Roche métamorphique : Cours – Résumés – TP – Exercices – TD corrigés – études de cas

Le terme métamorphisme (du grec meta = changement et morph = forme) désigne la transformation d’une roche à l’état solide avec formation de nouveaux minéraux et/ou acquisition de nouvelles textures et structures sous l’effet de conditions de température et de pression différentes de celles où elle s’est formée.

Le métamorphisme peut affecter :

1-des roches sédimentaires, on parlera dans ce cas de roches paramétamorphiques ;

2-des roches magmatiques, on parlera de roches orthométamorphiques ;

3-des roches métamorphiques, on parlera dans ce cas de roches polymétamorphiques.

La limite inférieure du métamorphisme correspond à une température de 200°C et une pression de 300 MPa (3000 atmosphères ou 3 kb). Au-dessous de cette limite, c’est le domaine de la diagenèse.

La limite supérieure du métamorphisme correspond à la fusion partielle de la roche. Quand la roche entre en fusion, on entre dans le domaine du magmatisme.

Degrés du métamorphisme (grade) :

• Le métamorphisme de faible degré se produit à des températures situées entre 200 et 320°C, à relativement faible pression. Les roches du faible degré de métamorphisme sont caractérisées par la présence de minéraux hydratés (minéraux qui contiennent de l’eau dans leur structure cristalline) : minéraux argileux, serpentine, chlorite.

• Le métamorphisme de degré élevé se produit à des températures supérieures à 320°C à relativement forte pression. Avec l’augmentation du degré du métamorphisme, les minéraux hydratés deviennent moins hydratés en perdant H2O, avec apparition de minéraux non hydratés quand le degré du métamorphisme devient très élevé.

• Lorsque les roches enregistrent une augmentation de la pression et de la température, on parle de métamorphisme prograde. Ce métamorphisme indique l’enfouissement de la roche.

• Lorsque les roches enregistrent une diminution de la pression et de la température, on parle de métamorphique rétrograde ou rétrométamorphisme. Ce métamorphisme indique l’exhumation de la roche.

Les facteurs du métamorphisme :

Les principaux facteurs du métamorphisme sont :

• La température : elle augmente avec la profondeur (le gradient géothermiques est de 30°C/km) et/ou avec la mise en place de roches plutoniques ou volcaniques.
• La pression : elle augmente également avec la profondeur. Elle est due au poids de couches et les roches soumises à cette pression ne présentent pas d’orientation préférentielle.
• Les fluides : les vides entre les grains dans une roche sont toujours remplis d’un fluide, en général du H2O avec des minéraux dissous.
• Le temps : la plupart des réactions métamorphiques exigent des millions d’années afin d’être complètes. Les expériences de laboratoire ont montré que les hautes températures et pressions et les temps de réaction importants produisent de gros grains.

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Géologie générale cours et résumé

La Géologie est la science de la Terre. Elle s’intéresse particulièrement à l’écorce terrestre au travers de ses constituants, de son histoire et de son évolution. Elle comprend plusieurs domaines parmi lesquels les principaux sont la minéralogie (étude des minéraux), la paléontologie (étude des fossiles), la sédimentologie (étude des dépôts sédimentaires), la pétrologie (étude des roches), la géomorphologie (étude des formes du relief), la géochimie (étude de la chimie des roches), la tectonique (étude des déformations de l’écorce). Elle intègre aussi des domaines particuliers qui sont intimement liés aux précédents tel que la volcanologie et la séismologie, les risques environnementaux naturels et anthropiques (pollution des sols, des nappes aquifères, …), l’hydrogéologie,

La géologie s’articule autour de trois aspects :

• un aspect descriptif, qui conduit par exemple à la classification des minéraux, des roches et des fossiles, ou à l’établissement des cartes géologiques ;

• un aspect phénoménologique, qui établit les propriétés des matières minérales et les phénomènes qui interviennent dans leur élaboration, leur distribution et leur transformation, ainsi que les mécanismes des changements paléogéographiques, climatiques et biologiques ;

• un aspect historique qui retrace l’histoire de la Terre et de l’évolution de la vie.

Au cours du temps, les roches subissent une série de transformations qui leur font parcourir un cycle dont la durée est variable, mais qui peut être de l’ordre de quelques centaines de millions d’années. Ce cycle géologique, défini par Hutton et précisé par ses successeurs, constitue une façon commode et classique d’aborder la géologie. C’est celle qui sera suivie ici. Les phénomènes magmatiques peuvent se greffer sur le cycle à différents moments de son déroulement. Le métamorphisme peut intervenir dès l’enfouissement et jusqu’à la remontée des roches vers la surface.

