Attention
en cours de relecture !!!

Cette page est une introduction au métamorphisme, elle n’est pas complète, seuls les éléments utiles à l’étude de l’anatexie et des migmatites y sont présentés.

Métamorphisme Introduction – les processus métamorphiques :

Le métamorphisme est un ensemble de processus de transformation d’une roche en une autre à l’état solide, sans production de liquide silicaté ou magma.

▤ – Introduction de la page :
▤ – Les principes du métamorphisme
▤ – Les réactions du métamorphisme et de la fusion
▤ – L’eau dont la présence est essentielle dans les réactions
▤ –Le trajet PTt d’une roche métamorphique
▤ – Compléments d’information sur les trajets métamorphiques
▤ – Les paramètres de contrôle du métamorphisme
▤ – Les climats ou gradients métamorphiques

Le métamorphisme – introduction :

◍ – Documentation de référence :

Je me suis appuyé sur quelques documents pour développer cette page :

▻ – Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–
… Ce document est indispensable, il fait du métamorphisme; une présentation complète, abordable et parfaitement compréhensible !

▻ – Roches métamorphiques : Traceurs de l’évolution thermique de la lithosphère (dans
l’espace et dans le temps) – Christian Nicollet – ===> –(⚑)– – Pour aller plus loin !

▻ – Recueil de tous les documents, photos et schémas présents dans les pages de Christian Nicollet. Beaucoup !
… Figures et photos illustrant le site internet de – Christian Nicollet : ===> –(⚑)–

▻ – L’eau joue un rôle essentiel dans les réactions de métamorphisme et aussi dans les réactions de fusion des roches :
… L’eau, une matière extraordinaire ! Christian Nicollet – ===> –(⚑)–

◍ – Une définition du métamorphisme :

▻ – Le métamorphisme se définit comme l’ensemble des modifications intervenant, au cours du temps, dans la composition minérale et sur la structure d’une roche soumise à des conditions de température et de pression différentes de celles où elle s’est formée.

◍ – Remarques fondamentales :

▻ – Stabilité des minéraux : Les minéraux sont stables dans un espace Pression/Température bien défini. En dehors de cet espace, les cristaux sont déstabilisés, et les atomes ainsi libérés entrent en réactions métamorphiques avec d’autres pour former de nouveaux minéraux, dits néoformés.

▻ – Réactions métamorphiques : le métamorphisme est réalisé à l’état solide, sans fusion, sans formation de magma — Pour définir le métamorphisme, on parle de recristallisation où les atomes d’une roche sont réorganisés pour former de nouveaux atomes (néoformés) par glissement, diffusion et/ou de dislocation.

◍ – Les types de métamorphisme :

Le métamorphisme se produit dans différents contextes tectoniques et géodynamiques (collision, subduction, etc.), .

♦ Le métamorphisme d’impact (shock metamorphism) : il est la conséquence de la chute d’une météorite à la surface de la planète. Le choc engendre des températures et des pressions énormément élevées qui transforment les minéraux de la roche choquées, des températures et des pressions qui sont bien au-delà de celles atteintes dans le métamorphisme régional.
▻ – Planet-Terre : cas de l’astroblème de Rochechouart–Chassenon ===> –(⚑)–
♦ Le métamorphisme hydrothermal (seafloor metamorphism) : apport d’éléments chimiques par circulation de fluides
♦ Le métamorphisme de contact : extension limitée (quelques centimètres à quelques kilomètres), se développant autour d’une intrusion magmatique.
♦ Le métamorphisme régional (ou général) : constitue des formations étendues sur des dizaines ou des centaines de kilomètres.

▻ –Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–

Les exemples pris pour illustrer le métamorphisme sont pris dans le cadre d’une collision, c’est-à-dire dans un contexte ce métamorphisme régional où se forment les migmatites.

◍ – Une définition – le protolithe :

Protolithe : Roche initiale qui a donné une roche métamorphique . (Dictionnaire de Géologie – Foucault A. et al., 2014, éd. DUNOD).
…… Cette notion concerne toute roche qui subit une transformation de composition ou de structure, c’est-à-dire principalement dans les processus de métamorphisme mais cela peut être aussi employé pour désigner les roches soumises aux processus de l’altération par les agents physiques et chimiques.

Ne pas oublier que le protolithe peut être une roche de nature magmatique, ou sédimentaire, ou métamorphique.

Par exemple :
__Une argile (le protolithe) est métamorphisée en ardoise, schiste, gneiss ou micaschiste,
__Un calcaire est métamorphisé en marbre.
Dans la page Wikipédia, vous découvrirez un tableau récapitulant pour les principales roches de la croûte continentale, les roches métamorphiques dans lesquelles elle peuvent être métamorphisées.
▻ – Protolithe – Wikipédia – : ===> –(⚑)–

◍ – Roches acides – roches basiques :

Ces termes sont souvent utilisés pour distinguer les roches acides, représentatives de la croûte continentales, telles que le granite, des roches basiques, représentatives du manteau et de la croûte océanique, telles que le basalte, gabbro et les péridotites.
Les roches peuvent être classées selon leur teneur en silice SiO₂ : roches acides -SiO₂ > 65%, roches basiques – 45% < SiO₂ < 52%.
… Les roches acides se distinguent par leur richesse en silicium, alors que les roches basiques, se distinguent par la présence de minéraux ferromagnésiens, de couleur sombre et de densité importante.

