Le métamorphisme. Le métamorphisme est un phénomène général et complexe.

Transcription

1 Le métamorphisme 1

2 Le métamorphisme Le métamorphisme est un phénomène général et complexe. Il s agit de la transformation des roches à par l action de la pression et de la température Toutes les roches peuvent être transformées par métamorphisme. Exemple : la boue d un torrent ( argile ) pourra devenir du gneiss. Mécanismes de transformation Les changements des conditions de pression et de température transforment la structure. Action mécanique: apparitions de plis, de couches, de failles etc. Action chimique: modification de la cristallisation. 2

3 Le métamorphisme: comment ça marche Actions thermo - mécanique Sédiments. Diagenèse 200 C Notion de niveau structural. Définit le comportement des roches. Niveau supérieur( de 0 à 4km): cisaillement et failles. Schistosité. Niveau moyen ( de 4 à 8km): flexion avec couches de même épaisseur Niveau inférieur ( de 8 à 10 km) : fluage des roches. Foliation. Si p > 10 km: début anatexie Pression température ) Forces et température importantes. Schistosité: feuilletage dû à la pression tectonique et début de la recristallisation des minéraux. Le feuilletage est perpendiculaire à la contrainte. Ex: les ardoises 2 ) Forces et température très importantes. Foliation: différentiation des minéraux par migration. Apparition de couches sinueuses de couleurs différentes. Ex: le gneiss. métamorphisme 800 C Au-delà: Si les contraintes thermiques et physiques augmentent encore, on arrive à l anatexie ( fusion partielle ) puis à la fusion totale. Attention: ne pas confondre schistosité et stratification. Photos: schiste du Cap Sicié et gneiss de la Madone de Fenestre. 3

4 Le métamorphisme: comment ça marche Actions chimiques Diagramme pression / température Le carbone: C Transformation des minéraux La réorganisation des atomes en fonction de la température et de la pression est un phénomène fondamental. Pression ( k bars ) 3 BP graphite diamant 1500 C 3000 C Température La nature des minéraux permet de reconstituer l histoire des roches et des terrains. Transformation des minéraux: Exemple : le carbone. P et T élevées diamant P basse, T moyenne graphite C est la structure cristalline qui est modifiée: diamant: cubique graphite: hexagonale en plans parallèles avec liaisons faibles entre les plans (exemple de la mine de crayon ). La formule chimique reste la même: C Décodage d une roche métamorphique complexe: Micaschiste à minéraux ( Col du Canadel ). mica: des silicates sont transformés en mica blanc cf photo ( structure cristalline en feuillets, température < à 500 ). schiste: la roche est parvenue à l état de schiste ( niveau structural moyen ). On observe des feuillets, couches etc. minéraux: d autres silicates complexes avec du Fe Mg etc se sont transformés en staurotide ( structure cristalline monoclinique ), en grenats ( structure cristalline cubique ), en disthène etc 4

5 Les résultats du métamorphisme: séquences et faciès La transformation des roches s appelle le métamorphisme. Les résultats sont d une infinie variété. On peut les classer de multiples façons, par exemple en fonction de la roche de départavant transformation ou en fonction des minéraux présents après transformation. Classement suivant la nature de la roche de départ ( roche mère ). Notion de séquence. Roche mère Argile Importance du métamorphisme Faible Moyen Fort Schistes Gneiss Leptynites Une séquence est composée de toutes les roches obtenues à partir d une roche mère et en fonction du degré de métamorphisme. Exemples: séquence pélitique à partir de l argile, séquence carbonatée à partir du calcaire, etc Classement suivant la nature des minéraux présents dans la roche finale. Notion de faciès Chaque minéral a une zone de { P, T } où il est stable. On défini ainsi différentes zones caractéristiques de certains minéraux: les faciès.. P kb 12 - Si présence de minéraux ferromagnésiens, Éclogites Si présence de glaucophane ( silicate de couleur bleue ) Schistes bleus ( exemple: ND des Anges Si présence de chlorite Schistes verts Si métamorphisme de contact Cornéennes 700 T Intérêt des faciès et séquences: ces données permettent de reconstituer l histoire des roches en sachant de quoi elles sont parties, par où elles sont passées et pendant combien de temps. C est l histoire de notre planète. 5

