F3 - Pourcentage de fusion d'une péridotite à l'origine d'un magma basaltique
1S - géologie

version corrigée

Objectif notionnel :
ll'origine péridotique (mantellique) des magmas de composition basaltique (ou gabbroïque)

Objectif méthodologique :
utilisation d'un tableau à double entrée : analyse d'un document de type tableau

version non corrigée (pdf)

N.B. Cette fiche demande de connaître les coefficients de partage vus dans la fiche 2 - Coefficients de partage : comportement des éléments chimiques lors des changements de phase (f1sg2.pdf, corrigé: f1sg2.htm)

Le tableau ci-dessous est suffisamment complexe pour qu'on puisse lui appliquer la démarche scientifique d'analyse qui comporte deux temps :

1er temps - comprendre le tableau

Que signifient les chiffres des lignes ?

Quelles grandeurs ?
Une composition chimique en un élément (Si, Al....) dans un solide ou un liquide exprimée en poids d'oxyde (masse d'élément x 100 / masse totale du solide ou du liquide).

Quels domaines de variation ?
La plus faible concentration est de 0,1% et la plus forte de 51,6 %

Que signifient les chiffres des colonnes ?

1ère colonne :
Composition chimique d'une roche solide de type péridotite. C'est la péridotite qui va donner le magma ou péridotite-mère.

6 colonnes centrales :
Selon 6 % de fusion différent, on a la composition du magma issu de la péridotite-mère. C'est donc la composition chimique d'un liquide.

dernière colonne :
C'est la composition chimique d'une roche solide : le basalte de dorsale, que l'on suppose être issue de la solidification d'un magma issu de la fusion d'une péridotite.

Comparaison sur une même ligne :

Que signifie une augmentation du pourcentage entre deux colonnes ?
Si le pourcentage d'un élément chimique augmente entre la péridotite et un magma c'est que l'élément chimique se concentre facilement dans le liquide (coefficient de partage faible).

Que signifie une diminution du pourcentage entre deux colonnes ?
Si le pourcentage d'un élément chimique diminueentre la péridotite et un magma c'est que l'élément chimique ne passe pas facilement dans le liquide et qu'il reste dans le solide (coefficient de partage élevé).

Comparaison entre deux lignes dans une même colonne
La péridotite est enrichie en Si, Mg et Fe du fait de la présence d'Olivine (voir F1) de formule (Mg,Fe)2SiO4 et de pyroxènes aussi ferro-magnésiens., alors que le magma et le basalte contiennent surtout des silicates d'alumine avec Si atteignant presque 50% puis Al dominant les autres éléments.

Comparaisons croisées
Les éléments chimiques ont des comportements différents vis-à-vis de la fusion. Lorsque la péridotite fond l'aluminium passe préférentiellement dans le magma. Le liquide s'enrichit donc fortement en aluminium par rapport à la péridotite mère. Pour le magma et pour le basalte on notera que les éléments sont classés dans une colonne par abondance décroissante vers le bas. Plus les éléments sont abondants plus les minéraux qui vont cristalliser lors de la solidification du basalte contiendront ces éléments. Les minéraux du basalte sont les silicates d'alumine (Felspaths palgioclases, micas...) et l'olivine.
(d'après Dercourt et Paquet et livret d'accompagnement des diapositives "Roches magmatiques", Claude Schneider, CRDP de Strasbourg, 1988)

Résultats expérimentaux de fusion partielle d'une péridotite-mère:
Oxydes
Composition chimique exprimée en poids d'oxydes (d'après Nathan, p 325)
péridotite-mère utilisée lors de l'expérience
% de fusion
basalte de dorsale
5%
15%
20%
25%
30%
40%
SiO2
44,9
47
48
48,6
50,1
50,5
51,6
48
Al2O3
3,2
15,7
13,2
12,8
11,8
10,5
7,8
14,3
Fe2O3
8,6
13,9
12,1
8,9
8,3
8,9
8,4
11
MgO
40
10,4
12
15,4
18,8
19,2
23,9
12
CaO
3
9,2
12,6
13,2
10,1
9,9
7,4
12
Na2O
0,2
2,6
1,5
1,1
0,8
0,9
0,8
2,2
K2O
0,1
1,2
0,6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,5

2ème temps : comprendre le phénomène

Quel est le phénomène géologique que l'on désire étudier ici ?
C'est la fusion partielle de la péridotite mantellique en magma qui va remonter au niveau de la dorsale et solidifier soit en profondeur, et donner un gabbro, soit en surface, et donner un basalte. Gabbro et basalte ont la même composition chimique issue de la soli-dification complète du magma d'origine mantellique.

Décrire les éléments caractéristiques du phénomène en utilisant un vocabulaire le plus scientifique possible (et notamment la notion de coefficient de partage)
La comparaison des compositions des magmas expérimentaux de degrés de fusion variable permet de penser que le magma qui se rapprocherait le plus de la composition du basalte de dorsale présenté ici, serait issu d'une péridotite fondue à 15%. On note en effet qu'à partir d'une roche très fortement enrichie en Mg, et dans une moindre mesure en Fe, le magma obtenu pour 15% de fusion, est très enrichi en Al (qui possède donc un coefficient de partage très faible), peu enrichi en Fe, Ca, Na, K (dont le coefficient de partage n'est donc pas non plus élevé), mais par contre fortement appauvri en Mg qui a le coefficient de partage le plus élevé.
On remarque le comportement du K qui semble passer presque entièrement dans le liquide (dix fois plus concentré à 5% de fusion dans le liquide que dans le solide) mais dont la concentration diminue au fur et à mesure que le degré de fusion augmente, probablement du fait de la faible quantité disponible dans la roche-mère. Au total, la concentration dans le magma à 15% qui est la plus proche de celle dans basalte de dorsale, est un bon marqueur du degré de fusion (qui doit donc être très légèrement supérieur à 15%).