Annales gratuites Bac S : Subduction, rôle de la densité

La convergence lithosphérique (5 points)

a) A partir de l'étude du document 1 et de vos connaissances, expliquez comment la modification de la densité de la lithosphère océanique peut lui permettre d'entrer en subduction.
b) A partir de l'étude des documents 2 et 3 et de vos connaissances, expliquez comment les transformations de la croûte océanique entretiennent la subduction.

I - L'ANALYSE ET LES DIFFICULTES DU SUJET

a - Les thèmes et notions abordés

A l'aide de documents, ce sujet propose d'expliquer le fonctionnement d'une zone de subduction. Sous l'influence de la pression et de la densité, la plaque océanique dense et froide plonge sous la marge.
Le sujet repose principalement sur l'utilisation d'un diagramme pression-température et l'apparition de minéraux-index.

b - Les coups de pouce du sujet

Le coup de pouce du sujet est apporté par le document 1 : sa simplicité permet à un élève qui a peu bachoté de comprendre, en lisant, que la plaque lithosphérique a une densité supérieure (densité 3,3) à celle du milieu dans lequel elle est. Elle va donc migrer vers la profondeur afin de trouver un milieu de densité supérieur.

c - Les difficultés du sujet

La principale difficulté du sujet réside dans le fait que l'élève ne doit pas perdre de temps à la lecture du document 2. En effet, celui-ci n'est utilisable qu'après la lecture du document 3. or, la lecture des noms de minéraux-index peut déstabiliser plus d'un élève, le dérouter, et lui faire perdre un temps précieux.

II - LES REPONSES ATTENDUES

a - L'analyse des documents

● Le document 1 montre que chaque carotte de forage présente une anomalie dans la densité des roches qu'elle contient : en se déplaçant de la partie supérieure de la carotte vers la partie la plus profonde, on rencontre successivement des roches de densité 2,3 ; 3,3 et 3,25.
La densité 3,3 étant supérieure à la densité des roches inférieures (3,25), le manteau lithosphérique devra migrer vers la profondeur afin de trouver un milieu de densité qui lui convient plus. Cette migration alimente en partie le phénomène du "tapis roulant" : la plaque océanique créée au niveau de la dorsale océanique —non représentée— disparaît au niveau de la zone de subduction. Ce mécanisme est suggéré par l'axe en haut du document indiquant l'âge de la croûte océanique : plus on se rapproche de la zone de subduction, plus la croûte océanique est vieille.

● Le document 2 montre un graphique température-pression. L'axe des ordonnées est dirigé vers le bas car la pression augmente avec la profondeur. Dans toute roche, apparaît, en fonction de la température et de la pression, qu'elle subit à l'état solide, des minéraux caractéristiques, appelés minéraux-index. Ces minéraux sont donc caractéristiques d'une température et d'une pression données : ils permettent ainsi de reconstituer les conditions de formation de la roche. L'élève ne doit pas être dérouté par le nom des minéraux-index ni par la partie du graphique intitulée "domaine non réalisé dans la nature" : cette zone du graphique indique qu'il n'existe pas sur notre planète de roches, et par conséquence de minéraux-index correspondant à une pression aussi élevée et à une température aussi faible.

● Le document 3 s'utilise avec le document 2. Il faut reporter les minéraux des différents métagabbros sur le document 2 afin de reconstituer les conditions de formation de ces roches plutoniques. Ainsi, le métagabbro 1, contenant des feldspaths plagioclases, des pyroxènes, de la chlorite et de l'actinote montre que cette roche s'est formée sous une basse pression (approximativement inférieure à 0,7 GPa) et une basse température (inférieure à 500°C). La basse pression est à corréler avec la faible densité 2,9.
Le métagabbro 2 contient du glaucophane, ce qui indique une formation sous une moyenne pression. Progressivement, la pression augmente (vers 1 GPa) et parallèlement, la densité aussi (3,1). Certains minéraux-index caractéristiques du domaine de stabilité précédent n'ont pas encore disparu comme les feldspaths plagioclases.
Le métagabbro 3 contient des minéraux caractéristiques des hautes pressions, moyennes ou hautes températures, comme le grenat, la jadéite, ou le glaucophane. Il contient également un quartz qui nécessite une haute pression pour sa formation. Le métagabbro 3 s'est donc formé à une pression élevée (approximativement 1,5 GPa) et à une température plus importante que les deux autres (supérieure à 400°C). On notera que là aussi, la pression augmente avec la densité (densité 3,5).

b - L'analyse de la question

● La première question permet de montrer la relation entre la densité et le mécanisme de la subduction. Il correspond à l'étude du document 1. La plaque lithosphérique a une densité trop importante par rapport au milieu dans lequel elle se trouve et va donc migrer vers la profondeur où la densité augmente. Elle entraîne avec elle la plaque océanique qui disparaît sous la marge. Ceci permet son renouvellement car cette disparition est composée par une création continue de plaque au niveau de la dorsale médio-océanique.

● La deuxième question repose sur l'étude du document 3, interprété grâce au document 2. Grâce à l'apparition de minéraux-index, on comprend que la densité augmente parallèlement à la pression.
Au niveau de la zone de subduction, les roches subissent des pressions de plus en plus élevées. C'est un métamorphisme d'enfouissement. La température a aussi son influence car elle augmente naturellement avec la profondeur.

III - UN PLAN POSSIBLE

Après la lecture des trois documents, on peut, afin de respecter les questions, proposer un plan en deux parties :

● Dans une première partie, montrer la relation densité-subduction : une anomalie de la densité est responsable de la subduction (document 1)
● Dans une deuxième partie, montrer que cette subduction est accompagnée de modifications minéralogiques importantes. Les roches sont métamorphisées. Le métamorphisme est l'ensemble des transformations que subit, une roche, à l'état solide, sous l'influence de la température et de la pression. Dans la zone de subduction, le métamorphisme se fait principalement sous l'action de la pression.