6 10 µ m 6

7 7

8 La formation des chaînes de montagnes et métamorphisme Alpes Mercantour Fermeture d un océan eau Argentera A B métamorphisme et anatexie requièrent la présence d eau Quelques valeurs moyennes: - durée: 200 Ma, - température : 700, - profondeur: 60 Km 8

9 Métamorphisme Exemple d un séquence à base de roches siliceuses ~~200 ~~500 ~~ 700 ~~ 1000 schistosité foliation anatexie fusion Schistes, ardoises etc gneiss migmatites Granite d anatexie état solide fusion partielle fusion complète 9

10 Résultats du métamorphisme Quelques roches typiques 10

11 11

12 Gneiss de Chastillon ( Mont Archas ) Plans de clivage bien marqués Couches alternée claires et sombres Minéraux visibles à l œil nu feldspath mica noir quartz 12

13 Migmatite 13

14 Leptynite 14

15 Micaschiste à staurotides 15

16 Schiste vert à chlorite et grenats 16

17 17 Schiste bleue à glaucophane

18 Eclogite à grenats 18

19 Gneiss de Rabuons ( Ténibre ) 2 cm Mica noir Feldspath blanc brillant Quartz éclat gris gras 19

20 Mercantour: Anatexie: Pas de la Foux 2828 m 20

21 Lits clairs Resister: ferro magnésien, n ont pas fondu Lits foncés amas de quartz: SiO2 excédentaire Couches ondulés 21

22 Lac Nègre: granite d anatexie mica noir Feldspath blanc brillant quartz éclat gris et gras Structure homogène sans litage 22

23 Différentes formes de métamorphisme 1: Métamorphisme dynamique: forte pression, température faible Produit des mylonites: roches broyées, sans structure apparente. Ex: dans les failles, zones de charriage, au cours des séismes. Exemple: faille de la Baisse de l Autier. 2: Métamorphisme de contact: pression faible, forte température A la surface, au contact de la lave ou du magma. Produit des roches «recuites», sans schistosité. Action localisée. Exemple: filon de cornéenne dans une carrière ( Petit Caous ). L intrusion du batholithe de magma ( esterellite ) a transformé des sédiments en cornéenne. Batholite d esterellite Zone de contact Cornéenne avec son débit caractéristique 23

24 Métamorphisme thermo - dynamique Le métamorphisme thermodynamique intervient par l effet simultané d une forte pression et d une haute température. Ses effets portent sur la structure de la roche qui va être plissée en couches généralement ondulées ( foliation ) quelques fois de couleur différente suivant la migration des minéraux ( photo: Cap Sicié ). Si le métamorphisme est suffisamment intense, les cristallisations se modifient et l on voit en apparaître de nouveaux 24

25 Mécanismes de l anatexie Généralités. L anatexie est la fusion différentielle des minéraux dans les roches. L anatexie est présente dans le Mercantour. Formes multiples d un même minéral Lorsque les conditions P,T augmentent, un même minéral peut cristalliser sous une forme différente Exemple du carbone: graphite à 1500 C ou du diamant à 3000 C Différentes étapes autour de l anatexie. Aux points A et B la roche est solide. Suivant les variations de P,T plusieurs trajets sont possibles. Trajet 1: métamorphisme. Échauffement modéré, la roche reste solide, il y a peu de transformations minéralogiques. Trajet 2: anatexie. Échauffement important et fusion partielle des roches, avec des transformations minéralogiques et structurelles importantes. Trajet 3: fusion complète: forme magmatique de la roche. Au refroidissement on a une roche différente: le granite. Anatexie: étapes possibles P / T 3 liquide 2 solide 1 25 A Durée B

26 Différents granites Roche origine siliceuse Fusion dans le manteau Granite de l Argentera Fusion par anatexie Granite de la Valamasque Granites: anatexie plutonique 26

27 Pourquoi il est nécessaire d avoir de l eau 27