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Dômes métamorphiques et dômes migmatitiques :

Cette page a été écrite dans le cadre d’un travail concernant les migmatites et l’anatexie.
▤ – Migmatites et anatexie – Introduction

La formation d’un dôme métamorphique :

Les dômes métamorphiques se mettent en place dans une chaine montagnes après effondrement, suivi d’une phase d’extension.
Dans ces circonstances, la croûte continentale est structurée en deux parties : la croûte supérieure, froide et rigide (cassante) et la partie inférieure, très chaude et ductile (plastique), cette dernière est essentiellement composée de roches métamorphiques tels les gneiss et micaschistes.

Un dôme métamorphique se forme quand la partie supérieure de la croûte se fracture sous l’action de forces de distension, permettant aux roches ductiles de la partie inférieure de remonter vers la surface, soumises à un rééquilibrage isostatique ***.

*** l’isostasie est la théorie expliquant comment l’équilibre existant entre la croûte continentale (densité = 2,7) et le manteau lithosphérique (densité = 3.3) est maintenu pendant la formation et la disparition d’une chaine de montagnes.
… Le manteau, pour conserver l’équilibre isostatique, doit accommoder l’apparition et la disparition des reliefs et de la racine crustale, dont l’épaisseur est environ 4 fois plus importante que la hauteur des reliefs.
Pour en savoir plus sur l’isostasie : ▤ – Isostasie :

◍ – Une présentation simplifiée du mécanisme de mise en place d’un dôme donnée métamorphique par Futura-Sciences :

Morgane Gillard a repris une étude réalisée par des géologues américains dans la province géologique connue sous le nom de Basin and Range, le phénomène de » metamamorphic core complex (MCC) » ou « dôme métamorphique« .

Rq : Dôme métamorphique est traduit en anglais par MCC ou Métamorphic Core Complex en français il est parfois nommé : Complexe à Noyau Métamorphique, (core = noyau).

Dômes métamorphiques : résultat de l’effondrement d’une ancienne chaîne de montagnes :
Les résultats de leur étude, publiés dans la revue Nature Communications, suggèrent que le poids de la chaîne de montagnes et la présence d’une racine crustale (un peu à l’image de la partie immergée d’un iceberg) engendrent un fluage de matériel au sein de la croûte moyenne et inférieure, soit à plus de 20 kilomètres de profondeur. Sous l’effet des forces gravitationnelles et de la dynamique extensive, les roches formant la racine crustale profonde vont ainsi se déplacer, entraînant un effet de « rebond » crustal et un effondrement de la topographie en surface. Cet effondrement de la chaîne de montagnes va s’accompagner par le développement de failles normales classiques, qui vont commencer à amincir la croûte. Le rebond de la racine crustale va cependant générer un nouveau flux de matériel chaud et profond vers la surface, sous la forme d’un dôme. Cette remontée va être accommodée par la formation d’une faille de détachement, qui va progressivement s’aplanir pour venir exhumer le matériel profond et former un dôme métamorphique en surface

▻ – Quand l’effondrement d’une montagne fait remonter des roches des profondeurs de la croûte terrestre – Morgane Gillard le 14 novembre 2022 :- Futura-Sciences _–===> –(⚑)–

Fusion partielle des roches impliquées dans la formation d’un dôme métamorphique :

Très souvent un dôme métamorphique évolue en dôme migmatitique ou magmatique.

En arrivant près de la surface, les roches métamorphiques, au départ, très chaudes , de température supérieure à 600 °C, peuvent atteindre leur point de fusion et entrer en fusion partielle ou anatexie.
… Cela est possible car, pendant la remontée, en général très rapide, , les roches restent pratiquement à la même température.

◍ – Fusion par décompression adiabatique de la racine crustale :

La remontée est qualifiée de remontée adiabatique. ***.

*** adiabatique signifie que les roches de la croûte inférieures remontent trop rapidement pour échanger de la chaleur avec les roches de la croûte supérieure qui sont plus froides, ou alors, si échange de chaleur il y a, il reste très faible.

▻ – La formation des granitoïdes en contexte de distension post-collision (extension post-orogénique) – Diapositive 137 – AVG85 – : ===> –(⚑)– — –📸–

Pourquoi un cristal soumis à une diminution de pression est-il déstabilisé :

La cohésion d’un cristal est assuré par l’équilibre qui existe entre les forces d’attraction et des forces de répulsions exercées entre chaque atome du cristal avec ses voisins.
… Un cristal est la forme solide d’un minéral, organisée selon une configuration régulière, le système cristallin.

