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formation de la lithosphère océanique

mis à jour le 20/06/2008


péridotite

Etude de la fusion partielle de la péridotite à partir du logiciel "Magma" version Windows

mots clés : péridotite, fusion partielle, basalte, gabbro, lithosphère océanique, Tice, tutoriel, magmawin, tutoriel


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Formation de la lithosphère océanique en 1ère S : utilisation du logiciel Magma version Windows

Le logiciel "Magma version Windows" est commercialisé par le CNDP au prix de 89€ en version "établissement" http://www.cndp.fr/svt/magma/accueil.htm ; sa conception le destine surtout à l'étude de la genèse des roches magmatiques selon la composition d'un magma originel et les conditions de refroidissement : étude de la cristallisation.

Comment l'utiliser pour aborder la fusion partielle de la péridotite à l'origine des basaltes et des gabbro qui constituent la lithosphère océanique?

 

©Jean-Pierre Leclerc 2008

 

 

Basalte, Gabbro et péridotite : compositions chimiques

Le logiciel est fourni avec quelques compositions d'échantillons dont on peut avoir la composition chimique (en oxydes) , pour comparer les compositions chimiques, il suffit de "présélectionner" basalte gabbro et péridotite.

Basalte et gabbro ont sensiblement la même composition chimique: riche en SiO2, Al2O3, CaO, Na2O : les éléments chimiques essentiels sont : Si, Al, Ca, Na

La péridotite initiale (dont les données sont fournies dans la notice de "Magma" ) n'apparait pas dans la base de données fournie avec le logiciel, il convient de compléter les champs manuellement.

Pour modifier une valeur d'un % d'oxydes, il suffit de la mettre en surbrillance et d'appuyer sur Entrée, la zone en surbrillance clignote ; modifier alors la valeur et valider la modification par " Entrée ".

Noter " Péridotite initiale" dans la boite de texte "Votre sélection", compléter les champs de la composition en oxydes et choisir une température initiale de 1500°C, à cette T°, la péridotite est complètement fondue. Enregistrer les données sous (le nom de "votre sélection" doit s'afficher par défaut): vous venez de créer un magma "péridotitique" dont on pourra suivre le refroidissement à la pression atmosphérique.

Les péridotites sont moins riches en SiO2, Al2O3, Na2O mais très riche en FeMgO, les éléments chimiques essentiels sont Si, Fe, Mg.

Remarque: les compositions sont des compositions moyennes, il existe de très grande variété de basalte, gabbro et péridotite

 

 

 

Simuler, en laboratoire, la fusion partielle de la péridotite

Dans le menu " Fichier ", " Ouvrir un fichier de données" et sélectionner les données relatives au magma "péridotitique" qui viennent d'être sélectionnées.

Choisir un refroidissement lent (2) et une vitesse de simulation assez lente (à adapter avec la vitesse de l'ordinateur).

Refroidir ce "magma péridotitique "

La cristallisation complète de cette péridotite se termine vers 1320°C , la fusion, processus inverse de la solidification commence à cette température.

Pour avoir une approximation des % de magmas résiduels ainsi que leurs compositions chimiques vers 1450°C,1400°C, 1350°C, il suffit de suivre le refroidissement d'une péridotite anhydre et de noter pour chaque température, en jouant sur le bouton " Pause " qui " bloque " le refroidissement, les % de magmas ainsi que leur composition chimique.

Le cumulat correspond à la fraction solide, le magma à la partie liquide, les compositions chimiques sont données en % d'oxydes.

Les compositions minéralogiques qui s'affichent sont celles observées ( %) ou calculées à partir de la composition chimique du magma initial = % norminatif (%N) ; on peut noter que lors d'un refroidissement lent, la totalité des éléments chimiques entrant dans la composition du magma initial ont " eu le temps " de s'assembler en minéraux : la composition " calculée " est très proche de la composition observée. (on notera qu'en fin de cristallisation, cette péridotite est formée de 36% d'olivine, 54% de pyroxènes et 8% de plagioclases.)

 

Cette nouvelle version du logiciel ne permet toujours pas d'envisager la fusion, pour cette raison, on admettra, comme l'illustrent ces schémas, que la fusion, c'est le processus inverse de la solidification et que par exemple, une péridotite, portée à 1356°C exsude (ou fond partiellement) 21,1 % de magma.

