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Markdown Content: Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Unit 4 : Les phnomnes gologiques accompagnant la formation des
chanes de montagnes et leur relation avec la tectonique des plaques
Introduction (Rappels sur la tectonique des plaques) :
La structure de la Terre est constitue d'une succession de couches de proprits physiques diffrentes: au centre, le noyau; puis, le manteau, qui constitue le gros du volume terrestre, et qui se divise en manteau infrieur solide et manteau suprieur principalement plastique, mais dont la partie tout fait suprieure est solide (manteau lithosphrique); finalement, la crote (ou corce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.
La couche plastique du manteau suprieur est appele asthnosphre, alors qu'ensemble, les deux couches solides qui la surmontent, soit la couche solide de la partie suprieure du manteau suprieur et la crote terrestre, forment la lithosphre. La limite entre les deux couches lithosphriques sappel le Moho. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Notion de plaques lithosphriques : aussi appeles plaques tectoniques, sont des morceaux de la lithosphre qui reposent sur l'asthnosphre moins rigide. Les plaques s'assemblent la manire d'un puzzle sur l'ensemble de la surface de la Terre.
Ces plaques ont la particularit de se dplacer (de quelques centimtres par an en moyenne), la suite des mouvements convectifs qui existent dans le manteau. Durant ces dplacements, deux plaques peuvent :
S'carter l'une de l'autre. Elles sont alors dites divergentes. Ce phnomne survient principalement au fond des ocans, au niveau des dorsales ocaniques, mais aussi en quelques endroits sur les continents (on parle alors de rifts). L'espace libr suite lcartement des plaques est combl par du magma qui refroidit rapidement.
Deux plaques peuvent galement tre convergentes, ce qui donne lieu des collisions (formation des chanes de montagnes) ou des subductions (la plaque la plus dense passe sous l'autre).
Enfin, deux plaques peuvent tout simplement coulisser l'une contre l'autre. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Chapitre 1 : Les chaines de montagnes rcentes et les dformations tectoniques qui les accompagnent
Quelles sont les types de chaines de montagnes rcentes ?
Quels sont les caractristiques de chacun de ces types ?
I- Les caractristiques structurales et ptrographiques des chaines de montagnes rcentes :
1- Les chaines de subduction (exemple des Andes) :
La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique (plaque subduite) sous une autre plaque (plaque chevauchante) de densit plus faible, en gnral une plaque ocanique ( forte densit) sous une plaque continentale (moins dense) ou sous une autre plaque ocanique.
a- Les caractristiques structurales :
De la subduction rsulte la formation de chanes de montagne de subduction. La
chaine des Andes le long du littorale Ouest de lAmrique du Sud en est un
exemple. Ces chaines se caractrisent par :
Llvation des montagne s (relief positif) parallle une fosse ocanique profonde (relief ngatif), le long de la marge continentale active. On peut expliquer ces reliefs par le fait que la subduction de la lithosphre ocanique entraine une forte pression sur les couches de la crote terrestre de la rgion (force de convergence), ces couches rpondent par une dformation formant les plis et les failles inverses ce
qui conduit au soulvement des reliefs sous forme dune chaine de
montagne. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Une forte activit sismique dont les foyers sont rpartis selon un plan inclin appel plan de Bnioff , qui traduit le fait que la plaque descendante senfonce de faon incline sous la plaque chevauchante.
Une activit volcanique .
Des anomalies thermiques par un abaissement des lignes isothermes sous la fosse continentale due au refroidissement de cette zone par la croute ocanique subduite froide et, au contraire, une lvation de ces isothermes au-dessous de la chaine volcanique suite au rchauffement de cette zone par la magma chaud montant.
La formation dun prisme daccrtion par lempilement des sdiments
ocaniques entre la fosse et la plaque continentale (chevauchante).
b- Les caractristiques ptrographiques (rocheuses) :
Les chaines de subduction se caractrisent par labondance dune roche
volcanique nomme Andsite et par la prsence de plutons de granitodes.