… La température agit sur la cohésion du cristal, une augmentation de température diminue la cohésion du cristal.
… La pression participe à la cohésion du cristal, une diminution de pression diminue la cohésion du cristal.

La fusion partielle des roches impliquées dans un dôme migmatitique :

La remontée adiabatique es roches métamorphiques de la base de la croûte se fait à température, élevée et pratiquement constante et à pression diminuant fortement. Dans ces conditions, on observe très souvent la fusion partielle des roches.les roches

Le Dôme du Velay est un exemple de dôme métamorphique devenu un dôme migmatitique. C’est le plus grand de France et d’autre part le protolithe (les roches impliquées dans les processus) était particulièrement fertile *** . Des taux de fusion de 70 % ont été atteints.

*** La fertilité dans le cas de la fusion partielle d’une roche mesure la capacité de celle-ci à fournir du magma.
Rq : La fusion partielle des roches de nature argileuses sont très fertiles.

▤ – Stabilité des minéraux
▤ – Dôme migmatitique du Velay :
▤ – Anatexie

Modèles de développement d’un dôme métamorphique :

Ci-dessous différents modèles sont proposés :

◍ – Quatre modèles de développement d’un dôme métamorphique :

Quelque modèles pour présenter les mécanismes mis en œuvre pour la formation d’un dôme métamorphique.

La légende sur le site anglais :

a Within continental crust, zones of high gravitational body forces are highly affected by lower crustal flow which causes pure shear and topographic collapse.
b Development of a simple shear phase associated with crustal root rebound and topographic collapse, together with the formation of a necking zone and high-angle conjugate fault. The counterclockwise rotation of the velocity field, as it transitions from upward ascent to horizontal flow, is accommodated along a main detachment surface and a nearby conjugate detachment.
c The relaxation of the crustal root generates an upward transport and doming of middle crust that is primarily accommodated along the main detachment zone (the rolling hinge phase).
d A final configuration of the metamorphic core complex involving an exhumed low-angle detachment within the domal region. Black arrows represent principal axes of stresses on the conjugate fault and detachment surface. MCC metamorphic core complex.

▻ – The role of gravitational body forces in the development of metamorphic core complexes – Nature Communication -2022 _–===> –(⚑)– … –📸–

La légende sur le site français :

Modèle de formation des dômes métamorphiques composant la région du Basin and Range :
a – fluage de la croûte inférieure au niveau de la racine crustale, sous l’effet du poids de la chaîne de montagnes et de l’extension
b – effondrement de la chaîne de montagnes et développement de failles normales
c- remontée de matériel profond le long d’une faille de détachement
d – et formation d’un dôme métamorphique (MCC) en surface
© Bahadori et al. 2022, Nature Communications, CC BY 4.0

▻ – Quand l’effondrement d’une montagne fait remonter des roches des profondeurs de la croûte terrestre – Futura-Sciences _–===> –(⚑)–

◾ – Le modèle « Rolling Hinge » :

Parmi les modèles de dômes métamorphiques, un est particulièrement étonnant; c’est le modèle Rolling Hinge.

« Rolling » qualifie les vagues déferlantes (rolling waves), « Hinge » est une charnière.

La croûte inférieure, ductile monte vers la surface puis se déplace sous la croûte supérieure en formant un pli retombant, images – c, d, e.

C’est le troisième modèle présenté sur l’image suivante.– –📸–
▻ – – Uploaded by Reuben J Hansman – ===> –(⚑)–
… Trois images présentant le modèle « Rolling Hinge »

(a) Tectonic evolution of the Saih Hatat Dome, based on a rolling hinge metamorphic core complex model as proposed by Braathen and Osmundsen (2019). Schematic modified and simplified from their model provided in their supplementary material, and covers the Maastrichtian to early Eocene evolution. The UP-LP discontinuity, location of strain type, and numbers to indicate the relative age of the structure (1 = first/oldest) have been added based on numerical models.
(b) Actual timing of structures in the Saih Hatat Dome, based on cross-cutting relationships, which do not match the rolling hinge core complex model.
(c) Structure and foliation trajectories of the rolling hinge metamorphic core complex model, and
(d) the deformation processes in the ductile area below the detachment fault (modified from Brun et al., 2018).
(e) Formation of a large-scale recumbent fold in the footwall of a metamorphic core complex, based on numerical modelling (modified from Brun et al., 2018).