Les principes du métamorphisme :

Le métamorphisme se réalise quand une roche, quelle que soit sa nature, sédimentaire, métamorphique ou magmatique, est soumise à une augmentation de température et/ou de pression.
Notre présentation concerne un métamorphisme régional qui se réalise dans le cadre d’un épaississement de la croûte continentale, résultant de la collision de deux plaques tectoniques, une plaque continentale et l’autre continentale (L’Himalaya, les Alpes), ou océanique (les Andes et les Rocheuses).
La présentation est donc développée dans cet environnement de collision ou d’orogenèse.

Le schéma suivant ou diagramme P-T-t permet d’illustrer les notions fondamentales du métamorphisme.

.. Pour visionner le schéma dans un autre onglet –📸–

Nous observons sur ce diagramme :

◍ – L’axe des températures et l’axe des pressions :

Les coordonnées qui permettent de situer le protolithe au cours de son trajet métamorphique.

◍ – Le géotherme moyen de la croûte continentale :

Il représente la variation de la température de la croûte continentale en fonction de la profondeur. Il correspondant à celui d’une croûte d’épaisseur normale, stabilisée, de 30 km environ, comme sous nos pieds, dans le Massif Armoricain, avec des reliefs de faible hauteur.
… Au fur et à mesure de l’épaississement de la croûte, le géotherme remonte, la pente de la courbe devient moins forte, cela signifie que, pour une profondeur donnée, la température est plus importante.

◍ – Le solidus des granites hydratés – courbe a :

Cette courbe indique la valeur de la température à laquelle, pour une pression donnée, on observe le début de fusion d’un granite saturé en eau libre.
Rq : avant de franchir cette étape, le granite aura été, auparavant, métamorphisé en orthogneiss.

Les gneiss ou micaschistes franchissant cette limite deviennent des gneiss migmatitiques.

Cette courbe représente la limite entre le domaine du métamorphisme et le domaine du magmatisme.

◍ – Le trajet :

La courbe représentée sur le schéma, correspond à à l’évolution de la température et de la pression ressenties par une roche soumise à un métamorphisme.
… Le trajet représenté sur le schéma correspond à celui d’une roche (sédimentaire, argileuse) impliquée dans un métamorphisme qui la conduit au-delà du « solidus des granites hydratés », où se situent les domaines des migmatites et de l’anatexie.
… Rq : beaucoup de roches métamorphiques, en fonction du chemin suivi pendant l’épaississement de la croûte, n’atteignent jamais les conditions de la fusion. C’est la raison pour laquelle, on peut observer de roches métamorphiques, schistes et gneiss, en grandes quantités.

Les réactions du métamorphisme et de la fusion :

◍ – A – Réactions du métamorphisme :

Dans le domaine du métamorphisme, les réactions sont réalisées à des températures variant de 200-300 °C jusqu’600-650 °C, la roche n’a pas encore atteint son point de fusion.

◾ – Réaction métamorphique du type le plus fréquent :

Dans la croûte continentale, la majorité des réactions métamorphiques sont des réactions de déshydratation du type :
H = A + V
Dans laquelle -H- est un assemblage de minéraux hydratés, -A- de minéraux anhydres et -V- la phase vapeur d’eau (H₂O). –
Christian Nicollet.

Un assemblage de minéraux dont un, au moins, est hydraté, est métamorphisé en un nouvel assemblage de minéraux anhydres, avec libération de l’eau, voir ci-dessous.

◾ – Réaction métamorphique : H = A + V — avec libération H₂O :

Pg + Q = Ab + Als + H₂O : Paragonite + Quartz = Albite + Al₂SiO₅ + H₂O
… Als = Al₂SiO₅ = Andalousite ou Sillimanite ou Kyanite.
… La paragonite de formule NaAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ appartient à la famille des muscovites, minéraux hydratés.
… Albite : Al₂SiO₅
… NaAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ + SiO₂= NaAlSi₃O₈ + Al₂SiO₅ + H₂O

Remarque : C’est la présence de lion hydroxyle _OH⁻_ qui donne au minéral sont qualificatif de minéral hydraté.

Remarque : dans l’assemblage de minéraux hydratés –H-, on retrouve très souvent un minéral appartenant à la famille des micas (biotites et muscovites) ou à celle des amphiboles.

◾ – Réaction métamorphique – courbe b – Formation de la muscovite et la biotite :

Ces minéraux résultent d’un métamorphisme, de basse intensité, appliqué à des argiles***, minéraux hydratés. Les argiles constituent l’élément principal des roches sédimentaires argileuses, de types argilites ou pélites.

*** Les argiles sont des minéraux hydratés, obtenus par altération chimique des feldspaths et des micas présents dans la roche érodée.
▻– LES ARGILES, genèse et utilisations Normale Sup – ===> –(⚑)–
▻ – Origine géologique des argiles.! Normale Sup – ===> –(⚑)–
▻– Les argiles – Coursgéologie – ===> –(⚑)–
▻ – Des minéraux argileux : GEOLOGYSCIENCE- ===> –(⚑)–

.Remarque : Les minéraux de la famille des micas, minéraux hydratés, les blancs telle la muscovite et les noirs telle la biotite jouent un rôle essentiel dans les réactions de fusion partielle des roches dans la croûte continentale.

