Roches métamorphiques

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Traduction

Roches métamorphiques (Français) / Metamorphic rocks (Anglais) / الصخور المتحولة (Arabe) / Metamorphe gesteine (Allemand) / Rocas metamórficas (Espagnol)

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Traductions

Définition

Domaine, Discipline, Thématique

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Science de la Terre / les roches / Cycle de roches / Métamorphisme /

Justification

Définition écrite

• Une roche métamorphique est une roche qui a subi une transformation minéralogique et structurale à la suite de l'élévation de la température et de la pression
• Processus métamorphique:

Le métamorphisme est l'ensemble des réactions physico-chimiques à l'état solide, par lesquelles une roche quelconque s'adapte à un nouveau milieu. Toute roche magmatique ou sédimentaire est effectivement en équilibre seulement dans un champ restreint de températures et de pressions, très élevées pour les premières et très basse pour les secondes (conditions atmosphériques). Donc, dès qu'une roche se trouve dans une situation différente, elle tend à se modifier pour donner une association minéralogique en équilibre avec les nouvelles conditions de température et de pression elle recristallise.

• Émergence de la notion de métamorphisme:

La notion de métamorphisme apparaît au cours de la première moitié du dix-neuvième siècle ; en fait, elle est déjà en germe, mais non vraiment explicitée, chez James Hutton [1795]. Même si Ami Boué [1820 ou 1823] l'ouvrage ne comporte pas de data d'édition imprimée; il est généralement cité comme datant de 1823, mais l'exemplaire conservé à la Société géologique de France porte, manuscrite, la date de [1820] parle de "métamorphose", c'est Charles Lyell [1833] qui emploie le premier l'expression de "roches métamorphiques", le terme de "métamorphisme" n'apparaissant qu'un peu plus tard. La notion s'applique, à l'origine, d'abord au métamorphisme de contact, ou thermique ; elle est étendue ensuite au métamorphisme général. Ainsi Achille Delesse [1861] distingue "le métamorphisme spécial ou de contact, limité à une petite étendue" et "le métamorphisme général ou normal, produit sur une grande échelle".

A. Boué [1833, p. LXXIX] indique que les "roches primitives" se trouvent à différents étages. Elles ne sont donc pas primitives. Ce sont des "schistes cristallins". Ce ne sont pas non plus des "laves". Elles résultent de transformations qui seraient encore possibles actuellement. Les fossiles ont évidemment disparu.

Joseph Durocher [1846] résume ainsi son point de vue : "Nous avons reconnu deux dispositions différentes dans les zones métamorphiques : ou elles sont subordonnées, circonscrites aux masses plutoniques, ou elles ont une allure propre, bien qu'étant en connexion avec des roches pyrogènes.Dans le premier cas le métamorphisme a dû se développer latéralement en rayonnant, à partir des masses platoniques ; dans le second cas, il s'est développé verticalement, de bas en haut, et se rattache aux causes ignées qui agissent à l'intérieur du laboratoire souterrain", il précise que "les minéraux du métamorphisme sont le produit d'un travail moléculaire", analogue au phénomène de la cémentation, avec introduction éventuelle d'éléments étrangers (fluor et bore, par exemple). Cela demande un très long laps de temps, à des températures variables, et l'on ne peut exclure, dans certains cas, un "état de semi-fusion". Mais il peut y avoir métamorphisme à la "température ordinaire", "sous l'influence des éléments atmosphériques" ou aussi dans l'écorce terrestre (croissance du silex, par exemple) ; c'est aussi dans ces conditions que se développe "la fissilité propre aux ardoises" (oblique sur la stratification).

