Le magmatisme à la Réunion

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1 GEOLOGIE 15 avril 2009 Durée : 2 heures L usage de la calculatrice est autorisé pour cette épreuve (1pt) Le magmatisme à la Réunion L île de la Réunion est située dans l océan Indien. Elle constitue la partie émergée d un édifice gigantesque d environ mètres de hauteur, essentiellement sousmarin et dont seuls 3 % du volume émergent. L île est formée de 2 volcans (carte 1): le plus ancien, le Piton des Neiges est inactif et le plus récent, le Piton de la Fournaise est actuellement très actif. Les thèmes I à IV sont indépendants, le thème V permet de faire une synthèse des données obtenues. Document 1a: Carte de la Réunion Document 1b: le piton de la Fournaise I- Roches échantillonnées et dynamisme des éruptions au Piton de la Fournaise Document 2: lames minces de l échantillon a) en LPA b) en LPNA (image un peu réduite) a b 1) Réalisez un schéma légendé d une portion de la lame, en justifiant la détermination des minéraux. (1,75) 2) A l aide de ces données et du tableau de la composition chimique (document 3), proposez une détermination raisonnée de la roche. (2)

2 élément teneur Document 3: composition chimique de l échantillon en pourcentages pondéraux d oxydes Si0 2 45,00% Al 2 O 3 11,10% FeMgO 25,10% CaO 5,70% Na 2 O 2,80% K 2 O 1,90% autres 8,40% total 100,00% Document 4: Images de coulées du Piton de la Fournaise et coupe schématique du volcan dit «bouclier» du Piton de la Fournaise. 3) Le document 4 montre que les éruptions du Piton de la Fournaise montre un caractère «effusif» avec comme manifestation principale des coulées de laves. A l aide des informations du document 3, proposez une hypothèse pour expliquer ce type d éruption. (0.75) II-Diversité des roches observées au Piton de la Fournaise et au Piton des Neiges Le Piton de la Fournaise est actif depuis environ ans. Le Piton des neiges est un volcan plus âgé et actuellement inactif, son activité a décliné progressivement à partir de ans (-0,43Ma) et ensuite surtout ans (- 0,35Ma). On peut découper l histoire de l activité du Piton des Neiges, résumée sur le document 5. -Deux périodes où les éruptions forment des roches de la série tholéïtique (De β1 à βii), jusqu à -0,43Ma. A cette époque l activité éruptive baisse, la chambre magmatique s effondre ce qui forme une caldeira (Caldeira I) -Une période récente (-0,35Ma à actuel βiii à βv). On a échantillonné une grande diversité de roches datant de cette période. Le document 6 vous donne une analyse chimique de ces roches 1)Commentez le diagramme du document 6. Déduisez: qualifiez la série de roches observée. (/2) 2)Comment expliquer cette diversité des roches observées: Expliquez en détail le processus qui conduit à la formation de la série magmatique 2. (/1) Série 2 Piton des Neiges Piton de la Fournaise Document 5 Colonne synthétique des roches volcaniques de la Réunion. D après Dercourt Géologie et géodynamique de la France

3 Document 6 Diagramme Alcalins Silice pour des roches échantillonnées au Piton des Neiges ou au Piton de la Fournaise Au cours du temps, on observe bien 2 série différentes à la Réunion (document 5). En particulier, deux types de basaltes 4) qu on Des distingue basaltes assez bien sur des critères chimiques. 3) En appliquant la conservation de la matière au cours du processus de fusion partielle, proposez un calcul du taux de fusion. Appliquez aux deux basaltes, grâce à l élément Potassium (données dans le document 7). (/1,75) Basalte série 2 Basalte tholéïtique Lherzolite Harzburgite K2O (%) 1,9 0,38 0,1 0,005 Document 7 Pourcentage pondéral de Potassium dans différentes roches III- Origine du magma des volcans de la Réunion Docment 8: On compare le diagramme multiélémentaire obtenu pour un basalte MORB (basalte tholéïtique de dorsale ) et celui obtenu pour le basalte 1 du document 3). 1) Sachant que dans une dorsale, la péridotite subissant la fusion provient du manteau supérieur, proposez une hypothèse pour la source du magma dans le cas de la Réunion (en justifiant bien sûr votre raisonnement). (/1) Teneur en éléments traces normalisée (échantillon/chondrite) Document 8 Diagramme multiélémentaire de MORB (courbes rouges) et pour un basalte de la Réunion (courbe jaune). Ne pas tenir compte des autres courbes. Eléments rangés dans l ordre d incompatibilité décroissante.

