Histoire des éclogites et de leur interprétation géodynamique

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Géologie / Sciences de la terre / SVT / Roches métamorphiques / Pétrologie / Minéralogie / Tectonique des plaques /

Résumé - Abstract

Résumé

• En 1822, Haüy créa le nom " éclogite ", mais de Saussure avait déjà observé cette roche dans les Alpes quatre décennies auparavant. Cette " roche de choix " suscita l'intérêt de nombreux pétrographes européens, en particulier allemands et scandinaves. En France, elle fut particulièrement étudiée par Auguste Rivière, Alfred Lacroix et Yvonne Brière. Son origine demeura cependant longtemps énigmatique, considérée tout à tour comme magmatique ou métamorphiq]]. L'hypothèse d'un métamorphisme de roches gabbroïques s'imposa lorsqu'on observa des transitions entre des gabbros non métamorphisés et certaines éclogites. En 1903, en comparant la densité des paragenèses éclogitiques et gabbroïques, Friedrich Becke montra que les éclogites sont l'équivalent de haute pression des gabbros. Vers 1920, Eskola introduisit l'importante notion de faciès métamorphique, qui comporte, entre autres, un faciès éclogite caractérisé par une formation à haute pression. Toutefois, quelques chercheurs nièrent la nécessité de hautes pressions pour former les éclogites. Dans les années 1960, de nouvelles considérations sur la pression d'eau favorisèrent l'idée selon laquelle les éclogites n'étaient qu'un équivalent anhydre des amphibolites. Finalement, le développement de la pétrologie expérimentale et l'application de la thermodynamique démontrèrent que les éclogites sont des roches métamorphiques de haute pression, formées à grande profondeur.

Parallèlement, ces roches furent impliquées dans diverses hypothèses géodynamiques. Vers 1900, l'étude des kimberlites favorisa la croyance en une abondance d'éclogite à l'intérieur de la Terre. En 1912, Fermor prédit l'existence d'une couche éclogitique dense dans le manteau. Cette hypothèse fut envisagée jusque vers 1970, époque à laquelle l'alternative d'un manteau péridotitique s'imposa, après que les expériences sur la transition gabbro-éclogite aient démontré que celle-ci ne pouvait coïncider avec la discontinuité de Mohorovicic. Par ailleurs, les ceintures métamorphiques de haute pression, à éclogites et glaucophanites, caractéristiques des chaînes alpines, étaient considérées comme des reliques d'ophiolites, épanchées au fond de géosynclinaux, puis métamorphisées par la surcharge liée à l'empilement des nappes. Après l'acceptation de la tectonique des plaques, vers 1970, on admit que ces mêmes ceintures de haute pression étaient de la croûte océanique, transformée en éclogite dans des zones de subduction, puis intégrée aux chaînes de montagne. Curieusement, la formation d'éclogite dans des zones de " subsidence " (c'est-à-dire de subduction) avait été envisagée dès 1931 par Holmes, qui avait conçu une théorie de courants de convection dans le manteau. Au cours des années 1980, de nombreux auteurs tentèrent d'appliquer le modèle des ceintures alpines de haute pression aux éclogites incluses dans les terrains gneissiques des orogènes anciens, mais l'origine de ces dernières demeure encore confuse de nos jours. Lors des deux dernières décennies, certaines de ces roches furent au cœur du débat sur le métamorphisme d'ultra-haute pression. La découverte, en 1984, de coesite dans ces roches crustales a propulsé les pressions maximales du faciès éclogite à quelque 40 kbar, correspondant à des profondeurs de formation de plus de 100 km.

• Mots-clés:

histoire - pétrologie - métamorphisme - géodynamique - XIXe siècle - XXe siècle.

Abstract

Haüy coined the term " eclogite ", meaning " chosen rock ", in 1822, but de Saussure had already observed rocks of this type in the Alps four decades earlier. Throughout the 19th century, the origin of eclogite remained an enigma. It was thought to be either an igneous rock of gabbroic composition or a metamorphosed gabbro. This second hypothesis became preferred when progressive transitions were observed between gabbros and eclogites. In 1903, simply by comparing the molar volumes of gabbroic and eclogite parageneses, Becke inferred that eclogite was the high-pressure equivalent of gabbro. In 1920, eclogite was involved in the conception of the metamorphic facies by Eskola. However, a few researchers denied the existence of an eclogite facies, and claimed that high stress instead of high lithostatic pressure could generate eclogites. In the 1960s, consideration of the water pressure parameter also favoured the belief that eclogite was simply the anhydrous equivalent of amphibolite. Finally, eclogite was definitely considered as a high-pressure metamorphic rock following the development of experimental petrology and the application of thermodynamics.