▻ – Structural architecture and Late Cretaceous exhumation history of the Saih Hatat Dome (Oman), a review based on existing data and semi-restorable cross-sections – Reuben J. Hansman a,b,*, Uwe Ring b, Andreas Scharf c, Johannes Glodny d, Bo Wan – ===> –(⚑)– … Le texte

◍ – Autres modèles proposés pour décrire la mise en place du dôme de la zone axiale de la Montagne Noire par Michel Faure – Planet-Terre :

▻ –  » Les mécanismes du doming » dans le document « La géologie anté-permienne de la Montagne Noire (Sud du Massif Central) » – Michel Faure – Eduscol – Planet-Terre – ENS Lyon – ===> –(⚑)–

Figure 24. Les mécanismes du doming présenté par Michel Faure :

Les Différents modèles de mise en place du dôme migmatitique de la zone axiale de la Montagne Noire –📸– :

La description des modèles par Michel Faure :

A : modèle diapirique (Faure et Cotterau, 1988) ; B : modèle extensif (Brun et Van den Driessche, 1994) ; C : modèle compressif (Mattauer et al, 1996 ; Matte et al., 1998) ; D : modèle transpressif (Echtler et Malavieille, 1990 ; Franke et al., 2011).

– Modèle diapirique (Fig. 24A). Ce premier modèle initialement proposé par Schuilling (1962) et repris ensuite (Faure et Cotterau, 1988 ; Soula et al., 2001 ; Charles et al., 2009), propose que la mise en place des migmatites serait contrôlée par leur faible densité et le contraste de viscosité avec l’encaissant métamorphique. L’ascension des roches fondues est donc favorisée par leurs propriétés rhéologiques. Les structures résultant de la déformation D₂ seraient pro parte dues à la pression horizontale crée par la cristallisation des roches fondues.

– Modèle extensif (Fig. 24B). Dans les années 1990, la tectonique extensive dans les orogènes était très populaire. À l’instar des basins and ranges des USA, la zone axiale a été interprétée comme un “metamorphic core complex” ou “dôme extensif”. La faille de Graissessac serait une faille normale ductile à faible pendage, ou faille de détachement, qui permettrait l’exhumation des zones profondes (Van Den Driessche et Brun, 1992 ; Brun et Van Den Driessche, 1994).

– Modèle compressif (Fig. 24C, D). Une autre hypothèse considère que les foliations à fort pendage des roches métamorphiques de la zone axiale résulteraient d’un raccourcissement NO-SE et d’un étirement NE-SO simultané. La zone axiale serait donc un anticlinal de foliation (Mattauer et al., 1996).

– Modèle transcurrent (Fig. 24E, F). D’autres auteurs, privilégiant les linéations NO-SE du dôme, proposent que les migmatites de la zone axiale se mettraient en place dans un pull-apart dextre orienté NE-SO, associé à un raccourcissement NO-SE, serait responsable de la structure en dôme (Echtler et Malavieille, 1990 ; Franke et al., 2011).

Dans l’état actuel des connaissances, les seules preuves d’extension concernent la faille de Graissessac qui est clairement une structure postérieure au dôme de la zone axiale. Ainsi l’hypothèse extensive pour la mise en place de ce dôme semble la moins convaincante. Tous les auteurs s’accordent sur l’existence simultanée d’un raccourcissement NO-SE et d’un étirement NE-SO pendant la formation du dôme. Par ailleurs, il est évident que la rhéologie et la température élevée des migmatites et des magmas granitiques facilitent une ascension de ces roches fondues au sein d’un encaissant métamorphique solide. Un mécanisme combinant raccourcissement NO-SE, coulissage dextre et diapirisme serait sans doute le plus acceptable mais les proportions relatives de chacun de ces processus restent encore à établir.