◾ – Réaction métamorphique – A = A — en absence d’eau :

Un assemblage de minéraux anhydres, est métamorphisé en un nouvel assemblage de minéraux anhydres.

Ab = Jd + Q : Albite = Jadéite + Quartz
La jadéite est un minéral de la famille des pyroxènes que l’on retrouve dans les roches basiques.
… Cette réaction n’est pas reportée sur le schéma c-dessus.
… Cette réaction se réalise entre les deux points P/T suivants : 9 Kbar (30 km)/320°C – 17 Kbar (60 km)/600°C.
… Cela correspond à un métamorphisme de haute intensité.

◾ – Réaction métamorphique : – courbe f – A = B = C – Polymorphisme :

Cette réaction métamorphique s’applique à une espèce minérale cristallisant avec une structure différente, selon les conditions de température et de pression.

Al₂SiO₅ – silicate d’alumine, c’est trois polymorphes, séparés par 3 courbes P-T :
Andalousite <==> Sillimanite ; Andalousite <==> Disthène ou Kyanite ; Sillimanite <==> Disthène.

Cet équilibre est représenté sur le schéma par trois segments de droites qui se rejoignent en un point triple.

▻ – « La voilà donc cette andalousite qui des traits de son disthène a détruit l’harmonie ! Il en rosit, le traître ! », adaptation de deux vers de la tirade du nez de Cyrano de Bergerac (Edmond Rostand) à propos de disthènes se transformant en andalousites, massif des Maures (Var) – du Pierre Thomas – Eduscol – Planet-Terre ===> –(⚑)– –
… Pour rire d’un sujet sérieux !

▻ – Silicate d’alumine – Al₂SiO₅. – Wikipédia – ===> –(⚑)– –
▻ – Disthène –📸– Andalousite –📸– Sillimanite –📸–

▻ – Pour de très belles photos de minéraux – penser au site : Mindat.org – ===> –(⚑)– –

◍ – B – Réactions du magmatisme – anatexie ou fusion partielle :

La roche a atteint son point de fusion, elle entre en fusion partielle ou anatexie, elle quitte le domaine du métamorphisme pour entrer dans celui du magmatisme, au-delà du solidus des granites hydratés dans un espace où les températures s’étalent de 600-650 °C jusqu’à 900-950 °C.

Les réactions de fusion sont développées dans la page réservée à ▤ – Anatexie

◾ – Réaction du magmatisme – courbe d – Fusion d’une roche hydratée :

L’eau est libre, elle baigne la roche :
… Ab + Kfs + Q + Als + H2O = L : Albite + Feldspath potassique + Quartz +Al₂SiO₅ + H₂O = Liquide silicaté ou magma.
… Als = Al₂SiO₅ ou silicate d’aluminium = Andalousite ou Sillimanite ou Kyanite
… Cette courbe représente une réaction de fusion d’un assemblage de minéraux présents dans une roche hydratée, contenant de l’eau libre.
… Cette courbe peut se confondre avec la courbe qui représente le solidus hydraté du granite.
… Cette réaction se situe à la limite du domaine métamorphique et du domaine magmatique.
… Sans évolution croissante des conditions de température et de pression appliquées à la roche, une fois exhumée, on observa un gneiss migmatitique.

◾ – Réaction du magmatisme – courbe c – Fusion d’une roche anhydre ou réaction de « fusion-déshydratation » :

L’eau est liée, elle est un composant chimique d’un minéral hydraté :
… Bt + Ab + Sil + Qtz = Grt + Kfs + L : Biotite + Sillimanite + Quartz = Grenat + Feldspath potassique + Liquide.
… C’est la biotite, minéral hydraté qui apporte l’eau nécessaire à la production de liquide magmatique.
… Cette réaction se réalise dans le domaine magmatique à des température élevée, proche des 900 °C.
… Des réactions de ce type existent avec la muscovite, mais elles se réalisent à une température moins élevée, vers 800 °C.
… Quant aux amphiboles, ferromagnésiens hydraté, présents dans les roches métamorphiques basiques telles les amphibolites et métagabbros, les réactions de fusions se font à des températures encore supérieures, au-dessus de 900 °C.

L’eau : élément essentiel dans les réactions du métamorphisme et de la fusion des roches :

L’eau intervient dans le métamorphisme et le magmatisme à différents niveaux, soit comme élément chimique et soit comme élément physique.

Question : Peut-on dire que l’eau et autres fluides tels que CO₂, jouent le rôle de « tondant* » vis-à-vis des roches soumises au métamorphisme et au magmatisme ??

*Fondant : additif que l’on ajoute à un minerai (roche) afin d’en abaisser le point de fusion.