Eclogites have been involved in several geodynamic theories. Around 1900, kimberlite studies favoured the idea that eclogite might be abundant in the interior of the Earth. In 1912, Fermor predicted the existence of a dense eclogite-bearing zone in the mantle. This " eclogite layer " hypothesis was still envisaged as late as 1970. The alternative " peridotite " hypothesis became preferred when experimental investigations demonstrated that the gabbro-to-eclogite transition could not coincide with a sharp Mohorovi?i? discontinuity. Before plate tectonics, high-pressure belts were interpreted as remnants of ophiolite-bearing geosynclines, metamorphosed by loading during thrust faulting. After the acceptance of plate tectonics, around 1970, the same high-pressure Alpine-type belts came to be considered as former oceanic crust, transformed into eclogite within subduction zones, and subsequently incorporated into mountain belts. Surprisingly, formation of eclogite in " subsidence " zones (i.e. subduction zones) had already been envisaged as early as 1931 by Holmes, the inventor of a convection-current theory. In the 1980s, many authors tried to apply the model of Alpine-type high-pressure belts to eclogites enclosed within the gneisses of ancient orogens, but the question remains obscure nowadays. Some of these eclogite-facies rocks have been a matter of considerable interest during the last two decades, after the discovery, of coesite and diamond in them. Currently, the debate is focused on the geodynamic mechanisms responsible for the exhumation of such ultra-deep crustal rocks.

• Key-words:

history - petrology - metamorphism - geodynamics - XIXth century - XXth century.

Définition de L'éclogite donnée par René-Just Haüy Dans la première [de trois roches primitives], la diallage [ou clinopyroxène] est considérée comme faisant fonction de base, et forme avec le grenat une combinaison binaire à laquelle sont censés s'unir accidentellement le disthène, le quartz, l'épidote et l'amphibole laminaire. J'ai donné à cette roche le nom d'éclogite, qui signifie choix, élection parce que ces composants, n'étant pas de ceux qui existent communément plusieurs ensemble dans les roches primitives, comme le feldspath, le mica, l'amphibole, semblent s'être choisis pour faire bande à part. Cette roche se trouve en Carinthie, dans le Sau-Alpe, et en Styrie Méthodologie présentée par l'auteur Nous présentons ici une revue de l'histoire des éclogites, avec l'évolution des connaissances pétrologiques sur ces roches (découverte, origine métamorphique, formation à haute pression), puis un aperçu de leur interprétation géodynamique (hypothèse d'une couche éclogitique, subduction de croûte océanique, exhumation des roches d'ultra-haute pression). Commentaire sur l'article Titre de l'article: court, clair, définit bien le contenu de l'article. Résumé: clair et long, bien explicatif. L'article commence par la Découverte de la roche, puis Premières études pétrologiques, ensuite un débat à propos l'origine de la roche: magmatique ou métamorphique suivis d'Interprétations géodynamiques qui prouve se que cette roche à apporter à la géologie. L'article décrit d'une manière explicite la formation de l'éclogite et l'histoire se sa découverte à travers la description de plusieurs chercheurs au fil du temps. C'est un revue historique sur cette roche qui a été la cause de beaucoup de questions à propos de son origine qui s'est avéré métamorphique. La plus part des chercheurs se basent sur les observations pour fonder les théories et les hypothèses concernant l'éclogite. Conclusion L'éclogite est une roche qui s'est avérée avoir une sorte de destinée dans l'histoire des sciences géologiques. Pendant deux siècles, son étude a soulevé de nombreuses questions, hypothèses, théories et controverses, qui dans l'ensemble se sont révélées exceptionnellement fructueuses. Comme nous l'avons vu, cette roche fut à l'origine d'importants concepts de la pétrologie endogène, et fut impliquée dans de nombreuses théories géodynamiques. Son histoire nous livre un bon exemple de la valeur et de l'intérêt de la méthode inductive, qui, en science, est fondée sur l'observation précise des faits.

Images et figures

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  Structure-de-rétromorphose-dans-les-éclogites

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  Figure 2. La loi des volumes appliquée aux éclogites par F. Becke (1903). Le tableau montre que les volumes molaires des assemblages éclogitiques sont systématiquement plus faibles que ceux des assemblages gabbroïques de même composition. Becke en déduisit que les éclogites étaient l'équivalent de haute pression des gabbros (N.B. : R=[Mg+Ca] ; les volumes molaires sont exprimés en cm3.mol-1 ; on notera que la formule chimique du glaucophane donnée par Becke est erronée)

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  Figure 3. Résultat des premiers travaux expérimentaux sur la transition gabbro-éclogite, par Green et Ringwood (1977).

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  Figure 4. La formation des éclogites dans des zones de " subsidence ", selon Holmes (1931). Les éclogites se formeraient dans les zones de convergence des courants de convection (les croix représentent les blocs d'éclogite s'enfonçant dans le manteau). Cette conception préfigure le concept actuel de zone de subduction.

• 

  Figure 5. Evolution de l'importance de la bibliographie consacrée aux éclogites. L'axe vertical représente la fréquence annuelle du mot éclogite (ou de mots apparentés) apparaissant dans le titre des articles géologiques, selon la base de données Georef.

