LE
MÉTAMORPHISME
Le métamorphisme
a lieu en profondeur, à l’intérieur de la Terre. N'importe
quelle roche peut être métamorphisée. Ce peut être une roche sédimentaire,
magmatique ou même une roche métamorphique déjà existante. Selon la
nature de la roche de départ on distingue :
•
le para-métamorphisme : c'est une roche
sédimentaire qui est métamorphisée
•
l'ortho-métamorphisme : c'est une roche
magmatique qui est métamorphisée
•
le poly-métamorphisme : c'est une roche
métamorphique qui est métamorphisée
Principe général
Plus on s'enfonce sous terre,
plus la température ambiante augmente.
En moyenne l'augmentation est de 3°C tous les 100 mètres, c'est le
gradient géothermique moyen.
De même la pression augmente avec la
profondeur. Si à la surface, une température
de 1000°C suffit à la fusion de la plupart des roches, en profondeur, cette
valeur sera bien plus importante. En effet la pression va s'opposer à la
fusion.
Quand une roche s'enfonce, elle subit
d'abord les phénomènes de la
diagenèse, puis au fur
et à mesure que la température et la pression augmentent, des réarrangements
ioniques viennent perturber la structure de certains minéraux.
Il y a alors
métamorphisme.
Le métamorphisme correspond à l'intervalle
existant entre la diagenèse des sédiments (faible température et faible
pression) et la fusion des roches (par anatexie). La transition entre
diagenèse et métamorphisme est appelé Anchimétamorphisme.
Il s’agit en réalité des
phénomènes qui se déroulent
au-dessus de 100° C et de 1 kb (=
1'000 bars)
Ainsi le métamorphisme ne
concerne que des roches solides.
Malgré les transformations
minéralogiques et structurales que subit la roche, celle-ci reste
toujours à l'état solide.
Des apports de liquide
extérieur peuvent toutefois avoir lieu, entraînant la modification de la
composition chimique de la roche par métasomatose.
Les facteurs du
métamorphisme
Les principaux sont la
température et la
pression,
mais aussi l’action des fluides.
Température
Une augmentation de température
se traduit par une perte d'eau. Cette augmentation a plusieurs origines, elle
peut avoir lieu :
par enfouissement :
l'augmentation se fait selon le gradient géothermique (3°C /100m), mais il
existe des variations selon les zones : les cratons, régions peu actives du
globe, appelées aussi boucliers, ont un gradient faible (1°C /60m), les zones
actives ont au contraire un gradient élevé (10°C /100m), de même que les zones
orogéniques fraîchement érodées où, par équilibre isostatique, le gradient
géothermique s'est élevé.
par friction : dans les
zones de subduction, l'enfoncement d'une plaque froide entraîne une chute des
isothermes au niveau de la fosse océanique puis leurs remontées rapide.
L'échauffement provoque la libération d'eau par la croûte subductée.
par intrusion magmatique :
c'est le cas des métamorphismes de contact.
Pression
Le poids des roches impose une
augmentation de la pression de 250 à 300
bars chaque fois qu'on s'enfonce de 1'000 mètres.
Cette pression est de type lithostatique,
c'est-à-dire qu'elle s'exerce d'une manière identique dans toutes les
directions de l'espace.
L'augmentation de la pression
favorise la formation de minéraux denses. Ainsi, avec l'augmentation de la
pression, le disthène, Al2SiO5, se développe au détriment de l'andalousite, qui
a la même composition chimique mais qui est moins dense.
En plus de la pression lithostatique,
les roches sont très souvent soumises à des pressions orientées dues aux
poussées unidirectionnelles qui s'exercent sur les couches dans les zones de
subduction.
Les pressions orientées
provoquent la fissuration des roches.
Celle-ci favorise la circulation
de fluides et facilite du même coup les transformations chimiques au sein
de la roche.
Les pressions orientées sont
aussi responsables de l'apparition de la schistosité, cette structure en
feuillets qui caractérise de nombreuses roches métamorphiques.
Sous l'effet de la chaleur, l‘
H2O qui imprègne les roches ainsi que celle renfermée dans de nombreux
minéraux, en particulier les argiles, les micas et les amphiboles, est libérée,
devient active, facilitant et accélérant les échanges chimiques entre minéraux.
De même, le CO2 libéré par la
dissociation des carbonates, facilite les déplacement chimiques au sein de la
roche.
Par exemple, la réaction
entre de la calcite et le quartz aboutit à la formation de wollastonite et
libère du CO2 selon le schéma suivant
CaCO3 + SiO2 ⇒
CaSiO3 + CO2
Calcite + quartz ⇒
wollastonite + dioxyde de carbone
Ce sont de nombreuses réactions
de ce type qui modifient les assemblages minéralogiques
au sein d'une même roche.