◍ – Où trouver l’eau dans une roche :

L’eau est présente dans les roches sous deux formes :

◾ – Libre – elle est extérieur aux minéraux, dans les pores de la roche ou microfissures à l’intérieur des minéraux ou dans les espaces inter-minéraux.
◾ – Liée aux minéraux hydratés – ce sont les minéraux argileux, la biotite, les muscovites, les amphiboles, l’eau est un élément chimique composant le minéral, elle est présente sous forme d’un ou plusieurs radicaux « hydroxyle – OH^– « .
… L’eau, élément chimique H₂O, peut aussi se retrouver en inclusion dans les minéraux, tels le quartz et les feldspaths.

A Voir — différence entre H₂O et OH dans la formule chimique

◍ – L’eau dans les réactions – élément chimique :

Elle joue le rôle un élément chimique réactif ou produit dans les réactions du métamorphisme et réactif dans les réactions de la fusion telles que listées ci-dessus.

A Voir — L’eau en solution dans les magmas

◍ – Le rôle joué par l’eau libre – élément physique :

▻ – Au niveau des cristaux, elle facilite le déplacements des éléments détachés des cristaux par les réactions de métamorphisme et de fusion.
▻ – D’autre part, dissoute dans le magma , elle influence la viscosité du magma, donc sur la mobilité de ce dernier, pendant son transport depuis l’environnement du cristal où il s’est formé, jusqu’à l’accumulation dans une chambre magmatique où il cristallise.

▻ – L’eau, une matière extraordinaire ! Christian Nicollet – ===> –(⚑)–
Bonne lecture !!!

Le trajet P-T-t d’une roche métamorphique :

Les trajets présentés correspondent au chemin qu’une roche située près de la surface pourrait effectuer quand elle est impliquée dans la mise en place d’une chaîne de montagnes.

.. Pour rappeler le schéma de trajet dans un autre onglet –📸–

◍ – Les étapes du trajet P-T-t :

Le trajet est constitué de quatre étapes, caractérisées parles variations de la température et de la pression éprouvée par la roche dans sont périple.

▻ – 1 – Enfouissement des roches, pendant la formation des reliefs. caractérisé par une augmentation rapide de la pression et une augmentation lente de la température.
▻ – 2 – Stabilisation des reliefs après arrêt de la convergence, caractérisée par une diminution très faible de la pression et une augmentation continue de la température, la croûte se réchauffe.
… Seule l’érosion est active pendant cette étape. La durée de cette étape peut se mesurer en dizaines de millions d’années.
▻ – 3 – Amincissement de la croûte, caractérisé par une diminution importante de la pression, alors que la température de la roche reste relativement constante avant de diminuer en fin d’étape.
… D’abord réchauffée, la croûte est devenue malléable, alors, en cours d’étape, des processus géodynamiques, sont mis en œuvre pour amincir cette croûte épaissie. Ils se poursuivent à l’étape suivante et peuvent parfois être amplifiés.
… Tout ceci est présenté dans la page : ▤ – Amincissement de la croûte – Disparition des reliefs
▻ – 4 – Exhumation des roches, caractérisée par diminution lente de la pression et de la température, c’est l’érosion qui poursuit son travail.

En fin de page, un chapitre développe ce sujet, les trajets P-T-t.

◍ – Métamorphisme prograde et rétrograde :

Les roches, au cours de leur périple, sont soumises, au cours des trois premières étapes, à un métamorphisme avec des conditions de température et de pression de plus en plus sévères, on parle de métamorphisme prograde. Ensuite, lors de l’exhumation, la pression et la température diminuent ; alors un autre métamorphisme peut se mettre en place et modifier les assemblages minéraux obtenus lors du métamorphisme précédent, on assiste alors à un métamorphisme rétrograde ou rétromorphisme.
…. Ce dernier est beaucoup plus rare car des produits issus du premier métamorphisme ont pu disparaitre, c’est le cas de l’eau, libérée pendant la phase prograde, qui s’est déplacée. D’autre part, la température diminuant, les réactions se réalisent beaucoup plus lentement.

Les éclogites – un exemple de rétromorphisme :

Les éclogites sont un cas de rétromorphisme spectaculaire par la « beauté » de la roche après rétromorphisme. Christian Nicollet a très bien présenté ce sujet dans la page
▻ – Le trajet PTt du gabbro – Christian Nicollet – === –(⚑)–

a – Une éclogite est une roche métamorphique dont le protolithe est une roche basique (un basalte – roche volcanique ou un gabbro – roche plutonique) appartenant à une plaque océanique entrée en subduction, sous une autre plaque tectonique , dans le cas de convergence..
b – Le protolithe basique subit un métamorphisme prograde quand la croûte océanique s’enfonce dans le manteau.
… Dès qu’il atteint une profondeur de 50 à 60 km et une température de 500°C environ, le schiste bleu formé auparavant est métamorphisé en éclogite.
c – L’éclogite a deux avenirs :
…. 1 – Soit elle continue de s’enfoncer avec la croûte océanique et elle disparait dans le manteau où elle est digérée.
… 2 – Soit, dans une collision avec une plaque continentale, le morceau de croûte océanique où se trouve l’éclogite, est redirigé vers la surface.
d – Pendant la remontée vers la surface, si elle n’est pas trop rapide, les éclogites subissent un rétromorphisme qui produit un nouvel assemblage de minéraux très spectaculaire.