Cependant, les partisans de la notion neptunienne de terrains primitifs (déposés au cours du refroidissement progressif d'un océan surchauffé - et sursaturé -, sous une énorme pression atmosphérique) ne désarment pas encore. Il faut bien reconnaître que les dispositifs observés dans les chaînes anciennes d'Europe centrale et occidentale ne contredisent pas, à première vue, une telle interprétation. Albert de Lapparent, en 1885, la soutenait encore avec sérieux. Même dans les Alpes, Charles Lory [1881] soutient que les schistes cristallins méritent le nom de "terrains primitifs" et sont "identiques, minéralogiquement parlant, à ceux du Plateau Central, etc.": "Ainsi, là comme ailleurs, il est impossible de démontrer que les schistes cristallins proviennent de la transformation de couches qui auraient été d'abord des sédiments". Il invoque, cependant, l'intervention d'un métamorphisme, mais sa conception du phénomène est assez particulière : les schistes lustrés (rapportés par lui au Trias supérieur) sont "formés, en majeure partie, de minéraux cristallisés, développés, certainement, depuis le dépôt des couches qui les renferment. Cette structure cristalline est uniforme, en rapport intime avec la stratification; elle est indépendante des actions mécaniques, du clivage ardoisier. Il est donc bien évident que c'est un métamorphisme uniforme, régional, lié à la nature même des dépôts; il en a été de même, à une époque plus reculée, pour les schistes cristallins. C'est bien la cristallisation générale, universelle et originelle du terrain primitif, antérieur à toutes les formations sédimentaires proprement dites". En 1887, Auguste Michel-lévy se donne la peine de réfuter en détail cette notion de terrain primitif et les explications avancées pour le dépôt des gneiss (et micaschistes). Pourtant, en 1889, encore, Pierre Termier décrit, au mont Pilat (Loire), quatre "étages" superposés de "terrains primitifs". Pourtant, dans la Montagne Noire, Jules Bergeron [1889] indique qu'une partie (au moins) des terrains métamorphiques pourrait bien être d'âge cambrien, et non pas plus ancien.

• La théorie de métamrphisme de Charles Lyell:

Texture et origine des roches plutoniques et métamorphiques .

- Parmi les changements les plus singuliers surinduits sur les roches, nous avons occasionnellement pour inclure la texture ardoise, dont les plans divisionnaires coupent parfois les vrais plans de stratification, et passent même directement à travers des fossiles encastrés. Si, alors, le cristallin, l'ardoise et d'autres modes de disposition, autrefois considérés comme caractéristiques de certaines périodes de l'histoire de la terre, ont en réalité été assumés par des roches fossilifères d'âges et d'époques différents, nous sommes prêts à nous renseigner si la même chose peut ne pas être vraie de l'état le plus cristallin, comme celui du gneiss, du mica-schiste et du marbre statuaire. Le fait que les caractéristiques particulières de ces roches soient réellement dues à une variété de causes modificatrices a longtemps été suspecté par de nombreux géologues, et la doctrine a gagné du terrain ces derniers temps, même si une divergence d'opinion considérable prévaut encore. Selon la [théorie néptunienne] originale, toutes les formations cristallines ont été précipitées à partir d'un cycle menstruel universel ou d'un fluide chaotique antérieurement à la création d'animaux et de plantes, le granit non stratifié ayant d'abord été jeté de manière à servir de sol ou de fondation sur lequel le gneiss et d'autres roches stratifiées pourraient reposer. Par la suite, lorsque l'origine ignée du granit n'était plus contestée, beaucoup pensaient qu'un océan thermique enveloppait le globe, à une époque où la première croûte de granit formée se refroidissait, mais où elle conservait encore une grande partie de sa chaleur. Les eaux chaudes de cet océan contenaient en solution les ingrédients du gneiss, du mica-schiste, de la hornblende-schiste, de l'argile-ardoise et du marbre, des roches précipitées l'une après l'autre sous forme cristalline. Aucun fossile ne pouvait y être enfermé,

