Magmatisme & Métamorphisme : Exercices Corrigés SVT

Correction :

Le magmatisme désigne l'ensemble des phénomènes liés à la formation, au déplacement et à la mise en place du magma. Le magma est une roche fondue, généralement silicatée, contenant des gaz dissous et des cristaux en suspension, située sous la surface terrestre.

La lave est du magma qui a perdu la majeure partie de ses gaz dissous et qui s'est écoulé à la surface de la Terre lors d'une éruption volcanique. La lave est donc un magma qui a atteint la surface.

Correction :

La fusion partielle est le processus par lequel une roche ne fond pas entièrement simultanément. Lorsque la température augmente ou la pression diminue (ou que des fluides sont ajoutés), les minéraux qui la composent fondent progressivement, chacun à sa propre température de fusion (qui dépend de sa composition chimique et de la pression ambiante).

Les minéraux qui ont les températures de fusion les plus basses fondent en premier, formant un liquide (le magma). Les minéraux à point de fusion plus élevé restent solides. C'est pourquoi, lors d'une fusion partielle, on obtient un mélange de liquide (magma) et de cristaux solides. Le magma ainsi formé est donc chimiquement différent de la roche d'origine.

Correction :

Voici deux exemples de zones à magmatisme actif :

1. Zones de subduction (arcs volcaniques) : Comme expliqué dans les exercices précédents, la libération d'eau par la plaque subduite abaisse la température de fusion du manteau sus-jacent, provoquant la formation de magma. Ex : Ceinture de feu du Pacifique.
2. Zones de divergence (dorsales médio-océaniques) : Au niveau des dorsales, les plaques s'écartent, ce qui entraîne une diminution de la pression sur le manteau sous-jacent. Cette décompression abaisse le point de fusion des roches du manteau (fusion par décompression), générant d'énormes quantités de magma basaltique qui remonte pour former de nouvelle croûte océanique.

Correction :

La différence principale réside dans le lieu de mise en place du magma :

• Magmatisme intrusif (plutonique) : Le magma se refroidit et se solidifie lentement en profondeur, sous la surface.
• Magmatisme extrusif (volcanique) : Le magma est émis à la surface (lave) et se refroidit et se solidifie rapidement.

Cette différence de vitesse de refroidissement a un impact majeur sur la texture des roches formées :

• Roches plutoniques : En raison du refroidissement lent, les cristaux ont le temps de se former et de croître. Elles présentent une texture granulaire holocristalline, c'est-à-dire composée uniquement de cristaux visibles à l'œil nu (ex: granite).
• Roches volcaniques : Le refroidissement rapide empêche la formation de grands cristaux. Elles présentent souvent une texture aphyrique (aucun cristal visible) ou porphyrique (quelques gros cristaux, phénocristaux, dispersés dans une pâte de verre ou de microcristaux). L'extrême rapidité peut même aboutir à une pâte vitreuse (obsidienne).

Correction :

Le métamorphisme est l'ensemble des transformations physiques et chimiques que subit une roche (dite roche mère) lorsqu'elle est soumise à des conditions de température et/ou de pression différentes de celles de sa formation, sans pour autant entrer en fusion.

Les trois facteurs principaux du métamorphisme sont :

1. La température : Elle augmente avec la profondeur ou peut être apportée par un corps magmatique intrusif. Elle provoque la réorganisation des atomes et la formation de nouveaux minéraux.
2. La pression : Elle augmente aussi avec la profondeur. Elle peut être lithostatique (uniforme dans toutes les directions) ou dirigée (plus forte dans une direction). La pression dirigée favorise la formation de textures foliées (lamellaires).
3. Les fluides chimiquement actifs : L'eau, le CO2, etc., présents dans les roches ou apportés par le magma, peuvent migrer et réagir avec les minéraux, provoquant leur transformation et l'apport ou le retrait d'éléments chimiques.

Correction :

Les deux principaux types de métamorphisme sont :

1. Métamorphisme de contact : Il est causé par l'élévation de température provoquée par la mise en place d'un corps magmatique intrusif dans les roches encaissantes. Ce type de métamorphisme se produit dans une auréole de métamorphisme autour du pluton. Il est souvent associé à des pressions relativement faibles.
2. Métamorphisme régional : Il est associé aux zones de convergence des plaques tectoniques, où les roches sont soumises simultanément à des augmentations de température et de pression (souvent dirigée) sur de vastes étendues. On le trouve typiquement dans les chaînes de montagnes formées par la collision ou la subduction.

