La granitisation et sa relation avec le métamorphisme
1/ Donnés géologiques de terrain:
Document 1: Carte géologique simplifiée de la région de Gavarnie située dans les Hautes-Pyrénées
Document 2: Migmatite formée de l’alternance de niveaux clairs (magmatiques granitiques) et de niveaux sombres (gneissique)
1 – A partir des document1, décrivez la répartition des roches dans la région de Gavarnie.
2 – Dégagez du document 2, les caractéristiques du migmatite.
1 – Le document 1 montre que la région de Gavarnie est constituée de nombreuses roches, il y a des micaschistes à sillimanite + andalousite, des gneiss à sillimanite + feldspath alcalin, du granite, de la migmatite et des roches sédimentaires. Nous savons que certaines roches ont subis des transformations, comme le gneiss ou le micaschiste, qui sont des roches métamorphiques, alors que le granite est une roche magmatique.
2 – Le document 2 montre que la migmatite est formée d’un mélange de granite et de gneiss, c’est à dire une partie métamorphique et une partie magmatique.
Quelle est la relation entre le granite et les roches métamorphiques?
Pour la mise en évidence du lien entre le granite et les roches métamorphiques, on propose les données suivantes:
2 / Les caractéristiques structurales et minérales des roches étudiées:
Document 3: Des échantillons de granite, de gneiss et du migmatite, et leurs compositions minéralogiques.
Granite
Composée de feldspath, de micas(biotite et muscovite), plagioclase et de quartz
Gneiss
Composée de feldspath, de micas et du quartz. Certains peuvent renfermer d’autres minéraux
Migmatite
Composée de quartz, de micas(biotite et muscovite), de cordiérite et d’un peu de sillimanite
Document 4: Dessins de lames minces d’un granite, d’un gneiss et d’une migmatite observées au microscope polarisant
En exploitant les documents 3 et 4,
1 – Comparez la composition minérale et structurale de ces roches.
2 – Interprétez l’aspect du migmatite.
2 – Proposez une hypothèse sur la genèse du granite.
1- Document 3: On observe que le granite, le gneiss et la migmatite ont presque la même composition minéralogique,
Document 4:Les roches observées ont des structures différentes; le gneiss a une structure foliée alors que le granite a une structure grenue. D’autre part la migmatique présente un assemblage de structures granitique (grenue) et gneissique (foliée).
2– La migmatite est de composition à la fois métamorphique et magmatique. Les zones grenue correspondent à des domaines partiellement fondus dont une partie a recristallisé sur place. Alors que les zones foliées, gneissiques sont les témoins de la roche non fondue.
3 -On peut supposer que la fusion partielle des gneiss qui est à l’origine d’un magma refroidis lentement pour redonner du granite.
3/ La genèse du magma anatectique:
Pour la mise en évidence de l’un des processus pétrogénétiques responsables de la formation des granites, on propose le document suivant:
Document 5: Travaux de WINCKLER, WYART et SABATIER
Ces chercheurs ont porté des roches sédimentaires du groupe des argiles à des températures croissantes sous une pression élevée mais constante. Signalons qu’ils travaillaient en présence d’eau à saturation. La pression utilisée était de 2 kilobars, c’est-à-dire une pression égale à 2000 fois la pression atmosphérique (ce qui équivaut à la pression exercée par une épaisseur de 8 Km environ de roches). Vers 500°C, les géologues constatèrent que les minéraux constitutifs des argiles (séricite par exemple) disparaissaient et qu’il y avait apparition de nouvelles espèces minérales : du quartz, des feldspaths calco-sodiques = plagioclases, du mica noir = biotite et des minéraux que l’on ne rencontre que dans les roches métamorphiques (par exemple la Sillimanite ). Insistons sur le fait que ces réarrangements ont lieu à l’état solide mais qu’en fait, on doit considérer que les transformations cristallines ne peuvent s’effectuer que s’il existe une fusion localisée des minéraux. Vers 700°C, ils ont finalement obtenu un liquide dont la composition était celle d’un magma granitique (liquide donnant par refroidissement un granite) associé à une phase solide constituée de cristaux de biotite et de sillimanite. Renouvelant l’expérience avec d’autres argiles, ils obtiennent le même liquide, seule la phase solide résiduelle était différente.
1 – En exploitant le document 5, déduisez l’origine et la mise en place du granite d’anatexie.
