Karamö, le prof virtuelLeçon 5 sur 29
La formation des roches magmatiques
Je sais expliquer d'où vient le magma, comment il monte et pourquoi la vitesse de son refroidissement donne soit une roche grenue, soit une roche microlitique, en m'appuyant sur une expérience.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Expliquer l'origine du magma par fusion partielle des roches profondes
- Décrire la remontée du magma et le rôle de la chambre magmatique
- Réaliser et interpréter l'expérience de cristallisation du salol
- Relier le lieu et la vitesse de refroidissement à la structure de la roche
Avant de commencer : La leçon « Les roches magmatiques » (structure grenue et microlitique, granite, basalte).
1Je découvre
Mariama aide sa mère à préparer du beurre de karité. Le beurre, fondu dans la marmite, est un liquide doré. Sa mère en verse une partie dans une calebasse posée à l'ombre, où il refroidit lentement pendant la nuit ; le reste, elle le verse en fine couche sur une assiette froide, où il se fige en quelques minutes.
Le lendemain, Mariama remarque une différence : le beurre de la calebasse est granuleux, avec de petits grains bien visibles, tandis que celui de l'assiette est lisse et uniforme.
En classe, elle en parle au professeur de sciences, qui s'enthousiasme : « Tu viens de découvrir, dans ta cuisine, le secret de la formation des roches magmatiques ! Le granite et le basalte ne se ressemblent pas pour une raison très proche. »
Comment se forme le magma, et pourquoi un même magma peut-il donner des roches d'aspects très différents ?
2Je comprends
1. D'où vient le magma ?
Contrairement à une idée répandue, l'intérieur de la Terre n'est pas un océan de roche fondue. Le manteau est solide, même s'il est très chaud. Le magma ne se forme qu'à certains endroits, par fusion partielle des roches : seule une petite partie des minéraux fond, et ce liquide se sépare de la roche restante.
La température augmente avec la profondeur : c'est le gradient géothermique, d'environ 30 °C par kilomètre dans la croûte continentale. Mais la chaleur seule ne suffit pas : la pression, elle aussi, augmente avec la profondeur, et une forte pression empêche les roches de fondre. La fusion se produit quand :
- la pression diminue (une roche chaude remonte rapidement, par exemple sous les dorsales océaniques) ;
- de l'eau arrive dans les roches chaudes (l'eau abaisse leur température de fusion, par exemple dans les zones où une plaque s'enfonce sous une autre) ;
- la température augmente localement (arrivée d'un magma très chaud à la base de la croûte).
Le magma est un mélange de liquide (roche fondue), de cristaux déjà formés et de gaz dissous (vapeur d'eau, dioxyde de carbone, gaz soufrés). Sa température va d'environ 700 °C pour un magma de type granitique à plus de 1 100 °C pour un magma de type basaltique.
2. La remontée du magma
Le magma est moins dense que les roches solides qui l'entourent. Comme une bulle d'huile dans l'eau, il a tendance à monter. Il se rassemble souvent dans une chambre magmatique, un grand réservoir situé à quelques kilomètres de profondeur. Ensuite, deux destins sont possibles :
- le magma reste en profondeur et refroidit dans la chambre ou dans des fissures : il donne une roche plutonique ;
- le magma atteint la surface par une cheminée : c'est une éruption volcanique, et la lave qui refroidit donne une roche volcanique.
- 1Fusion partielle des roches profondes (baisse de pression, eau ou chaleur)
- 2Le magma, moins dense, remonte et se rassemble dans une chambre magmatique
- 3Cas 1 : il reste en profondeur et refroidit lentement, les cristaux grandissent
- 4Cas 1 : il se forme une roche plutonique à structure grenue (granite, gabbro)
- 5Cas 2 : il monte jusqu'à la surface et sort sous forme de lave
- 6Cas 2 : la lave refroidit vite : roche volcanique microlitique (basalte, rhyolite)
3. L'expérience du salol : refroidissement lent et rapide
Le salol est une substance blanche qui fond à une température basse, vers 42 °C. On l'utilise au laboratoire comme un « magma miniature ».
Protocole :
- On fait fondre un peu de salol au bain-marie.
- On dépose une goutte de salol fondu sur une lame de verre tiède (réchauffée à environ 40 °C) : le refroidissement sera lent.
