Attention
en cours de relecture !!!
L’Anatexie :
Processus par lequel des roches soumises au métamorphisme, sont portées à des conditions de température et de pression élevées, subissent une fusion partielle plus ou moins intense . …
(Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD
◍ – Il est conseillé de lire auparavant :
▤ – Métamorphisme – Introduction
◍ – Poursuivre la lecture :
▤ – Migmatites
H1L’Anatexie :
H2 Anatexie et migmatites – définitions :
H2 L’anatexie ou la fusion partielle – Pourquoi ? :
H2 Documents de référence :
H2 Rôle de l’eau dans les processus de l’anatexie :
H2 Les réactions de fusion – présentation de Jean-François Moyen :
H2 Les réactions de fusion – présentation de Joseph Barraud :
H2 Compléments d’informations concernant l’anatexie :
H2 L’anatexie replacée dans un diagramme P-T-t:
H2 Conclusions sur l’anatexie des roches de la croûtes continentale :
H2 Impact de la composition des roches sur le taux de fusion :
H2 Sept sites avec taux de rendement important :
H2Ségrégation des liquides de de fusion :
H2 Contextes géodynamiques de l’anatexie :
H2 Anatexie des roches basiques :
H2 Composition des liquides magmatiques – l’eutectique :
Anatexie et migmatites – définitions :
Définitions ci-dessous, sont extraites du Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD. Les termes techniques de géologie sont expliqués dans la présentation.
Anatexie : Processus par lequel des roches soumises au métamorphisme, portées à des conditions de température et de pression élevées, subissent une fusion partielle plus ou moins intense, donnant des migmatites. Si le liquide de fusion est en proportion suffisante, il peut se rassembler et s’extraire de la migmatite pour donner un magma ; lorsque celui-ci est de nature granitique, sa cristallisation conduira à un granite d’anatexie. (Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD
Migmatites : Le Dictionnaire de Géologie (A. Foucault et J.F. Raoult) en donne la définition suivante (légèrement modifiée) : « Du grec μιγμα (migma) = mélange. Ensemble qui, à l’échelle de l’affleurement et non du petit échantillon isolé, est un mélange de roches de type granite et de gneiss ou micaschiste. […] Leur genèse est liée à une fusion partielle (= anatexie) de roche type gneiss ou micaschistes, roches typiques de la croûte continentale. Certaines parties de la roche fondent et constituent alors le mobilisat (= leucosome***), magma de composition granitique. D’autres parties restent solides, et constituent le restat*** (ou restite = mélanosome) particulièrement riche en minéraux ferromagnésiens, principalement de la biotite. Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD – définition revue par Pierre Thomas du Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS de Lyon- ===> –(⚑)–
Nouveau texte pour ce chapitre :
Une migmatite ou gneiss migmatitique, observée à la Pointe de La Chaume située aux Sables d’Olonne Vendée –📸–
Remarque : Dans le cas de la fusion partielle d’une roche acide (riche en silicium), le magma obtenu est de nature granitique, il est de nature basaltique dans le cas d’une roche basique (basalte, gabbro,riche en minéraux ferromagnésiens).
*** Leucosome : le leucosome ou mobilisat est formé par cristallisation sur place du liquide magmatique obtenu par fusion partielle. C’est un granite quand le protolithe est une roche acide.
…Le terme leucosome est employé plus couramment que le terme mobilisat (terme de géologues).
***Restat : le restat ou restite ou mélanosome correspond à la partie du protolithe qui n’a pas fondu.
… Le terme restite est employé plus couramment que le terme restat ou restites (termes de géologues).
Les migmatites sont présentées dans la page : ▤ – Les Migmatites – et un schéma récapitulatif –📸–
Fin
L’anatexie ou la fusion partielle – Pourquoi? :
Nouveau texte pour ce chapitre :
Anatexie ou fusion partielle – Pourquoi « partielle » ? : la fusion complète d’une roche dans la croûte continentale se ferait dans des conditions de température et de pression impossibles à atteindre à l’intérieure de la croûte continentale.
En effet la fusion se produit dans un espace Pression-Température limité par deux courbes, le solidus où apparait la première goutte de magma et le liquidus où disparait le dernier cristal. A une profondeur de 20 km, le solidus du granite approche les 1200 °C. Cette température n’est plus atteinte dans la croûte continentale.
▻ – Les granitoïdes – Contextes tectoniques de formation – Avg85 – Page 33 – 35 – ===> –(⚑)–
Fin:
Documents de référence :
Pour développer ce sujet, je me suis appuyé sur quelques documents :
Référence : j’ai beaucoup puisé dans ce document pour développer de chapitre :
▻ – La ségrégation et la migration des liquides de fusion lors de la formation des migmatites : modélisation analogique, numérique et exemples de terrain – Joseph Barraud – Géologie appliquée à l’Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France) – thèse de Doctorat – 2001 – Sciences de la Terre – Page 16 à 28 — ===> –(⚑)–
Autres :
▻ – Les réactions de fusion : un autre point de vue sur la formation des magmas par fusion partielle – Université de Stellenbosch – Article | 09/01/2004 – J-F Moyen – Planet-Terre ===> –(⚑)–
▻ – Le site développé par Jean Macaudière Professeur à l’ENSG et Pierre Barbey Professeur à L’Université de Lorraine – la géologie du Dôme du Velay : « La fusion crustale – un exemple Ardéchois« – ===> –(⚑)– –
▻ – Anatexie La Foux – Refuge de Nice Refuge Valmasque – Université Inter-Âges du Dauphiné ===> –(⚑)–
Un document avec de très belles photos qui nous plongent au milieu de l’anatexie.
Pour aller plus loin sur le magmatisme :
▻ – Révision sur les eutectiques et application au magmatisme – Atelier Paléo -UIAD – Université Inter-Âges du Dauphiné – ===> –(⚑)–
▻ – Les processus fondamentaux du magmatisme – Lycée du Parc à Lyon – ===> –(⚑)–
▻ – Une petit rappel : Les minéraux et les roches – N’golo Togola – Québec – Ministère des Ressources naturelles et des Forêts– ===> –(⚑)–
▻ – Les granitoïdes – Contextes tectoniques de formation – Avg85 – ===> –(⚑)–
Rôle de l’eau dans les processus de l’anatexie :
L’eau, H2O, élément chimique, intervient dans les réactions de fusion en abaissant le point de fusion des roches à des valeurs de température et de pression, atteintes dans la croûte continentale dans un contexte de collision. Il joue le rôle de fondant
La présence de l’eau libre à l’intérieur d’une roche, affaiblit les forces de cohésion entre les éléments d’un cristal.