▻ – Le trajet PTt du gabbro – Christian Nicollet – === –(⚑)–
▻ – A la cueillette des Fruits Rouges …Eclogitiques – Christian Nicollet – === –(⚑)–.
… on peut observer des éclogites non soumises au rétromorphisme.
▻ – Eclogite – Mindat.org – === –(⚑)– – === –(⚑)– : De très belles photos !!! –
▻ – Les éclogites et les gneiss de l’unité de métamorphisme de haute pression des Essarts -Avg85 – 8 mai 2011 Guide de l’excursion : Gaston Godard – – === –(⚑)–
▻ – Roche 8 : Les Éclogites de la Gerbaudière – Saint-Philbert-de-Bouaine (85) – Page 8 – – Avg85 – – === –(⚑)– – Contexte tectonique de l’exhumation des éclogites de la Gerbaudière.
Pour aller beaucoup plus loin :
▻ – Les grenats des éclogites du sud armorique – Alain ABREAL février 2009 – === –(⚑)–

◍ – Série métamorphiques ou séquence métamorphique :

Appliqué à un protolithe, pendant son périple, le métamorphisme prograde fait apparaître de nouvelles roches métamorphiques, métapélites, schistes, micaschistes, etc.. Ces roches constituent une série métamorphique.

Selon l’endroit où elles sont situées dans la croûte, ces roches métamorphiques peuvent échapper à un métamorphisme de degré plus important, rester en l’état.

En effet, quand on parle de migmatites, le protolithe est très souvent de de nature sédimentaire. Ces roches peuvent se retrouver,très souvent, en grande épaisseur et couvrir une surface importante. Et cet ensemble de roches, embarqué dans un cycle orogénique sera éclaté et dispersé en différents endroits et à différentes profondeurs. Ces différents blocs seront donc soumis à des gradients de température et de pression très différents.
Et parfois, après exhumation, on peut observer des séries complètes ou avec lacunes.
… On retrouve à Gavarnie, un bel exemple de série métamorphique :

▻ – Voir page : ▤ – Série métamorphique de Gavarnie :
▻ – Un autre exemple – Étude tectonique et pétrologique de la série métamorphique de Saint-Michel-Chef-Chef (Loire-Atlantique, France). – Tanguy JEAN -Université de Nantes – === –(⚑)–

Compléments d’information sur les trajets :

Les trajets P-T-t retracent le chemin suivi par une roche impliquée dans une collision. Cela est noté cycle orogénique – ci-dessous une bonne illustration accessible de ce cycle orogénique :

▻ – – Vidéo – G4-12 – Schéma du cycle orogénique – BCPST-Véto Angers et agrégation SVT – === –(⚑)–

◾ – Étape n°1 – Épaississement de la croûte :

Les roches s’enfoncent rapidement dans une croûte encore froide, c’est la raison pour laquelle, les roches se réchauffent lentement.

Au moment de la construction de la chaîne, la croûte continentale est froide et rigide. Globalement, on peut dire que les échanges thermiques sont plus lents que les phénomènes tectoniques : quelques millions d’années suffisent pour « enfoncer » la croûte à 100 kilomètres de profondeur alors que quelques dizaines de millions d’années sont nécessaires pour un équilibrage thermique avec le milieu.
▻ – Extension et disparition des reliefs / Quelques explications géodynamiques possibles – Plateforme ACCESS – Eduterre – ENS Lyon – Introduction – === –(⚑)–

▻ – Pendant cette étape, la chaleur provient essentiellement de la désintégration d’éléments radioactifs présents dans la croûte (²³⁸U, ²³⁵U, ⁴⁰K).

◾ – Remarque – métamorphisme de haut degré sans atteindre une grande profondeur :

Pour atteindre le domaine de l’anatexie, le chemin PTt peut se réaliser à une profondeur relativement faible. C’est le cas de la série métamorphique de Gavarnie qui s’est effectuée à une profondeur de 10-12 km maximum.
… En effet, des roches de la série métamorphique contiennent de l’andalousite, se formant à basse pression et non du disthène ou kyanite., se format à plus haute pression.
▤ – Série métamorphique de Gavarnie :

Question : Quelle pourrait être la source de chaleur ??

◾ – Étape n°2 – Amincissement lent de la croûte, la température toujours en hausse :

Les forces de convergences diminuent et restent en équilibre avec les forces de divergence .La croûte subit un amincissement sous l’action conjuguée de l’érosion en surface et et une délamination de la base des reliefs.

La température des roches continue à augmenter, la chaleur à l’intérieur d’une chaîne de montagne de taille importante, s’évacue difficilement:

La chaleur est davantage bloquée car la production de chaleur est supérieure à la dissipation par diffusion. La croûte s’échauffe donc et on assiste à une remontée de la limite lithosphère – asthénosphère (isotherme 1300 °C). La fusion partielle des matériaux en profondeur devient possible et on peut avoir la mise en place de granites. granites.
Ainsi :
La croûte continentale épaissie présente des propriétés physiques et thermiques qui se modifient : elle devient notamment plus malléable ce qui permet sa déformation et son étirement..
▻ – Extension et disparition des reliefs / Quelques explications géodynamiques possibles – Plateforme ACCESS – Eduterre – ENS Lyon – Introduction – === –(⚑)–

… Rq : Les roches possèdent un coefficient de conductivité thermique très faible.

