De la coésite au quartz dans une éclogite

Le Métamorphisme : roches, pression et température (1)
De la coésite au quartz dans une éclogite
Eclogite de Dora
Maira
La roche contient de
nombreux grenats qui
présentent des enclaves
de coésite en cours
de transformation
en quartz. Ce
métamorphisme
rétrograde
s’accompagne d’une
augmentation de volume
qui fait éclater le grenat.
La transition coésitequartz témoigne de
conditions de pression
de l’ordre de 3 GPa
Les polymorphes de
la Silice
Pour la même formule
chimique, SiO2, il existe,
selon les conditions
thermodynamiques,
plusieurs espèces
minérales différentes. On
parle de polymorphes.
Le Métamorphisme : roches, pression et température (2)
La «fourchette» des silicates d’alumine
Les silicates d’alumine
A la formule générale Al2SiO5 correspondent trois minéraux différents,
trois façons différentes de cristalliser cette espèce chimique. Ce sont
le disthène, l’andalousite et la sillimanite. On dit que ce sont trois
polymorphes.
Les domaines de stabilité
Ils sont séparés par des segments de droites, l’ensemble étant
concourant en un point triple.
Les trois domaines représentent les conditions de pression et température
pour lesquelles telle ou telle espèce est stable.
Les droites séparant les domaines sont les ensembles de couples (P,T)
pour lesquels deux espèces co-existent en équilibre (= droites d’équilibre
univariant) .
Le point triple représente le couple (P,T) pour lequel les trois espèces de
silicate d’alumine co-existent en équilibre (= point d’équilibre invariant).
Le Métamorphisme : roches, pression et température (3)
Des roches entièrement cristallisées...
Structure
granoblastique
Structure
granoblastique
orientée
La structure granoblastique
Cette structure caractérise certaines roches métamorphiques exemptes
de figures de déformation (on les trouvera par exemple dans des
contextes de thermo-métamorphisme). En contexte de déformation, on
observera des textures granoblastiques orientées, par exemple.
L’intime intrication des minéraux est la marque d’une cristallisation intense
qui a gagné la totalité de la roche. Aucun minéral n’est automorphe et
tous s’interpénètrent souvent à la manière de pièces de puzzle ; c’est là
la marque d’une cristallisation qui ne s’est pas faite à partir d’un magma,
mais bien à l’état solide.
Le Métamorphisme : roches, pression et température (4)
Des couronnes réactionnelles
Eclogite à grenat.
Sur cet échantillon, on observe, à fort grossissement, une couronne de
Hornblende (Hb) et de Plagioclase (Pl) qui se forme aux dépends d’un grenat (Gt)
et d’un pyroxène (Omph., pour omphacite).
La structure «chevelue» de la couronne souligne le caractère très intriqué, très
intime de l’interpénétration entre les quatre espèces en présence. Il s’agit là
d’une réaction chimique, au ralenti, que l’on peut observer en lame mince.
C’est bien entendu le caractère solide de ces transformations qui impose cette
extrème lenteur des réactions.
Texture symplectique
On nomme symplectique cette
structure en chevelu complexe
qui caractérise les réactions du
métamorphisme.
Le Métamorphisme : roches, pression et température (5)
Métamorphisme de contact à Sélestat (1)
Extrait de la carte géologique de Sélestat 1/50 000
Des schistes de Villé aux Cornéennes, la composition chimique globale des
roches est constante
Le Métamorphisme : roches, pression et température (6)
Métamorphisme de contact à Sélestat (2)
Taille des cristaux
Le graphe représente la
dimension des cristaux de
Calcite (C) dans un marbre
et la dimension de cristaux
de quartz (Q) dans une
cornéenne
en
fonction
de la distance au massif
granitique.
Variations
pétrologiques
Evolutions des
abondances
relatives de
différents minéraux
siliceux (Q),
FerroMagnésiens,
SilicoAlumineux
et Ferreux selon
l’éloignement au
massif granitique
Le diagramme P,T
Sur ce diagramme, on
a placé les conditions
de stabilité de certains
minéraux. On y voit
que dans ce cas c’est
surtout la température
qui gouverne les
changements de domaine.
Le Métamorphisme : roches, pression et température (7)
Métamorphisme général dans le massif de l’Arize
Le Métamorphisme : roches, pression et température (8)
Pressions et températures dans l’Arize
Gradient métamorphique
Les différents assemblages minéralogiques observés sur le terrain ainsi que les
isogrades identifiées permettent de définir des domaines dans un diagramme P,T.
Sont particulièrement bien contraintes les positions de l’apparition et de la disparition
de l’andalousite, de l’apparition de la sillimanite, des feldspaths potassiques et
des migmatites.
Ces différentes position peuvent être synthétisées en un «gradient métamorphique»
qui exprime une variation d’intensité du métamorphisme.
Ce gradient métamorphique renseigne le géologue sur le type d’événement à
incriminer (ici, une collision), mais il est essentiel de garder à l’esprit que le gradient
métamorphique N’EST PAS le gradient géothermique et N’EST PAS le «chemin»
suivi par une quelconque roche.
Le Métamorphisme : roches, pression et température (9)
Relations entre métamorphisme et déformation
Déformation
imposée Raccourcissement de 0% Raccourcissement de 80%
P et T
P et T faibles
rien
failles ou plis isopaques
P et T moyennes
rien
plis anisopaques
P et T fortes
-apparition de cristaux de
séricite et muscovite
non orientés
(T < 150 °C)
(P < 0,15 Gpa)
(T = 200 °C)
(P = 0,25 Gpa)
(T = 300 °C)
(P = 0,35 Gpa)
-
-
-
plis anisopaques
apparition de cristaux de
séricite et de muscovite
tous parallèles
schistosité
Le Métamorphisme : roches, pression et température (10)
Importance relative du déviateur tectonique
Un ordre de grandeur entre déviateur et pression
Dans les conditions classiques d’enfouissement d’un matériau dans de la croûte
continentale, les pressions mises en jeu s’expriment en 108 Pa (dixièmes de GPa
ou centaines de MPa) et jusqu’à un peu plus de 109 Pa.
En revanche, un déviateur tectonique ne dépasse généralement pas les quelques
107 Pa.
De ces considérations, il faut donc retenir que le déviateur, lors d’une orogenèse
n’est responsable que de la structure des roches métamorphiques. Les
transformations minéralogiques sont le fait de l’enfouissement d’un matériel
(avec, par conséquent, augmentation de P et de T). Il n’existe pas de «formidable
pression tectonique» qui échauffe les roches ou qui les pressurise au point de les
transformer...
σT << σ3