COURS METAMORPHIQUE L3

Cours
Préparé au profit des étudiants de 3ème Année licence
Géologie appliquée
Intitulé de la matière :
PETROLOGIE DES ROCHES
METAMORPHIQUES
Par Dr. LEKOUI Abdelmalek
Maitre de conférences à l’université M.S.B – Jijel
** Année 2021**
République algérienne démocratique et populaire
Ministère de l’enseignement supérieure et de la recherche scientifique
Université Mohammed Seddik Benyahia – Jijel
Faculté des sciences de la nature et de
la vie, Département des sciences de la
terre et de l’univers.

Chap. I Pétrologie des roches métamorphiques
p. 1
Mr. Lekoui A/Malek. Univ. M.S.B – Jijel. 2020
INTRODUCTION
Les roches magmatiques, formées à des températures relativement élevées (650 à
1200°C), et les roches sédimentaires, déposées à la surface de la terre, représentent les
termes extrêmes de l’intervalle de températures réalisées dans le processus de la
formation des roches. Plus tard et au cours des événements géologiques, de telles
roches peuvent devenir une partie d’une région de la croûte terrestre où existent des
températures intermédiaires ; donc différentes des températures de leur formation.
Aussi, la pression de leur nouvel environnement sera, en général, différente de la
pression de leur formation. En ces nouvelles conditions de T et P, les roches subissent
deux types principaux de changements: (1) un changement minéralogique où plusieurs
minéraux, qui seront instables dans ces roches, réagissent, souvent à l'état solide, et
forment des assemblages minéraux en équilibre ou tendent vers un équilibre et (2) un
changement textural où la recristallisation des minéraux produira de nouvelles
textures tel que l'alignement des minéraux phylliteux dans les micaschistes et le
grossissement progressif des grains depuis le calcaire vers le marbre. Ces deux types
de changements peuvent se produire, dépendant du type de métamorphisme et du type
de roche en question, soit ensemble soit plus ou moins indépendamment.
Plusieurs études ont montré que les roches métamorphiques ont la même
composition chimique que leurs parents sédimentaires ou magmatiques, sauf la perte
ou l'addition des espèces volatiles (souvent H2O et CO2). Ce type de métamorphisme
est appelé métamorphisme isochimique. Parfois, cependant, la composition chimique
d'une roche change beaucoup durant sa recristallisation. Cela se produit souvent là où
la circulation des solutions chaudes à travers les fractures des roches est importante ;
plusieurs éléments chimiques seront fixés alors que d'autres migrent ailleurs. Ce
processus de changement chimique durant le métamorphisme est appelé
métamorphisme allochimique ou métasomatisme.

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Mr. Lekoui A/Malek. Univ. M.S.B – Jijel. 2020
CHAPITRE I
I. DEFINITION ET FACTEURS DU METAMORPHISME
I.1 Définition du métamorphisme
Le métamorphisme est défini étant un ensemble de transformations minéralogiques,
texturales, structurale…etc que subit une roche sous l’effet de l’application ou de la
variation de la pression et de la température (en présence ou non d’une phase fluide).
Ces transformations s’accomplissent à l’état solide. En conséquence, il n’y a pas de
fusion de la matière et le phénomène métamorphique est souvent accompagné par une
déshydratation et recristallisation minérale.
Les minéraux de métamorphisme comme tout système chimique, vont répondre aux
variations des propriétés de leur environnement. Les minéraux recristallisent,
évoluent et changent de forme et de chimisme pour s’adapter aux changements de
pression et de température. Il existe deux manières pour qu’un minéral se transforme
et s’adapte :
(1) En changeant de géométrie du réseau cristallin (squelette). Comme pour les
trois polymorphes de silicate d’alumine « andalousite, sillimanite et disthène »
qui partagent le même chimisme Al2SiO5.
(2) En changeant d’éléments chimiques qui le composent, soit partiellement
(Chlorite → Biotite) ou complètement (minéraux argileux → micas).
 La roche d'origine soumise au processus métamorphique est appelée
‘’protolithe’’. Le protolithe peut être tout type de roche, et parfois les
changements de texture et de minéralogie sont si sévères qu'il est difficile de
distinguer la nature du protolithe.
 Lors du métamorphisme, Il n’y a pas de perte de la matière si l’on excepte,
l’eau et le CO2, par conséquent, la composition chimique peut rester
inchangée ((1) transformation isochimique) ou change partiellement ou
complètement ((2) transformation allochimique), comme suite :

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(1) NaAlSi3 O8 ➔ NaAlSi2O6 + SiO2
Albite Jadéite Quartz
(2) 3CaMg(CO3)2 + 4SiO2 + H2O ➔ Mg3Si4O10(OH)2 + 3CaCO3 + 3CO2
Dolomite Quartz Talc Calcite
I.2 Les facteurs du métamorphisme
Les facteurs physiques qui contrôlent le processus métamorphique sont la pression et
la température, auxquels se rattachent également la présence d’une phase fluide et le
facteur temps : Si les carbonates et les minéraux hydratés participent à la réaction
métamorphique, le CO2 et H2O sont libérés. Plus la température du métamorphisme
est élevée, plus la quantité de CO2 et de H2O combinés dans les minéraux stables est
faible. Donc une phase fluide composée de constituants volatils est toujours présente
lors du métamorphisme de ces roches
I.2.1 Rôle de la pression
La pression est responsable de la déformation et de la réduction du volume de la roche,
par conséquent, il en résulte une recristallisation à forte densité (foliation) avec
simplification du système cristallin. L’exemple type est représenté par les silicates qui
cristallisent à la surface en « phyllo » et en profondeur en « tecto » (structure cubique
simple). L’origine de la pression peut être :
I.2.1.1 La pression lithostatique (Pl)
Ce type de pression est généré par le poids des roches qui surmontent la roche soumise
au métamorphisme, elle est fonction de la densité des roches () et de la profondeur
(h) à laquelle elle s'exerce. Elle est isotrope, et ne provoque pas de déformation. Elle se
calcule par la formule suivante :
Pl =  g h
Où
 = densité des couches sus-jacentes,
g = pesanteur,
h = profondeur d’enfouissement.
Remarque :
La pression solide moyenne Ps a pour expression :
Ps = (N1 + N2 + N3) /3

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C'est la moyenne des trois contraintes totales principales. Ainsi, dans le cas le plus
général, la pression totale qui s'exerce sur un élément de roche en profondeur inclut à
la fois la pression lithostatique et les contraintes totales engendrées par les efforts
tectoniques. La différence Pl – Ps définit la "surpression tectonique", qui représente,
semble-t-il, une assez faible fraction de la pression totale (quelques centaines de bars),
compte tenu de la plasticité des terrains pendant le métamorphisme. En première
approximation on peut poser Pl = Ps. Cette conclusion montre le rôle limité de
l'anisotropie des contraintes dans la réalisation des pressions très élevées qui ont été
supportées par les roches des séries métamorphiques dites de haute pression.
I.2.1.2 La pression tectonique (Pt)
Elle est fonction des forces tectoniques (compression) lors des chevauchements et des
processus orogéniques. Elle est anisotrope et orientée. Elle cause des déformations
donnant de nouvelles structures telle que la schistosité.
I.2.1.3 La pression des fluides (Pf)
C'est la pression appliquée par les fluides au niveau des pores des roches favorisant la
circulation et facilitant les réactions de transformations minérales et les échanges de
matière (figure I-1).
L'existence d'une phase fluide dans les roches au moment du métamorphisme est
prouvée par de nombreuses observations : présence d'inclusions fluides primaires dans
la plupart des minéraux, existence de fractures de tension synchrones du
métamorphisme, mise en évidence d'isogrades de déshydratation jusque dans les
domaines les plus intensément transformés (catazone du faciès des granulites). Donc,
cette pression est produite par les fluides H2O, CO2, SO2,…etc qui sont présents dans
les pores entre les minéraux des roches et les microfissures ou veines. Dans les parties
superficielles et moyennes de la croûte terrestre, Pl = Pf . Cette dernière diminue avec
l’augmentation de la profondeur parce que la quantité d’eau diminue ainsi que la
porosité et la perméabilité.