Cette période peut être très longue, plusieurs dizaines de milliers d’années.

Pour aller plus loin : ▤ – Amincissement de la croûte – Disparition des reliefs

◾ – Événement remarquable : – apparition de la première goutte de magma :

Cet événement se produit le plus souvent pendant l’étape 2.

Mais beaucoup de roches métamorphiques n’atteignent pas ce stade !!!

Les conditions de Température et de Pression ressenties par la roche métamorphique correspondent au solidus hydraté du granite.

A cette Pression et à cette Température,un gneiss ou un micaschiste deviennent un gneiss migmatitique.

A ce instant, la roche métamorphique quitte le domaine du métamorphisme pour entrer dans le domaine du magmatisme.

◾ – Étape n°3 – Amincissement rapide de la croûte, la pression diminue, la température reste à peu près constante :

Les forces de convergences à l’origine de la collision ont complètement disparu.
Cette étape n’apparait que dans le cas où la croûte continentale a atteint une grande épaisseur et que et que celle-ci soit soumise à des forces de divergence.

Dans ce cas des failles normales se forment et provoque un amincissement important de la croûte continentale.
Alors que les roches situées à la base de la croûte , fortement réchauffées au contact du manteau asthénosphérique très chaud, se rapprochent rapidement de la surface, elles peuvent atteindre leur point de fusion.
… On appelle remontée adiabatique, ce type de mouvement ascendant de roches qui se traduit par une baisse « rapide » de la pression exercée, alors que la température reste quasi constante, la dissipation de chaleur reste très faible, les roches présentent un coefficient de conduction thermique, très faible.

C’est très souvent dans ce cas de figure que l’anatexie génère de grandes quantités de magma.

Pour aller plus loin : ▤ – Dôme métamorphique et dôme migmatitique :

◾ – Remarque : le trajet réel d’une roche n’est pas aussi simpliste;

Le trajet prograde d’une roche peut s’effectuer à des pressions relativement basses La roche métamorphique peut voir son chemin tranquille bouleversé, prise dans des nouveaux processus géodynamiques apparus pendant l’orogenèse.
… Dans le Dôme métamorphique du Velay, se trouvent des roches impliquées dans deux épisodes métamorphiques au cours de du même épisode orogénique.
Ce phénomène peut être observé dans le cas du Dôme du Velay:
▤ – Dôme migmatitique du Velay :

Les paramètres de contrôle du métamorphisme

Ce paragraphe fera peut-être l’objet d’une autre page : « Compléments du métamorphisme »

La stabilité d’un cristal est assurée tant que les forces de cohésion exercées sur les atomes entre eux sont supérieures aux forces de répulsion.
La stabilité d’un cristal dépend de plusieurs paramètres : la température, la pression, la présence de fluides et le temps.

◍ – La Stabilité d’un cristal :

Une structure moléculaire extrêmement bien organisée est le point commun de tous les cristaux. Tous les atomes (ou ions) d’un cristal sont agencés de sorte qu’un même motif se répète. *** 1

Les atomes, dans un cristal sont sont réunis par des liaisons électroniques soumises à des à des forces de cohésion et des forces de répulsion.
Deux facteurs externes au cristal, jouent un rôle fondamental dans la stabilité d’un cristal situé dans une roche, ce sont :

… a – La température : L’augmentation de température affaiblit la cohésion du cristal.

… b – La pression : la pression exerce physiquement une force physique qui s’ajoute aux autres forces de cohésion. Et cela intervient dans les deux sens, en compression et en dépression.
Ainsi, la silice (SiO₂) possède plusieurs polymorphes. Dans les roches que l’on peut observer à la surface de la terre, la silice est toujours cristallisée en quartz.
Mais, exposé à un métamorphisme de Haute Pression – 30 kbar, équivalent à une profondeur de 100 km environ – le quartz est métamorphisé en coésite.
Dans le cas où la roche est exhumée, la coésite est rétromorphisée en quartz.
… Le quartz de système cristallin trigonal et de densité = 2,65, est est « compacté » en coésite de système cristallin monoclinique de densité = 2,92. *** 2

▻ – *** 1 – Qu’est-ce qu’un cristal ? – Eva Amsen – Parlons Sciences Canada – ===> –(⚑)–
▻ – Au cœur des matériaux cristallins – Philippe Lours, Fabien Baillon 2.8. 19 mars 2024 – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–
▻ – *** 2 – Coésite – Wikipédia – ===> –(⚑)–
… Pour aller plus loin dans la cristallisation
▻ – Les Fondamentaux de la Cristallisation et de la Précipitation -Fabienne Espitalier, Fabien Baillon, Jacques Schwartzentruber, René David, Alain Gaunand, Michel Cournil, Ana Cameirão – 2.15 – 19 mars 2024 – – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–
▻ – La Coésite de Dora Maira ou Pourquoi les Roches Métamorphiques recristallisent-elles ? –Christian Nicollet : ===> –(⚑)–

Remarque à propos de la coésite : On ne peut observer la coésite dans les roches de surface, car formée en profondeur (plus de 100 km), elle subit, pendant l’exhumation, un métamorphisme inverse, rétrograde : elle recristallise en quartz. Voir coésite de « Dora Maira » !