4 Thème IV un peu de chronologie relative au Piton de la Fournaise 1) Indiquer en la justifiant la chronologie relative des évènements responsables de la morphologie du Piton de la Fournaise. Ceci en utilisant les images fournies, dont vous ferez un schéma d interprétation (images B et C) (/3,5) B Document 9 A) carte de quelques coulées et structures du Piton de la Fournaise. La flèche bleue indique l angle de la prise de vue du doc 1b. B) Photographies des cratères sommitaux, angle prise vue = flèche rouge. C) Photographie prise sur le flanc Est du volcan (zone encadrée) A C Sources: Cartes Images: V-Bilan: le contexte géodynamique du volcanisme de la Réunion Le document 9 localise l île de la Réunion mais aussi différents volcans de l océan indien, ainsi que les «trapps» du Deccan, vaste zone de coulées volcaniques en Inde. Pour chaque structure volcanique, l âge est indiqué (en Ma). 1)A l aide du document 9 et en faisant une synthèse des informations récoltées au cours du devoir, expliquez le contexte géodynamique associé au volcanisme de la Réunion. (/3) Document 9: carte de l Océan indien Derciourt géologie géodynamique de la France

5 GEOLOGIE 15 avril CORRECTION I- Roches échantillonnées et dynamisme des érutpions au Piton de la Fournaise 1) On observe: un verre non cristallisé (fond noir, 0,25), des minéraux petits en baguettes blanches à gris: ce sont des feldspaths (0,5), des minéraux très craquelés, à fort relief (LPNA), aux teintes de polarisation vives (rose, bleu, vert), ce sont des olivines (0,5). Enfin, des minéraux très similaires mais polarisant dans les teintes orangées sont des pyroxènes (clinopyroxènes probablement) (0,5). Schéma: 0,75 2) La roche est constituée de minéraux non orientés Roche magmatique (0,5). La texture est microlithique Roche volcanique (0,5). On identifie des olivines, des clinopyroxènes, des feldspaths Il s agit d un basalte (0,5). Le pourcentage de silice est très faible (moins de 44%), le pourcentage d éléments alcalins est plutôt élevé (4,7%), on peut déterminer un basalte alcalin. (0,5). 3) On a remarqué la très faible teneur en silice du basalte, or plus un magma est pauvre en Si moins il est visqueux. Lors de l éruption les laves sont très fluides et peuvent s écouler sur les flancs du volcans. (0,75) rmq: la température de la lave est un autre paramètre: plus sa température est élevée plus la lave est fluide Remarque bis: A la Réunion certaines éruptions sont de type explosif, voir complément e fin de correction. II-Diversité des roches observées au Piton de la Fournaise et au Piton des Neiges 1) On observe, des basaltes au trachyte: - Un alignement des points de chaque roche dans le diagramme on peut en déduire que les roches sont apparentées. (0,75) - De plus les roches se sont formées dans le même édifices volcaniques (si on se restreint aux données du Piton de la Fournaise). On note une augmentation de la teneur en silice et une augmentation de la teneur en éléments alcalins. On peut en déduire que ces roches forment une série magmatique dont le terme le moins différencié est de type basalte, le terme le plus différencié est de type trachyte. (0,75) Enfin, le basalte est très pauvre en silice (environ 45%) mais plutôt riche en éléments alcalins (4-5%), il s agit comme la roche étudiée en I d un basalte alcalin. La série du basalte alcalin au trachyte est la série alcaline. (0,5) 2) Une série magmatique est le résultat d une différenciation par cristallisation fractionnée (avec ségrégation du liquide) cf. cours (1) 3) Voir le principe du calcul du taux de fusion dans le cours. Formule littérale (1) A. N. Basalte Basalte Lherzolite