Les constituants fluides jouent
donc un rôle prépondérant dans ces transformations.
Sans eux, le métamorphisme serait
presque inexistant.
Les différents types de
métamorphismes
On distingue
3 types de métamorphismes :
Le
choc engendre des températures et des pressions énormément élevées qui
transforment les minéraux de la roches choquées.
Ex: le quartz se transforme en
coesite
Figure dimpact météorite
Les
roches sont généralement métamorphisées au contact d'un granite intrusif. C'est
principalement la température qui intervient ici, il y a peu de déformation
liées à la pression. L'intrusion du magma, en poussant les terrains déjà en
place, peut toutefois induire une schistosité. Il n'y a souvent qu'un
réarrangement minéralogique sans échange avec d'autres corps que la roche
originelle (métamorphisme isochimique).
C'est la chaleur du magma qui est responsable de la transformation des roches
qui l'entourent. La zone métamorphisée est réduite et dessine une auréole de
métamorphisme autour du magma refroidi.
Lorsque le magma encore très
chaud est introduit dans une séquence de roches encaissantes froides, il y a
transfert de chaleur (les flèches) et cuisson de la roche encaissante aux
bordures.
L'épaisseur
de la zone affectée par le métamorphisme
varie d'une situation à l'autre :
-
au contact d'un mince filon, la roche
encaissante ne sera affectée que sur quelques centimètres;
-
au
contact d'un massif important elle pourra être transformée sur plus d'un
kilomètre d'épaisseur.
•
Le métamorphisme régional :
Ce métamorphisme affecte des volumes de roches
considérables, et les parties qui affleurent en surface s'étendent souvent sur
des milliers de kilomètres carrés. Il est dû à l'enfouissement que subissent
les roches qui sont entraînées dans les lents bouleversements qu'implique le
fonctionnement d’une zone de subduction.
On peut y observer une succession de terrains de plus en
plus métamorphisés de même qu'une schistosité de plus en plus poussée.
Cela peut aboutir à un début de fusion (Migmatite) voire
même à une fusion complète de la roche (Anatectite).
Le granite obtenu est alors concordant (il n'y a pas de
limite franche avec l'encaissant).
La principale cause de ce type de métamorphisme est d'origine tectonique.
C'est pourquoi les minéraux de ces roches métamorphiques
sont souvent aplatis et orientés le long des plans de foliation.
Les cristaux ou les particules d'une roche magmatique ou
sédimentaire seront aplatis, étirés par la pression sous des températures
élevées et viendront s'aligner dans des plans de foliations; c'est la foliation
métamorphique .
Les roches métamorphiques
Structure des roches métamorphiques
Les roches métamorphiques subissent souvent des déformations
sous l’effet de la pression.
Ces contraintes entraînent l'apparition de structures
particulières dans la roche.
On peut en distinguer 3 types qui se succèdent
avec l'intensité du métamorphisme :
•
Une stratification qui est issue des
phénomènes de sédimentation. Elle est perpendiculaire aux forces en jeu
(pression lithostatique). Elle concerne le débit de la roche.
•
Une schistosité où la roche se débite en
feuillets de même composition minéralogique. Cette disposition apparait à
partir de 5 km de profondeur. Elle est souvent à relier aux contraintes
tectoniques. Le plus souvent la schistosité est perpendiculaire ou oblique aux
forces en jeu.
•
Une foliation où certains minéraux de la
roche se transforment.
Les nouveaux minéraux qui apparaissent s'aplatissent et
s'orientent selon la direction de la schistosité. Ils peuvent se regrouper sous
forme de lit.
Le front de foliation serait situé vers 10 Km de profondeur.
(micaschistes, gneiss).
Au cours du métamorphisme, une même roche subit des modifications
minéralogiques. Certains minéraux apparaissent, d'autres disparaissent. Or
les minéraux n'apparaissent que dans certaines conditions de températures et de
pressions, ce que l'on appelle leur domaine de stabilité.
Pour éviter des erreurs d'interprétations en n'étudiant
qu'un seul minéral, on a défini des paragenèses. En fait on observe non
pas un minéral, mais une association de minéraux, ou paragenèse.
Les séries métamorphiques
Au niveau du métamorphisme régional il est souvent possible
de voir les différentes étapes de transformation des roches.
Ces étapes sont caractérisées par la formation de certains
minéraux dont la nature dépend de la roche de départ.
Classification des métamorphismes
On ne peut pas à proprement parler trouver une
classification simple de roches métamorphiques. Il s'agit plutôt de trouver ses
conditions de formation.