◍ – La Température :

La température, quand elle augmente, favorise la dislocation du cristal, les liens entre les atomes qui assurent sa cohésion sont brisés. Tous les atomes ainsi libérés peuvent alors entrer en réactions métamorphiques entre eux pour former de nouveaux minéraux stables à plus haute température.

◾ – Les sources de chaleur à l’intérieur de la croûte :

◅ – La température est fonction de la profondeur ou est en liaison avec la proximité d’une chambre magmatique. On sait que l’énergie thermique provient du flux de chaleur de la planète, généré essentiellement par la désintégration d’éléments radioactifs (U, Th, K) très présents dans la croûte continentale : on considère que la température est de l’ordre de 800°C à la base de cette enveloppe (1).

◅ – Le gradient géothermique est dit « normal » (30°C / km) dans la croûte continentale, « élevé« (50°C / km) dans les zones tectoniquement actives et « faible« (aux alentours de 6°C / km) dans les anciens boucliers continentaux (1).

◅ – En principe, le domaine de métamorphisme s’étend en température de 50°/100°C à 650/700°C. (1).

▻ – (1) Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–

◾ – Le manteau, une autre source de chaleur :

Pendant les deuxième et troisième étapes du trajet P-T-t, on peut assister à des phénomènes géodynamiques qui provoquent un fort amincissement de la croûte continentale. Cela s’accompagne d’une remontée du manteau asthénosphérique, très chaud.

Ce phénomène est observé dans les dômes métamorphiques et les dômes migmatitiques.
▤ – Dôme métamorphique et dôme migmatitique :

◾ – La mise en place de plutons basiques à la nase de la croûte continentale :

La remontée du manteau asthénosphérique, mentionnée ci-dessus, est adiabatique, permettant aux roches du manteau d’atteindre leur point de fusion. Le magma ainsi généré est collecté dans des chambres magmatiques situées en base de croûte. Ce magma très chaud -plus de 1000 °C- participe au réchauffement de la croûte qui s’amincit.

◍ – La Pression :

◾ – La pression est une force physique, exercée sur un cristal, elle le comprime, elle est opposée aux forces de répulsion existant entre les constituants du cristal, elle assure la stabilité du cristal.

◅ – Quand elle diminue, les forces de répulsion des atomes deviennent prépondérantes, et des éléments se détachent de la structure cristalline.
◅ – Quand elle augmente, elle favorise le rapprochement des atomes et un cristal nouveau peut apparaître.
◅ – Ainsi, certains minéraux, dits polymorphes possèdent plusieurs formes cristallines selon la pression à laquelle ils se forment, tels que andalousite, sillimanite et disthène. Ils permettent de bien préciser le chemin PTt des roches qui contiennent un ou deux de ces minéraux.

Rq : Ainsi une roche exposée à une pression qui diminue, tout en perdant très peu de chaleur, peut atteindre son point de fusion. Les réactions de fusion-déshydratation se réalisent très souvent dans cas qui correspond à une remontée adiabatique des roches.

◾ – On distingue trois types de pression :.

◅ – La pression lithostatique (P_L) qui est la pression exercée sur une roche, par les roches qui la surmontent. Cette pression est fonction de la densité des roches et de la profondeur à laquelle elle s’exerce. Elle est isotrope, c’est à dire homogène dans toutes les directions et n’engendre donc pas de déformation.

◅ – Les contraintes tectoniques (C_T) : il s’agit de la pression exercée sur les roches par l’action des forces tectoniques, elle est liée aux chevauchements et aux processus orogéniques. Elle est donc anisotrope car elle n’est pas homogène dans toutes les directions de l’espace : elle est orientée et engendre des déformations et l’apparition de nouvelles structures à différentes échelles).

◅ – La pression des fluides (P_f) : c’est la pression exercée au sein des pores des roches par les fluides. Elle dépend de la présence d’H₂O et de CO₂ qui peuvent être présents dans les interstices et libérés lors de réactions chimiques de déshydratation ou de décarboxylation. La P_f favorise la circulation de fluides, accélère les réactions de transformations minérales, les échanges de matière et abaissent la température de début de fusion des matériaux.
▻ – Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–

◍ – Le temps :

Le temps : La plupart des minéraux sont métastables, c’est à dire qu’ils se maintiennent sans modifications sensibles en dehors de leur domaine de formation : c’est cette propriété qui permet d’observer à l’affleurement des paragenèses (*) d’origine profonde. Les réactions de formation des minéraux sont réversibles mais les réactions rétrogrades ne se produisent pas ou à des vitesses extrêmement faibles. La vitesse d’exhumation est donc un facteur essentiel de conservation des assemblages métamorphiques.
(*) Paragenèse : association de minéraux qui sont, ensembles, stables dans certaines conditions pression-température et qui caractérise le chimisme général de la roche.
▻ – Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–

Les climats ou gradients Métamorphiques :

Une roche, soumise à un métamorphisme prograde génère une série de roches métamorphiques, définies par les variations de Température et de Pression qu’elle subit.
On distingue ainsi, trois séries de ce types, on les nomme climats ou gradients métamorphiques : Gradients des Bastes Pressions, Moyennes Pressions et Hautes Pressions..

