Métamorphisme

Le métamorphisme

Métamorphisme (n.m.) du grec meta, et morphê, forme. Ensemble des phénomènes physiques et chimiques qui transforment et altèrent les roches.

Métamorphismes :
En géologie, ensemble des transformations (minéralogiques, structurales, etc.) qui affectent une roche soumise à des conditions de température et pression différentes de celles de sa formation. Ces transformations s'accomplissent alors que la roche est à l'état solide. Le métamorphisme se situe entre les processus sédimentaires (faible pression/faible température) et magmatiques.
En effet si une roche métamorphique fond (c'est le stade ultime nommé anatexie), elle devient une roche magmatique. L'une des conséquences les plus directes du métamorphisme est la transformation minéralogique et parfois chimique de la roche, par recristallisation. S'y ajoute le plus souvent la déformation, avec le développement d'une schistosité ou d'une foliation.
Les phénomènes métamorphiques sont donc très complexes et très variés ; il en découle une typologie et une classification complexes. (Voir le chapitre " roches métamorphiques ").

Les facteurs du métamorphisme sont :

la température, facteur principal, qui augmente avec la profondeur (gradiant géothermique) et/ou avec la mise en place des roches magmatiques ;

la pression, qui augmente avec l'enfouissement, mais aussi sous l'effet de contraintes diverses (pressions orientées).

• Métamorphiser (v.) : Transformer par métamorphisme.
• Métamorphique (adj) : Relatif au métamorphisme ; produit par le métamorphisme ; produit (résultat) du métamorphisme.
  Synonyme : cristallophyllien.
• Métasomatose (n. f.) : Cas extrême du métamorphisme s'accompagnant d'un changement de la composition chimique globale des roches originelles avec apport de certains éléments chimiques et départ d'autres (Na, K, Si, etc ...). Se dit également d'un remplacement complet d'un minéral par un autre par le même processus, avec conservation de la forme initiale.
• Méta (préfixe - élément) du grec meta, après, au-delà de ; qui indique le changement, la postériorité, la supériorité, le dépassement, la succession, la transformation.
  Métamorphose (n. f.) : Changement d'une forme en une autre ; changement complet de l'apparence, la nature, l'état…
  Métamorphiser (v. tr. - pron.) : Opérer ou subir la métamorphose.
  Métamorphisé (-ée) (adj.) : Qualifie ce qui a subi le métamorphisme.
  Métamorphosé (-ée) (adj.) : Qualifie ce qui a subi la métamorphose.
• Méta- (préfixe - élément) : Placé devant un nom de roche, indique que celle-ci a subi le métamorphisme (moyen à faible). Par exemple, un métabasalte est une roche métamorphique dérivant d'un basalte.

Définir les métamorphismes

On distingue deux sortes primordiales de métamorphismes, les autres formes étant beaucoup plus rares :

métamorphisme général

Le métamorphisme général (ou métamorphisme régional), qui affecte l'ensemble des roches sur des épaisseurs et des superficies importantes

-dans les domaines non plissés, c'est la base des séries sédimentaires qui subit le métamorphisme statique ou d'enfouissement ; métamorphisme peu marqué et non déformant ;

-dans les grandes chaînes plissées, le métamorphisme débouche sur la formations de roches métamorphiques cristallophylliennes (schistes, micaschistes, gneiss), ensembles importants constituants du substratum ; ces roches ont subit de fortes déformations tectonique, si bien que l'on parle de métamorphisme dynamothermique.

métamorphisme de contact

Le métamorphisme de contact, se localise au contact des roches magmatiques, il affecte les terrains traversés par l'intrusion magmatique ainsi que des enclaves. Lié au gradient et à la durée de l'élévation de température, il est appelé métamorphisme thermique, ou thermométamorphisme. La zone métamorphisée dessine une auréole de métamorphisme de contact autour de l'intrusion (cornéennes, skarns, etc).

Autres métamorphismes

Les formes suivantes sont plus rares :

• Métamorphisme dynamique, lié aux contraintes se développant dans les grands accidents cassants, ce métamorphisme cataclastique débouchant sur des mylonites métamorphiques (s'il y a élévation de température) ;
• Métamorphisme hydrothermal, lié à des circulations de fluides à température élevée ;
• Métamorphisme d'impact, rare, lié à la chute de grosses météorites (impactites) ;
• Pyrométamorphisme, rare, lié à des élévations de température généralement dues à des combustions.

