croûte continentale? Objectif : Utiliser un tableur La radiochronologie : une méthode pour dater les roches magmatiques : lire attentivement les 2 documents p On cherche à estimer l âge des granites de plouaret en Bretagne. Pour cela, on a déterminé les rapports isotopiques dans plusieurs minéraux de 8 échantillons (voir document 3 p 148). a- Recopier le tableau des rapports isotopiques obtenus dans le tableur Excel. b- Tracer la courbe moyenne isochrone (faire nuage de points, puis courbe de tendance) c- A l aide des fonctionnalités du logiciel, calculez la pente de la courbe isochrone (le coéfficient directeur) d- A l aide de la formule suivante, déterminer l âge de ces granites en n utilisant que le tableur Age = LN(pente+1)/ʎ Avec ʎ = Ln2/T T= période = demi-vie=temps nécessaire pour que la moitié de la quantité de l élément père (87Rb ici) se désintègre en élément fils(87sr ici) ; ici T = 48, ans. 9- Document 4 p148 : déterminez dans quel intervalle se situent les âges de la croûte continentale. Atelier 3 : une modélisation pour comprendre l épaississement de la croûte continentale Problème : Comment les contraintes tectoniques compressives contribuent à épaissir la croûte continentale? Objectifs : Modéliser un phénomène Réaliser un schéma d interprétation 10- Protocole expérimental pour modéliser la déformation des roches Model 1 : - Avec du scotch et 5 lames de microscope, construire un mini aquarium - Placer une 6 ème lame verticalement à l une des extrémités - Saupoudrer sur environ un tiers de la hauteur de farine pour former une strate puis tasser. Former de la même façon une strate plus fine de chocolat en poudre par-dessus et finir avec à nouveau une strate fine de farine. Model 2 : - Suivre le même protocole mais sans tasser les strates cette fois-ci 11- Réaliser un schéma légendé de vos observations. Vous indiquerez sur vos schémas si les couches sont «souples» ou «cassantes», les indices tectoniques montrant un épaississment crustal, les forces tectoniques. Bilan de l activité : Récapitulez les caractéristiques du domaine continental à partir de l ensemble de vos réponses et comparez-les au domaine océanique.

3 Corrigé TP 18 : Les caractéristiques de la croûte continentale Introduction : La planète est constituée d enveloppes dont la plus externe est la croûte. On note une différence d altitude moyenne entre le milieu océanique et le milieu continental. Comment expliquer cette différence, comment dater la croûte et expliquer son âge? Quelles sont les déformations qui expliquent son épaississement? Partie 2 : Manipulations Partie 3 : Résultats Atelier 1 : Estimation de la densité de la croûte continentale Catégories et justifications Roche sédimentaire A Roche magmatique B Roche métamorphique C Se forment par dépôt de Se forment par Ce sont des roches sédiments en milieu refroidissement d un sédimentaires ou magmatiques aquatique puis cimentation magma en profondeur ou qui ont subi des transformations par pression et de lave en surface. à l état solide sous l effet de la déshydratation pression et de la température Présence possible de fossiles Test HCl positif avec le calcaire Pas de fossile Beaucoup de cristaux de plus ou moins grande taille Présence de plis, de fissures, de feuillets, cristaux déformés, fissurés Ex : calcaire, marbre, sable, grés, gypse, argile Ex : granite, andésite, basalte Ex : gneiss, coésite, ardoise, schistes Masse (g) 247,1 289,3 279,6 Volume (ml) (1mL=1cm 3 ) Masse volumique 2,287 2,472 2,588 (g.cm -3 ) Densité 2,29 2,47 2,59 % du volume de 11,0 44,5 44,5 la CC supérieur occupé par cette catégorie de roche (2page 146) Densité moyenne (2,29X11)/100=0.25 (2,47X44,5)/100=1,099 (2,59X44,5)/100=1,15 du volume (% X d) 5- La densité moyenne calculé de la croûte continentale est donc : 0,25+1,099+1,15 = 2,5 6- densité moyenne calculé 2,5 2,8 densité théorique estimée la croûte continentale Atelier 2 : L âge de la croûte continentale Echantillon 87Sr/86Sr 87Rb/86Sr 1 0,7129 1,54 2 0, ,6 3 0, ,2 4 0, ,38 5 0, ,52 6 0, ,81 7 0, , , ,47 87Sr/86Sr 0,78 0,76 y = 0,0048x + 0,7056 0,74 0,72 0, Age = LN(pente+1)/ʎ Tableau et graphique des rapports isotopiques des granites de Plouaret en Bretagne

T = 48,9.10 9 ans ʎ= LN(2)/T = 1,42E-11 On entre la formule dans une des cases d Excel =LN(0,0048+1)/ 1,42E-11 Et on obtient la valeur 3,37819.

4 T = 48, ans ʎ= LN(2)/T = 1,42E-11 On entre la formule dans une des cases d Excel =LN(0,0048+1)/ 1,42E-11 Et on obtient la valeur 3, soit 337 Millions d années pour la datation du granite de Plouaret. Atelier 3 : une modélisation pour comprendre l épaississement de la croûte continentale Photographie des montages obtenus : Partie 4 : Réponse aux problèmes Pb1 - La croûte continentale serait plus épaisse est moins dense que la croûte océanique, ce qui expliquerait la dualité d altitude continents-océans. La densité de la croûte océanique est de 2,9. Nous avons obtenu 2,5 grâce à nos calculs. Cependant, la densité moyenne de la croûte calculée (2,5) est inférieur à la valeur théorique estimée (2,8). Nous pouvons expliquer cela parce que les roches présentées ici font partie des roches superficielles de la croûte, donc de densité moindre. Les valeurs contiennent aussi une marge d erreur. Pb 2 : Les âges des roches sont calculés par des techniques de datation radio-isotopique. Ainsi, on peut estimer avec une faible marge d erreur l âge des granites de Plouaret à 337 Ma. Les âges de la croûte continentale se situent entre 0 et 4,02 Milliards d années (Ga)... or l âge de la croûte océanique la plus ancienne est daté à 200 Millions d années maximum. Ce qui implique que le plancher océanique disparaît au-delà de 200 Ma. Pb3 : Les contraintes tectoniques compressives provoquent la formation de déformations souples, plastiques, comme des plis, et des déformations cassantes comme les failles, plis failles, chevauchements... cela contribue à épaissir la croûte continentale. Bilan : Ainsi, le domaine continental est composé de 3 types de roches (sédimentaire, magmatique et métamorphique). Sa densité (2,8) est moindre comparée à celle du domaine océanique (2,9). Son épaisseur est au contraire bien plus élevée, expliquée par l accumulation de déformations plastiques et cassantes liées aux contraintes compressives. L âge du domaine continental remonte pour certaines roches à la formation de la planète Terre, montrant une modification de ce domaine, mais une conservation de ses matériaux, au contraire du domaine océanique qui tend à disparaître en 200 Ma.

5 de l activité : Récapitulez les caractéristiques du domaine continental à partir de l ensemble de vos réponses et comparez-les au domaine océanique.

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