Au cours de lenf ouissement de la lithosphre ocanique (plus dense) sous la lithosphre continentale (moins dense) les roches subduites subissent une augmentation de la pression et de la temprature, ce qui provoque des ractions
minralogiques accompagnes par la libration dimportante quantit deau qui
diffusent travers les roches du manteau suprieur (La pridotite). Ainsi se ralisent les conditions de la fusion partielle de la pridotite conduisant la
formation dun magma qui migre vers la surface. Une partie de ce magma
cristallise en profondeur et donne naissance des plutons de granitodes structure grenue , et la utre partie atteint la surface et se refroidit rapidement pour
former l andsite caractrise par sa structure microlitique o des petits cristaux appels microlites sont lis par un verre.
2- Les chaines dobduction (exemple de la chaine dOman) :
Comparez la srie
ptrographique dOman celle
de la crote ocanique. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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On remarque une ressemblance entre le complexe ophiolitique dOman et la
lithosphre ocanique dans la succession des structures. En effet, ils comportent du haut vers le bas : un niveau de basalte en coussinets, un niveau form de
gabbro et un niveau de pridotite. Ils diffrent par lpaisseur de ces structures et
par la prsence de sdiments anciens continentaux sous la pridotite dans la
colonne de lophiolite.
Le complexe ophiolitique dOman est un fragment form au niveau dune
lithosphre ocanique qui a migr sur la lithosphre continentale.
Lobduction est un phnomne godynamique lors duquel des portions de crote
ocanique (dites ophiolites) mergent sur la marge continentale sous leffet de
forces de convergence.
Les chanes dobduction sont caractris par la prsence des roches du complexe ophiolitique (Basalte, gabbros, pridotite) et des sdiments du fond ocanique (exp : radiolarites) au-dessus dun socle continentale .
Ce phnomne est le rsultat dun rapprochement entre deux plaques. Dans un premier temps une subduction entre deux croutes ocaniques se passe. Les forces compressives issues de cette convergence entrainent une disparition complte de la croute ocanique subduite puis, un chevauchement de la lithosphre ocanique (non subduite) sur la lithosphre continentale autochtone, provoquant la dformation des couches et le soulvement de reliefs reprsentant
les chanes dobduction. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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3- Les chanes de collision :
La collision continentale est un phnomne godynamique se produisant la limite convergente de deux lithosphres continentales qui se rencontrent aprs la
fermeture totale dune ancienne mer .
a- Les caractristiques structurales :
Les chanes de collision (telles que lHimalaya et les Alpes) sont caractrises
par :
La convergence entre deux lithosphres continentales .
Surrection de hautes chanes de montagnes.
Les dformations des couches de la crote terrestre: Les plis, failles inverses, chevauchements et nappe de charriage qui rsultent des forces de convergence compressives.
b- Les caractristiques ptrographiques:
Prsence dophiolite et de roches sdimentaires dorigine marine (prisme
daccrtion) coincs dans la zone de suture entre les deux plaques
convergentes, explique par la disparition dun ocan ancien (fermeture ocanique).
Prsence de roches sdimentaires mtamorphises dorigine continentales
diffrentes, chacune appartenant lune des plaques en collision.
Prsence de roches magmatiques telles que landsite et le granodiorite ,
rsidus de lactivit de subduction qui prcde la collision .Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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La reconstitution de la formation dune chane de collision peut tre rsume comme suit :
Etape 1 : Deux plaques taient spares par un ancien ocan (Cas de
lhimalaya : Mer Tthys entre la plaque indienne et la plaque eurasienne / Cas des Alpes : Ocan alpin entre la plaque africaine et la plaque europenne).
Etapes 2 : Larrt de l expansion marine et le rapprochement entre les deux plaques, accompagn par des forces compressives qui conduisent la subduction de la lithosphre ocanique sous la marge continentale.
Etape 3 : La poursuite des forces tectoniques a pour rsultat la dformation des couches rocheuses, la fermeture du domaine ocanique et
lobduction dun morceau de la lithosphre ocanique sur la lithosphre
continentale. Ce morceau correspond au complexe ophiolitique se trouvant dans la suture des deux plaques.
Etapes 4 : Collision entre les deux marges continentales entrainant la formation de la chane de collision. Le complexe ophiolitique et les
sdiments du prisme daccrtion restent comme indices de la fermeture
marine.
II- Les dformations tectoniques accompagnants la formation des chanes de montagnes :
1- Facteurs de dformation des roches :
Le type de dformation des roches est li :
Des facteurs externes dont le plus
important est la profondeur qui
dtermine les variations de
pression et de la temprature.
Des facteurs internes en relation
avec la nature des roches et leurs
caractristiques.