Il serait contraire au plan de ce travail d'entrer ici dans un compte rendu détaillé de ce que j'ai appelé ailleurs la théorie métamorphique ; mais je peux dire qu'il est désormais démontrable dans certains pays que des formations fossilifères, certaines de l'âge des strates siluriennes, comme près de Christiana en Norvège, d'autres appartenant à la période oolitique, comme autour de Carrare en Italie, ont été converties partiellement en gneiss, mica-schiste et marbre statuaire. La transmutation a été effectuée apparemment par l'influence de la chaleur souterraine, agissant sous une grande pression, ou par des causes chimiques et électriques fonctionnant d'une manière encore inconnue, et qui ont été appelées plutoniquesl'action, comme exprimant, en un mot, toutes les causes modificatrices qui peuvent être mises en jeu à de grandes profondeurs, et dans des conditions jamais exemplifiées à la surface. Il faut attribuer à cette action plutonique la fusion du granit lui-même dans les entrailles de la terre, ainsi que la superinduction de la texture métamorphique en strates sédimentaires; et conformément à ces vues, l'âge de chaque formation métamorphique peut être considéré comme double, car nous devons d'abord considérer la période à laquelle elle a pris naissance, sous forme de dépôt aqueux, sous forme de boue, de sable, de marne ou de calcaire; deuxièmement, la date à laquelle elle a acquis une texture. Les mêmes strates peuvent donc, selon ce point de vue, être très anciennes par rapport à l'époque de leur dépôt, et très modernes par rapport à la période où elles prennent le caractère métamorphique.

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1. Des caractères communs Des examens de carte géologique montrent que les roches métamorphiques affleurent largement dans les massifs anciens pénéplanés et dans la zone centrale des montagnes jeunes. Les principales caractéristiques des roches métamorphiques sont: - Aspect feuilleté ou foliation résultant de la disposition parallèle de certains minéraux - Structure orientée donnant à la plupart des roches une aptitude au clivage ou schistosité (cas des schistes et micaschistes) - Plissement qui témoigne du climat de contraintes énormes dans lequel elles se sont formées. De telles contraintes se rencontrent dans les zones d’affrontement des plaques lithosphériques. Principales caractéristiques des roches métamorphiques 2. La transformation des roches Toutes les roches peuvent subir le métamorphisme, c’est-à-dire un ensemble de transformations minéralogiques et architecturales qui s’opèrent à l’état solide. Transformation des roches 2.1 Transformations minéralogiques 2.1.1 Naissance de minéraux nouveaux Lorsque la pression et la température augmentent, les minéraux de la roche antemétamorphique sont les siège de réactions chimiques du métamorphisme, qui produisent des minéraux nouveaux appelés minéraux du métamorphisme ; Ceux-ci apparaissent selon un ordre bien établi, dans des conditions de température et de pression bien définies (pouvant être étudiées et reproduites expérimentalement). Deux exemples de réactions chimiques du métamorphisme : Exemples de réactions chimiques du métamorphisme 2.1.2 Thermo- baromètre naturel : le silicate d’alumine Des travaux expérimentaux ont montré que les trois formes naturelles du silicate d’alumine : andalousite, disthène et sillimanite n’apparaissent et ne se maintiennent que dans des conditions de pression et de température nettement définies. Sur un diagramme pression/température, trois droites, qui concourent en un point triple P, délimitent les champs de stabilité de chacune des trois espèces minérales ; sillimanite aux hautes températures (supérieures à 600°C), disthène aux pressions élevées (supérieures à 500MPa), andalousite pour de plus basses pressions classification des roches métamorphiques: Elle est basée sur les critères de formation. Accessoirement, on tient compte de leur origine: - Orthométamorphite: resultant de la transformation d'une roche magmatique. - Paramétamorphite: resultant de la transformation d'une roche sédimentaire. D'un point de vue génétique, on les subdivise en: - Métamorphites de contact (provenant d'un thermométamorphisme ou métamorphisme de contact). - Schistes cristallins ou roches cristollophylliennes (en relation avec un réchauffement et un plissement régional). La roche acquière une structure feuilletée de schiste ou de gneiss: c'est le métamorphisme général ou thermodynamométamorphisme (TDM). On tient très souvent compte, pour définir une roche métamorphique, de sa structure. Ainsi un échantillon pourra être classé dans les micaschistes ou les gneiss selon qu'il aura une structure schisteuse (couches feuilletées et minces) ou oeillée (orientation privilégiée des minéraux qui sont visibles à l'oeil nu). Texture: D'après l'agencement des grains minéraux et leur taille, on peut distinguer une diversité de textures: - Granoblastique (grains de même taille); exemple: marbre. - Lépidoblastique; exemple: micaschiste. - Grano-lépidoblastique; exemple: gneiss. Concept de faciès métamorphique: Cette notion permet de regrouper toutes les roches recristallisées dans un même champ de pression et de température. La température croit avec l profondeur suivant un gradient géothermique moyen de 30°C/Km prés de la surface. La pression dépend à la fois de la profondeur et de la densité des roches. Ainsi, pour une densité moyenne de 2.67 g/cm3 (écorce terrestre), la pression est de l'ordre de 270 bars à une profondeur de 1 Km; soit plus de 1 Kb à 4 Km. Selon l'importance de l'un de ses deux facteurs (ou les deux à la fois), on verra apparaître un faciès métamorphique particulier. Minéraux rencontrés dans les roches métamorphiques: On retrouve l'essentiel des minéraux dans les roches métamorphiques. Cependant le métamorphisme se caractérise par l'apparition de minéraux typiques dont on retiendra les plus importants: - Les silicates d'alumine: Il existe trois espèces polymorphes: disthène (triclinique), sillimanite et andolousite (orthorhombique); de formule générale: SiO2 Al2O3 (Al2 Si O5) + Les sillimanite: - Forme: section losangiques et rectangulaire / faciès fibrolite: cristaux aciculaires groupés en gerbes / Clivages (010) bissecteur des sections losangiques / Relief: n = 1.66 / Couleur: incolore, limpide / Extinction: droite / Gisements: gneiss. + Les andalousite: - Forme: section plus ou moins carrée / faciès fibrolite: parfois présence d'inclusions charbonneuse en croix (chiastolite) / Clivage: deux clivages formant un angle de 90° sur les sections (001) / Relief: n = 1.63 / Couleur: ng: incolore, np:rose / Extinction: droite / Gisements: schistes et micaschistes, faciès alumineux du métamorphisme de contact. Facies La classification des roches métamorphiques par le biais des faciès métamorphiques utilise l'assemblage minéralogique à l'équilibre des roches étudiées. Chaque faciès métamorphique correspond à un champ de pression – température donné au sein duquel est présent un unique assemblage minéralogique à l'équilibre donné. Les limites entre les différents faciès correspondent à des réactions chimiques par le biais desquelles apparaissent ou disparaissent certains minéraux index. Le nom des faciès est tiré de ceux des roches de la séquence basique (roches de composition basaltique ou gabbroïque)