Correction :

L'observation d'une schistosité bien marquée (texture foliée, lamellaire) et la présence de minéraux caractéristiques comme le grenat et la staurotide indiquent un métamorphisme régional, probablement dans des conditions de pression et température moyennes à élevées.

Conditions P/T probables :

• La schistosité impliqu'une pression dirigée, caractéristique du métamorphisme régional en zone de convergence.
• La présence de grenat et de staurotide suggère des conditions de température et de pression supérieures à celles du métamorphisme de faible degré (comme le schiste lustré). On parle souvent de schistes verts pour des conditions intermédiaires (300-500°C, 3-7 kbar) et de schistes bleus pour des conditions de haute pression-basse température, puis de faciès amphibolite pour des conditions plus élevées. La présence de ces minéraux est typique des faciès schistes verts ou amphibolites.

Influence de la roche mère :

La composition minéralogique finale dépend fortement de la roche d'origine (roche mère) :

• Si la roche mère était une argile riche en aluminium (type schiste), elle donnera naissance à des roches métamorphiques riches en micas, grenats, staurotides, etc.
• Si la roche mère était une roche calcaire, elle se transformera en marbres (calcite recristallisée).
• Si la roche mère était une roche basaltique, elle pourrait donner des éclogites ou des amphibolites selon les conditions.

La description (schistosité, grenat, staurotide) suggère fortement une roche dérivée d'une roche sédimentaire argileuse (type schiste argileux) ou d'une roche volcanique mafique.

Correction :

Le cycle des roches est un modèle conceptuel décrivant les transformations continues des roches et des minéraux dans le temps, sous l'influence des processus géologiques internes et externes de la Terre.

Voici les étapes et transformations clés :

1. Magmatisme et formation des roches magmatiques : La fusion partielle des roches du manteau ou de la croûte forme du magma. Ce magma refroidit et cristallise, soit en profondeur (magmatisme intrusif, roches plutoniques comme le granite), soit à la surface (magmatisme extrusif, roches volcaniques comme le basalte).
2. Érosion et sédimentation : Les roches magmatiques exposées en surface sont érodées par le vent, l'eau, la glace. Les débris (sédiments) sont transportés et déposés, s'accumulent et se compactent pour former des roches sédimentaires (ex: grès, argiles).
3. Métamorphisme : Les roches (magmatiques, sédimentaires, ou même métamorphiques elles-mêmes) enfouies en profondeur sous l'effet de la tectonique sont soumises à des augmentations de température et de pression, se transformant en roches métamorphiques (ex: gneiss, schistes) sans fondre.
4. Fusion : Si les conditions de température et de pression deviennent suffisamment extrêmes, les roches métamorphiques peuvent entrer en fusion partielle, régénérant du magma et recommençant ainsi le cycle.

Exemple concret :

• Un volcan entre en éruption (magmatisme extrusif), formant des coulées de basalte.
• Le basalte en surface est érodé par les intempéries. Les fragments sont transportés par une rivière et déposés dans un delta, formant des sédiments qui se consolident en grès.
• Le grès est enfoui lors de la formation d'une chaîne de montagnes et soumis à des pressions et températures élevées. Il se métamorphise en quartzite.
• Le quartzite, enfoui encore plus profondément, finit par fondre partiellement, régénérant du magma, qui pourrait remonter et former un nouveau volcan, ou cristalliser en profondeur en granite.

Correction :

Roche A :

• Type de magmatisme : La texture grenue, avec des cristaux visibles à l'œil nu, indiqu'un refroidissement lent. Il s'agit donc de magmatisme intrusif (plutonique).
• Composition chimique : La présence de quartz, feldspath et mica est caractéristique des roches silicatées. Ces minéraux sont typiques des magmas riches en silice. Il s'agit donc probablement d'une roche de composition acide (ex: granite).

Roche B :

• Type de magmatisme : La texture microcristalline avec des phénocristaux indiqu'un refroidissement rapide. Il s'agit donc de magmatisme extrusif (volcanique). La pâte grise est soit vitreuse (refroidissement très rapide) soit microcristalline.
• Composition chimique : Les phénocristaux de feldspath et une pâte grise peuvent se retrouver dans des roches de composition intermédiaire à acide. Si les phénocristaux étaient par exemple de l'olivine ou des pyroxènes, cela pencherait vers une composition basique. En l'absence de ces minéraux mafiques, et avec la présence de feldspath (qui peut être calco-alcalin, donc plus acide), on peut suspecter une composition intermédiaire à acide (ex: andésite, rhyolite). Sans plus d'indices, il est difficile de trancher définitivement entre intermédiaire et acide.

Correction :

Comparons les deux scénarios :