La dure de lapplication des
forces tectoniques, les
dformations sont plutt souples
si lapplication de s forces est
lente. Elles seront cassantes si les
forces sont rapides. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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2- Types de dformations tectoniques :
a. Le pli : Une dformation souple des couches gologiques sous forme
dondulation la suite de contraintes tectoniques.
b. La faille : Une dformation sous forme de cassure incline sparant deux compartiments rocheux. La faille inverse se traduit par un rapprochement des
dun compartiment par rapport lautre suite aux forces compressives.
c. Chevauchement : une dformation suite un mouvement tectonique o une srie de terrains recouvre une autre aprs un contact anormal de type faille inverse. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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d. Nappe de charriage : Une forme de dformation, suite un mouvement
tectonique, se traduisant par le dplacement dun terrain, sur de grandes
distances, par-dessus dautres
terrains (cest un chevauchement damplitude
pluri-kilomtrique).
La klippe : un morceau de nappe isol du reste de la
nappe par lrosion.
La fentre : une zone de la nappe rode permettant de voir les terrains autochtones (socle) sous-jacents. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Chapitre 2 : Le mtamorphisme et sa relation avec la tectonique des plaques
Les zones de subduction et les zones de collision sont caractrises par
laffleurement de roches qui ont une structure et une composition minralogique
qui rsulte dune transformation de la roche prexistante ltat solide sous leffet de laugmentation de la temprature et de la pression. Ces roches sont
appeles roches mtamorphiques.
Quelles sont les caractristiques des roches mtamorphiques dans les zones de subduction et de collision ?
Quels sont les facteurs et les types de mtamorphismes ?
I- Les caractristiques des roches mtamorphiques dans les zones de subduction et de collision :
1- Les roches mtamorphiques dans les zones de subduction :
On distingue dans la zone de subduction la srie mtamorphique compose des roches suivantes :
Roches Mtamorphisme croissant
Structure Minraux Schiste bleu Folis gris Glaucophane (Bleu e) +Mica (blanche) Eclogite Grenue, Dorigine basaltique ou gabroique Jadite + Grenat
Le gabbro, le schiste bleu et lclogite ont la mme composition chimique :
Formule chimique SiO 2 TiO 2 Al 2O3 FeO MgO CaO Na 2O K2O
Pourcentage 47,1 2,3 14,2 11 12,7 9,9 2,2 0,4
Ce qui prouve que lensemble de ces roches provient de la mme roche dorigine suite un changement des conditions de temprature et de pression en profondeur.
Remarque :
La schistosit : feuilletage prsent par des
roches sous linfluence de contraint es
tectoniques (pression et temprature), selon
lesquelles les minraux sorganisent en
lames (feuilles).
Foliation : Structure prsent dans des
roches mtamorphiques qui se caractrise
par la succession de lits de minraux
contenu minralogique diffrent (feuilles Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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successives de couleurs diffrentes).
2- Les roches mtamorphiques dans les zones de collision :
La zone de collision est caractrise par la srie mtamorphique suivante :
Roches Mtamorphisme croissant
Structure Minraux Schiste vert Schisteuse dont le sens des minraux indique nt le sens des forces mcaniques S ric ite + Chlorite (vert e) Micaschiste Schisteuse -folie, les lits de minraux sont simple cliver (sparable s) Lits de biotite + moscovite (=Mica) claires, et lits de quartz. Gneiss Folie , les lits de minraux distincts sont non clivables . Mica (lits sombres) , quartz et feldspath (lits clairs)
Lanalyse chimique montre que la composition chimique de ces roches de la
zone de collision est semblable (roche silicoalumineuse), alors que leur composition minralogique est diffrente, ces roches provient donc de la mme
roche dorigine qui a connu un mtamorphisme grandissant au fur et mesure
du rapprochement lithosphrique).
Conclusion : Le mtamorphisme est l'ensemble des processus qui induisent des modifications minralogiques et texturales d'une roche, l'tat solide et sous l'effet de la temprature, de la pression et des fluides.