Une méthode géochimique basée sur l'étude des très faibles concentrations en " éléments rares " ont permis d'évaluer que la péridotite, dans les conditions naturelles existant à la verticale des dorsales peut subir un taux de fusion partielle de 20 à 25% (lorsqu'elle franchit son solidus voir "Ou s'effectue la fusion partielle de la péridotite"), on s'interroge sur le devenir de ce magma issu ce cette fusion partielle.

- Repérer la composition d'un magma obtenu par fusion partielle de 21% (choisir un % compris entre 20 et 25% ) de la péridotite et la composition minéralogique du cumulat, c'est à dire de la fraction qui n'a pas fondu. Par exemple, pour notre péridotite initiale, subissant une fusion partielle de 21,1 % à la pression atmosphérique (c'est à dire à 1356 °C) exsude un magma de composition :

On observe alors une péridotite résiduelle ayant la composition minéralogique :

Noter les valeurs de la composition chimique du magma obtenu par fusion partielle ainsi que la composition minéralogique de la fraction solide n'ayant pas fondu.

 

 

 

Le devenir du magma issu de la fusion partielle

On obtient une roche à texture microlitique avec des phénocristaux de pyroxène et des microlithes de feldspaths plagioclases: il s'agit d'un basalte

- Entrer la composition chimique du magma dans le menu " données initiales " de la fenêtre gauche du logiciel, faites lui subir un refroidissement rapide (8) et noter sa composition minéralogique ainsi que sa texture. Qu'en déduisez vous ?

 

 

On obtient une roche à texture grenue essentiellement formée de pyroxènes et de feldspaths plagioclases et accessoirement de quartz et d'orthose: il s'agit d'un gabbro ( quartzique)

- Effectuer le même travail avec un refroidissement lent. (1)

Olivine= 36,4/(36,4+0,5+42) * 100 = 46%

Pyroxènes = 42/(36.4+0.5+42) * 100 = 53,5 %

Felspaths plagioclases = 0.5/(36.4+0.5+42) * 100 = 0.5%

Il s'agit d'une péridotite résiduelle ou appauvrie.

Ramener les % du cumulat en minéraux en ne tenant plus compte du verre, ce cumulat forme la péridotite appauvrie (21,7% de ses constituants sont partis sous la forme de magma).

Synthèse à construire suivant ce modèle et à adapter en fonction du taux de fusion partielle choisi :

 

 

Où s'effectue la fusion partielle de la péridotite ?

Des travaux expérimentaux réalisés en laboratoire (la technique est précisée dans le menu "Expérimentation" sous menu "S'informer sur la fusion partielle" du logiciel MagmaWin ) ont permis de déterminer les températures pour lesquelles la peridotite commençait à fondre (solidus) et celles où la péridotite est complètement fondue (liquidus) pour différentes pressions. De la même manière, on a pu déterminer l'élévation de température lorsqu'on "s'enfonçait" dans la lithosphère, cette élévation ou géotherme ( = élévation de température par km de profondeur) varie suivant le contexte tectonique, elle est élevée au niveau des dorsales et plus faible à l'écart des dorsales. Toutes ces valeurs sont reportées sur un graphe: on obtient alors le diagramme Pression-Température de la péridotite.

Ce diagramme montre qu'à la verticale des dorsales (caractérisées par un géotherme de dorsale), la péridotite anhydre fond partiellement entre 20 et 110 km de profondeur, le magma engendré migre ensuite vers la surface et s'accumule pour former une chambre magmatique vers 3 km de profondeur

Activité possible : Construction du diagramme à partir du fichier Excel joint

Remarque importante : "MagmaWin" propose dans le menu "Expérimentation", -"Expérimenter sur la fusion partielle des péridotites" et affiche un diagramme précisant les taux de fusion partielle en fonction de la température et de la pression, on peut suivre alors en "direct" le refroidissement lent ou rapide du magma correspondant au point désigné.

 

 

 

 

 
auteur(s) :

Jean-Pierre Leclerc, professeur de SVT au lycée François Truffaut de Challans

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère S

type pédagogique : tutoriel, travaux pratiques, démarche pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier, classe, laboratoire, salle multimedia

référence aux programmes :

Structure, composition et dynamique de la Terre

La tectonique des plaques : l'histoire d'un modèle

ressource(s) principale(s)

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