◍ – Les gradients – présentation :

◾ – Une présentation des climats ou gradients métamorphiques :

▻ – Les gradients métamorphiques – Christian Nicollet : –📸– – Le graphique :

Lorsque l’on se déplace dans une zone affectée par un métamorphisme régional, les différentes roches témoignent de conditions variables, progressives, depuis les faibles degrés jusque, parfois, les conditions de l’anatexie. Les conditions dont témoignent ces roches permettent de tracer une évolution régulière dans le diagramme P-T : on parle de gradient métamorphique. Les trois domaines colorés (HP-BT, MP-HT et HT-BP) matérialisent les évolutions métamorphiques régionales les plus souvent enregistrées par les roches du métamorphisme régional. Ce sont les principaux gradients métamorphiques (2) .

(2) ▻ – Les gradients métamorphiques – Christian Nicollet : ===> –(⚑)– – le texte

◾ – Une description des climats ou gradients métamorphiques vue par Planet-Terre :

Cette classification a été élaborée dans les années 60 par Miyashiro à partir de l’étude des ceinture métamorphiques de l’arc japonais. Les variations relatives de la pression et de la température permettent de définir des « climats » métamorphiques qu’il ne faut pas confondre avec des intensités de métamorphisme car dans chaque climat on peut rencontrer tous les degrés de métamorphisme.
○ Le climat BP-HT (ou série Abukum-Rioké). Le gradient géothermique est fort : la température augmente très vite même pour une faible profondeur et aboutit souvent à l’anatexie. Les minéraux caractéristiques sont l’andalousite et la sillimanite.
○ Le climat MP-MT (ou série barrovienne). Le gradient géothermique est moyen, Il aboutit souvent à l’anatexie et les minéraux caractéristiques sont le disthène et la sillimanite. Cette série correspond souvent à une tectonique type collision.
○ Le climat HP-BT (ou série franciscaine). Le gradient géothermique est faible : la pression augmente sans élévation notable de la température. Les schistes bleus se forment souvent dans ce contexte qui n’aboutit jamais à l’anatexie. Ce climat s’observe souvent dans les contextes de subduction.

Il faut donc comprendre qu’une roche évoluera différemment selon le climat métamorphique. Par exemple, un basalte deviendra successivement schiste vert puis amphibolite, puis granulite en climat MP-MT mais deviendra schiste bleu puis éclogite en climat HP-BT.

Il est à noter qu’aucun des 3 gradients ne coïncide avec le géotherme moyen d’une lithosphère stabe (GLs) ce qui signifie que ces gradients ne sont pas apparus dans les conditions de lithosphère stable mais dans différents contextes géodynamiques(1).

(1) ▻ – Métamorphisme : l’essentiel de ce qu’il faut savoir – Nathalie Pajon-Perrault – Eduterre – ENS Lyon : ===> –(⚑)–

◾ – Un exemple de série métamorphique dans le domaine MP-MT

Le tracé du gradient métamorphique consiste à « placer » (qualitativement) sur le diagramme PT les cinq échantillons(3) .

(3) ▻ – Le tracé du Gradient Métamorphique – Christian Nicollet : ===> –(⚑)–

◍ – La position des climats métamorphiques par rapport au point triple des polymorphes du silicate d’alumine :

Les polymorphes du silicate d’alumine sont très souvent présents dans les roches métamorphiques, ils sont aussi un très bon indicateur du chemin métamorphique emprunté par les roches.

◾ – Les coordonnées du point triple :

… Les coordonnées du point triple des silicates d’alumine retenues dans cette étude sont :
une pression de 4,5 Kbar environ (correspondant à une profondeur de 10 à 15 km) et une température légèrement supérieure à 550°C.
Rq : Selon les auteurs, ces valeurs varient de 15 à 20%, en plus ou en moins !!!

◾ – Les climats métamorphiques et le point triple :

… Le point triple est situé entre les deux climats BP et MP.

… La série de roches appartenant au climat MP-MT se distingue par la présence du disthène ou kyanite et de la sillimanite.
… C’est le cas de la série métamorphique présentée par Christian Nicollet où l’on retrouve de la kyanite ou disthène dans l’échantillon 3 : ===> –(⚑)–

… La série de roches appartenant au climat BP-HT se distingue par la présence d’andalousite de la sillimanite.
… C’est le cas de la série métamorphique de Gavarnie.

Pour Continuer la balade sur le site Géologie pour les Curieux :

◾ – L’anatexie :
… Pendant son périple, le protolithe atteint les conditions de température et de Pression où apparait, la première goutte de magma, quand elle entre dans le domaine du magmatisme :
▤ – Anatexie

◾ – Les migmatites :
… Les migmatites sont les témoins physiques du passage des roches métamorphiques dans le domaine du magmatisme, quand la première goutte de magma apparait :
▤ – Migmatites

◾ – Page principale :
▻▤ – Migmatites et anatexie – Introduction