Le métamorphisme est tout changement affectant la structure ou la composition minéralogique d’une roche dans son état solide, suite aux changements des conditions thermo-physiques accompagnant la formation des chaînes des montagnes.

Comment distinguer les roches métamorphiques ?
Quelle serait la relation entre la nature du métamorphisme et le type de la chaîne récente.

Le métamorphismes des zones des collisions

Comment distinguer les roches métamorphiques ?
Quelle serait la relation entre la nature du métamorphisme et le type de la chaîne récente.

Le métamorphismes des zones des collisions

Les roches métamorphiques dans les zones de collision

Dans les zones de collision on rencontre une succession de roches métamorphiques : schiste, micaschiste et gneiss, dont les caractéristiques chimiques, structurales et minéralogiques sont présentées dans le tableau suivant: images On observe :

L’ensemble des roches métamorphiques de la région ont la même composition chimique avec des différences au niveau des pourcentages des oxydes.
Différence de structure.
Différence relative de la structure.

On observe :

L’ensemble des roches métamorphiques de la région ont la même composition chimique avec des différences au niveau des pourcentages des oxydes.
Différence de structure.
Différence relative de la structure.

On déduit :

La présence permanente de l’ensemble de ces roches dans la même région implique son origine commune.

Remarque :

Ces roches proviennent donc de la même roche d’origine qui a connu un métamorphisme.

Schistosité : Réarrangement des minéraux de roches en feuillets et aptitude au débitage facile.
Foliation : Accentuation de réarrangement des minéraux de la roche en bandes alternantes (claires et sombres) parallèles, distantes de quelques millimètres.

Interprétation :

Les roches sédimentaires (l’argile surtout) des zones de collision subissent des augmentations progressives en T° et P° induisant des transformations à deux niveaux :

- La structure : la schistosité caractéristique du schiste implique un degré de métamorphisme faible induisant un litage des minéraux selon des plans parallèles (donnant la forme de très petits lits au sein de la roche) pour le schiste, cette structure sera plus accentuée au niveau du micaschiste et le gneiss pour donner une foliation caractérisée par la succession de bandes claires (constituées de minéraux les plus clairs) et des bandes sombres (composées de minéraux colorés). Ces variations structurales sont dues à l’augmentation progressive de la T° et P° qu’a connue la région lors de l’ascension de la chaîne de collision.

- La composition minéralogique : les différences minéralogiques sont relatives et elles sont dues aussi à l’augmentation des conditions de T° et P°.

Les zones de collision sont caractérisées aussi par la présence de la Migmatite qu’on qualifie de roche hybride du fait de sa constitution : une partie granitique et une autre gneissique. La présence de cette roche dans ces régions confirme l’hypothèse de l’augmentation des degrés des facteurs métamorphiques T° et P° que représente la figure suivante :

La nature du granite rencontré dans la région est très particulière, il s’agit du granite d’Anatexie considéré comme l’un des indices de la collision (voir le chapitre de la granitisation).

Remarque :

On qualifie le métamorphisme des zones de collision de thermodynamique du fait que les deux facteurs métamorphiques T° et P°) changent à la fois.

Le métamorphisme des zones de subduction

Les roches métamorphiques dans les zones de subduction.

Il serait impossible d’étudier les roches métamorphiques dans les zones de subduction récente, du fait que la subduction se fait au niveau de très fortes profondeurs, et ainsi, l’étude du métamorphisme et des roches métamorphiques de ces zones se fera au niveau des zones de subduction ou de collision récentes (du fait que toute collision ou obduction est précédée d’une ancienne subduction.

Dans les zones de subduction, les roches métamorphiques rencontrées ont la même origine : les roches de la croûte océanique qui s’enfonce en dessous de la lithosphère continentale, et ainsi, suite aux changements progressifs de profondeur, le degré de la T° et P° augmenteront de façon progressive. Or, au niveau de la subduction, les changements de la pression seront plus marqués par rapport à la température, et ainsi on qualifie le métamorphisme de ces roches de métamorphisme dynamique.

On trouvera ainsi comme roches métamorphiques caractéristiques de la région de subduction toutes les roches du complexe ophiolitique métamorphisé (métagabbro, péridotite métamorphique, ophiolite métamorphique) avec l’apparition du schiste vert, schiste bleu et éclogite (ainsi que des roches métamorphiques du domaine de très haute pression).

Le tableau suivant résume les caractéristiques de quelques roches métamorphiques des zones de subduction. images On observe :

On observe :

- Une similitude chimique.

- Une différence minéralogique relative.

- La présence des roches ophiolitiques métamorphisées.