II- Les facteurs du mtamorphisme et Notion de minral index et de facis mtamorphique:
1- Les facteurs du mtamorphisme :
Laugmentation de la pression et/ou de la temprature entrane des ractions
minralogiques. En effet, certains minraux deviennent instables dans les Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
Page 12 sur 18 Pr. EL BOUKHARI Certaines ractions suite un mtamorphisme croissant : Plagioclase + Pyroxne + eau Amphibole Plagioclase + Amphibole + eau Chlorite + Actinote Plagioclase + Chlorite + Actinote Glaucophane + eau Plagioclase + Glaucophane Grenat + Jadite + eau
nouvelles conditions de pression et de temprature et se transforment. En mme temps apparaissent des minraux nouveaux stables dans ces conditions.
La temprature augmente en fonction de la profondeur (gradient gothermique),
la valeur de cette augmentation varie dune zone lautre. Elle est faible dans
les zones gologiquement stables, et forte dans les zones gologiquement actives.
La pression varie en profondeur sous laction de la masse des roches, les forces
tectoniques et la pression partielle des fluides (CO 2 et la vapeur deau).
2- Notion de minral index et de facis mtamorphique :
a- Le minral index :
Certains minraux sont sensibles aux variations de pression et de temprature. Ces variations provoquent des ractions minralogiques, et ainsi la
transformation dun minral en un autre. Chacun de ces minraux est stable dans
des conditions dtermines de pression et de temprature, si on le rencontre dans une roche mtamorphique, il indique que cette roche a subi ces conditions. Ainsi
ce minral sappel minral
index.
b- Les facis mtamorphiques :
Selon les conditions de pression et de temprature on peut dterminer le
domaine de stabilit dun
ensemble de minraux, ce
domaine sappel facis
mtamorphique.
Ainsi on peut dterminer plusieurs facis mtamorphiques (exemple : facis schiste vert, facis schiste bleu, facis clogite) chaque facis est
caractris par un ensemble de minraux stables dans des conditions dtermines de pression et de temprature. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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III- Le mtamorphisme dans les zones de subduction et de collision :
1- Le mtamorphisme dans les zones de subduction (mtamorphisme dynamique) :
Dans les zones de subduction, les roches de la lithosphre ocanique qui
senfoncent sous la lithosphre continentale, subissent une forte augmentation de
pression et, relativement, une faible augmentation de temprature. Cette augmentation entraine la transformation des roches de la lithosphre ocanique (basalte et gabbro) en schiste bleu puis clogite (courbe 1) caractrise par le grenat et la jadite qui se forment dans des conditions de forte pression et de moyenne temprature. Dans ce cas on parle de mtamorphisme dynamique.
2- Le mtamorphisme dans les zones de collision (mtamorphisme thermodynamique) :
Dans les zones de collision les roches lithosphriques continentales (et les roches du complexe ophiolitique) subissent une forte augmentation de la pression et de la temprature, elles se transforment en schiste vert puis en amphibolites (Courbe 2) caractrises par le disthne ou la sillimanite qui se forment dans des conditions de pression et de temprature moyennes fortes. Dans ce cas on parle de mtamorphisme thermodynamique. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Remarque : Le mtamorphisme thermique basse pression et haute temprature correspond au mtamorphisme de contact que subissent des roches lors du
passage dun magma proche. Ce mtamorphisme caractrise la mise en place de granite intrusif. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Chapitre 3 : La granitisation et sa relation avec le mtamorphisme
Le granite et les roches granitiques constituent la majeure partie de la crote continentale. Le granite est une roche plutonique issue dun refroidissement lent dun magma en profondeur, ce qui lui confre sa texture grenue
grands cristaux. Le granite est une roche trs solide de couleur claire (gris, blanc, rose), on distingue :
Un granite danatexie : plutons lis un mtamorphisme rgional forms suite une augmentation de la pression et de la temprature.
Un granite intrusif : plutons rsultant dune intrusion magmatique dans
des terrains prexistants.
I- Origine et mise en place du granite danatexie :
1- Mise en vidence du lien entre les roches mtamorphiques et le granite :
Lanatexie est le processus par lequel les roches mtamorphiques, soumises une augmentation de pression et de temprature, fondent totalement ou partiellement.
On peut mettre en vidence lanatexie par lexprience de soumettre une roche
argileuse une pression hydrostatique de 2 kbar et une temprature comprise entre 700 et 850C, ce qui quivaut une profondeur de 7 8 km. On observe
alors, la formation dun liquide issu de la fusion partielle, qui donne aprs refroidissement une roche granitique.
Dans les zones prsentant des roches mtamorphiques et la formation de granite, on observe la prsence dune roche intermdiaire
nomme migmatite .
