Activité 7 : Fusion partielle du manteau et formation de lithosphère océanique Document 1 : Mouvement et lithosphère En fait, il a été démontré que le modèle : «la tectonique des plaques, l'expansion océanique, c'est comme un tapis roulant» n'est pas juste. Car un tapis roulant est mis en mouvement par des roues dentées ou engrenages situés sous lui. Or il a été montré que la lithosphère n'est pas mise en mouvement par ce qu'il y a sous elle, mais par son propre poids qui la fait plonger au niveau des zones de subduction. Donc c'est la force gravitaire de la lithosphère qui met en mouvement les plaques (voir classe de Terminale). Ainsi la lithosphère va tirer au niveau des dorsales et créer du «vide». Ce vide va être comblé par l'asthénosphère ductile qui va pouvoir remonter au niveau des dorsales. On peut dire que la lithosphère est son propre moteur. Document 2 : La fusion partielle Lorsqu'on fait fondre un matériau pur comme de l'eau, on obtient un liquide de même composition que l'eau. Cependant les roches ne sont pas des corps purs mais sont constitués d'une multitude de minéraux. Ainsi lorsqu'on passe le solidus (le point de fusion de la roche), il n'y a que certains minéraux qui fondent et d'autres non. Ainsi la roche ne fond pas en totalité. On parle de fusion partielle. Pour qu'il y a fusion totale (pour que la roche soit entièrement fondue et donc liquide), il faut passer le liquidus (transition où la roche est totalement fondue), c'est-à-dire que tous les minéraux ont fondu. Par exemple, si on prend la péridotite (roche du Zone de fusion partielle manteau), elle contient entre autre du pyroxène et de l'olivine. Le pyroxène fond à une plus faible température que l'olivine. Il va donc fondre en premier. Voir ci-contre, le diagramme de pression/température de la péridotite.
Document 3 : Diagramme pression/profondeur/température d'une péridotite et géothermes au niveau d'une dorsale et de la croûte océanique Document 4 : Voir document 2 page 144 (Bordas). Document 5 : Expérience : La vanilline, un modèle simplifié de la cristallisation des roches Protocole expérimental : 2 A Déposer, à l aide d une pointe de scalpel, un peu de poudre de vanilline au centre de la lame ; la répartir correctement (éviter les «pâtés») puis recouvrir d une lamelle. Grâce à une pince en bois, chauffer la lame au-dessus d un bec Bensen ; dès que la poudre a fondu (étape de fusion de la vanilline) retirer vite la lame de la source de chaleur. Bien appuyer sur la lamelle (attention c est chaud!). Déposer la préparation sur le radiateur (ou en l'air) et lancer le chrono. Vous l y laisserez 5 minutes : c est l étape de re-cristallisation de la vanilline. Répéter les opérations 1 et 2, puis déposer votre seconde préparation sur de la glace. Vous l y laisserez le même temps (5 min). Observer les préparations au microscope polarisant, en choisissant judicieusement le grossissement de l image puis comparer avec les textures du basalte et du gabbro.
1 Grâce à l'ensemble des documents 1 à 5, compléter le schéma-bilan suivant, expliquant la formation de la lithosphère océanique au niveau d'une «dorsale type». 2 A partir de ces nouvelles données et de l'ensemble des connaissances acquises dans ce thème, élaborer un schéma intitulé : «le modèle de la tectonique des plaques : de la création de la lithosphère océanique à sa disparition» (on utilisera le fond de schéma suivant pour ajouter des flèches, des figurés et des légendes). On prendra comme convention de couleurs : orange : croûte continentale marron : croûte océanique vert foncé : manteau lithosphérique vert clair : manteau asthénosphérique et manteau inférieur rose ou gris au chois : noyau rouge : zone magmatique (fusion partielle voir activité 7) jaune : panache (= remontée de manteau très chaud qui va fondre la lithosphère et donner des points chauds en surface). Aide : 1 Expliquer ce qui se passe au niveau des dorsales (doc 1). 2 Expliquer ce qu'est la fusion partielle (doc 2). 3 Que peut-on constater entre le géotherme sous la dorsale et le géotherme au niveau de la croûte océanique (doc 3)? 4 Mettre en relation le document 1 et 3 pour expliquer la fusion de la péridotite au niveau des dorsales. 5 Comparer la composition en éléments chimiques des 3 roches (doc 4). Quel taux de fusion partielle permet d'obtenir du gabbro et/ou du basalte? 6 Bien comparer la vanilline au microscope entre les 2 expériences (refroidissement lent et rapide). Rappeler la composition d'un gabbro par rapport à un basalte ainsi que leur structure. Que constate-t-on par rapport au gabbro et au basalte? 7 Que se passe-t-il alors lorsque la péridotite a subi une fusion partielle et comment se forme la lithosphère océanique?
Dorsale 4 Eau Basalte Croûte océanique 3 Gabbro Manteau lithosphérique Moho 2 Péridotite résiduelle (appauvrie) Lithosphère Manteau asthénosphérique Isotherme 1300 C 1 Péridotite Asthénosphère 1 : 2 : 3 : 4 :