Roches métamorphiques - Historique (+)

Définition graphique

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  Origine des roches métamorphiques

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  Devenir des roches métamorphiques

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Concepts ou notions associés

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Température / Pression / Gradient géothermique / Clivage / Relief / Gisement / Faciès / Minéraux /

Roches métamorphiques - Glossaire / (+)

Exemples, applications, utilisations

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Erreurs ou confusions éventuelles

• Confusion entre roches métamorphiques - roches endogènes
• Confusion entre ....... - ........
• Erreur fréquente: Confusion entre les diffèrents origines des roches métamorphiques

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Questions possibles

• Qu'est ce que les roches métamorphiques?
• Comment reconnaître une roche métamorphique ??
• Que veut-on dire par métamorphisme?
• Quels sont les différents types de métamorphisme?
• Quelles sont les caractéristiques des roches métamorphiques?
• Est-ce qu'on peut trouver des roches métamorphiques à la surface du globe terrestre?
• Quel est le rôle de la température et la pression dans la formation des roches métamorphiques?
• Quels sont les diffèrents types des roches métamorphiques?
• Quels sont les principaux facteurs de métamorphisme?
• Où se trouve les roches métamorphiques?

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Liaisons enseignements et programmes

Idées ou Réflexions liées à son enseignement

• la méconnaissance ou la non-connaissance des roches métamorphiques peut empêcher les apprenants de comprendre comment ses roches se forment.