— Pour en savoir plus : ▤ – Stabilité des cristaux
◍ – Le rôle essentiel joué par l’eau – H2O :
Ci-dessous, le paragraphe dans lequel J. Barraud précise que l’eau joue un rôle essentiel dans les processus de fusion partielle des roches de la croûte continentale :
Une fois la température nécessaire (> 650°C) atteinte, la roche peut commencer à fondre.
Les réactions de fusion sont très variées en fonction de la paragenèse initiale et de la présence ou non d’une phase riche en eau libre (fluide aqueux supercritique).
Un paramètre essentiel dans l’étude des migmatites et plus généralement de la fertilité des zones orogéniques, est la quantité de liquide produite à une certaine température. La pétrologie expérimentale a permis de répondre à ces questions dans la plupart des cas. Elle a démontré notamment que la présence d’eau libre dans la roche favorise la fusion (Clemens & Droop, 1998; PatinoDouce & Harris, 1998; Gardien et al., 2000).
Cependant, les réactions de fusion par déshydratation des micas et des amphiboles paraissent les plus importantes (« dehydration melting », Clemens & Vielzeuf, 1987; Le Breton & Thompson, 1988; Vielzeuf & Holloway, 1988; Rushmer, 1991; Stevens & Clemens, 1993; Gardien et al., 1995; Gardien et al., 2000). *
* Page 18 – Doc J. Barraud.
Deux phrases sont à retenir :
▻ – « la présence d’eau libre dans la roche favorise la fusion« .
▻ – « Cependant, les réactions de fusion par déshydratation des micas et des amphiboles paraissent les plus importantes « .
Ce point est développé plus tard dans cette page.
◍ – Pour plus d’informations sur le rôle de l’eau dans les processus géologiques :
▻ – L’état supercritique en sciences de la Terre – Romain Bouchet Bert-Manoz – Planet-Terre – ===> –(⚑)–
▻ – L’eau, une matière extraordinaire ! Christian Nicollet – ===> –(⚑)–
Les réactions de fusion – présentation de Jean-François Moyen :
▻ – (ref1) Les réactions de fusion : un autre point de vue sur la formation des magmas par fusion partielle – Article | 09/01/2004 – J-F Moyen – Planet-Terre ===> –(⚑)–
◍ – Que sont les réactions de fusion ?
La fusion partielle des roches peut être décrite par des réactions chimiques, tout à fait analogues aux réactions métamorphiques (mais impliquant un liquide magmatique comme l’un des produits de la réaction) (ref1).
Abréviations utilisées pour les noms des minéraux dans les réactions suivantes :
Qz : quartz / Ab : albite, plagioclase / Or : orthose, feldspath potassique / Pg-Pl : plagioclase / Kfs : feldspath potassique / Bt : biotite / Gt : grenat / Cd : Cordiérite / Als : silicates d’alumine (andalousite, sillimanite ou disthène, selon les conditions P-T) / Ms : muscovite / Opx : orthopyroxène / Cpx : clinopyroxène / Ol : olivine / Hb : hornblende / Amp : amphibole / Sp : Spinelle / Ep : épidote / Coe : coésite, forme de haute pression du quartz / Phg : phengite, mica de haute pression / Par : paragonite, mica de haute pression / Jd : jadéite, un pyroxène sodique de haute pression.
◍ – Il existe trois types de réactions de fusion :
◾ – a – La fusion en conditions complétement anhydres dans le manteau :
L’eau est absente du système (même en tant qu’eau liée à des minéraux comme les micas). C’est par exemple le cas des réactions de fusion partielle dans le manteau, comme :
____________(3) Opx + Cpx + Gt/Sp/Pg ⇄ Liquide:
◾ – a – La fusion en conditions complétement anhydres dans la croûte continentale :
Les réactions de fusion totalement anhydres des roches acides, quartz + feldspaths potassiques et + plagioclases, ne sont plus possibles dans la croûte continentale car les conditions de température et de pression nécessaires ne peuvent plus y être atteintes.
Mais cela était encore possible à l’Archéen,entre -4 et -2,5 milliards d’années, quand la terre était beaucoup plus chaude.
◾ – b – La fusion en présence d’une phase liquide libre :
Il existe de l’eau liquide (ou gazeuse, ou supercritique) dans le système, en plus de l’eau liée aux minéraux. C’est par exemple le cas de la réaction de fusion eutectique*** du système granitique :
____________(4) Qz + Ab + Or + H2O ⇄ Liquide
La fusion débute quand la température et la pression correspondent à celles du solidus hydraté des granites.
Nouveau texte pour ce paragraphe:
*** Eutectique : La première goutte de magma obtenue par fusion d’un système acide est toujours composée de trois minéraux, le quartz, le feldspath alcalin, le feldspath plagioclase, cela désigne l’eutectique ternaire (3 minéraux différents sont impliqués dans la fusion) des roches du système granitique.
Les roches de composition eutectique ont un comportement singulier, une présentation plus complète est proposée en fin de cette page.
Fin
◾ – c – La ❝fusion-déshydratation❞, en présence d’eau liée :
La seule eau du système est celle qui est liée à des minéraux comme les micas ou les amphiboles. Dans ce cas, les réactions de fusion sont souvent liées à la destruction d’un minéral hydraté, et la formation d’un nouveau minéral contenant à peu près les mêmes éléments chimiques, mais anhydre. (ref1)
La réaction suivante décrit par exemple la fusion-déshydratation de la biotite :
____________ (5) Bt + Ab + Qz + Als ⇄ Liquide + Crd/Grt + Kfs
On peut mieux comprendre cette réaction quand on la décompose :
… 1 – d’une part, en une réaction métamorphique « normale » de déstabilisation du mica :
____________ (6) Bt + Als ⇄ Grt/Crd + Kfs + H2O
Rq : C’est une réaction métamorphique que l’on peut en effet observer dans la formation de certaines granulites. Selon la pression, le produit sera la cordiérite (à basse pression) ou le grenat (à plus haute pression) (ref1).
