Les roches métamorphiques de la chaîne des Puys

• On distingue le dynamo-métamorphisme qui est dû à l’effet de la pression (roches intensément déformées avec relativement peu de néoformations de minéraux. Il s’agit de roches telles que les cataclasites ou les roches formées lors de impacts de météorite
• Le métamorphisme de contact est dû essentiellement à l’effet de la température. Il se développe dans les roches encaissantes autour des masses magmatiques chaudes
• Entre les deux se développe le métamorphisme régional, qui est lié à des facteurs géodynamiques

Domaine température-pression du métamorphisme. E = épizone ; M = mésozone ; C = catazone (notez que la catazone correspond au domaine de fusion des roches saturées en eau.

Le domaine à gauche de l’épizone est le domaine de la diagenèse

Texture lépidoblastique

Texture nématoblastique

Texture granoblastique

Ex. : Muscovite + quartz -> feldspath potassique + andalousite + H₂O

Cette réaction est une réaction de déstabilisation de la muscovite en présence de quartz et d’apparition de feldspath potassique et d’andalousite (ainsi que de l’eau).

L’ancienne paragénèse est donc : muscovite + quartz ; la nouvelle paragénèse est feldspath potassique et andalousite. La réaction se développe jusqu’à épuisement de l’un des minéraux réactants (muscovite ou quartz ; en général le quartz est plus abondant). À la fin, on se retrouve donc avec comme minéraux : feldspath potassique, andalousite (formés lors de la réaction) et quartz (en excès) ; l’ensemble de ces minéraux forme un assemblage (différent de la paragénèse, puisqu’il comprend aussi les minéraux en excès).

Les transformations polymorphiques sont des modifications de la structure d’un minéral sans changement de sa composition minéralogique : c’est le cas des silicates d’alumine (alumino-silicates) de formule générale SiAl₂O₅ (andalousite, disthène, sillimanite).

Dans l’exemple ci-dessus, l’isograde Mu(-) correspond à l’isograde FK(+) et And(+).

• elle est un vecteur de chaleur
• elle est un vecteur de matière
• elle diminue le point de fusion des roches qui peuvent atteindre plus tôt l’état fondu (anatexie).

Les fluides anciens dans les roches métamorphiques peuvent être caractérisés par l’étude des inclusions fluides. Il s’agit de micro-cavités (<10-50 µm) des minéraux ayant piégé un petit volume de fluide présent dans la roche.

Les droites de stabilité des alumino-silicates sont représentées ; les trois droites se recoupent approximativement à 600 °C et 5 kbar.

On distingue trois types de gradients dans la croûte :

• le gradient Franciscain (F) : il est de basse température pour des fortes pressions. Il traverse souvent les faciès schistes bleus et éclogites. Il est souvent rencontré dans les chaînes de collision (< 20 °C / km)
• le gradient Dalradien (D) : c’est le gradient « normal » (30-35 °C / km).
• le gradient Abukuma (A) : il est de relativement haute température pour des pressions basses. Il caractérise des zones où existe une forte source de chaleur, comme les rides médio-océaniques par exemple (50-55 °C / km).

Les différents gradients métamorphiques

Les séquences métamorphiques

Travaux pratiques : quelques roches et minéraux du métamorphisme

Amphibolite : roche verte sombre, formée essentiellement de deux minéraux la hornblende et un plagioclase. Contient divers minéraux accessoires. Les amphibolites sont pour la plupart des métabasites (ortho-amphibolites), certaines peuvent provenir de sédiments calcaires métamorphisés (ce sont alors des para-amphibolites).

Charnockite : variété de granulite à hypersthène et feldspath potassique.

Calcschiste : voir marbre

Chloritoschiste : voir micaschiste

Eclogite : métabasite formée de clinopyroxène omphacitique et grenat sans feldspath plagioclase. Les minéraux communs sont le qz, le disthène, les amphiboles, la zoïsite, le rutile et des sulfures (en minéraux accessoires).

Gneiss : roche siliceuse et silicoalumineuse foliée, à grand cristaux (mm). Minéralogie dominée par le quartz et les feldspath plus éventuellement d’autres phases minérales dépendant du chimisme initial et des conditions PT de la transformation du protolithe. Typiquement les lits de quartz et de feldspath (leucosome) sont séparés des lits plus micacés ou ferromagnésiens (mélanosome). Les micas sont présents mais beaucoup moins importants que dans un micaschiste.

Gneiss oeillé : cette roches contient des éléments feldspathiques et quartzofeldspathiques de grande dimension dispersés dans une matrice granolépidoblastique orientée à grain fin. Dans certains cas les « yeux » des gneiss oeillés sont des éléments antécinématique. Ces yeux sont soit : des porphyroclastes de feldspath potassique ou de plagioclase dérivant d’anciens phénocristaux de granitoïde dans ce cas la structure oeillée démontre son caractère orthodérivé du gneiss, des amandes quartzofeldspathiques plus ou moins effilées dérivant du boudinage syncinématique de filonnets granitiques anciennement inclus dans une métapélite migmatisée dans ce cas le gneiss oeillés sont des paradérivés.

Granulite : roche caractérisée à la fois par une structure plus ou moins équidimensionnelle de cristaux polygonaux et des minéraux indiquant un métamorphisme de très haute température ; sa minéralogie ressemble à celle des roches magmatiques basiques, avec feldspath + pyroxène + amphibole.

Migmatite : roche hybride composée de roche schisteuse ou gneissique intimement liées à des veinules de matériaux quartzo-feldspathiques magmatique (leucosome)

Leptynite : gneiss leucocrates à grain fin pauvres en minéraux ferromagnésien hydratés (biotite, amphibole)

Marbre et calcschistes : métacalcaires. Les marbres dérivent des sédiments à dominante carbonatée. Outre la présence de calcite les minéraux exprimés dans les marbres sont la zoïsite (une épidote) le grossulaire (grenat calcique), la wollastonite, le diopside …

NB: notons que dans l’industrie de la pierre le marbre est un terme beaucoup plus large désignant une roche succeptible d’avoir un poli suffisant pour l’utilisation ornementale. (la plupart des marres des marbriers sont des granitoïdes, des anorthosites et des serpentines.

Micaschiste : roche siliceuse et silicoalumineuse foliée issue de pélite argilo-quartzeuse dont la minéralogie est dominée par les micas (biotite ou muscovite) et le quartz caractérisé par l’alignement parallèle de cristaux moyens visible à l’oeil nu. Présence d’une foliation qui peut être très intense et marquée dans des lits formés par d’autres minéraux que les phyllosilicate. Présence également de chlorite phase phylliteuse pouvant devenir dominante donnant alors des chloritoschistes.

Schiste bleu : métabasite foliés gris lilas, sombre ; sa couleur bleue est due à la présence d’abondante amphibole sodique (bleu) glaucophane ou crossite.

Schiste tacheté : ces roches généralement associées au métamorphisme de contact sont caractérisées par des porphyroblastes de cordiérite et/ou d’andalousite altérés en produit phylliteux (mica blanc + chlorite dispersée dans une matrice fine granoblastique orientée).

Schiste vert : métabasite foliée, verte, riche en épidote + chlorite + actinote

Serpentinite : roche rougeâtre, foncée ou verte, composée essentiellement de serpentine. Elle est formée par hydratation de péridotites magmatiques ou métamorphiques (roches ultrabasiques riche en olivine).