• la méconnaissance des composants du globe terrestre empêche aussi l'apprentissage.

• La nature et la composition des roches métamorphiques peut donner une idée sur leur origine.

EXEMPLE DE SITUATION EN CLASSE:

• Pour retracer l’évolution d’une chaîne de montagnes, une détermination des conditions de formation de roches apparentées au granite. Ces roches montrent l’aspect observable sur le document 1. Elles présentent une association minéralogique composée de quartz, de biotite, de muscovite, de cordiérite et d’un peu de sillimanite.

DOCUMENT 1 DOCUMENT 2

Comprendre le sujet

• Le document 1 permet de situer la roche dans le contexte général d’une chaîne de montagnes ancienne. Les caractéristiques reconnaissables indiquent que cette roche est métamorphique.

• Pour préciser les conditions du métamorphisme qui a donné naissance à cette roche, il faut confronter sa composition minéralogique aux informations fournies par le diagramme pression – température du document 2.

• Les données sur les domaines de stabilité des minéraux repères (disthène sillimanite, andalousite) sont à exploiter en premier car ils permettent de circonscrire les conditions de formation de la roche à un domaine restreint.

• L’utilisation des courbes 1, 2 et 3 permet alors d’affiner les conditions de formation.

Mobiliser ses connaissances

• Dans les chaînes de montagnes anciennes, on observe à l’affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés (métamorphisme) et formés en profondeur que dans les chaînes récentes.

• Ce sont surtout des compétences (lecture d’un diagramme P/T) qui sont à mobiliser.

• La roche considérée fait partie du Massif central, chaîne de montagnes ancienne longuement soumise à l’érosion : les roches qui affleurent actuellement se sont donc formées en profondeur.

• La roche présente un aspect rubané, feuilleté (document 1). Les feuillets alternativement clairs et foncés sont plissés. Ces caractères sont ceux d’une roche métamorphique provenant de transformations à l’état solide.

• Les courbes du document 2 permettent de préciser les conditions de formation de cette roche. Les roches métamorphiques contiennent du silicate d’alumine qui peut se présenter sous trois espèces minérales suivant les conditions de pression et de température : andalousite, sillimanite ou disthène.

• La roche étudiée ne contient ni andalousite ni disthène mais un peu de sillimanite. Elle s’est formée dans des conditions où la sillimanite est stable donc, sur le diagramme P/T (document 2), dans le triangle dont les sommets ont pour coordonnées : 480 °C/3,9 kb, 600 °C/6 kb et 700 °C/1 kb.

• Les courbes des réactions métamorphiques permettent de préciser les conditions de formation. La courbe 2 sépare deux domaines. Le domaine de droite est caractérisé par la présence de cordiérite existant également dans la roche étudiée : dans le triangle défini précédemment, la zone de formation se situe donc à droite de la courbe 2. La courbe 3 sépare deux domaines. Le domaine de droite est caractérisé par la présence de feldspath potassique, absent dans la roche étudiée. Donc, dans le triangle précédemment défini, la zone de formation se situe à gauche de la courbe 3.

• La zone où sont réunies les conditions de formation de la roche est celle représentée en rouge sur la figure. Ces conditions correspondent à une température comprise entre 530 et 650 °C et une pression de 2 à 6 kb.

DOCUMENT 3

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Aides et astuces

• Etudier la structure du Globe Terrestre.

• Etudier les formations rocheuses.

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Education: Autres liens, sites ou portails

• http://christian.nicollet.free.fr/page/enseignement/eclogites/eclogites.html
• https://www.pairform.fr/doc/17/138/463/web/co/5_2_2_1.html
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Bibliographie

Pour citer cette page: (métamorphiques)

ABROUGUI, M & al, 2020. Roches métamorphiques. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Roches_m%C3%A9tamorphiques>, consulté le 11, mai, 2024

• http://www.annales.org/archives/cofrhigeo/metamorphisme.html.
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