Observation microscopique d un granit sain et d un granit altéré

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Adélaïde Dufour
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1 TP n 16 L érosion des massifs montagneux Thème 1-B-4 Différents phénomènes géologiques mêlant subduction et collision aboutissent à un épaississement crustal important sous la forme d une chaîne de montagnes. Cependant, dès le début de leur formation, les reliefs montagneux sont soumis à des processus d érosion et d altération qui tendent à les faire disparaitre. On cherche à comprendre les mécanismes qui participent à la disparition d un relief montagneux. Document ressource Observation macroscopique d un granit sain, d un granit altéré et d une arène granitique (sable grossier) Observation microscopique d un granit sain et d un granit altéré Lame mince d un granit sain en LPA Lame mince d un granit altéré en LPA Etape 1 : Mise en évidence des transformations minéralogiques lors de l altération Comparer à l œil nu les échantillons de granite sain et de granite altéré (ou Arène granitique) et déterminez la composition minéralogique de chaque échantillon. Complétez l étude microscopique fournie Indiquez sous la forme de votre choix l organisation (aspect, composition) d un granit sain et d un granit altéré. En vous aidant de la fiche annexe, expliquer comment un granit sain devient progressivement un granit altéré.

2 Etape 2 : Estimation du taux d érosion d une chaîne de montagnes A partir de la courbe théorique de l évolution de l altitude d une chaîne de montagne au cours du temps (document 1), déterminer l abaissement théorique du relief alpin (en épaisseur de roches) depuis sa formation il y a 50 Ma. On appelle T cette valeur en m/ma Le document 2 présente les 2 bassins méditerranéens où se déposent les sédiments détritiques provenant des Alpes. L épaisseur moyenne de ces sédiments est de 5 km. 1. A l aide des données présentes sur la carte, calculer le volume total de sédiments détritiques présents dans les 2 bassins sédimentaires du Rhône et du Pô en Km 3 2. Calculer l épaisseur de roches enlevées aux Alpes en km 3. Calculer une vitesse moyenne d érosion des Alpes en Km/Ma (puis en mm/an), sachant que les Alpes existent depuis 50 Ma. On appelle R cette valeur en m/ma Formulez une hypothèse pour expliquer la différence observée entre ces deux valeurs. Etape 3 : Simuler une érosion avec le logiciel SimulAiry Ouvrir le logiciel SimulAiry Construire une chaine de montagne «standard» de 8000 m d altitude. (Cliquer sur l altitude à atteindre pour remonter le bloc) Rq. Votre chaine doit ressembler à l image ci-contre. Dans le menu «Calcul», cliquer sur «simuler l érosion (animation)» Attendre la fin de l animation jusqu à affichage du message «érosion et rééquilibrage isostatique terminés» Qu observez-vous lors du rééquilibrage isostatique. En quoi cette observation explique la différence entre les valeurs T et R? Bilan A partir des résultats des activités proposées et des documents fournis, expliquez sous forme d un texte illustré accompagné d un schéma final, comment les reliefs continentaux peuvent disparaître sous l effet de l érosion. Votre explication devra impérativement contenir les termes suivants : altitude, érosion, massifs anciens, massifs récents, transport, roches sédimentaires, roches magmatiques et métamorphiques, cours d eau, eau, vent.

