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Metamorphisme

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Metamorphisme

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Le métamorphisme est une transformation sans fusion.


A\ Les facteurs fondamentaux.


1\ Température.


En a, on a la croûte continentale, froide.

En b, on retrouve la croûte océanique, chaude.

Un gradient de 30°C / km existe.


Dans les dorsales, les solides anhydres peuvent fondre.

Il y a présence d’un dôme thermique qui fait remonter les isothermes : on a distinction de zones chaudes et de zones froides.



La subduction montre une invagination des isothermes.



Ici, le déplacement des isothermes se fait vers le bas.


Quand la température est le principal acteur du métamorphisme, on parle de métamorphisme thermique.


2\ Pression.


On verra d’abord la pression lithostatique : celle-ci augmente avec la profondeur.

On trouve ensuite la pression tectonique : cette pression vient de la collision des plaques. Elle provoque un métamorphisme HT (haute température).

Enfin, on notera la pression des fluides. Ce type de pression peut se faire grâce au dégagement de fluides : il (le dégagement) a un rôle dans le déplacement et la transformation métasomatique.


3\ Composition chimique.


On parle dans ce cas de métamorphisme isochimique : la composition chimique est constante. La roche métamorphique est un système fermé. Par exemple, c’est le cas de l’ardoise et du gneiss qui ont la même composition : toutes les deux ont pour origine l’argile.

Dans la nature, on peut avoir un phénomène de transfert : on parle de métamorphisme allosomatique. Selon la composition de la roche initiale, on a plusieurs séquences métamorphiques :

- Les arénacées : roches venant entre autres des grès.

- Les carbonatés : roches venant des calcaires.

- Les Alumineuses : roches venant des argiles (aluminisées).

Les roches métamorphiques peuvent provenir d’une roche initiale sédimentaire ou d’une roche magmatique.

Si la roche d’origine est magmatique plutonique, on donnera le préfixe ortho à la nouvelle roche.

Si la roche d’origine est sédimentaire, on donnera à la nouvelle roche formée le préfixe para (parfois, c’est le préfixe méta qui est utilisé).


B\ Les transformations mécaniques.


Deux ordres de transformation existent. Il peut y avoir modification minéralogique, un métamorphisme de degré élevé (HP, HT).

La modification structurale correspond à l’acquisition d’une nouvelle structure qui peut effacer la structure antérieure.


1\ Modifications structurales (figure K1).


La structure caractéristique des roches métamorphiques est la schistosité. C’est une structure planaire qui apparaît perpendiculairement à la contrainte maximale affectant la roche. Cette structure existe dans toutes les roches métamorphiques (elle est proche de la foliation).

Attention : toutes les roches présentant une schistosité ne sont pas métamorphiques.


Dans toutes les chaînes de montagnes, il y a trois étages structuraux. Ils sont caractérisés par des mécanismes et un type de déformation par niveau.

Les roches n’ont pas toutes les mêmes comportements mécaniques.


- Etage supérieur : il y a cisaillement et fracturation (il y a des zones de grandes failles et de chevauchements).

- Etage moyen : c’est le niveau des flexures, des plis qui sont isopaques (de même épaisseur). Il n’y a pas de schistosité.

- À à peu près moins de 3000 mètres, c’est le niveau inférieur. Il y a aplatissement. Les plis sont anisopaques (par glissement). La charnière est épaisse et les flans sont étirés. Il y a apparition de la schistosité dans le plan axial des plis. C’est une réorientation des minéraux.



Ensuite, les roches sont toutes foliées. Les minéraux sont nés pendant le métamorphisme.


En a, on a du grenat : foliation horizontale qui contourne ces cristaux de grenat. Ce cristal existait avant.

En b : andalousite, contient des micas postérieure.

En c : staurotides qui sont postérieures, mais qui ont tourné.

En d : cristaux antérieurs au pli contemporains des phyllithes.

En e : minéraux qui cristallisent et tournent en même temps.


2\ Modification minéralogique (Figure M).


Réaction d’addition ou d’inversion.


Addition : cas de la Wollastonite. Qz (SiO2) + CO3Ca CO2 (qui se dégage) + CaSiO3 (Wollastonite).


Cette expérience fonctionne bien dans les conditions stoechiométriques. Au point M, bonnes conditions : déroulement normal. Tout le quartz et toute la calcite ne vont pas réagir (il y a donc des restes).


3\ Faciès et zones métamorphiques.


a\ Zonéographie du métamorphisme.


Selon l’intensité du métamorphisme, on distingue différentes zones métamorphiques. Quand l’intensité métamorphique est faible, on parle d’épizone en surface avec production de schistes.

Quand le métamorphisme est plus intense, on parle de mésozone.

Dans le cas de métamorphisme de grande profondeur (en base de la croûte), on parle de catazone avec formation de gneiss.


b\ Faciès métamorphiques et minéraux index.