…. 2 – d’autre part, en une réaction de fusion « eutectique » :
____________ (7) Qz + Ab (Pl) + Or (Kfs) + H2O ⇄ Liquide
… Le bilan de ces deux réactions correspond bien à celle écrite plus haut.
Les réactions de fusion – présentation de Joseph Barraud :
Les deux présentations de J.F. Moyen et J. Barraud se complètent.
▻ – Anatexie et réactions de fusion – chapitre 3 – pages 16 à 20 – document de Joseph Barraud : ===> –(⚑)– – Doc J. Barraud . (ref2)
◍ -Les réactions de fusion :
◾ – Les réactions de fusion :
Abréviations de minéraux d’après (Kretz, 1973), M « pour Magma » = liquide de fusion silicaté hydraté et Fl = fluide aqueux supercritique. Ms – Muscovite ou mica blanc, Qtz – Quartz, Sill – Sillimanite, Kfs – Feldspath potassique, Bt – Biotite ou mica noir, Als – Silicate d’aluminium (And – Andalousite, Sill – Sillimanite ou Ky – Kyanite), Grt – Grenat, Crd – Cordiérite, Pl – Feldspath Plagioclase Calcique et/ou Sodique, Opx – Orthopyroxène, Cpx – Clinopyroxène, Hbl – Hornblende (une amphibole). *
* Page 18 – Doc J. Barraud .
Avec fluides libres dans la roche : (ref2)
____ Qtz + Pl ± Kfs + Fl = M
____ Ms + Qtz + Pl + Fl = M
Sans fluides – ou ❝fusion-déshydratation❞:
____ Ms + Qtz + Pl = Sill + Kfs + M
____ Bt + Als + Qtz + Pl = Grt/Crd + Kfs + M
____ Bt + Qtz + Pl = Opx ± Cpx + Kfs + M
____ Hbl + Qtz = Opx + Cpx ± Grt + Pl + M
Remarque : La quatrième réaction, sans fluides, correspond à la fusion de roches métamorphiques de composition minérale identiques à celle des granodiorites : roches acides, pauvres en feldspaths potassiques mais très riches en feldspaths plagioclases, auxquels il faut ajouter la présence des amphiboles (minéral hydraté) telles que la hornblende..
Compléments d’informations concernant l’anatexie :
La présence d’eau est indispensable à l’exécution des réactions de fusion des roches. Elle n’est pas toujours disponible, ce paramètre détermine deux domaines de température dans lesquels ces réactions de fusion peuvent être réalisées :
◍ – DA1 – Le domaine d’anatexie réalisée en présence de fluides aqueux supercritiques :
Dans ce domaine, l’eau est libre, elle imprègne la roche.
……. 5 < P < 15 kbar — 600°C < T < 650°C
600-650°C pour des pressions allant de 5 à 15 kbar.
Les droites de ces réactions (Fig. 1-5) montrent que, si la roche possède un peu (< 2-3 vol.%) d’H2O libre dans ses pores, la fusion peut débuter à 600-650°C pour des pressions allant de 5 à 15 kbar.
Ceci correspond au solidus d’un granite hydraté (première réaction ci-dessus).
Cependant, la porosité des roches qui ont déjà subi un métamorphisme important avant l’anatexie est très faible (< 0.1%, Thompson & Connolly, 1990).
De plus, le liquide de fusion produit va dissoudre très facilement l’eau libre qui reste présente.
C’est pourquoi la fusion en présence de fluides ne produit que très peu de liquide de fusion (< 5 vol. %, Stevens & Clemens, 1993), mais elle assure un système chimique dépourvu d’eau libre pour les réactions suivantes.
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 3 – « Anatexie et réactions de fusion » – Page 18- ===> –(⚑)–
Remarque : dans ce domaine de températures, les taux de fusions restent faibles, vers les 4-5%. Les liquides magmatiques restent généralement sur place, on obtient des roches métamorphiques, les gneiss migmatitiques.
◍ – DA2 – Le domaine d’anatexie par fusion-déshydratation appliquée sur des minéraux hydratés :
Dans ce domaine, l’eau est liée, elle entre dans la composition des roches, elle est stockée dans les minéraux hydratés. Dans le cas des roches acides, sont impliquées la muscovite et la biotite et parfois les amphiboles..
Muscovite : P = 5 kbar —- 700°C < T < 750°C
……………………. P = 10 kbar —- T = 800°C
Biotite : P = 10 kbar —- 800°C < T < 950°C
La muscovite :
Parmi les réactions de fusion par déshydratation, celle mettant en jeu la muscovite est essentielle dans la production de magmas granitiques (Harris et al., 1995; Patino Douce & Harris, 1998; Solar & Brown, 2001b). Elle commence à environ 700-750°C à 5 kbar et à 800°C à 10 kbar (Clemens & Vielzeuf, 1987; PatinoDouce & Harris, 1998) et permet une fusion importante quand l’orogène accumule en profondeur une grande quantité de métasédiments pélitiques. La quantité de liquide sera cependant limitée par la quantité de muscovite disponible et on arrive parfois à l’épuisement complet du contenu en muscovite (exemple du Velay, Montel et al., 1992).
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 3 – Page 19- ===> –(⚑)–
La biotite:
La déshydratation de la biotite requiert une température plus élevée, de l’ordre de 800-950°C à 10 kbar (Le Breton & Thompson, 1988; Gardien et al., 1995). Enfin, la déstabilisation de l’amphibole n’est possible que pour des températures supérieures à 850-950°C (Rushmer, 1991).
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 3 – Page 19- ===> –(⚑)–
Remarque : dans ce domaine, les quantités de magma sont beaucoup plus importantes, jusqu’à70%. Les liquides magmatiques, le plus souvent ne restent pas sur place et se retrouvent collectés dans des chambres magmatiques pour donner des granites d’anatexie.