- On dépose une autre goutte sur une lame de verre froide (sortie du réfrigérateur) : le refroidissement sera rapide.
- On observe les deux lames à la loupe au bout de quelques minutes.
Résultats :
- Sur la lame tiède : de grands cristaux en aiguilles, bien formés, qui occupent toute la goutte.
- Sur la lame froide : de nombreux cristaux minuscules, et parfois une partie restée non cristallisée, comme du verre.
Interprétation : quand le refroidissement est lent, il se forme peu de germes de cristaux, et chacun a le temps de grandir. Quand le refroidissement est rapide, il se forme d'un coup beaucoup de germes qui n'ont pas le temps de grandir ; une partie du liquide se fige sans cristalliser, formant du verre.
Conclusion : la taille des cristaux dépend de la vitesse de refroidissement. Refroidissement lent → structure grenue ; refroidissement rapide → structure microlitique avec verre.
- Peu de cristaux
- Cristaux grands, visibles à l'œil nu
- Pas de partie vitreuse
- Comparable au granite (grenu)
- Très nombreux cristaux
- Cristaux minuscules
- Une partie reste vitreuse (verre)
- Comparable au basalte (microlitique)
4. Pourquoi une roche volcanique a-t-elle deux générations de cristaux ?
Dans un basalte, on voit quelques cristaux plus grands (les phénocristaux) au milieu des microlites et du verre. L'explication se fait en deux temps :
- 1er temps, dans la chambre magmatique, en profondeur : le magma refroidit lentement, et quelques minéraux (comme l'olivine) commencent à cristalliser et grandissent ;
- 2e temps, lors de l'éruption : le reste du magma, devenu lave, refroidit brutalement en surface et donne les microlites et le verre.
La roche volcanique garde ainsi la trace de deux vitesses de refroidissement successives.
Exemple
Explique la présence de grands cristaux d'olivine dans la pâte microlitique d'un basalte.
Étape 1 : je rappelle que la taille d'un cristal dépend de la durée de sa croissance.
Étape 2 : les grands cristaux d'olivine ont grandi longtemps : ils se sont formés dans la chambre magmatique, en profondeur, pendant un refroidissement lent.
Étape 3 : les microlites et le verre se sont formés rapidement, quand la lave est arrivée à l'air libre.
Conclusion : le basalte a connu deux étapes de refroidissement, d'abord lente en profondeur, puis rapide en surface.
Exemple
Dans la croûte, le gradient géothermique est d'environ 30 °C par kilomètre. La température en surface est de 25 °C. Calcule la température approximative à 20 km de profondeur, puis dis si un granite peut y fondre en présence d'eau, sachant qu'il commence alors à fondre vers 650 °C.
Étape 1 : augmentation de température : 20 × 30 = 600 °C.
Étape 2 : température à 20 km : 25 + 600 = 625 °C.
Étape 3 : je compare : 625 °C est inférieur à 650 °C.
Conclusion : avec ce gradient moyen, le granite ne fond pas encore à 20 km ; il faudrait une zone plus chaude ou une plus grande profondeur. C'est pourquoi la formation d'un magma est un événement local, qui demande des conditions particulières.
Méthode
Pour expliquer la structure d'une roche magmatique :
- J'identifie la structure : grenue, microlitique (ou intermédiaire pour une roche filonienne).
- J'en déduis la vitesse de refroidissement : lente ou rapide.
- J'en déduis le lieu : en profondeur ou en surface.
- Si la roche contient des phénocristaux dans une pâte, j'explique les deux temps de refroidissement.
5. Le cas du granite et de la dolérite en Guinée
Les granites du socle guinéen se sont refroidis à plusieurs kilomètres de profondeur, sur de très longues durées : leurs cristaux sont grands. S'ils sont aujourd'hui en surface, en Guinée forestière par exemple, c'est que l'érosion a enlevé, pendant des millions d'années, les roches qui les recouvraient.
La dolérite du Fouta-Djallon s'est mise en place dans des fissures et entre des couches de grès, à faible profondeur : son refroidissement a été plus rapide que celui d'un granite, mais plus lent que celui d'une lave. Ses cristaux sont petits mais visibles à la loupe : c'est une roche filonienne, intermédiaire.
3Je retiens
Je retiens
Le magma naît de la fusion partielle de roches profondes, favorisée par une baisse de pression, l'arrivée d'eau ou une hausse de température.
