BOUR Ivan CFA-UNICEM

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1 BOUR Ivan CFA-UNICEM

2 Toute roche est constituée d un ensemble d éléments unité Pour les roches magmatiques, l unité est le minéral : Milieu homogène et ordonné à l'échelle atomique et défini par une composition chimique donnée

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5 Le magma résulte de la fusion partielle (ou totale) de roches plus ou moins profondes : du manteau terrestre (magma primaire, jusqu à 300 km), ou de la croûte terrestre (magma d anatexie crustale). Cette fusion se fait à haute température (minimum 600 C) : en milieu anhydre, ou au contraire hydraté (l eau abaissant le point de fusion d une roche).

6 Magma source Refroidissement Roche plutonique, «intrusive» Roche volcanique, «extrusive»

7 Lorsque le magma se refroidit, les minéraux vont se cristalliser petit à petit, en respectant un certain ordre (certains cristallisent à des températures plus importantes que d autres). suites réactionnelles de cristallisation séries de Bowen Chaque minéral se forme à des températures différentes : certains sont stables à haute température (ex : Olivine) d autres ne sont stables qu à basse température (ex : Quartz)

8 Lorsque le magma se refroidit, les minéraux vont se cristalliser petit à petit, en respectant un certain ordre (certains cristallisent à des températures plus importantes que d autres). suites réactionnelles de cristallisation séries de Bowen Chaque minéral se forme à des températures différentes : certains sont stables à haute température (ex : Olivine) d autres ne sont stables qu à basse température (ex : Quartz)

9 La différentiation magmatique

10 Exemple de différentiation magmatique via les changements minéralogiques

11 Teneur en Si Sens de différenciation magmatique Aperçu texturale des lithologies volcaniques et équivalent plutonique avec la proportion des principaux minéraux en pourcentage de concentration

12 Type de magma Felsique (acide) Intermédiaire Mafique Ultramafique (basique) Teneur en SiO2 > 65 % de 65 à 52 % de 52 à 45 % < 45 % Composition + Si Si Fe & Mg + Fe & Mg Source Riche en Si Magma acide Pauvre en Si Magma basique

13 Type de magma Felsique (acide) Intermédiaire Mafique Ultramafique (basique) Teneur en SiO2 > 65 % de 65 à 52 % de 52 à 45 % < 45 % Composition + Si Si Fe & Mg + Fe & Mg Source Riche en Si Magma acide Pauvre en Si Magma basique Classification en niveau de gris prenant en compte le pourcentage de minéraux sombres du fond cristallin dans les roches magmatiques.

14 Exemple de paragénèse (vue en lame mince) replacé dans deux diagrammes chimiques La minéralogie change en fonction de la différentiation magmatique. Le changement de la paragenèse accommode l évolution chimique du magma dans le temps. 1 diagramme ternaire : indique un enrichissement en Fer caractéristique d un magma plus évolué 2 diagramme alcalins vs. silice : logique d un magma résiduel de plus en plus riche en minéraux silicatés (proportion grandissante de quartz et de feldspaths alcalins). 1 2

15 Synthèse sur la cristallisation fractionnée

16 Diagramme silice vs. alcalins permettant de distinguer trois séries magmatiques Le nom des différentes roches volcaniques est également placé en fonction de leur chimisme. 3 sources magmatiques intraplaque continentale et océanique dorsal subduction

17 Groupes chimiques : Elément alcalin/calco-alcalin Sources magmatiques Ensemble géochimique Association magmatique Association pétrographique

18 Contexte de cristallisation des roches magmatiques Les roches issues de la solidification par refroidissement d un magma génèrent plusieurs degrés de cristallisation. Selon la taille des cristaux dans une roche magmatique : possibilité de connaître son temps de refroidissement et donc son lieu de refroidissement. Temps de refroidissement du magma long = cristaux bien développer de grande taille avec géométrie définissable.