◍ – DA1-DA2 – Pour des températures situées entre les deux domaines :
Pour des températures supérieures à celles qui définissent le le domaine DA1, alors que la température continue à croître, les réactions de fusion reprennent, dès que de l’eau vient « mouiller » les gneiss migmatitiques. Cette arrivée d’eau peut survenir :
… suite à des mouvements géodynamiques réalisés pendant le désépaississement de la croûte, ces roches déshydratées peuvent se retrouver à chevaucher d’autres roches saturées d’eau, telles que les ophiolites,
… ou suite à la fracturation de la croûte par des failles, fractures ou fissures permettant à de l’eau hydrothermale de venir au contact.
L’anatexie replacée dans un diagramme P-T-t:
Ces diagrammes P-T-t représentent les variations de la température et de la pression subies par les roches pendant leur cycle métamorphique. Pour en savoir plus : ▤ – Métamorphisme – Introduction
Afficher schéma dans un autre onglet – –📸–
La présentation de ce diagramme est faite dans la page réservée à l’introduction du métamorphisme. : ▤ – Métamorphisme – Introduction
◍ – Deux domaines Pression-Température :
On retrouve sur ce diagramme, les deux domaines P-T où se forment les migmatites.
◾ – DA1 – Domaine des réactions de fusion hydratée, avec eau libre – température de 600°C < T < 650°C :
A ces température de 600-650°C, on remarque deux espaces P-T, l’un, de couleur verte, où se forment les gneiss, et l’autre, de couleur mauve, correspond au domaine DA1 de l’anatexie, où se forment les gneiss migmatitiques. Ces deux espaces sont séparés par le solidus des granites hydratés.
… Les roches qui quittent le domaine du métamorphisme pour entrer dans le domaine du magmatisme passent toutes par cette étape de fusion en milieu hydraté par eau libre. Cette eau a été produite, le plus souvent, par les réactions métamorphiques qui précédent.
… Les roches du trajet T1 sont exhumées très tôt après avoir dépassé le solidus hydraté du granite. En revanche, les roches correspondant aux trajet T2 et T3 continuent leur périple vers le domaine DA2, qu’elles n’atteignent pas toujours.
Rq : Le trajet suivi par les migmatites des Sables d’Olonne, est de type T1, elles n’ont pas été soumises à des conditions de température et de pression plus importantes que celles qui règnent dans le domaine DA1, le domaine de la fusion en milieu hydraté – –📸–.
◾ – DA2 – Domaine des réactions de fusion-déshydratation – température de 700°C < T < 900°C :
Après avoir traversé le domaine DA1, les roches correspondant aux trajets T2 et T3 sont portées à des températures plus élevées vers le domaine DA2. C’est dans ce domaine que se retrouvent les 7 sites répertoriés par Joseph Barraud, dont les sites français de Saint-Malo et du Dôme du Velay.
Rq : Les courbes de fusion des minéraux hydratés, micas et amphiboles, traversent ce domaine DA2. En effet c’est l’eau libérée lors de la fusion de ces minéraux hydratés qui permet l’anatexie des roches acides dans des réactions de type fusion-déshydratation.
◍ – Les 7sites, très fertiles, répertoriés par J. Barraud :
Afficher le tableau des 7 sites – –📸–
Tableau 1-1 : a légende du tableau des 7 sites répertoriés :
Conditions P-T lors de l’anatexie et taux de fusion maximum dans sept environnements comprenant des migmatites avec ou sans intrusions de granites de même âge. Dans tous les cas, la collision continentale a épaissi fortement la croûte. Dans le cas du Shuswap et du Velay, un effondrement gravitaire post-orogénique a suivi la période de fusion maximale ?
▻ – Les sept sites de fusion anatectique avec taux de fusion important présentés par Joseph Barraud en page 20 de son document —- : ===> –(⚑)–
Conclusions sur l’anatexie des roches de la croûtes continentale :
Pour consulter le diagramme P-T-t – –📸–
L’eau est indispensable à la fusion partielles des roches : elle est un élément réactif dans les réactions chimiques de fusion.
◍ – L’anatexie se produit dans un contexte géodynamique de convergence conduisant à un épaississement de la croûte continentale puis à un amincissement de celle-ci :
◾ – 1 – Domaine des réactions de fusion hydratée, l’eau est libre – température de 600°C < T < 650°C :
L’anatexie se produit pendant l’épaississement de la croûte, au cours de la collision , dans la phase prograde du métamorphisme.
L’anatexie se produit quand les roches quittent le domaine du métamorphisme pour entrer dans le domaine du magmatisme, quand la température et la pression sont au-delà du solidus hydraté des granites.
L’eau qui entre dans les réactions de fusion est libre, elle imprègne la roche.
◾ – 2 – Domaine des réactions de fusion-déshydratation, l’eau est liée – température de 700°C < T < 900°C :
La convergence des deux plaques est terminée, l’amincissement de la croûte (disparition des reliefs) est en cours : la pression exercée sur les roches diminue, alors que la température continue d’augmenter.
La fusion se réalise quand de l’eau est disponible, elle provient de la fusion minéraux hydratés tels les micas et les amphiboles. Cette fusion des minéraux hydratés se fait à haute température – voir diagramme.
Ce chapitre peut être supprime !!!
Impact de la composition des roches sur le taux de fusion :
Nous sommes dans le cas où la fusion se déroule dans des roches anhydres, l’eau se trouve uniquement dans les minéraux hydratés : biotite, muscovite, hornblende (une amphibole).
Joseph Barraud développe ce point en 1 ou 2 pages dans son document :
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 3 « Anatexie et réactions de fusion » – Page 19- ===> –(⚑)–
Si le trajet P-T suivi par les roches se caractérise par une augmentation de température isobare*, la quantité de liquide produit augmente avec la température (Gardien et al., 1995), et des températures de l’ordre de 800-850°C sont indispensables pour atteindre un taux de fusion important, supérieur à 30% (Fig. 1-6). La figure 1-6 montre aussi l’importance de la paragenèse initiale dans la quantité de liquide de fusion produite. Gardien et al. (1995) ont montré que le ratio quartz/ feldspath ou la présence conjointe des deux micas, muscovite et biotite, sont des paramètres essentiels
Cette compilation montre l’énorme disparité en termes de production de liquide en fonction de la composition de la roche. Cela conduit à la notion de fertilité des roches.
température isobare* : la pression reste constante pendant tout le temps que dure le processus de la fusion partielle.
