Le métamorphisme, réaction des roches aux changements de
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Le métamorphisme, réaction des roches aux changements de pression et de température 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 page 1 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. Signification 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. Signification 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. Signification des minéraux du métamorphisme sur le terrain. a. Nécessité de l’isochimie - Qu’est-ce qu’une «isograde» ? Une isograde «biotite+» ne signifie rien si l’on ne connaît pas la chimie initiale b. Non-universalité des isogrades d’un affleurement à un autre. Il y a une foultitude de manières d’obtenir de la biotite ; une «isograde» biotite+ page 2 sur un affleurement peut correspondre à un événement P,T, et une autre isograde biotite+ sur un autre affleurement pourra reflèter un autre équilibre (avec une chimie initiale différente par exemple). Une isograde ne présente un intérêt que si elle matérialise une transformation non équivoque identifiable 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. Signification 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 définir 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 signification 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 page 3 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. page 4 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 ! page 5