19 Contexte de cristallisation des roches magmatiques Les roches issues de la solidification par refroidissement d un magma génèrent plusieurs degrés de cristallisation. Selon la taille des cristaux dans une roche magmatique : possibilité de connaître son temps de refroidissement et donc son lieu de refroidissement. Temps de refroidissement du magma long = cristaux bien développer de grande taille avec géométrie définissable.

20 Contexte de cristallisation des roches magmatiques Les roches issues de la solidification par refroidissement d un magma génèrent plusieurs degrés de cristallisation. Selon la taille des cristaux dans une roche magmatique : possibilité de connaître son temps de refroidissement et donc son lieu de refroidissement. Temps de refroidissement du magma long = cristaux bien développer de grande taille avec géométrie définissable. Synthèse des caractéristiques pétrographiques des roches magmatiques ayant cristallisé en surface et en profondeur.

21 Comparaison du fond cristallin entre une roche plutonique (cristallisation en profondeur) et une roche volcanique (cristallisation en surface) de même composition (granite et rhyolite). Contexte de cristallisation des roches magmatiques

22 Taille des cristaux Texture grenue 1 cm Textures selon la vitesse de refroidissement Texture microgrenue Texture microlithique Vitesse du refroidissement Vue macroscopique 2cm 2cm Vue microscope polarisant 0,5mm

23 Un élément d identification : la texture Grenue : tous les cristaux sont grands et également développés. Refroidissement lent en profondeur Microgrenue : quelques grands cristaux dans une masse de petits cristaux. Refroidissement plus rapide à profondeur moindre Microlithique : quelques cristaux dans une masse homogène. Refroidissement en trois temps : En profondeur pour les gros cristaux Au cours de l ascension du magma à moyenne profondeur : cristallisation des microlithes En surface avec refroidissement brutal et consolidation de verre Vitreuse avec aucun cristal, refroidissement très brutal

24 Terminologies complémentaires Texture aphyrique/porphyrique: refroidissement rapide, créer une pâte microcristalline, Formation de cristaux centimétrique texture porphyrique : refroidissement lent en profondeur Aphyrique Porphyrique

25 en résumé Textures des roches magmatiques et granulométrie des assemblages minéralogiques associés

26 Les environnements magmatiques selon le contexte géologique à l échelle des plaques

27 Cheminement des magmas au sein de la lithosphère continentale ULB Ascension du magma par différence de densité Circulation dans la lithosphère à travers les fractures et les diaclases Accumulation du magma au sein de vacuoles et d espaces interstratifiés

28 Coupe transversale classique d une croûte océanique à l aplomb d une dorsale

29 Profil lithosphérique d une croûte océanique

30 Le Chenaillet Un exemple de croûte océanique fossile

31 Les basaltes en coussins sont des marqueurs typiques du volcanisme sousmarin, dus au refroidissement brusque de la lave au contact de l eau de mer. Remarquez la zone de trempe très bien définie et fortement altérée (chloritisée). Pillow-lavas Les tubes de lave lors de leur émission s'imbriquent les uns dans les autres en prenant une forme caractéristique. La structure imbriquée permet de déterminer si la série est en séquence normale ou inverse suite à des mouvements tectoniques (indicateur de polarité). N S Critère de polarité des séries paléovolcaniques via la géométrie par imbrication. Séquence sub-verticalisée : pendage autour de 80 vers le Nord caractéristique de la région avec un sens de polarité depuis les roches les plus vieilles (au Sud) en allant vers les plus jeunes (au Nord).

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33 Volcanisme de type fissural Mécanisme de formation des laves en coussin résultant de l'extrusion du magma. Liées à l'épanchement de laves basiques ou intermédiaires (fluides) en milieu aquatique. Coupe idéalisée Équivalent actuel (Hawaii)

34 L utilisation de critères granulométriques, minéralogiques et chimiques ainsi que la proportion de minéraux sombres (ferromagnésiens pauvres en silice) et de minéraux clairs enrichis en silice (quartz, feldspaths-plagioclases) permet de classer et de nommer une roche magmatique. Cette reconnaissance permet d utiliser la classification de Lacroix qui est proposée dans les années 30 et qui est un tableau à double entrée prenant en compte ces différents critères

