Chapitre 1 La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

Chapitre 1: La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

Livre Nathan page 122 à 147 + plan de travail classe inversée et le cours pour les élèves (chapitre-1-la-croute-continentale texte à trou à compléter)

Introduction : Exercice de révision 1ere S à compléter à l’aide du livret de sortie de l’APBG (page 2)

La lithosphère continentale est constituée d’une croûte continentale principalement composée de granite (ou de roches de la même famille) et d’un manteau lithosphérique composée de péridotites rigides. La croûte continentale affleure dans les régions émergées que constituent les continents.

Carte au 1 /1 000 000 de la France : Des différences entre massifs récents et massifs anciens à légender sur la carte de France

  • altitude des sommets variables
  • age et nature des roches variables

Comment expliquer la naissance des chaînes de montagnes ?
Pourquoi une racine crustale sous les chaînes récentes ?
Comment dater une roche en millions d’années ?
Comment les reliefs disparaissent-ils ?

I/ Le granite est une des roches principales de la croûte continentale

TP17 : Lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

Le granite est une roche magmatique plutonique grenue dont la densité (2,7) est inférieure à celle de la péridotite (3,2), du basalte (2,9) et du gabbro (2,9). On peut y observer plusieurs types de minéraux comme le quartz, la biotite (ou mica noir) et les feldspaths (orthose, plagioclase).lame graniteDans la croûte continentale, on peut aussi rencontrer de nombreuses roches sédimentaires (calcaire, grès) et métamorphiques qui résultent d’une transformation physique ou chimique de roches préexistantes à l’état solide (ex : gneiss).

Pour s’y retrouver dans toutes ces roches : clé de détermination de l’académie de Versailles.

II/ La croûte continentale est plus épaisse que la croûte océanique 

Par l’étude des ondes sismiques P et PmP (sismique réflexion), on peut estimer la profondeur de la discontinuité de Mohorovicic (Moho) sous les continents. Le Moho est l’interface entre la croûte et le manteau lithosphérique. Sa profondeur moyenne est de 30km et peut atteindre plus de 60km par endroits sous les chaînes de montagnes. Ainsi, au relief que sont les chaînes de montagnes (Alpes, Pyrénées, Himalaya) correspond en profondeur une importante racine crustale.

Les différences d’altitude moyenne entre les continents et les océans s’expliquent par ces différences crustales.

Correction profil et place du Moho :

epaisseur-croute-cont-mc-alpes correctionIII/ La croûte continentale est très souvent plus âgée que la croûte océanique

On ne connaît pas de croûte océanique plus âgée que 200 Ma. En effet, la croûte océanique vieille -devenue plus dense- est recyclée dans le manteau asthénosphérique par subduction.

Par radiochronologie (basée sur la loi de décroissance radioactive exponentielle), il est possible d’établir que des roches de la croûte continentale sont âgées de plus de 4 Ga.

Carte de répartition des granites selon leurs âges.

carte répartition granite ageLe radiochronomètre Rb/Sr utilise une méthode de résolution graphique de l’âge des roches de la croûte continentale par droite isochrone.

courbe isochronePour réviser : activité en ligne

activité edu

IV. La lithosphère est en équilibre isostatique sur l’asthénosphère

On définit l’isostasie comme un état d’équilibre réalisé à une profondeur dite profondeur ou niveau de compensation, pour laquelle la pression de charge est la même en tout point.
Le modèle d’Airy de l’isostasie postule qu’une surface de compensation existe dans le manteau. La pression en chaque point y est constante. Ainsi, dans le cas où la croûte est de densité constante, une augmentation de son altitude induit -par rééquilibrage- la formation d’une racine crustale visible dans les chaînes de montagnes.

Isostasie : modèle Airy (en haut) et modèle de Pratt (en bas)

modèle AiryLa lithosphère repose en équilibre sur l’asthénosphère. La limite entre les deux correspond à l’isotherme 1300°C, température à laquelle la péridotite devient plus ductile. Elle est en équilibre isostatique au niveau de la surface de compensation. Au-dessus de cette surface de compensation, toute colonne de lithosphère continentale est de même poids (modèle d’Airy).

L’excédent de masse constitué par les reliefs montagneux est compensé en profondeur par un déficit de masse (racine crustale). En effet les roches de la croûte continentale sont moins denses que la roche du manteau lithosphérique, la péridotite.

isostasie erosionOn observe aussi un équilibre isostatique lors de la fonte glaciaire (appelé « rebond isostatique ») :

isstasie calotte glaciaireOn observe ainsi des anomalies gravimétriques négatives au niveau de toutes les chaînes de montagnes ayant pour raison cette isostasie.

Conclusion

schéma bilan TP11 corrigé

V. L’épaisseur de la croûte continentale est le résultat d’un épaississement et d’un raccourcissement dus à des forces de convergence

Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques  permettent de reconstituer un scénario de l’histoire de la chaîne.