1 – Les roches sédimentaires soumises à une augmentation de pression et de température peuvent évoluer en roches métamorphiques aboutissant à la formation des gneiss, et quand on atteint les conditions d’anatexie, elles subissent une fusion partielle à l’origine du magma anatectique qui par refroidissement donne des granites d’anatexie.
Cette fusion peut se faire dans des zones orogéniques par l’enfoncement de portion de croûte continentale. Et la présence des migmatites à proximité des zones de granites est un indice de la fusion partielle localisée du gneiss qui a généré un magma localisé. Ce magma en se refroidissant a donné le granite.
4/ Le granite intrusif et métamorphisme de contact :
Document 6: Animation montrant la mise en place d’un granite intrusif
Document 7: Coupe géologique schématique montrant les granites d’anatexie et intrusifs:
1 – A partir du document 6, Déterminez :
a – L’origine et la mise en place du granite intrusif.
b – L’effet du granite intrusif sur les roches avoisinantes.
2 – A partir du document 7 et les données précédentes, complétez le tableau comparatif suivant :
| granite intrusif | granite d’anatexie | |
| La surface |
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| Les bords |
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| Les roches voisines |
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| Relation avec le métamorphisme |
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1 – a – On observe qu’une partie du magma granitique quitte sa zone de genèse et migre vers le haut, il se refroidis lentement en profondeur et donne un massif circonscrit ( pluton) discordant dans un encaissant. L’érosion intense amène le pluton granitique à l’affleurement.
b –Lorsque le magma encore très chaud est introduit dans une séquence de roches froides, il se produit un métamorphisme de contact dans les roches encaissantes (auréole de métamorphisme).
2 –
| granite intrusif | granite d’anatexie | |
| La surface | restreinte | vaste |
| Les bords | nets | diffus(ne sont pas clairs) |
| Les roches voisines | auréole de métamorphisme(cornéennes) | migmatites et gneiss |
| Relation avec le métamorphisme | métamorphisme de contact | métamorphisme général |
5/ Granite et chaines de montagnes:
Document 8: Géothermes de la croûte continentale (CC) et solidus du granite
(modifié d’après Encyclopédie Quillet par Ulysse, Lardeaux, Rio, Trombert et Wozniak)
1 – En exploitant le document 8, montrez que les granites sont des indices pétrologiques d’un épaississement de la croûte continentale.
2 – A partir de ces données et de vos connaissances, expliquez les événements qui conduisent à la formation des granites au niveau d’une chaîne de montagnes de collision.
1 – On observe que les géothermes minimum et maximum d’une croûte continentale ne recoupent pas le solidus du granite pour une profondeur de 30 km c’est-à-dire pour une épaisseur moyenne de croûte continentale. La fusion partielle n’est possible qu’à partir d’environ 38 à 50 km de profondeur c’est-à-dire pour une croûte continentale épaissie. La formation de granite n’est donc possible que dans une croûte continentale épaissie. Les granites sont donc des roches qui témoignent d’un épaississement lié au raccourcissement d’une croûte continentale.
2 – Une chaîne de montagnes de collision se met en place dans un contexte de convergence suite à l’application de forces de compression qui conduisent à un raccourcissement et un épaississement de la croûte continentale avec apparition de reliefs et d’une racine crustale (la profondeur du MOHO augmente). Les fragments de croûte continentale menés à des profondeurs où elles subissent des conditions de pression et de température particulières. Les roches d’origine se transforment et deviennent des roches métamorphiques comme les gneiss qui peuvent fondre partiellement et être à l’origine de granites.
6/ L‘affleurement des granites:
Document 9: Schémas de quelques événements qui mènent a l’affleurement des granites
1 – En exploitant le document 9, expliquez comment les granites, formés en profondeur, peuvent se retrouver aujourd’hui a l’affleurement.
1 – Lorsqu’une chaîne de montagnes est soumise aux processus d’altération et d’érosion, elle perd de sa masse et de son volume. Du fait de l’équilibre isostatique qui existe entre la lithosphère et l’asthénosphère, la racine crustale remonte. La chaîne de montagnes finit par s’aplanir alors que des roches profondes affleurent.
On y observe à l’affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés (roches métamorphiques telles que gneiss et schistes) et/ou formés en profondeur (plutons granitiques).