Afficher schéma dans un autre onglet – –📸–
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 3 « Anatexie et réactions de fusion » – Page 19- ===> –(⚑)–
On observe deux séries de courbes, une série de roches très fertiles et une autre, qui l’est beaucoup moins : la fertilité du protolithe dépend de sa composition minérale.
◍ – Roches très fertiles – les métapélites :
Les métapélites sont des roches métamorphiques dont le protolithe est une roche sédimentaire argileuse, les pélites :
Généralement, les pélites contiennent de 30 à 75 % de minéraux argileux***, du quartz, des micas relativement nombreux, de rares feldspaths, de fins débris de tests ; certaines pélites sont calcareuses (voir calcaire). ▻ Pélite – Géowiki – ===> –(⚑)–
Remarque : Le taux de fusion atteint rapidement les 50 % à 850 °C.
***Les minéraux argileux sont essentiellement composés d’ions silicates et aluminates ([SiO4]4−, [AlO4]5−), ils proviennent, principalement, de l’altération chimique ou biochimique des feldspaths. ▻ 2/ Origine géologique des argiles.– Normake-Sup- ===> –(⚑)–
▻ – Argile – Wikipédia – ===> –(⚑)–
Rq : Les argiles sont obtenues par altération chimique des feldspaths, des micas et des amphiboles.
▻ – Métapélite HP-BT – Haute Pression-Basse Température – Christian Nicollet – Photos – ===> –(⚑)–
Les métapélites se forment pendant la première partie du trajet métamorphique des argiles, c’est un métamorphisme de bas degré.
◍ – Roches moins fertiles – les granitoïdes :
Les roches BPQ : Biotite – Plagioclase – Quartz sont des roches acides autres que des métapélites, elles se distinguent par l’absence de minéraux argileux.
◾ – BPQ, les protolithes riches en Quartz et pauvres en Muscovite ne sont pas très fertiles, le taux de fusion n’atteint pas les 10% à 900 °C.
◾ – BPQM, la présence de la muscovite, rend le protolithe présenté ci-dessus, beaucoup plus fertile. Le taux de fusion atteint rapidement les 25%, à une température un peu supérieure à 800 °C, température correspondant au point de fusion de la muscovite, à comparer avec le BPQ sans muscovite.
Remarque : dans les granites d’anatexie issus de protolithes alumineux, on note la présence de la muscovite en plus de la biotite.
◍ – Gneiss tonalitiques :
Les tonalites sont des roches acides, elles contiennent du Quartz, Plagioclases, Biotite et des Amphiboles, les feldspaths potassiques et la muscovite sont totalement absents.
La température de départ de la fusion des tonalites est la plus élevée de toutes les roches présentées dans ce tableau, supérieure à 850°C.
Le magma eutectique obtenu est différent de l’eutectique granitique, obtenu à « basse température », 650 °C environ, car le potassium est absent.
Deux groupes de roches tonalitiques se distinguent :
◾ – Un protolithe tonalitique riche en Hornblende (de la famille des amphibole) et Biotite : la fusion présente deux accélérations : la première au-delà de 950 °C, correspondant à la fusion de la biotite, la seconde au-delà de 1050 °C, quand la hornblende entre en fusion.
◾ – Un protolithe tonalitique pauvre en Hornblende et Biotite : , la fertilité est très faible. La fusion semble démarrer lentement après 850 °C.
… Est-ce dû à la présence d’un peu de biotite ? La fusion se développe très peu.
◾ – Pour aller plus loin dans l’étude des gneiss tonalitique que l’on retrouve au Québec:
▻ – Gneiss d’Opasatica – Géologie Québec -Complexe d’Épervanche – – Géologie Québec ===> –(⚑)– — ===> –(⚑)–
Remarque : Les tonalites forment avec la granodiorite et la trondhjémite un groupe de roches nommées TTG tonalite-trondhjémite-granodiorite, dont la composition minérale se distinguent par :
… la présence de quartz plus de 10%,
… la présence importante de plagioclases, 50 % environ,
… l’absence presque totale des feldspaths potassiques,
… la présence plus ou moins importante de ferromagnésiens tels les amphiboles et les pyroxènes.
Un métamorphisme appliqué à ces trois roches doit donner des résultats similaires.
◾ – Biblio :
▻ – Tonalite – Géologyscience – ===> –(⚑)–
▻ – Tonalite près de chez vous – Géoforum – ===> –(⚑)–
▻ – Tonalite – pour aller plus loin – Planet-Terre – ===> –(⚑)–
Rappel : les amphiboles sont des « minéraux ferromagnésiens » présent en grandes quantités dans les roches basiques, mais pauvres en silice (quartz).
◍ – En conclusion :
▻ – La muscovite est toujours présente et en grande quantité, dans les roches très fertiles.
▻ – La biotite ne semble pas être aussi efficace pour faire d’une roche, un protolithe très fertile.
▻ – La hornblende, une amphibole, semble être efficace, mais la fusion est réalisée à haute température, supérieure à 1050 °C, est difficile à atteindre dans la croûte continentale.
Rappel : la muscovite et la biotite sont deux minéraux hydratés qui se forment par un métamorphisme de bas degré appliqué à des argiles.
Sept sites avec taux de rendement important :
Joseph Barraud a présenté 7 sites environnements où l’anatexie a produit du magma en grande quantité.
Afficher schéma dans un autre onglet – –📸– :
Cette table termine le chapitre « Anatexie » en donnant des exemples :
Tableau 1-1 : Conditions P-T lors de l’anatexie et taux de fusion maximum dans sept environnements comprenant des migmatites avec ou sans intrusions de granites de même âge. Dans tous les cas, la collision continentale a épaissi fortement la croûte. Dans le cas du Shuswap et du Velay, un effondrement gravitaire post-orogénique a suivi la période de fusion maximale.
… Sont pris comme exemples en France : Saint-Malo dans le Massif Armoricain et le Dôme du Velay dans la Massif Central.
Le Dôme du Velay : ▤ – Dôme migmatitique du Velay :
▻ – Joseph Barraud – Chapitre 4 – La ségrégation du liquide de fusion » – Page 20- ===> –(⚑)–
Remarque : Les conditions dans lesquelles l’anatexie s’est déroulée pour chacun des sites répertoriés ne seront pas détaillées.
