Le métamorphisme, réaction des roches aux changements de

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I. Le métamorphisme : transformation
de minéraux d’une roche à chimie
constante.
1. Des transformations contrôlées par la pression
Exemple des Eclogites à grenat de Dora Maira
Les inclusions siliceuses dans les grenats montrent une transformation de coésite en
quartz
2. Des re-cristallisations à l’état solide
Exemple des Cornéennes, des Marbres et des Quartzites
Structure cristalline très interpénétrée, signe de recristallisations à l’état solide.
Exemple des grenats hélicitiques : cristallisation progressive d’un minéral,
emprisonnant des inclusions pendant une déformation non-coaxiale.
3. Des réactions très lentes observables sur lame
mince
Exemple des couronnes réactionnelles.
Structure cristalline très interpénétrée, signe de recristallisations à l’état solide.
4. Le métamorphisme sur le terrain
a. Auréole thermométamorphique du Howald
Le granite du Howald, carte de Sélestat 1/50000.
Isochimie, Cristallinité des roches, assemblages contrôlés par la température
Notion de thermométamorphisme
b. Le massif de l’Arize dans les pyrénées orientales
Isochimie - notion d’isograde du métamorphisme
Assemblages minéralogiques contrôlés par la profondeur
Dynamométamorphisme
Le métamorphisme,
réaction des roches aux
changements de pression
et de température

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5. Quelques minéraux du métamorphisme ;
quelques réactions
Les grandes réactions «célèbres» à connaître :
• grenat - glaucophane
• silicates d’alumine
• albite = jadéite + quartz
• muscovite + quartz = FK + Sil. d’Alum. + H2O
II. Signicationgéologiquedu
métamorphisme
1. Les données du laboratoire.
a. Transformation d’une roche.
Importance de la pression et de la température
La structure des roches métamorphiques est héritée de leur déformation, pas
directement de la nature de leurs minéraux.
b. Incidence de l’état de contrainte.
Les valeurs des déviateurs et les valeurs des pressions lithostatiques sont sans
commune mesure.
c. Les travaux d’Eskola.
Travaux expérimentaux sur la métamorphisation de basaltes, et désignation d’un
certain nombre de faciès
d.Signicationgéologique.
Un faciès d’Eskola n’est pas une roche, même s’il prend pour nom le nom d’une
roche représentative.
e. Utilisation des faciès.
Les faciès sont en fait utiles pour «désigner» commodément certains «secteurs» du
diagramme P,T. Mais il faut garder à l’esprit que l’information essentielle à obtenir,
c’est la paléotempérature et la paléopression (ou tout au moins une fourchette
d’estimation), pas le nom d’un territoire mal délimité.
2. Signication des minéraux du métamorphisme
sur le terrain.
a. Nécessité de l’isochimie - Qu’est-ce qu’une «isograde» ?
Une isograde «biotite+» ne signie rien si l’on ne connaît pas la chimie initiale
b.Non-universalitédesisogradesd’unafeurementàun
autre.
Il y a une foultitude de manières d’obtenir de la biotite ; une «isograde» biotite+

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sur un afeurement peut correspondre à un événement P,T, et une autre isograde
biotite+ sur un autre afeurement pourra reèter un autre équilibre (avec une chimie
initiale différente par exemple).
Une isograde ne présente un intérêt que si elle matérialise une transformation non
équivoque identiable sur un diagramme P,T.
3. Les réactions univariantes du domaine P-T.
a. Variance d’un système : la règle des phases.
Permet, selon les caractéristiques d’un système, de calculer sa variance, son
nombre de degrés de liberté.
b.Signicationdelavariance.
Permet de connaître les conditions d’équilibre d’un assemblage minéralogique
Nous intéressent surtout ici, les équilibres univariants
c. Pente des équilibres dans l’espace P,T.
La règle de Clapeyron
Elle permet, au prix de quelques approximations, de dénir un équilibre univariant
par une droite dont la pente peut être évaluée expérimentalement.
En extrapolant les données du laboratoire, on peut alors tracer les champs
importants du diagramme P,T.
d. Isograde et équilibre univariant.
Une isograde sur le terrain n’a de signication géologique importante que si elle est
la concrétisation sur le terrain du franchissement d’une droite d’équilibre univariant
du diagramme P,T.
4. Géothermobaromètrie.
a. Un géothermomètre.
Système grenat - biotite
b. Un géobaromètre.
Système grenat - cordiérite
III. Métamorphisme et contexte
géodynamique.
1. Les gradients métamorphiques.
a. Diversité des types de gradients dans les séries
métamorphiques.
Trois grands types de gradients : HT-BP, MT-MP, BT-HP
b. Gradient métamorphique v/s gradient géothermique

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Exemple théorique de l’évolution P-T de trois roches d’un même massif
c. Les causes de variation du gradient géothermique.
La superposition d’unité crustales fait varier la répartition des isothermes.
Les dorsales sont le lieu d’une remontée des isothermes.
Les zones de subduction sont le lieu d’une descente des isothermes.
2. Intégration du temps dans l’interprétation du
métamorphisme.
a. Assemblages typomorphes.
Paragenèse dans laquelle le point culminant des transformations a été atteint (en
général la température maximale)
b. L’effacement et la conservation des archives
PROGRADE : Réactions de plus en plus rapides et de plus en plus intenses
RÉTROGRADE : Cinétique de plus en plus lente ; Réactions de réhydratation
rendues impossibles
c. Exemples de structures liées aux paragenèses
rétrogrades.
Réactions coronitiques, structures symplectiques, rétromorphoses...
Exemple de la conversion de la coésite en quartz.
d. Relations temporelles entre différentes cristallisations.
Ombres de pression, minéraux de remplissage...
e. Relations temporelles entre métamorphisme et structure.
Moulage par une schistosité, fossilisation d’une schistosité, minéraux hélicitiques...
2. Distinction entre un chemin P,T,t et un gradient
métamorphique.
Un chemin PTt est suivi par une roche au cours de son histoire. Un gradient
métamorphique est donné par les points culminants d’un cortège de roches.
3. Modèles de chemins P,T,t.
a. Prévisions de divers chemins.
Chemins PTt théoriques, déduits des géothermes théoriques de diverses situations
b. Gabbros océaniques dans le Queyras.
Établissement d’un chemin P,T,t à partir de l’histoire des Gabbros, depuis leur
formation dans une dorsale jusqu’à leur exhumation actuelle après entraînement
dans une collision.

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IV. Application à l’étude de chaînes de
montagnes.
1. Métamorphisme dans les Alpes.
Carte du métamorphisme des Alpes
Le métamorphisme est de plus en plus récent et de moins en moins intense quand
on se dirige vers l’ouest. Effet «fer à repasser» en Vanoise.
2. Métamorphisme en Himalaya.
Effet fer à repasser autour du MCT
3. Métamorphisme à la base de l’ophiolite d’Oman.
Age du métamorphisme et élaboration d’un modèle pour l’obduction en Oman
CONCLUSION : vive le métamorphisme !