Plan du cours de Géologie générale

I. INTRODUCTION

II. BREVE HISTOIRE DE LA GEOLOGIE

1. Les travaux de Sténon (1638-1686)

2. Le XVIIIe siècle

3. Les travaux de Lyell (1797 – 1875)

4. La chronologie des dépôts et la naissance de la biostratigraphie

5. L’âge de la Terre

6. La question de la formation des montagnes

7. La « dérive des continents » de Wegener

8. La tectonique des plaques

III. CONSTITUTION GENERALE DE LA TERRE

1. La structure interne du globe

2. Composition de la croûte et du manteau

3. Principaux minéraux constituant les roches de la croûte et du manteau

4. Classification des roches

IV. LES PROCESSUS D’EROSION, DE TRANSPORT ET DE DEPOT SUR LES CONTINENTS

A. L’altération chimique

1. Action de l’eau

2. Action des acides organiques

3. Oxydation et hydratation

4. Influence du climat sur l’altération chimique des roches

5. Phénomènes karstiques

B. L’érosion mécanique

1. Action de la température

2. Action des végétaux

3. Eboulis et éboulements

4. Glissements de terrain

5. Solifluxion

6. Creep (ou reptation)

7. Les phénomènes éoliens

8. Les phénomènes glaciaires

9. Les phénomènes périglaciaires

10. L’action de l’eau

11. Importance des phénomènes d’érosion et de transport continentaux

C. Les eaux souterraines

1. La perméabilité des roches

2. Les nappes d’eau souterraines

V. LE MILIEU MARIN

1. Topographie générale

2. Salinité de l’eau de mer

3. Mouvement des eaux marines

4. Variations du niveau marin

5. Variation des taux d’oxygène et de carbone dans les océans

VI. EROSION, TRANSPORT ET SEDIMENTATION DANS LE DOMAINE MARIN

A. L’érosion marine

B. La sédimentation marine

1. Sédimentation marine terrigène

2. Sédimentation marine « non terrigène »

3. Roches carbonées

4. Sédiments exogènes

C. Sédiments et environnements de dépôts

1. Les dépôts marins résultants de mécanismes gravitaires

2. Les dépôts marins ou océaniques profonds

VII. LES ENSEMBLES SEDIMENTAIRES ET LEUR DECRIPTAGE

1. Enregistrement sédimentaire et subsidence

2. Notion de faciès

3. Le cycle sédimentaire

VIII. LA DATATATION DES ROCHES SEDIMENTAIRES

1. La lithostratigraphie

2. La biostratigraphie

3. La chronostratigraphie

4. La géochronologie

5. Autres méthodes de datation

IX. LA DIAGENESE DES ROCHES

1. La compaction

2. La lapidification

3. Les précipitations diagénétiques

4. Les transformations minéralogiques et la dolomitisation tardive

X. LE METAMORPHISME

1. Métamorphisme régional

2. Métamorphisme de contact

3. L’ultramétamorphisme

4. Nomenclature des roches métamorphiques

5. Remarques concernant le métamorphisme

XI. LA TECTONIQUE

1. Déformations élastiques

2. Déformations cassantes

3. Déformations plastiques

4. Conséquences géomorphologiques de la tectonique

XII. LE MAGMATISME

A. Les magmas

1. Composition des magmas

2. Origine des magmas

3. Processus de refroidissement et de cristallisation d’un magma

B. Les phénomènes volcaniques

1. Les manifestations volcaniques

2. Mécanisme des éruptions

3. Les roches et les structures volcaniques

C. Les phénomènes intrusifs

1. Introduction

2. Forme des intrusions et processus de mise en place

XIII. LA TECTONIQUE DES PLAQUES

A. Généralités

B. Naissance et développement des plaques lithosphériques

1. Le stade rift : les fossés d’effondrement

2. Stade de fissure crustale (ou d’océan étroit)

3. Stade d’océan large

4. La composition des croûtes océaniques

C. Les zones de convergence et de subduction des plaques

1. Convergence de deux plaques à croûte océanique

2. Convergence d’une plaque à croûte océanique et d’une plaque à croûte continentale

3. Convergence de deux plaques à croûte continentale

Quelques références

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