Ségrégation des liquides de de fusion :
Il faut extraire le liquide, le collecter et ensuite le faire migrer vers la surface :
Ce sujet est développé plus longuement dans la page concernant les migmatites, où le liquide magmatique est collecté pour être acheminé ultérieurement vers les lieux de cristallisation. ▤ – 4 – Migmatites
oseph Barraud – Chapitre 4 – La ségrégation des liquides de fusion – Page 21 à 28 – ===> –(⚑)– Afficher schéma dans un autre onglet – –📸–
La fusion commence aux joints et aux points triples entre les cristaux de composition minéralogique susceptibles de réagir (minéraux réactants). Des magmas granitiques se forment quand la fraction de liquide a été drainée de la partie résiduelle solide. Dans cette étude, les définitions suivantes seront utilisées : (3)
La ségrégation du liquide de fusion désigne la séparation de la phase liquide et de la phase solide par le mouvement du liquide des poches infra-millimétriques entre les grains*** à des sites d’accumulation primaires plus grands d’au moins un ordre de grandeur et où le liquide est majoritaire.
La migration est un mouvement sous forme de magma (liquide majoritaire + cristaux entraînés) à travers un réseau de conduits à l’échelle métrique à kilométrique sur des distances du même ordre. (3)
*** – le mot « grain« , employé par Joseph Barraud est synonyme de « cristal ».
En bref, c’est après sa ségrégation que le liquide de fusion pourra migrer. Dans tout ce chapitre consacré à la ségrégation, le mouvement du liquide est donc supposé très faible, opérant à l’échelle du grain ou du leucosome, c’est-à-dire de quelques centimètres tout au plus. Ségrégation et migration sont deux phénomènes liés, mais distincts, opérant à des échelles différentes et mettant en jeu divers mécanismes. Ces mécanismes seront décrits dans les chapitres suivants. —- (3) –
(3) Joseph Barraud – Chapitre 4 – La ségrégation des liquides de fusion – Page 21 à 28 – ===> –(⚑)–
De nombreux facteurs interviennent dans cette phase d’extraction des liquides de la partie solide, étape très importante du magmatisme d’anatexie.
▻ – La distribution du liquide de fusion au niveau du cristal.
▻ – La perméabilité des roches et les mouvements locaux du liquide.
▻ – Le rôle joué par les déformations de la matière solide sous les contraintes tectoniques, c’est-à-dire des contraintes de compaction, de décompression et des contraintes de cisaillement.
▻ – La collecte locale des liquides dans de petites lentilles de taille centimétrique.
Nouveau texte pour ce paragraphe :
◍ – *** – Utilisation du mot « grain » :
*** – le mot « grain« , employé par Joseph Barraud est synonyme de « cristal ».
Le nom de granite a été donné à une roche magmatique cristallisée très répandue sur la terre, elle est un assemblage de cristaux appelé grains, ce nom descendrait de de l’italien granito, du latin granum – grain.
Aujourd‘hui, en géologie, le mot grain désigne les particules de roche où les minéraux isolés détachés de la roche par érosion ; un grain de sable.
Fin
Nouveau texte pour ce chapitre :
Contextes géodynamiques de l’anatexie :
L’anatexie est réalisée dans une croûte continentale épaissie en présence d’anomalies thermiques de très hautes températures.
Ce point est développé dans la page : ▤ – Migmatites et anatexie – contextes géodynamiques
◍ – La collision, le contexte d’une croûte continentale épaissie :
La majorité des granites d’anatexie se forment, dans un contexte tectonique de convergence de deux plaques lithosphériques. Cela se produit dans deux cas ;
… 1 – la subduction d’une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale : la Cordillère des Andes.
… 2 – La collision entre deux blocs continentaux appartenant à deux lithosphères continentales : les Alpes, l’Himalaya, les Pyrénées; etc.
◾ – La Cordillère des Andes :
la Cordillère des Andes résulte de la subduction de la plaque de Nazca sous la plaque sud-américaine.
▻ – Coupled tectonic evolution of Andean orogeny and global climate — Rolando Armijo a c , Robin Lacassin a c, Aurélie Coudurier-Curveur a c , Daniel Carrizo b cSciencedirect.com – ===> –(⚑)– : –📸– …. –📸–
◾ – La chaîne alpine :
La formation des Alpes correspond à trois épisodes du du cycle orogénique de Wilson avec fermeture de l’Océan Téthys, subduction de la lithosphère océanique de l’Eurasie océanique sous la lithosphère continentale de l’Afrique et puis collision entre les deux lithosphères continentales Eurasie – Afrique.
▻ – Évolution géodynamique de la Chaîne alpine – Christian Nicollet.com – ===> –(⚑)– :
▻ – La géologie des Alpes – Wikipédia – ===> –(⚑)– :
◾ – L’Himalaya
… La chaîne de Himalaya : résulte de la collision entre la plaque indienne et de la plaque eurasienne.
La collision des lithosphères continentales est précédée de la subduction de la lithosphère océanique du nord de la plaque des Indes sous la lithosphère continentale de la plaque sud-est de l’Eurasie.
Quelques remarques à propos de l’Himalaya :
◾ – L’Himalaya est entièrement situé sur la plaque indienne
▻ – Himalaya – Tibet – Le point sur la recherche française – S. Guillot1, C. France-Lanord2, B. Scaillet3. – Géochronique n°144 – : ===> –(⚑)–
▻ – Ségrégation du liquide de fusion — Joseph Barraud –Page 13 – ===> –(⚑)– : –📸–
Où se trouve ligne de suture ? – Je ne l’ai pas trouvée !!!
◾- Le Tibet est situé sur la suture des deux plaques – Indes – Eurasie :
▻ – Genesis of the Bangbu gold deposit in the southern Tibet- Sciencedurect.cpm – Xu Zheng a , Xiang Sun a , Qiang Li a , Heejin Jeon b c , Tian-Cheng Zhou d — ===> –(⚑)– – –📸-–
▻ – Le plateau du Tibet : caractéristiques, origine et évolution – Loraine Gourbet ENS de Lyon – Laboratoire de Géologie de Lyon – Gweltaz Mahéo Univ. Claude Bernard (Lyon 1) – Laboratoire de Géologie de Lyon — Planet-Terre : ===> –(⚑)– – –📸-–
◾ – Les ophiolites situées sur la lignes de sutures sont placées au nord du Tibet.:
Les ophiolites sont situées sur la ligne de suture des deux blocs continentaux impliqués dans la collision.