Les isogrades
Ce sont des zones qui définissent un degré d'intensité
dans le métamorphisme. Elles sont caractérisées par l'apparition successive de
certains minéraux. Par exemple dans la succession chlorite, biotite,
staurotide, disthène et sillimanite une zone où apparait la biotite et la
chlorite sera moins métamorphisée qu'une zone où apparaît aussi le staurotide.
Les zones de métamorphisme
Elles permettent d'établir une classification en fonction de
l'intensité du métamorphisme ramenée à la profondeur :
•
L'anchizone : C'est la zone intermédiaire
entre diagenèse et métamorphisme.
•
L'épizone : Elle correspond au
métamorphisme de basse pression et de température faible (300 à 500°C). On y
trouve de nombreux minéraux hydroxylés.
•
La mésozone : Elle caractérise un
métamorphisme moyen, avec apparition de biotite, muscovite, staurotide,
amphiboles et disthène.
•
La catazone : Elle correspond à un
métamorphisme intense. Température et pression y sont élevées mais il y a peu
de contraintes.
Les minéraux que l'on y trouve sont la sillimanite,
l'andalousite, les grenats et les pyroxènes ainsi que des plagioclases.
Les faciès métamorphiques
Cette classification s'intéresse à l'ensemble des minéraux
et non plus qu'aux minéraux alumineux.
Un faciès est un regroupement de minéraux possédant des
conditions de formations voisines et qui caractérisent plus ou moins la
composition de la roche.
Ces faciès permettent de caractériser facilement une roche
métamorphique et ainsi de déterminer ses conditions de formation. Ils
n'impliquent pas forcément la présence du minéral pris en référence dans cette
classification.
Les termes désignant une texture, ont aussi une valeur
génétique, car les roches qu'ils décrivent correspondent à des conditions de
métamorphisme particulières.
Exemples:
Cornéenne
Roche à grain fin d'aspect corné, sans schistosité marquée,
caractérisant le métamorphisme de contact.
Phyllade
Roche à schistosité marquée, à grain fin non visible à
l'oeil nu. Ce sont des roches de faible métamorphisme. L'aspect satiné est dû à
l'abondance des minéraux micacés. La fissilité, c’est à dire de la tendance de
la roche à se débiter selon une même direction, provient de l'alignement des
minéraux tabulaires. Le minéral type est la chlorite.
Marbre
Roche granulaire à aspect saccharoïde, constituée de grains
de calcite ou de dolomite, produite par métamorphisme de contact des calcaires
ou des dolomies.
Skarn
Calcaire impur, métamorphisé au contact d'une intrusion
magmatique avec apport silicaté important, renfermant de nombreux silicates de calcium : diopside, wollastonite,
grenats calciques
Quartzite
Roche compacte presque entièrement constituée de grains de
quartz soudés les uns aux autres.
Roches vertes
Terme général désignant les produits métamorphiques des
roches basiques profondes ou volcaniques, dont la couleur verte est due aux
minéraux ferro-magnésiens (pyroxène, amphibole, olivine, chlorite et
serpentine).
Amphibolite
Roche constituée d'amphibole et de plagioclase, témoin
d'un métamorphisme moyen à intense d'anciens gabbros ou basaltes.
Eclogite
Roche massive constituée de pyroxène vert et de grenat
rouge, provenant d'anciens basaltes ou gabbros, caractérisant un métamorphisme
de haute pression.
Schiste
Roche à grain fin à moyen, à schistosité marquée,
renfermant de nombreux minéraux lamellaires orientés parallèlement les uns aux
autres. Le quartz montre une tendance à se séparer des autres minéraux et à se
disposer en lits fins. Ce sont des roches de métamorphisme moyen. Les minéraux
types sont le quartz, la muscovite et la biotite.
Photos des quelques roches métamorphiques
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Roche massive granulaire à schistosité marquée, dans
laquelle des lits de minéraux lamellaires de teinte sombre (biotite,
hornblende) alternent avec des lits constitués de minéraux de teinte claire
(quartz, feldspath). Les gneiss sont l’aboutissement d’un métamorphisme très
intense.
Au
cours de notre manipulation, nous avions opté pour le nitrate d’argent comme
titrant afin d’obtenir un précipité du chlorure d’argent plus le nitrate de
sodium, comme l’indique la réaction suivante :
ce qui ne peut pas
avoir lieu étant donné que pour qu’une réaction soit dite chimique, il faudrait
qu’il y ait transformation des réactifs (cas d’espèce, Chlorure de sodium et le
nitrate d’argent) en produits (autres substances que les substances de départ).
Ce qui n’est pas vérifié pour notre cas.
permet alors de conclure que la concentration
des ions Chlorure est égale à la concentration du chlorure de sodium, soit
.
