Annales gratuites Bac S : Subduction et métamorphisme

Document 1 : Deux roches métamorphiques échantillonnées à l'île de Groix.

A l'île de Groix affleurent des roches métamorphiques variées. Les deux échantillons ont été analysés, leur composition chimique globale est celle d'un basalte océanique. Ils ont été datés entre 350 et 370 millions d'années par une méthode géochronologique "Rubidium-Strontium".

Document 2 : Diagramme Pression-Température des domaines de stabilité de quelques associations minérales déterminés expérimentalement pour des roches de composition basaltique.

Le sujet porte sur les notions suivantes :

Elles sont accompagnées de ce cortège de vocabulaire : Lithosphère océanique basaltique, Zone de subduction, Domaine de métamorphisme, Apparition de minéraux-index, Méthode géochronologique "Rubidium-Strontium", Schiste bleu à glaucophane, Grenat, Epidote, Métamorphisme de haute pression et de haute température, Métamorphisme de moyenne pression, Ecrasement, Métamorphisme de contact, Eclogite, Jadéite, Plagioclase, Diagramme pression-température, Domaine de stabilité, Croûte océanique, Isotherme, Cristallisation.

Le sujet nous propose deux documents pour démontrer l'histoire géologique de la région de Groix.

Document 1 :
Ce document nous montre les photographies de deux basaltes fortement métamorphisés de l'île de Groix.
Le métamorphisme est l'ensemble des transformations que subit une roche à l'état solide : ces anciens basaltes ont donc supporté de nouvelles conditions de température et de pression. Celles-ci sont à l'origine de l'émergence de minéraux-index comme le grenat et la glaucophane pour l'échantillon 1, le grenat et la jadéite pour la deuxième roche.

Document 2 :
Ce document nous fournit un diagramme pression-profondeur-température utile pour déterminer les conditions de métamorphisme des deux échantillons proposés dans le premier document.

Document de référence :
Ce document de référence est une représentation avec une échelle des hauteurs exagérée d'une zone de subduction. Nous l' utiliserons afin de positionner les échantillons proposés dans le premier document.

D'après le document 1, l'échantillon1 présente du grenat de type G1 : c'est-à-dire formé à 400°C et 0,9 milliards de Pascals. En reportant ces données sur le diagramme température-pression du document 2, en notant que certains grenats peuvent être présents en dehors de la zone D, en notant la présence de plagioclases et de glaucophane, on en déduit que le schiste bleu à glaucophane du document 1 appartient à la zone B. On peut en déduire que le basalte originel a subi un métamorphisme de moyenne pression et de moyenne température. Toujours en utilisant le diagramme, on comprend que cette roche métamorphique a subi ces transformations à une profondeur de 30 km.

Le grenat de l'éclogite à jadéite de l'échantillon 2 du premier document présente deux épisodes de métamorphisme différents. Le centre du grenat présente une cristallisation de type G1. Comme pour le premier échantillon cela signifie que la cristallisation s'est faite dans des conditions de moyenne température et de moyenne pression. Mais à la différence que la présence de grenat associé à de la jadéite nous indique que ce grenat est situé dans la zone D du diagramme pression-température de la zone 2. La profondeur de cristallisation est celle du grenat G1 c'est-à-dire 30 km.

La cristallisation de la périphérie du grenat, faite ultérieurement (le centre cristallisant toujours en premier), s'est faite avec 100°C de plus et une pression double (cette pression correspondant à une profondeur de 75 km d'après le graphique du document 2).
Les nouvelles conditions de cristallisation indiquent que le grenat est resté dans la zone D du diagramme mais a subi un enfouissement. En s'enfonçant de 30 km à 75 km, le grenat a été écrasé (c'est une caractéristique des éclogites) et a subi une pression et une température supérieures.

En conclusion, nous pouvons positionner les deux échantillons proposés sur la coupe géologique du document de référence :
- Le schiste bleu à glaucophane de l'échantillon 1 provient de la croûte océanique de la zone de subduction située vers 30 km de profondeur. Il est situé tout au début de l'enfoncement de la plaque océanique sous la plaque continentale.
- Après un début similaire, l'éclogite à jadéite de l'échantillon 2 du document 1 est descendue dans le plan de Benioff vers 75 km de profondeur.

Ces deux roches métamorphiques sont donc caractéristiques d'une zone de subduction et sont ainsi le témoin de la disparition vers la fin du primaire de la lithosphère océanique au niveau de l'île de Groix.