Le magma (liquide + cristaux + gaz), moins dense, remonte et se rassemble dans une chambre magmatique.
Refroidissement lent en profondeur : roche plutonique, structure grenue (granite, gabbro).
Refroidissement rapide en surface : roche volcanique, structure microlitique avec verre (basalte, rhyolite).
Expérience du salol : lame tiède = grands cristaux ; lame froide = petits cristaux et verre.
La taille des cristaux dépend de la vitesse de refroidissement.
Phénocristaux d'une roche volcanique = cristallisation lente en profondeur avant l'éruption.
4Erreurs fréquentes
- Croire que tout l'intérieur de la Terre est liquide : le manteau est solide ; le magma se forme seulement à certains endroits.
- Dire que la taille des cristaux dépend de la composition du magma : un même magma donne un gabbro ou un basalte selon la vitesse de refroidissement.
- Dans l'expérience du salol, oublier le témoin : il faut comparer deux gouttes identiques qui ne diffèrent que par la température de la lame.
- Penser que les phénocristaux se sont formés dans la lave, en surface : ils ont grandi avant, en profondeur.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Définis : fusion partielle, chambre magmatique, phénocristal, gradient géothermique.
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- Fusion partielle : fusion d'une partie seulement des minéraux d'une roche, qui produit un liquide magmatique.
- Chambre magmatique : réservoir de magma situé dans la croûte, à quelques kilomètres de profondeur.
- Phénocristal : grand cristal d'une roche volcanique, formé lentement en profondeur avant l'éruption.
- Gradient géothermique : augmentation de la température avec la profondeur (environ 30 °C par kilomètre dans la croûte continentale).
2Exercice 2
Cite les trois conditions qui peuvent provoquer la fusion des roches en profondeur.
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Une baisse de la pression, l'arrivée d'eau dans des roches chaudes, une hausse locale de la température.
3Exercice 3
Dans l'expérience du salol :
a) Quel est le seul facteur que l'on fait varier entre les deux lames ?
b) Pourquoi doit-on utiliser la même quantité de salol sur chaque lame ?
c) Quelle lame modélise la formation du basalte ? Justifie.
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a) La température de la lame, donc la vitesse de refroidissement.
b) Pour que la seule différence entre les deux gouttes soit la vitesse de refroidissement ; sinon on ne pourrait pas savoir quelle cause explique le résultat.
c) La lame froide : le refroidissement y est rapide et donne de petits cristaux et du verre, comme dans le basalte, lave refroidie rapidement en surface.
4Exercice 4
Avec un gradient géothermique de 30 °C par kilomètre et une température de surface de 25 °C :
a) Calcule la température à 5 km, à 10 km et à 35 km de profondeur.
b) À quelle profondeur la température atteint-elle 1 225 °C ?
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a) À 5 km : 25 + 5 × 30 = 25 + 150 = 175 °C. À 10 km : 25 + 300 = 325 °C. À 35 km : 25 + 35 × 30 = 25 + 1 050 = 1 075 °C.
b) Il faut une augmentation de 1 225 - 25 = 1 200 °C, soit 1 20030 = 40 km de profondeur.
5Exercice 5
(Type composition) Un élève compare deux roches de même composition. La roche A présente des cristaux jointifs de 2 à 5 mm. La roche B présente, au microscope, quelques cristaux de 2 mm dans une pâte de microlites et de verre.
a) Nomme la structure de chaque roche.
b) Classe chaque roche : plutonique ou volcanique ?
c) Explique, en deux temps, la formation de la roche B.
d) Propose une expérience simple pour montrer le lien entre vitesse de refroidissement et taille des cristaux.
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a) A : structure grenue. B : structure microlitique (avec phénocristaux).
b) A : plutonique. B : volcanique.
c) 1er temps : dans la chambre magmatique, en profondeur, le magma refroidit lentement et les phénocristaux de 2 mm grandissent. 2e temps : lors de l'éruption, la lave refroidit brutalement à la surface ; il se forme des microlites et une partie reste à l'état de verre.
d) L'expérience du salol : on fait fondre du salol, on en dépose une goutte sur une lame tiède et une goutte identique sur une lame froide, puis on compare à la loupe la taille des cristaux obtenus.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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