La Terre est une planète géologiquement active. Très peu de terrains sont restés intacts depuis leur formation. Ils subissent l'influence des phénomènes géologiques ultérieurs à leur mise en place. Lors de cette remobilisation les roches vont êtres déformées, enfouies, transformées. C'est le métamorphisme.
Le métamorphisme
Il a lieu en profondeur, dans les entrailles 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 appelée Anchimétamorphisme.
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 différents types de métamorphismes
On peut distinguer 3 types de métamorphismes :
-
Le métamorphisme d'impact : il se forme lors de
l'impact d'une météorite. On y retrouve une forme
de silice de très haute pression, la coésite, ainsi
que des phases vitreuses montrant une fusion.
-
Le métamorphisme de contact : Les roches sont
métamorphisées au contact d'un granite intrusif (ou
discordant). C'est principalement la température qui
intervient ici, il y a peu de déformations 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. Exemple :
Le granite de flamanville : on y observe des
schistes sédimentaires, puis des schistes tachetés
(apparition de cordiérite), des schistes noduleux et
micacés (il y a perte de la structure orienté de la
roche et apparition d'andalousite), et puis des
cornéennes (pas d'orientation préférentielle des
micas et de l'andalousite) au contact du granite.
-
Le métamorphisme régional : il correspond
à des zones métamorphisées de plus de 10 km. 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.
Pression
L'augmentation de pression peut avoir différentes
origines :
-
lithostatique : elle est due au poids des roches
accumulées par subsidence sédimentaire, par
subduction ou par chevauchement et charriage. Elle
entraîne une compaction et la diagenèse. La pression
lithostatique des sédiments (2, 5 kilos pour une
colonne de 10 m sur 1cm2) ainsi que des phénomènes
tectoniques permet l'enfoncement des roches dans la
croûte.
-
hydrostatique : C'est la pression
des fluides (CO2, H2O). Elle intervient surtout lors
de leur libération. pression de contrainte
: Ce sont les pressions orientées par des phénomènes
tectoniques
Facteurs chimiques
Généralement le métamorphisme est isochimique :
les minéraux qui apparaissent se forment à partir de
la même composition de ceux de la roche d'origine
(on ne tient pas compte des pertes de fluides). Les
roches formées de cette façon sont appelées
ectinites. En cas de métasomatose (remplacement
d'éléments par d'autres), c'est le plus souvent
l'eau et le CO2 qui interviennent.
Facteurs déclenchants
Le métamorphisme n'est pas uniforme dans une
roche, certaines zones peuvent ne pas le subir
(elles permettent d'ailleurs de servir de témoins).
En effet les minéraux restent en équilibre
métastable tout au long du métamorphisme et seules
les zones où il y a eu déstabilisation se sont
transformées. Pour des métamorphismes faibles, de
basse température, une déformation suffit à la
déstabilisation, pour un métamorphisme de haute
température les roches ne sont conservées dans leur
état d'origine que s'il n'y a pas de fluides.
Les roches métamorphiques
Structure des roches métamorphiques
Les roches métamorphiques subissent souvent des
déformations. 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
apparaît à partir de 5 km de profondeur. Elle peut
apparaître lors de la diagenèse (pression
lithostatique) mais 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 minéral, 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. Ainsi
certaines roches sont caractéristiques d'une série
métamorphique (d'après Pomerol):
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