▻ –  » Contribution au problème de la formation des dômes de la Zone axiale de la Montagne noire – Michel Demange – Géologie de la France, n°4, 1998, pp. 3-56, 27 fig. – ===> –(⚑)–
… Analyse géométrique des plissements superposés dans les séries métasédimentaires
de l’enveloppe. Implications pour tout modèle géodynamique*

Conclusion :

◍ – Le Dôme du Velay – le plus grand site anatectique de France :

Le dôme est la structure typique des zones où se se réalisent le métamorphisme et l’anatexie de grande ampleur, comme celui du dôme du Velay, le plus important en France.

▻ La fusion crustale – un exemple Ardèchois – Jean Macaudière Professeur à l’ENSG et Pierre Barbey Professeur à L’Université de Lorraine – ===> –(⚑)– –

Une page a été développée pour présenter le Dôme du Velay, pour la consulter :
……. ▤ – Dôme migmatitique du Velay :

◍ – Bibliographie :

▻ La fusion crustale – un exemple Ardèchois – Jean Macaudière Professeur à l’ENSG et Pierre Barbey Professeur à L’Université de Lorraine – ===> –(⚑)– – belle présentation du dôme du Velay anatectique.
▻ – JÉtude pétrographique et structurale des migmatites de la bordure sud-est du dôme anatectique du Velay (Ardèche, Massif Central Français) – – Auteurs:Jamila Jabbori – Direction : Jean Macaudière, Pierre Barbey – Année 1995 – Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL – ===> –(⚑)–
Le document de base de la présentation « Fusion crustale – un exemple ardéchois » de Jean Macaudière – Malheureusement ce document n’est pas accessible !
▻ Le Domaine varisque Sud-Armoricain au niveau du dôme migmatitique de Saint-Nazaire : Avg85 – ===> –(⚑)– – Sortie géologique entre Saint-Nazaire et Piriac-sur-Mer – Dimanche 3 avril 2022 -Guides : Jean Chauvet, Dominique Loizeau et Hendrik Vreken
▻ – Géologie de la chaîne hercynienne dans l’Est du Massif Central Français — J.‐F. Moyen A. Villaros — Université Jean‐Monnet, Saint‐Etienne — Avril 2011– ===> –(⚑)–
▻ – La passerelle de Baysan (Pont-de-Labeaume, Ardèche) : un musée d’objets tectono-métamorpho-migmatito-magmatiques– Pierre Thomas — Planet-Terre — ENS Lyon — ===> –(⚑)–
▻ – La géologie anté-permienne de la Montagne Noire (Sud du Massif Central) – Dôme migmatitique- Michel Faure – Univ Orléans – Planet-Terre – ===> –(⚑)–
▻ – Nancy et la géologie du socle ardéchois Jean MACAUDIERE – ===> –(⚑)–
▻ – Quand l’effondrement d’une montagne fait remonter des roches des profondeurs de la croûte terrestre – Futura-Sciences _–===> –(⚑)–
▻ – Contribution au problème de la formation des dômes de la Zone axiale de la Montagne noire – Michel Demange – BRGM – ===> –(⚑)–

▻ – Dynamique de l’extension des domaines continentaux épaissis – Dômes métamorphiques et écoulement de la croûte ductile – Thèse 2004 – Céline Tirel – Univ. Rennes – ===> –(⚑)–
… Document complet de 253 pages

▻ – Two prominent models for the evolution of metamorphic core complexes and the associated large‐displacement low‐angle detachment faults (modified from Little et al., 2019; Mizera et al., 2019), BDT―Brittle‐ductile transition. – ===> –(⚑)–
… Deux images
▻ – 3‐D Structure and Development of a Metamorphic Core Complex in the Northern South China Sea Rifted Margin – Journal of Geophysical Research: Solid Earth – February 2022 – 127(2) – DOI:10.1029/2021JB022595 – Authors: – Qing Ye – China University of Geosciences – Lianfu Mei – apeng Jiang – Xinming Xu – ===> –(⚑)–
… Le texte

▻ – – Uploaded by Reuben J Hansman – ===> –(⚑)– – –📸–
… Trois images présentant le modèle « Rolling Hinge »
▻ – Structural architecture and Late Cretaceous exhumation history of the Saih Hatat Dome (Oman), a review based on existing data and semi-restorable cross-sections – Reuben J. Hansman a,b,*, Uwe Ring b, Andreas Scharf c, Johannes Glodny d, Bo Wan – ===> –(⚑)– … Le texte