On déduit :

Les caractéristiques des roches métamorphiques de la région confirment leur origine commune : les roches de la croûte océanique.

Les facteurs du métamorphisme

La Température

Considérons les données expérimentales suivantes :

On soumit des roches argileuses à une pression constante (2kbar) mais avec l’augmentation progressive de la température. Les résultats :

Suite à l’augmentation progressive de la température quelques minéraux disparaissent (deviennent instable) pour que d’autre apparaissent (stables dans les nouvelles conditions de température).

On déduit :

La température est responsable des modifications minéralogiques au niveau des roches métamorphiques.

La pression

On observe :

Les minéraux qui ont été disposés aléatoirement au début de l’expérience, prennent la même direction suite à la pression.

On déduit :

La pression intervient dans la modification de la structure.

La température et la pression

Les deux facteurs métamorphiques, à la fois, augmentent de valeur suivant la profondeur, et ainsi, les deux facteurs seront responsables du changement minéralogique (et non juste la T°)

Concepts métamorphiques

Les concepts : Minéral index, Séquence métamorphique, Faciès et série métamorphique

le minéral index

Un minéral index (ou indicateur) est un minéral caractérisant les roches métamorphiques, et dont la formation nécessite des conditions de T° et P° biens déterminés. Ainsi, la présence de tel minéral index dans une roche métamorphique implique qu’elle a été soumise aux mêmes conditions de pression et de température.

Lorsque les conditions de T° et P° changent, un minéral index devient instable et sera remplacé par l’apparition d’un autre minéral index. Cette succession de disparition/apparition de tels minéraux, permet de déceler les variations des facteurs métamorphiques et ainsi du type de métamorphisme qu’a subi la roche étudiée.

La séquence métamorphique

Représente une « suite » de roches métamorphiques d’une origine commune, formées suite à l’augmentation progressive du degré du métamorphisme.

Le faciès métamorphique

Représente un intervalle de T° et P° dans lequel une association minéralogique est stable. La figure suivante montre les 3 faciès métamorphiques.

La série métamorphique

Représente une « suite » de faciès métamorphiques rencontrés dans la région étudiée. Le passage d’un faciès à un autre implique des variations de T° et P° qu’on peut exploiter dans la détermination de la nature de la chaîne étudiée et aussi du type de métamorphisme.

Généralement, lorsque la liaison entre les différents faciès de la région se fait de façon incliné (dans le graphique des faciès) ceci implique l’importance des deux facteurs métamorphiques à la fois et ainsi le métamorphisme sera thermodynamique et la chaîne serait de collision.

Remarque :

Lorsque la jonction entre les différentes faciès se fait de façon presque verticale, le facteur métamorphique le plus important sera la pression, le métamorphisme est donc dynamique et ce serait une zone de subduction.

Les types de Métamorphisme

On distingue 3 types de métamorphisme dans la nature :

Le métamorphisme dynamique

Le facteur primordial en est la pression. Ce type de métamorphisme caractérise les zones de subduction.

Le métamorphisme thermique ou de contact

La température en est le facteur presque exclusif du fait que les roches originales changent de structure et de minéralogie lors de la réception de hautes températures issues du contact avec un magma lors de sa montée vers la surface. De façon globale, la superficie touchée par ce métamorphisme est relativement faible et on parle d’une auréole de métamorphisme. On ne peut distinguer le type de la région (subduction, obduction ou collision) en se basant sur les roches issues de ce métamorphisme

Le métamorphisme thermodynamique

Métamorphisme régional ou aussi général de point de vue l’étendue de la zone affectée. Les deux facteurs métamorphiques ont le même degré d’importance. Ce métamorphisme caractérise les zones de collision.

Conclusion :

Les roches métamorphiques résultent d’un phénomène géologique (métamorphisme) qui consiste en une réorganisation structurale et minéralogique de roches préexistantes à l’état solide sous l’effet de facteurs de métamorphisme (pression et/ou température).

Exemple

Pour étudier la composition chimique de certaines roches métamorphiques au niveau des zones de collision, on propose le document suivant :

Composition chimique de ces roches métamorphiques en %

Comparez la composition chimique de ces roches métamorphiques.
Proposez une hypothèse pour expliquer ces résultats.

Elément de réponse :

Les roches étudiées se ressemblent chimiquement, surtout en ce qui concerne les silicates d’alumine (SiO2+Al2O3). On observe aussi la diminution de la teneur en eau lorsqu’on passe du schiste au gneiss.
Puisque ces roches ont à-peu-près la même composition chimique mais diffèrent par leurs structures et la composition minéralogique, on peut supposer qu’elles résultent de la transformation d’une même roche initiale soumise à des conditions différentes (pression et température).