Roches métamorphiques

Roches métamorphiques : Roches ayant subi un, ou des métamorphismes ; on les distingue selon les faciès minéraux, selon les zones et isogrades de métamorphisme, selon les séquences métamorphiques.
(Pour voir le tableau en grand : Roche image).

Faciès minéraux

Ils sont définis à la suite des travaux de P. Eskola et de travaux qui ont pemis de définir des champs de stabilité. Un faciès minéral se défini par l'association (paragenèse) de certains minéraux qui caractérisent le chimisme d'une roche et le métamorphisme subi.

Faciès métamorphiques

Le métamorphisme présente des degrés définis par les conditions P et T (pression et température). Chaque minéral possède un champ de stabilité ; l'apparition de certains minéraux, la disparition d'autres minéraux - tout en tenant compte de la composition chimique des roches - permet de définir les faciès minéraux définis selon la paragenèse. Voici quelques-uns de ces faciès et sous-faciès donnés du degré le plus bas, aux degrés les plus élevés :

• faciès à zéolites
  • sous-faciès à heulandite ou à analcime + quartz ;
  • sous-faciès à laumontite + quartz :
• faciès à prehnite et à pumpellyite + quartz et, éventuellement, épidote ;
• faciès des schistes verts, avec chlorite, muscovite, amphiboles (trémolite, actinolite, plagioclases acides (An < 20 : albite, oligoclase) ; la biotite apparaît en limite supérieure de ce faciès ;
• faciès des schistes (" schistes bleus ") à glaucophane-lawsonite ;
  • sous-faciès à pumpellyite, (vers la limite inférieure) ;
  • sous-faciès à P plus élevée, avec jadéite et quartz ;
• faciès des amphibolites, à hornblende verte ; les micas sont stables, c'est la zone T-P où se situe le point triple des silicates d'alumine (andalousite, sillimanite, kyanite) ;
  • sous-faciès inférieur à épidote et albite ;
  • sous-faciès supérieur à plagioclase plus basique (An > 20)
• faciès des granulites avec ortho-pyroxène, plagioclase basique, et grenat (almandin-pyrope) et, suivant le cas, kyanite ou sillimanite ;
• faciès des cornéennes, en fonction de l'élévation de T, on a :
  • faciès des cornéennes à albite et épidote ;
  • faciès des cornéennes à hornblende verte ;
  • faciès des cornéennes à pyroxène et grenat (grossulaire) ;
• faciès des sanidinites, avec feldspaths sanidine et albite.

NB: on utilise les préfixes para et/ou ortho, pour distinguer, lorsque cela se peut, l'origine sédimentaire ou magmatique ; exemples : un paragneiss dérive d'argiles ou de pélites ; un orthogneiss, dérive de granitoïdes…

Zones et isogrades du métamorphisme

En partant des constatations précédentes, une zone est un volume de terrain présentant un certain degré de métamorphisme ; ses limites sur le terrain sont des isogrades (courbes de même degré).

Séquences métamorphiques

Une séquence est l'ensemble de roches métamorphiques, de degré variable, issu d'un même type de roche originelle. Il existe plusieurs séquences :

• La séquence pélitique : issue du métamorphisme d'argiles et/ou de pélites, il est à l'origine d'une séquence dite pelitique.
  Au cours d'un métamorphisme croissant, cette séquence peut donner : schistes ---> micaschistes ---> gneiss ---> leptynites.
  Elle est aussi à l'origine de nombreuses autres roches comme les pyroxénites ou encore les amphibolites ...
• La séquence carbonatée : la transformation métamorphique de certains calcaires va pouvoir donner, entre autres, du marbre et du cipolin.
• La séquence basique : transformation des basaltes et gabbros en amphibolites et pyroxénites.
• La séquence granitique : le métamorphisme du granite donne entre autres des orthogneiss et de la protogine.
• Il existe de nombreuses autres séquences et sous-séquences métamorphiques.

Séries métamorphiques

(travail à compléter)

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On consultera avec profit : Quelques remarques sur le métamorphisme et les roches s'y rapportant.

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