Harzburgite taux fusion bas. taux fusion Bas. série 2 tholéïtique série 2 Thol. K2O (%) 1,9 0,38 0,1 0,005 0,05 0,25 Pour le basalte série 2 = basalte alcalin, le taux de fusion est de 5%, pour le basalte tholéïtique le taux de fusion est de 25%. Cette différence de taux de fusion explique les différences de composition entre les 2 basaltes. (0,75) III- Origine du magma des volcans de la Réunion 1) Le diagramme des MORB a une pente positive. Or les éléments sont rangés par ordre d incompatibilité décroissante. Si le manteau d origine est bien appauvri par une fusion partielle, alors cet appauvrissement est d autant plus fort que les éléments sont incompatibles, de la gauche vers la droite du graphe d où la pente positive. Au contraire, le profil des OIB ne présente pas cette pente positive, ce qui signerait un manteau d origine non appauvri (plus profond donc). (Voir cours diagramme page 5) (1) Thème IV un peu de chronologie relative au Piton de la Fournaise 1) Pour les coulées: la coulée A est recoupée par la coulée B: A est plus ancienne que B. (0,5) La coulée A est recoupée par la coulée C, mais la coulée B est aussi recoupée par la coulée C: la coulée C (en 2 parties) est la plus récente (0,75). L ordre est donc A puis B puis C. (0,25) Pour les cratères: le cratère Dolomieu recoupe le cratère Bory: il est plus récent. (0,5) La limite du cratère Dolomieu recoupe la coulée C, le dernier effondrement de ce cratère est plus récent. (0,5) Remarques: les limites des coulées ont été modifiées pour les besoins de l exercice, la coulée A a eu lieu en 2000, la coulée B s est produite en 2004, les coulées C datent de L éruption de 2007 a provoqué l effondrement du cratère Dolomieu. Les différentes éruptions détaillées, sur le site de l observatoire du volcan du Piton de la Fournaise: Une éruption détaillée, la spectaculaire éruption de 2007 (avec de très belles images prises d ULM) Pour voir en particulier des images (carrément impressionnantes) de la formation d une caldeira (due à l effondrement du cratère)

6 C: 0,5 B: 0,75 IV- Bilan: le contexte géodynamique du volcanisme de la Réunion Le premier constat est qu il s agit d un volcanisme insulaire, mais intraplaqueque, ce qui suggère un point chaud (0,75) En I, on a identifié un basalte alcalin. La description pétrologique du II a permis de déterminer une série alcaline (au Piton de la Fournaise) qui succède à une série tholéïtique (Piton des neiges). Ces deux séries qui se suivent sont caractéristiques d un point chaud. (1) En III, on a obtenu un argument géochimique indiquant que la source du magma est une source profonde, de type manteau inférieur, on sait par ailleurs que le panache d un point chaud prend son origine au niveau de la couche D. (1) Enfin, le document 9 nous montre que la Réunion est située à l extrémité d un alignement de Volcans. Ils sont d autant plus âgés qu on s éloigne de cette extrémité active. Un tel alignement peut être mis en place par un point chaud fixe (situé à l aplomb de la Réunion), l alignement étant généré par le déplacement de la plaque. (1) Complément: Fonctionnement du Point chaud depuis -65Ma Le modèle admis est le suivant: (i) l actuel volcanisme de l île de la Réunion est alimenté par l étroite queue d un panache mantellique venant de la limite manteau-noyau (ii) Les trapps du Deccan viennent de la tête de ce même panache mantellique, au cours de l épisode très précoce de son histoire à la fin du Crétacé. Début du fonctionnement du point chaud. Episode «bref»(1 Ma). (iii)l alignement volcanique dans l océan Indien, est le produit de ce panache. Compléments sur les dynamiques éruptives de la Réunion: