Chapitre 2 – l`origine du volcanisme et la mise en place des

Cha
p
itre 2 – l’origine du volcanisme et de la mise en
p
lace des granitoïdes.
Objectif : Expliquer la présence des roches métamorphiques et des roches magmatiques.
I. La formation du magma.
1) Le métamorphisme lors de la divergence de la plaque océanique.
1ère étape :
La croûte océanique est constituée de basalte et de gabbro seulement au niveau de la dorsale.
Les plagioclases et les pyroxènes (minéraux anhydres) sont stables à 800° C. Quand on
s’éloigne de la dorsale, ils se refroidissent à 600° C. Plagioclases et pyroxènes ne sont plus
stables. De plus, lors des mouvements de plaques, celles-ci sont déformées et fracturées, ce
qui favorise une importante circulation de fluide dans la croûte océanique
(hydrothermalisme océanique).
Par conséquent, l’association plagioclase – pyroxène se transforme en amphibole brune
(minéral hydraté).
Plagioclase + pyroxène + eau = amphibole brune (hornblende)
Le basalte et le gabbro se transforment en métabasalte et métagabbro à hornblende, roches
métamorphiques à 2% d’eau.
2ème étape :
Si l’on s’avance un peu plus près de la zone de subduction, l’amphibole brune est remplacée
par des amphiboles vertes suivant la réaction :
Plagioclase + hornblende + eau = chlorite + actinote
Les métabasaltes et métagabbros à hornblende se transforment en métabasaltes et
métagabbros à actinote et chlorite contenant 4 à 10% d’eau. C’est un métamorphisme du
faciès à schiste vert.
La lithosphère océanique est progressivement hydratée. Basalte et gabbro sont
métamorphisés en métabasalte et métagabbro contenant des minéraux hydratés comme
l’amphibole brune puis verte suivant la réaction :
Pyroxène + plagioclase + eau = amphiboles.
C’est un métamorphisme basse température en présence d’eau de mer.
2) Le métamorphisme HPBT lors du plongement de la lithosphère océanique.
Dans une zone de subduction, la lithosphère océanique s’enfonce dans un manteau chaud.
Cependant elle se réchauffe lentement car les roches ont une mauvaise conduction thermique
de la chaleur, donc sa température reste relativement faible même à grande profondeur. En
revanche, la pression augmente avec la profondeur donc les roches qui constituent la
lithosphère sont soumises en s’enfonçant à des transformations HPBT.
Chaussard Caroline - 1 - 2005-2006

Dès les 1ers Km de l’enfouissement de la lithosphère dans le manteau, l’augmentation de la
pression va induire une série de réactions de déshydratation successives :
- dans le faciès schistes bleus (10 à 50 Km) les amphiboles vertes instables sont
remplacées par une amphibole bleue : le glaucophane. La croûte océanique est
composée de métabasaltes et métagabbros à glaucophane qui ne contiennent plus que
2% d’eau.
- dans le faciès éclogite (50 à 300 Km) le glaucophane est remplacé par le grenat et la
jadéite, minéraux anhydres. La croûte océanique est alors composée de métabasaltes et
métagabbros à grenat et jadéite.
- la péridotite lithosphérique au cours de son enfouissement subit un métamorphisme
HPBT qui la transforme en serpentine avec libération d’eau.
Le métamorphisme HPBT subi par la lithosphère océanique libère progressivement de l’eau
entre 10 et 300 Km de profondeur.
Gabbros ou basaltes de la croûte océanique
Métamorphisme par hydratation
lorsque la lithosphère océanique
s’éloigne de la dorsale et se refroidit
Métagabbros ou métabasaltes
A actinote et chlorite Métamorphisme HPBT
par déshydratation lorsque
la lithosphère océanique
s’enfonce dans le manteau
asthénosphérique
Métagabbros ou métabasaltes
A glaucophane déshydratation
Métagabbros ou métabasaltes à grenat et jadéite
Faciès schistes verts
Faciès schistes bleus
Faciès à éclogites
3) La fusion partielle de la péridotite.
Placés dans des conditions de températures et de pressions variables, la péridotite mantellique
peut se présenter sous 3 états différents : solide, solide + liquide c'est-à-dire partiellement
fondu, ou totalement liquide. (voir graphique 2 TP2)
La courbe du solidus sépare la phase solide de la phase solide + liquide (fusion partielle) de la
péridotite. Le solidus hydraté s’est déplacé par rapport au solidus sec, vers des températures
plus basses. On dit que la présence d’eau abaisse le point de fusion de la péridotite.
Chaussard Caroline - 2 - 2005-2006

On connaît l’évolution de la température en fonction de la profondeur dans une zone de
subduction (géotherme de zone de subduction). Il coupe seulement le solidus hydraté. Donc
seules les péridotites hydratées subissent la fusion partielle.
Le métamorphisme HPBT de la plaque plongeante libère de l’eau qui migre vers le haut à
travers les péridotites mantelliques de la plaque chevauchante. Cela abaisse leur point de
fusion partielle. Entre 80 et 130 Km de profondeur pour une température de 1000 ou 1200°C,
la fusion partielle de la péridotite du manteau forme un magma calco–alacalin et siliceux donc
visqueux et très riche en gaz.
Le magma des zones de subduction provient de la fusion partielle des péridotites hydratées
de la plaque chevauchante situées au dessus du plan de Bénioff.
II. La cristallisation des roches volcaniques et plutoniques à partir du magma.
Le magma moins dense que le manteau monte et s’accumule à la limite manteau/croûte, dans
des chambres magmatiques où s’effectue une cristallisation fractionnée. Périodiquement, le
magma de composition variable remonte par des fissures :
- de la plaque chevauchante océanique. Une partie de ce magma acide s’épanche. A
sa surface se forme un arc insulaire composé de roches andésitiques (andésite, rhyolite)
à texture microlitique en raison d’une vitesse de refroidissement rapide.
Ce volcanisme est explosif : Krakatoa en Indonésie, montagne Pelée en Martinique.
L’autre partie est stockée et cristallisée lentement, au sein de la croûte chevauchante
(pluton de granodiorite à texture grenue).
- de la plaque chevauchante continentale. Si ces fractures atteignent la surface, il se
forme à la surface du continent des volcans andésitiques très explosifs (ex : le mont
Saint Helens dans la chaîne des cascades au Canada). Si la fracture n’atteint pas la
surface, le magma andésitique cristallise lentement en profondeur. On obtient un
pluton de granitoïdes à structure grenue (ex : granodiorite) qui augmente l’épaisseur
de la croûte continentale.
Péridotite mantellique + apport d’eau
Fusion partielle
Magma calco-alcalin
subissant dans la chambre magmatique
une cristallisation fractionnée
Vitesse de refroidissement
rapide, en surface de la croûte
terrestre.
Vitesse de refroidissement lente,
en profondeur dans la croûte
terrestre.
Roches magmatiques volcaniques (texture
microlitique).
Roches magmatiques plutoniques (texture
grenue).
Andésite (amphibole)
Rhyolite (quartz) Diorite (amphibole)
Granite (quartz)
Chaussard Caroline - 3 - 2005-2006
granitoïdes