35 Utilisation du tableau Nom des roches figurant sur les macroclichés ci-dessous?

36 Diorite

37 Gabbro

38 Syénite porphyrique fluidale

39 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen) Classifications associant niveau de gris de la roche, texture et lignées magmatiques basée sur la proportion en pourcentage de 4 minéraux cardinaux. Classification simplifiée en considérant seulement les pôles siliceux moins rigide que celle de Lacroix, cette classification permet de mettre en évidence de nombreux intermédiaires

40 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen)

41 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen) Utilisation du diagramme Quartz 100 % Détermination d'une roche : Feldspath Alcalins 100 % Plutonique grenue Volcanique microlithique GRANITES Rhyolites SYENITES Trachytes GRANODIORITES Dacites DIORITES Andésites GABBROS Basaltes 100 % 1 teneur en minéraux blancs 40% Quartz 10% Feld. Plagioclases 50% Feld. Alcalins 2 texture Grenue Feldspath Plagioclases Nom de la roche?

42 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen) Utilisation du diagramme Quartz 100 % Détermination d'une roche : Feldspath Alcalins 100 % Plutonique grenue Volcanique microlithique 80 10% 50 % 40 GRANITES Rhyolites SYENITES Trachytes GRANODIORITES 40 % Dacites DIORITES Andésites GABBROS Basaltes 100 % 1 teneur en minéraux blancs 40% Quartz 10% Feld. Plagioclases 50% Feld. Alcalins 2 texture Grenue Feldspath Plagioclases GRANITE

43 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen) Utilisation du diagramme Quartz 100 % Détermination d'une roche : 40 GRANITES Rhyolites 60 GRANODIORITES Dacites 1 teneur en quartz Pas ou peu de quartz 2 couleur de la roche Mélanocrate 3 texture Microlithique Feldspath Alcalins 100 % 80 SYENITES Trachytes 40 DIORITES Andésites Leucocrate Mésocrate Mélanocrate GABBROS Basaltes 100 % Feldspath Plagioclases Teneur en ferro-magnésien Nom de la roche?

44 Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen) Utilisation du diagramme Quartz 100 % Détermination d'une roche : 1 teneur en quartz Pas ou peu de quartz Plutonique grenue couleur de la roche Mélanocrate Volcanique microlithique GRANITES Rhyolites GRANODIORITES Dacites 3 texture Microlithique Feldspath Alcalins 100 % 80 SYENITES Trachytes 40 DIORITES Andésites Leucocrate Mésocrate Mélanocrate GABBROS Basaltes 100 % Feldspath Plagioclases Teneur en ferro-magnésien Basalte

45 Les roches magmatiques Les minéraux des roches magmatiques Nom Aspect Minéraux blancs Minéraux noirs Quartz Feld. plagioclases Microcline Feld. alcalins Orthose Biotite Micas Muscovite Amphiboles Pyroxènes Gris translucide (aspect pare-brise brisée) Blanc mat en baguette Blanc mat massif Rose mat massif Noir brillant en feuillets Blanc brillant en feuillets (aspect aluminium) Noir à verdâtre en baguette Prismes trapus noir brillant Olivines Vert translucide (jaune si altéré)

46 Fiche diagnose Schéma/dessin : - Trait fermé fin et net, - Pas de hachures, - Fond texturé pour le détail, - Noter les composants de la roche (annotations), - Zones de dégradé pour l effet de relief, - Représentation sur plusieurs échelles Échelle arrondie sous forme d une barre (graduée ou non) : 5 cm Nom de la roche : Localisation : carte + éventuellement point GPS Composition minéralogique : paragénèse, types de grain, granulométrie, géométrie, disposition, utilisation d une classification adaptée Texture de la roche : grenue, microlithique, etc. Type de roche : roche métamorphique, roche sédimentaire, roche magmatique, etc. Description: niveau stratigraphique, mode de formation, environnement-contexte.