Définition : un minéral index est caractéristique d’UNE température ou d’une pression. L’ensemble des minéraux constitue les roches métamorphiques c’est une paragenèse minérale. Par exemple, la paragenèse du gneiss est : Qz + felds + mica.


Une paragenèse minérale peut contenir des minéraux index. (par exemple, la wollastonite).


Notion : la notion de faciès métamorphique :

- les matériaux qui ont le même chimisme initial subissant la même formation, la même pression présentent les mêmes paragenèses.

- les matériaux présentant le même chimisme initial et subissant des températures, des pressions différentes, présentent des paragenèses différentes.

- les roches aux chimismes initiaux différents mais subissant les mêmes températures, pressions, présentent des différences liées uniquement aux chimismes intiaux.


La notion de faciès regroupe toutes les roches métamorphiques ayant subies les mêmes conditions de température et de pression.


Les roches d’un même faciès se sont formées dans les mêmes conditions. La paragenèse montre un équilibre des conditions régnant au moment de la formation des roches métamorphiques.



On a des faciès différents selon la température et la pression ; ces faciès sont donnés grâce à des « courbes limites ».

Le faciès BT / BP : la zéolite (de Nouvelle-Zélande).

Le faciès +BT / +BT : schistes green (au départ des zones de subduction).

Le faciès hP : amphibolite.

Le faciès HP, BT : granulite (en base de croûte pour les roches anhydres).

Le faciès HP : schistes bleus (éclogites).


Le faciès éclogite affecte uniquement les basaltes (plancher océanique). Ces faciès sont caractérisés par leur paragenèse (Ky/ And/ Sil).


c\ Enchaînement de faciès.


Dans les chaînes de montagnes, il y a souvent des enchaînements de faciès. Ils peuvent s’enchaîner de façon logique.

- Si le gradient géothermique est de 100° par kBar (20° par km), on passe de la zéolite à la prénite puis aux schistes bleus et si l’on a de la matière océanique, on passera à la formation d’éclogite (enchaînement HP).

- Une roche caractérise un faciès.

- Si le métamorphisme est HT : zéolite schiste vert amphibolite granulite (en base de croûte).


C\ Différents types de métamorphismes.


1\ Diagenèse d’enfouissement.


Les sédiments compactés éliminent l’eau interstitielle. Le gradient de température est de 10° par km. C’est un métamorphisme HP. Il y a enfouissement par subsidence et accumulation importante (au-dessus) (par exemple, le golfe du Mexique). On arrive jusqu’à 20km de profondeur de sédiments ! A 20 km de profondeur, la pression est d’environ 5,5kBar. On est dans le faciès prénite (et parfois, schiste bleu).


2\ Métamorphisme de subduction.


Les plaques subduites s’enfoncent dans la subduction à haute pression (sédiments océaniques et basaltes) et il va y avoir formation de zéolite et de schistes bleus (parfois, de schistes verts) ET d’éclogite.


3\ Métamorphisme de contact.


a\ Caractères généraux.


Ce métamorphisme se développe autour des masses magmatiques intensives. Il y a une auréole métamorphique. L’importance de cette auréole dépend de la masse magmatique intensive. Le métamorphisme dans l’auréole est croissant quand on se rapproche du magma. Le métamorphisme est indépendant des structures de l’encaissant : c’est un métamorphisme thermique.

Un faciès caractéristique est le faciès de cornéennes de type amphibolite. L’épaisseur de l’auréole dépend du magma : elle peut aller de 0,5 à 1 km. Si le filon magmatique est d’environ 1 mètre, l’auréole ne sera que de quelques centimètres.


b\ Place sur le diagramme T° / P°.


- HT : gradient de 70°C / km (fort). Zéolite schiste vert amphibolite (andalousite, minéraux noirs) parfois de la granulite.


4\ Métamorphisme général ou régional.


Ce type de métamorphisme a lieu en base de la croûte, sous les chaînes de montagnes. Il y a intervention de pression et de température.


a\ Place sur le diagramme T° / P°.


On distingue deux types de métamorphismes : A (haute pression et température moyenne, type Abukuma) et B (haute pression et température moyenne, type Barrow).


Type A : schistes verts  épidole amphibolite (exemple dans les Pyrénées).

Type B : affecte le nord de l’Ecosse. Il n’y a presque que du disthène avec très peu de sillimanite.


b\ Evaluation du gradient géothermique.


Quand une roche se transforme en profondeur, on obtient une structure spécifique. Quand la roche remonte, celle-ci peut se retransformer.


5\ Migmatisation et anatexie.


La fusion partielle de la croûte donne un « jus » granitique dans les roches voisines (liquide anatectique). Dans les roches métamorphiques on retrouve alors un mélange granitique (clair) + des roches métamorphiques (gneiss sombre) (= migmatite).




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Ajouter par : coursgeologie
Publié : le 22 mars 2011 à 19:19




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