Démarche méthodologique

Recherche Fondamentale / Recherche Historique / Recherche Descriptive / Recherche Praxéologique / Recherche Quantitative /

Postures - Conceptions

Inductivisme / Catastrophisme / Conceptions / contrat didactique / Histoire des sciences /

Concepts éducation ou didactique associés

Hypothèse / Hypothèse géodynamique / Métamorphisme / Histoire / Expériences / Théorie géodynamique / Observation / Concept / Théorie de courants de convection / Loi des volumes / Théorie magmatique / Théorie de l'expansion / Théorie des 4 T / Praxéologie / Scénario didactique / Histoire des sciences / Histoires des sciences géologiques / Méthode inductive /

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Concepts ou notions associés

Eclogite / Roches métamorphiques / Roches gabbroiques / Chaîne de montagne / Roches / Faciès / Subduction / Roches primitive / Orogenèse / Dureté / Densité / Pression / Collision continentale / Obduction / Erosion / Affleurement / Croûte continentale / Croûte sialique, / Lithosphère océanique / Croûte océanique / Arc océanique / Ceintures métamorphiques / Faciès minéral / Accrétion / Feldspath / Mica / Epidote / Pyroxène / Pétrologie endogène / Suppression / Mécanismes géodynamique / Arguments géochimiques / Olivine / Serpentine / Serpentinites / Quartz / Jade / Grenat / Disthène / Assemblage minéralogique / Manteau / Coesite / Manteau péridotitique / Nappes / Discontinuité de Mohorovicic / Ophiolites / Chaînes alpines / Glaucophanites / Amphibolites / Faciès métamorphique / Diallage / Clinopyroxène /

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Bibliographie

Auteur de l'article

Gaston Godard Histoire des éclogites et de leur interprétation géodynamique TRAVAUX DU COMITÉ FRANÇAIS D'HISTOIRE DE LA GÉOLOGIE (COFRHIGEO) Troisième série - T.XV (2001) (séance du 14 mars 2001)

Auteur dans l'article

• Godard, 1984; 2001
• Y. Rivière, 1835; 1844, 1920
• Werner, 1817
• Aveyron : Boisse, 1870; 1892 ; Marche : Yang Kieh, 1932)
• Hamilton, 1992
• Brongniart, 1908
• Hezner 1903 ; Brière, 1920 ; Eskola, 1921)
• Franchi, 1902
• Bishop, 1906
• Krenner, 1883 ;
• Arzuni, 1883
• Boué, 1820, 1824
• Daubrée, 1859 ;
• Delesse, 1857-1861 ;
• Hunt, 1884 ;
• Williams, 1890 ;
• Zittel, 1899
• Perrier, 1924
• Bonney, 1879 ;
• Lacroix, 1941
• Bearth, 1959
• Ringwood
• Green, 1966; 1998
• Touret et Nijland, 2001)
• Fairbairn, 1943 ;
• Thompson, 1947 ; Smith, 1982
• Bundy et al., 1955
• Coes, 1953)
• Khitarov et al., 1963 ;
• Bell, 1963
• Ringwood et Green, 1966; 1967; 1972
• Yoder, 1950 ; Newton et Smith, 1967
• Chopin, 1984 ;
• Smith, 1984; 1988; 1995, pp. 336-341
• Moulle, 1885 ;
• Boutan, 1886 ;
• Julien, 1909 ; Bardet, 1973-1977 ; Meyer, 1979
• Grau, 1977
• Jannettaz, 1867 ;
• Green, 1971 ; Coleman,1971 1977a
• Knopf, 1948 ; Aubouin, 1965 ; Schneer, 1997
• Gohau, 1991
• Oxburgh et Turcotte, 1970
• Miyashiro, 1967, 1972, 1973 ; Ernst et al., 1970
• Ernst et al., 1970
• Schmädicke, 1994
• Schreyer, 1988 ;
• Coleman et Wang, 1995 ;
• Chopin et Sobolev, 1995 ;
• Beni Bousera, Maroc : Pearson et al., 1989
• Sobolev et Shatzky, 1987 ;
• Xu et al., 1991
• Dobrzhinetskaya et al., 1993
• Nasdala et Massonne, 2000
• Platt, 1993

Chercheurs nommés dans l'article

René-Just Haüy / Auguste Rivière / Alfred Lacroix / Yvonne Brière / Friedrich Becke / Abraham Gottlob Werner / Christian Chopin / David Smith / Horace-Bénédict de Saussure / Chesnokov / Popov / Hatton / Smyth / Hausmann / A. von Lasaulx / Charles Barrois / Alexandre Brongniart / François-René-André Dubuisson / Montigny / Allègre / Wadati / Benioff / Arthur Holmes / André Amstutz / Schürmann / James Hall / J. H. Brunn / Secondo Franchi / Lyell / Fermor / Marcel Brongniart / Schrauf / Hezner / Pentti Eskola / Damour / Ami Boué / Green / Ringwood / Steinmann .

Bibliographie dans l'article

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