▻ – Continental collision – Université Mac Guill – Canada – ===> –(⚑)– – –📸-–
◾ – Les Pyrénées
… La chaîne des Pyrénées : résulte de la collision entre la plaque ibérique et de la plaque eurasienne.
Remarque :e cycle de formation des Pyrénées ne comporte de phase de subduction l’une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale, comme c’est le cas dans les cycles des Alpes ou de l’Himalaya.
Pour en savoir plus :
▤ –Migmatites et anatexie – contexte géodynamique
▤ – Série métamorphique de Gavarnie :
Fin nouveau texte :
◍ – Existence d’une anomalie thermique à l’arrêt de la convergence :
◾ – A l’arrêt de la convergence des plaques, après collision, on assiste à des événements syn et post-orogéniques, provoquant un fort amincissement de la lithosphère continentale et la remontée du manteau asthénosphérique à la base de celle-ci, participant ainsi à son réchauffement. ▤ – Amincissement de la croûte – Disparition des reliefs
▻ – Quelques explications géodynamiques possibles – Plateforme ACCES – Eduterre – Planet-Terre – ENS Lyon – === –(⚑)–
▻ – Activité effondrement gravitaire – ACCESS – ENS Lyon : ===> –(⚑)–
◾ – Après l’amincissement de la croûte, des forces de divergences peuvent apparaître et faciliter la mise en place de dômes métamorphiques et migmatitiques. Les roches impliquées dans ces dômes sont soumises à une remontée adiabatique, qui se traduit par une diminution de la pression exercée sur celles-ci, alors qu’elles conservent leur température. ▤ – Dôme métamorphique et dôme migmatitique :
◾ – Remarque : Les phénomènes de divergence peuvent apparaître pendant l’orogenèse. Actuellement on constate dans les Alpes, les signes d’un tel phénomène, deux stations géodésiques s’éloignent l’un de l’autre. Ce phénomène est probablement provoqué par le slab-rollback de la marge océanique de la plaque eurasienne, chevauchée par la plaque africaine.
Anatexie des roches basiques :
Contrairement aux tonalites, voir ci-dessus , les roches basiques possède très peu de Quartz, beaucoup de Feldspaths Plagioclases, et aussi beaucoup de ferromagnésiens – qui interviennent pas du tout dans la formation de liquide silicaté.
La fusion partielle de roches basiques (basaltes, et leurs dérivés : amphibolites, éclogites…) est sans doute un phénomène mineur comparé aux deux autres cas décrits ; de ce fait, les études sur le sujet ont été moins nombreuses.
Les réactions importantes semblent les suivantes :
(1) Fusion en présence d’eau (solidus hydraté), selon des modalités différentes suivant la pression. Les réactions qui se déroulent sont mal connues.
(2) Fusion-déshydratation de l’amphibole.
(3) Fusion déshydratation de l’amphibole et de l’épidote ; cette réaction est très proche de la réaction (1) dans l’espace P-T, et il est difficile de les distinguer expérimentalement !
Le système est complexe et mal étudié…
Magmas formés
Dans tous les cas, les liquides formés sont des liquides intermédiaires à acides (60 à 70% de SiO2), dont la principale caractéristique est le rapport Na/K élevé. Ces liquides sont en fait des adakites. À ce jour, personne n’a encore décrit de variations systématiques de composition en fonction de la réaction qui opère.
▻ – Les réactions de fusion : un autre point de vue sur la formation des magmas par fusion partielle – Article | 09/01/2004 – Jean-François Moyen – Planet-Terre===> –(⚑)–
Composition des liquides magmatiques – l’eutectique :
La ❝première goutte de magma❞ obtenue par fusion d’une roche, possède la composition minéralogique de l’eutectique.
Eutectique : mélange d’un ou plusieurs corps en proportions déterminées pour lesquelles la fusion complète, ou la cristallisation de ce mélange, se fait à température constante. (Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD
L’eau, un corps pur, cristallise entièrement à °C, la glace fond totalement à 0°C.
Les processus physicochimiques mis en œuvre pendant la fusion obéissent aux lois de la thermodynamique.
◍ – 3 citations à propos de l’eutectique et de la thermodynamique – pour rire ! :
Ce qui est trop simple est sûrement faux, ce qui est trop compliqué est incompréhensible. —Paul Valéry
La citation de Paul Valéry peut s’appliquer à ce sujet – Michel Faure – en introduction – Planet-Terre – ENS Lyon – ===> –(⚑)–
Une théorie est d’autant plus admirable que ses fondements sont simples,
qu’elle se rapporte à des domaines variés et que son domaine d’application est étendu.
En ce sens, la thermodynamique classique m’impressionne beaucoup.
C’est la seule théorie physique de portée universelle dont je suis convaincu que,
tant qu’on s’en tient à son champ d’application, elle sera jamais remise en cause.
Albert Enstein, 1949, Notes for an Autobiography ***
https://www.phys.ens.psl.eu/~ebrunet/Thermo.pdf
La thermodynamique est une discipline étrange.
La première fois que vous la découvrez, vous ne comprenez rien.
La deuxième fois, vous pensez que vous comprenez, sauf un ou deux points.
La troisième fois, vous savez que vous ne comprenez plus rien,
mais à ce niveau vous êtes tellement habitué que ça ne vous dérange plus.
attribué à Arnold Sommerfeld, vers 1940
https://www.phys.ens.psl.eu/~ebrunet/Thermo.pdf ***
Pour en savoir beaucoup plus !
*** ▻ – Cours de Thermodynamique-Science Sorbonne Éric Brunet 1, Thierry Hocquet 2, avier Leyronas – 13 février 2019— 95 pages d’équations et de diagrammes !– ===> –(⚑)–
Attention : L’eutectique et les mécanismes de la fusion sont un sujet complexe à étudier.
Cette notion n’est pas importante pour la compréhension de l’anatexie et des migmatites, donc !!!