3 Document annexe 1 : l altération du granit Formule chimique des minéraux constitutifs du granit Minéral Composition chimique en oxydes (%) FeO Na Formule chimique SiO 2 Al 2 O 2 O 3 CaO MgO K 2 O Quartz SiO 2 Feldspath : Orthose 66,6 11,1 0 22,2 0 KAlSi 3 O 8 Feldspath : Plagioclase 50,3 33,2 0 4,1 11,6 CaAl 2 Si 2 O 8 / NaAl 2 SiO 8 Mica noir : Biotite 35,3 5,8 35,3 11,7 0 K(Fe,Mg) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 Mica blanc : Muscovite 46,1 23,1 0 15,4 0 KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 Bilan simplifié d une réaction d hydrolyse : Minéral d origine + H 2 O minéral nouvellement formé (phyllosilicates*) + ions (solution de lessivage) * les phyllosilicates sont plus connus sous le nom d argiles. L altération d un Feldspath Plagioclase : NaAlSi 3 O H 2 O > Si 2 O 5 Al 2 (OH) H 4 SiO (Na +, OH - ) (Kaolinite) L altération d un Feldspath Orthose : (Si 3 Al)O 8 K + 16 H 2 O > Al(OH) 3 + (K +, OH - ) (gibbsite) L altération de la biotite : 2K(Fe,Mg) 3 AlSi 3 O 10 (OH) H 2 O Si 2 O 5 Al 2 (OH) 4 + 6FeO(OH) + 4Si(OH) 4 + 2K + + 2OH- (Kaolinite) La principale réaction chimique responsable d une altération est l hydrolyse c est à dire la destruction des minéraux par l eau. En effet, l eau, acide car chargé de CO 2 dissous et d acides humiques, attaque les roches silicatées comme le granite. Il y a substitution partielle de certains cations des minéraux par des ions H +. Les minéraux argileux néoformés au cours de l altération : à gauche Kaolinite ; à droite : Gibbsite

4 Paysage granitique caractéristique de la région de la haute vallée de l'indus vers 3500 m d'altitude sur la route du col de Chang La (Ladakh, Himalaya indien) Document annexe 1 : l altération du granit Zoom sur l'affleurement granitique montrant la géométrie du réseau de fissures (diaclases) dégagées par l'érosion Affleurement de granite des Monts d'ambazac. Haute-Vienne. Chaos granitique en Bretagne

5 Document 1 : Evolution de l altitude d une chaîne de montagnes en fonction du temps Document annexe 2 : L érosion des Alpes Document 2 : bassins méditerranéens de dépôt les sédiments détritiques provenant des Alpes

6 Correction L arène granitique Un changement de couleur est observé quand le bloc s'altère : la couleur rouille apparaît et montre qu'il existe de l'oxyde de fer dans le granite. Peu à peu le granite altéré s'effrite et devient de l'arène granitique (roches dégradées). L'arène granitique contient des petits morceaux de granite, du sable et de l'argile. Elle est meuble. Un massif granitique présente de nombreuses fissures : les diaclases par lesquelles l'eau de pluie va s'infiltrer. L'eau provoque alors une transformation chimique des minéraux qui composent le granite. Les minéraux les plus fragiles comme les feldspaths et les micas vont s'altérer et se transformer en minéraux argileux responsables de la couleur rouille de l' arène granitique. L'altération des minéraux du granite est ainsi responsable du passage d'une roche cohérente (le granite sain) à une roche friable, puis à une roche meuble (l'arène granitique). La roche (1) est formée de quartz (1Q gris), de feldspath (1F blanc) et de biotite (1B noir). Sous l'effet de l'altération une auréole brune d'oxyde de fer se forme autour des cristaux de biotite, on parle de granite pourri (2). La biotite altérée est à l'origine des particules d'argile (3A) et les feldspaths sont aussi peu à peu altérés. Seul le quartz résiste assez bien à l'altération (3). On obtient alors un sable de plus en plus fin : l'arène L'eau, acide car chargée de CO 2 dissous, d'acides humiques attaque les silicates situés dans et sous le sol. Il y a substitution partielle de certains cations des minéraux par des ions H + (hydrolyse), et mise en solution de ces cations dans l'eau. Cela se traduit par deux phénomènes : 1. Un départ des ions mis en solution, parce que solubles dans les eaux aux conditions de la surface. Parmi les éléments majeurs, ce sont principalement les ions calcium, magnésium, sodium, potassium et fer ++ qui sont mis en solution, ainsi qu'une partie de la silice. 2. Ce qui n'est pas exporté, principalement l'aluminium, le fer +++ et une partie de la silice se réorganise pour former un nouveau réseau cristallin stable aux conditions de la surface, le plus souvent pour former des phyllosilicates hydratés, dont les plus connus sont les argiles LPA LPA Mica noir Feldspath Quartz Feldspath Microfissure Mica Aspect «propre», minéraux bien visibles, jointifs Aspect «sale», minéraux plus ou moins fragmentés

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