On y trouve une partie gneissique avec une alternance de lits sombres riches en micas noirs et de lits clairs (foliation) mais aussi des parties claires texture grenue formes de quartz et de feldspaths similaire la composition granitique. Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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Nom de la
roche Gneiss Migmatite Granite
Lame
mince
Etat la
formation Solide Solide + Liquide Liquide
Structure Folie minraux
orients
Zone folie et zone
grenue Grenue
2- Mise en place du granite danatexie dans les zones de collision:
La collision entre deux plaques portant des continents amne des fragments de
crote continentale des profondeurs de lordre de 50 70 km o elles subissent
des conditions de pression et de temprature croissante (figure a). Cet
enfouissement est li au raccourcissement et lpaississement de la crote
continentale qui forme une racine en profondeur avec des reliefs en surface.
Les roches dorigine se transforment et deviennent des roches mtamorphiques ,aboutissant la formation de gneiss (partie 1 de la courbe).
Sous leffet de lisostasie par pousse de lasthnosphre , ces roches vont remonter vers la surface, la pression diminue mais la temprature reste leve (partie 2 de la courbe). Ces conditions conduisent la fusion partielle et la formation du magma anatectique (Figure b).
Progressivement le magma refroidit sur place, une partie du magma reste lie au gneiss pour former la migmatite, et une autre partie forme du granite. Aprs
lrosion, ses roche affleurent en su rface (partie 3 de la courbe).
II- le granite intrusif et mtamorphisme de contact : Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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1- Relation du granite intrusif avec les roches voisines :
Le granit intrusif ce distingue du granite danatexie par son tendu moins large,
il est gnralement sous forme dun massif. Autour de ce massif, se dveloppe
une bande limite de roches mtamorphique formant une aurole de mtamorphisme de contact.
Cas du granite de Zar :
Le granite de Zar est un pluton intrusif dans les terrains sdimentaires de l'Ordovicien et du Dvonien de l're primaire (palozoque) qui l'entourent. Avec une extension maximale de 40 km sur 12 km, il s'agit du plus grand pluton de ce type au Maroc. Autour du granite, l'intrusion a provoqu le dveloppement d'une large aurole de mtamorphisme de contact dans les terrains sdimentaires du palozoque.
Un scnario de mise en place du granite de Zar :
La fusion partielle du manteau est l'origine d'un magma de composition de gabbro.
Ce magma s'injecte dans la crote entrainant sa fusion partielle.
Les produits de ces deux fusions se mlangent prenant une composition de granodiorite. Dans le magma, l'homognisation entre les lments de diffrentes origines se fait progressivement au cours du temps.
La remonte du magma se fait travers des cassures de la crote matrialise en surface par la faille de Demrane-Chbeka qui correspond la zone d'injection du magma.
Un premier pluton (M1) se met en place en deux temps. Plus vite dans la partie sud-Ouest (SW) sans permettre une bonne homognisation du magma qui conserve de nombreuses enclaves bien diffrencies. Un peu plus tard dans la partie nord-est (NE) partir d'un magma mieux homognis et donc moins riche en enclaves diffrencies (M2). Formation des chaines de montagne et tectonique des plaques 2me Bac Sc. Ex BIOF
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2- Granit intrusif et mtamorphisme de contact :
Le granite intrusif se met en place suite la migration vers la surface dun magma sous formes dintrusions qui traversent les couches encaissantes
(sdimentaires) et donnent, aprs refroidissement, le granite intrusif.
Lors de la mise en place des plutons granitiques, les roches encaissantes sont soumises une lvation de temprature qui affecte leur structure. Ce type de mtamorphisme de basse pression et haute temprature et appel mtamorphisme de contact.
Remarque :
On observe da ns le granite dintrusion des
enclaves. Ce sont des inclusion (xenolith),
que lon interprte comme tant des
fragments du manteau ou de la crote profonde, arrachs et emports vers la surface par la monte du magma.
Exemples : Enclave de roche encaissante (schiste, calcaire, ou autre) dans un granite en bordure d'un massif intrusif.
On peut aussi observer la formation de filons par remplissage d'une fracture recoupant des roches de nature varie (roches encaissantes). Le matriel de ce remplissage peut avoir t dpos par des circulations de fluides hydrothermaux (filons hydrothermaux) ou tre de nature magmatique ou sdimentaire.