TP 18 Épaississement crustal

A. Les indices tectoniques : plis, failles inverses et nappes de charriage

Activité 1 TP 12

L’épaisseur de la croûte résulte d’un épaississement lié à un raccourcissement et un empilement. On peut mettre en évidence ces éléments par un modèle, et on retrouve de nombreux indices tectoniques dans les paysages des zones montagneuses récentes (Alpes, Pyrénées…).

a- Les failles

Les failles de type inverse sont un indice de déformation cassante des roches. Elles traduisent un raccourcissement local.

faille

b- Les plis

Les plis affectent les séries (couches) sédimentaires et témoignent d’une déformation souple.

plis faille

c- Les chevauchements

Les chevauchements et nappes de charriage.

Au niveau de certaines failles inverses, les contraintes sont telles que les blocs finissent par se superposer : c’est un chevauchement.

chevauchementLa formation de chevauchement d’une taille de l’ordre du kilomètre correspond à une nappe de charriage.

nappe de charriageNB : Les plis et les nappes sont souvent mis en évidence par des contacts anormaux (discontinuités) dans les terrains.

NB2 : Plusieurs nappes/chevauchements peuvent se produire dans une même zone. On parlera alors d’écailles.

B. Les indices pétrographiques

Dans les chaînes de montagnes, on trouve également des roches métamorphiques témoignant d’un enfouissement et de l’épaississement de la lithosphère. Le métamorphisme est une modification de la structure et de la composition d’une roche par une modification des conditions de pression et de température à l’état solide. Ces modifications peuvent être caractérisées par

  • une orientation de leurs minéraux due à un étirement
  • des transformations minéralogiques à l’état solide en fonction des conditions de pression et de température.
  1. Les gneissGneiss du Velay. Orthogneiss provenant du métamorphisme de granites monzonitiques porphyroïdes (528 Ma, Cambrien supérieur). Ils constituent le toit du granite du Velay. Ce sont des gneiss oeillés, foliés à porphyroclastes de feldspath potassique, quartz, biotite, plagioclases, feldspath potassique, sillimanite. Les porphyroclastes sont des phénocristaux magmatiques hérités du granite. De la muscovite tardive apparaît sur les feldspaths potassiques. <a href='http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article153' target='_blank'>Page liée</a>.<br /> Mots clefs: gneiss oeillés - métamorphisme - felspath.

Le gneiss est une roche métamorphique contenant du quartz, du mica, des feldspaths (plagioclases) et parfois du feldspath alcalin, tous suffisamment gros pour être identifiés à l’œil nu (phénocristaux). Le gneiss est caractérisé par l’alternance de petits lits clairs et de fins niveaux plus sombres : on parle alors de litage (gneiss = roche litée). Ce litage est lié à des contraintes de pression qui ont réorganisé les minéraux. On constate souvent qu’une déformation des minéraux se surimpose au litage. Cette déformation est appelée schistosité ou foliation. Dans le cas du gneiss, litage et schistosité sont confondus.

Le gneiss est une roche qui peut provenir du granite (orthogneiss). Il peut également provenir du métamorphisme de sédiments argileux (pélites) qui se transforment d’abord en schistes (présence de séricite), puis micaschistes (présence de grenat) et enfin en gneiss (paragneiss).

  1. Les migmatites

Dans certains cas, l’enfouissement est tel que l’on peut observer des traces de fusion partielle (anatexie). C’est le cas de la migmatite qui est le résultat de la fusion partielle d’un gneiss. Le liquide fondu (néosome) s’apparente à un granite et il est souvent composé d’une partie claire (leucosome : feldspaths) et d’une partie sombre (mélanosome : biotite, grenat et amphiboles). Les composants restants (paléosome) sont généralement sombres.

Conclusion : L’analyse des paysages et des roches permet de mieux comprendre les contraintes appliquées à certains ensembles géologiques et permet d’identifier les profondeurs et températures auxquelles les roches ont été portées.

L’ensemble de tous ces marqueurs (tectonique et pétrographique) permet de démontrer que les chaînes de collision sont des lieux de raccourcissement et d’épaississement de la croûte et de la lithosphère continentale (surtout en profondeur).

Pour réviser en ligne :

activité edu

 

 

 

 

Exercice d’application : exemple des coésites

Pour en savoir plus sur les migmatites : un article rédigé par Olivier Dequincey

Bilan : visionner une animation pour comprendre comment on passe d’un océan à une chaîne de montagnes :

animation collisionCompléter le schéma bilan (partie indice d’épaississement)

schéma bilan TP 12

5 commentaires pour Chapitre 1 La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

  1. S dit :

    Très bon cours simple et précis

  2. Je ne suis pas un de vos eleves, par contre en cherchant des cours et exerices pour ce chapitre, je suis tombe sur votre site. Je trouve que le cours est simple et bien fait. Merci!

  3. Broussaud MJ dit :

    Vous faites un excellent travail avec des cours bien structurés et nous vous remercions d’utiliser nos travaux. Je voudrai vous signaler un changement de lien dans le TP 11 Des différences entre les chaines de montagnes récentes et les massifs anciens = http://eduterre.ens-lyon.fr/thematiques/terre/montagnes/montagnes/differences. Les autres liens sont bons. Bonne continuation

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