◍ – Définition de l’eutectique :
On sait que, pour de larges gammes de compositions, les premiers liquides formés ont à peu près la même composition, quelle que soit en détail la composition de la roche source ; cette composition est celle de l’eutectique, ou minimum thermique du système. Ainsi, les systèmes « acides » (quartz, plagioclase**, feldspath alcalin**) ont-ils un eutectique qui correspond à des liquides granitiques, tandis que les péridotites*** ont un eutectique de composition basaltique.
Du point de vue des réactions de fusion, cet eutectique correspond à une ou plusieurs réactions, qui toutes vont produire des liquides de composition analogue.
etc.
Doc J-F Moyen – – Planet-Terre ===> –(⚑)–
*** Péridotites : terme utilisé pour nommer les roches du manteau. Le basalte est la roche emblématique obtenue par cristallisation du magma issu des péridotites.
** Les feldspaths : Ils sont les minéraux les plus abondants de l’écorce terrestre, ils représentent 60% en volume des roches de la croûte terrestre. On distingue :
… Les feldspaths alcalins ou sodipotassiquees, (Na, K) [AlSi3O8] ou feldspaths potassiques. Ce terme « feldspaths potassiques » est très souvent employé dans la littérature pour désigner les feldspaths alcalins, car il est présent dans tous les granites et en grandes proportions.
Les feldspaths potassiques sont présents dans les roches acides et sont pratiquement absents des roches basiques.
… Les feldspaths plagioclases ou calcosodiques, NaxCa1-xAl2-xSi2+xO8.
Les plagioclases sont présents dans les roches basiques et les roches acides.
▻ – Feldspaths : qu’est-ce que c’est ? – Futura-Sciences – ===> –(⚑)–
▻ – Feldspath – Wikipédia– ===> –(⚑)–
▻ –Feldspath potassique – Pierre Bédard – Polytechnique de Montréal – ===> –(⚑)–
Rappels :
Composition minérale d’une roche donne la liste de tous les minéraux présents dans une roche.
Composition minéralogique d’une roche donne la proportion de chacun des minéraux présents dans la roche.
◍ – Pour compléter la présentation de l’eutectique :
◾ – Systèmes acides et systèmes basiques :
… Les roches acides, très riches en SiO2, possèdent un eutectique de composition granitique : quartz, feldspath potassique et feldspath plagioclase calcosodique.
… Les roches basiques, riches en minéraux ferromagnésiens présentent un eutectique de composition basaltiques : feldspath plagioclase calcosodique, pyroxène, olivine, magnétite, etc.
◾ – La température d’apparition de la première goutte de magma (de composition eutectique) est toujours inférieure à celle de la température de fusion de chacun des minéraux qui la compose.
◾ – Quand la température de l’environnement de la roche en fusion augmente sans variation de la pression : la température de la roche en cours de fusion reste constante, car l’énergie supplémentaire apportée au système est employée à augmenter la production de magma.
◾ – Disparition d’un des éléments indispensables à la formation d’un des minéraux de l’eutectique :
… Par exemple, dans le cas de la fusion d’une roche acide : si le potassium, élément des feldspaths potassiques vient à manquer, la cristallisation des feldspaths potassiques est interrompue, la composition minérale du liquide magmatique se trouve modifiée. On observe alors une hausse de la température de fusion
… Un nouveau liquide eutectique peut être obtenu lors de la fusion de la partie de la roche, non encore fondue.
◾ – Impact de la pression sur la compositions de l’eutectique :
… Selon la pression à laquelle la roche est soumise au début de la fusion, l’eutectique est composée des mêmes minéraux , mais dans des proportions différentes.
… La température de fusion est aussi différente, elle augmente avec la pression. La pression appliquée à un cristal renforce sa cohésion : si elle augmente, alors la température doit aussi augmenter pour démarrer la fusion de la roche.
◾ – L’eutectique qualifie un matériau solide formé de l’assemblage de plusieurs corps purs, qui possède la particularité de se comporter comme un corps pur : à une pression P donnée, la cristallisation et la fusion totales de ce corps pur se déroulent à la même Température T :
… Si un granite, cristallisé à la pression P1 et à la température T1, est de composition eutectique -x%Qtz + y%Pl ± z%Kfs-, les premières gouttes de magma, obtenues par fusion de ce granite, seront de la même composition eutectique -x%Qtz + y%Pl ± z%Kfs-, à condition que la fusion se déroule à la Température T1 et à la Pression P1.
… Exemple de réaction de fusion d’une roche acide : Qtz + Pl ± Kfs + Fluide(H2O) = Magma
… Soit : Quartz + Plagioclase ± Feldspath potassique + Fluide(H2O) = Magma .
La composition du premier liquide formé diffère de celle de la roche mère.
La composition du liquide eutectique dépend de la nature des minéraux de la roche et non de leur proportions.
La composition de l a première goutte de magma a la composition de l’eutectique.
La composition du magma obtenu dépend du taux de fusion.
Le liquide eutectique de la fusion d’une roche acide est constitué de, selon la pression :
– Quartz – 25 – 35 % –
Orthose (feldspath potassique ) 35 – 45 %
– Albite (feldspath plagioclase-sodique) 20 – 30 %
◍ – Les granite d’anatexie :
La composition chimique du granite dans un pluton, n’est pas homogène, en effet :
… Au fur et à mesure que se déroule la fusion, la composition minéralogique (% des minéraux) de la roche en fusion évolue, et des minéraux peuvent disparaître : cela signifie que la composition du magma évolue, au cours du temps, avec le pourcentage de fusion.
… Sans oublier les contaminations éventuelles par la fusion des roches assimilées dans les cheminées d’accès et aussi, des roches de l’encaissant.
◍ – Pour aller plus loin !
▻ – Révision sur les eutectiques et application au magmatisme – UIAD – Université Inter-Âges du Dauphiné – ===> –(⚑)–
▻ – Les processus fondamentaux du magmatisme – Lycée du Parc à Lyon – ===> –(⚑)–
▻ – Les réactions de fusion : un autre point de vue sur la formation des magmas par fusion partielle – Université de Stellenbosch – Article | 09/01/2004 – J-F Moyen – Planet-Terre ===> –(⚑)–
▻ – Thermodynamique géologique – Studymarter – ===> –(⚑)–
▻ Le magmatisme – les processus fonfamentaux – Prépa bcpst2 Amiens – – ===> –(⚑)–
… 21 pages – 32 occurrences du mot eutectique !
