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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Roche sédimentaire : Cours-Résumés-TP-Exercices-TD-corrigés

Les roches sédimentaires sont des roches exogènes qui représentent 5 % en volume de la croûte terrestre. Elles sont très répandues à la surface sous forme de couches recouvrant les roches métamorphiques et magmatiques.

Les roches sédimentaires, contrairement aux roches magmatiques et métamorphiques, sont formées à la surface de la Terre, dans les océans, les mers, les lacs et les fleuves. Dénommées, également roches exogènes, elles forment l’essentiel de la surface de la croûte terrestre.

Les roches sédimentaires ont une grande importance du point de vue économique : le pétrole, le gaz, le charbon, l’uranium, les matériaux de construction sont d’origine sédimentaire. Elles ont aussi une importance scientifique : c’est le seul type de roches contenant des fossiles. Les roches sédimentaires se forment à partir de sédiments.

Elles se présentent, le plus souvent, en dépôts horizontaux. On parle de couches ou strates. Elles englobent parfois des fragments de végétaux et d’animaux fossilisés.

Origine des roches sédimentaires :

Les roches sédimentaires se forment à partir de particules d’origines très variées par érosion ou altération.

Elles peuvent être d’origine détritique, chimique ou biologique. Le plus souvent, les roches sédimentaires sont un mélange issu de ces différentes origines:

1-Origine détritique : elles résultent de l’accumulation de débris de minéraux et de roches arrachées par érosion à d’autres roches affleurantes : ce sont les roches détritiques ou terrigènes.

2-Origine chimique : elles proviennent de la précipitation d’éléments chimiques présents dans les eaux de mers ou transportés en solution suite au phénomène d’altération.

3-Origine biologique : ce groupe comporte des roches dont l’origine est liée directement ou indirectement à l’intervention d’organismes vivants présents dans la mer.

Processus de formation des roches sédimentaires :

Les particules érodées, sont le plus souvent transportées par l’eau. Elles s’accumulent dans les creux du relief continental et sous sous-marin. Quel que soit le milieu, les particules ou sédiments, se déposent, pendant des millions d’années, en couches superposées dans des bassins sédimentaires.

Un bassin sédimentaire est une dépression, une cuvette de la croûte terrestre qui recueille des sédiments qui vont ensuite se transformer en roches sédimentaires. Les fonds sous-marins renferment de nombreux creux et dépressions, on parle de bassins océaniques.

Quatre processus interviennent dans la formation des roches sédimentaires :

• Erosion et/ou altération ,
• Transport,
• Dépôt ou sédimentation,
• Diagenèse .

Erosion et altération :

A la surface de la Terre, les roches sont soumises aux phénomènes d’érosion et d’altération.

Erosion signifie la dégradation mécanique des roches qui se produit sous l’action d’une force physique qui arrache des fragments de roches. Cette force physique est générée par l’eau, le gel, le vent et la différence de température.

Altération correspond à une attaque chimique des roches par les eaux. On parle également d’érosion chimique. Des éléments comme Ca, Mg, Fe3+, K… passent en solution puis transportés par les eaux. Plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignées. ILs sont facilement attaqués par les eaux de pluies et transformés en argiles pour former des boues et, une fois consolidées, des roches argileuses.

Certains organismes vivants, comme les lichens ont la possibilité d’attaquer les minéraux en absorbant les éléments chimiques dont ils ont besoin et les roches sont fragilisées, altérées.

L’action combinée de ces trois mécanismes produit des particules de toutes tailles. C’est là le point de départ du processus général de la sédimentation.

L’eau, principal agent d’érosion, agit aussi bien mécaniquement que chimiquement sur les roches. Lorsqu’elle est chargée de gaz carbonique (CO2), elle devient légèrement acide et peut dissoudre les éléments chimiques contenus dans les roches. Les plus facilement altérables sont les roches carbonatées (calcaires).

Transport :

Les débris résultant de ces attaques vont être entrainés loin du lieu de destruction. L’eau (par les fleuves) est le principal agent de transport. Les glaciers peuvent également transportés des masses importantes de fragments et blocs rocheux. Le vent peut également déplacer des particules fines (sables, argiles) sur de grandes distances.

Les débris sont transportés plus ou moins loin de leur source d’origine et déposés jusque dans les grands fonds marins où ils vont se stratifier.

Dépôt ou sédimentation :

Les particules, ou sédiments, sont déposés dans des bassins de sédimentation au fond des mers et des océans pour former des dépôts en couches successives plus ou moins horizontales. De ce fait les dépôts sédimentaires sont stratifiés.

Diagénèse :

C’est l’ensemble des phénomènes physico-chimiques qui transforment un sédiment en une roche cohérente : les particules sédimentaires sont cimentées les unes aux autres. Sans la diagénèse, il ne peut y avoir des roches sédimentaires : la diagénèse transforme le dépôt sédimentaire (non consolidé) en une roche sédimentaire (consolidée).

Le passage du sédiment à la roche se fait comme suit : les dépôts, sous l’effet de leur propre poids, exercent une pression sur les particules. Les couches se compactent (s’écrasent, se lient entre elles) et l’eau est chassée : c’est la déshydratation. Un ciment assemble, ensuite, les débris. Parfois, la roche reste meuble (non consolidée), c’est le cas du sable.

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Pétrographie est la science des roches, ayant pour but la formation, la description et la classification et à la nomenclature des roches.

Il existe plusieurs familles de roches, chacune est distinguée par certaines caractéristiques.

On distingue trois grands groupes de roches, déterminées à partir d’un processus de formation (genèse). Cependant, les limites de chaque groupe se recoupent et sont donc partiellement subjectives.

Les trois grands groupe de roches sont :
– les roches sédimentaires, issues d’un sédiment
– les roches magmatiques, issues d’un magma
– les roches métamorphiques, issues d’une autre roche préexistante (sédimentaire ou magmatique)

Un minéral est une substance formée naturellement ou synthétisée artificiellement, définie par sa composition chimique et l’agencement de ses atomes selon une périodicité et une symétrie précises qui se reflètent dans le groupe d’espace et dans le système cristallin du minéral.

Les minéraux sont généralement solides dans les conditions normales de température et de pression et s’associent pour former les roches constituant la croûte terrestre et, d’une façon plus générale, la Lithosphère. Les minéraux sont donc les matériaux élémentaires des roches de la croûte terrestre.

Plan du cours de Pétrographie

1)         NOTIONS DE MINERALOGIE

1.1)      Définition

1.2)      Cristaux et Cristallographie

a)         Définition

b)         Les systèmes de Cristallisation

1.3)      L’identification des minéraux

a)         Couleur

b)         Éclat

c)         Trait

d)        Dureté

e)         Densité

f)         Forme cristalline

g)         Clivage

h)         Effervescence

1.4)      Les principaux minéraux constitutifs de l’écorce terrestre

a)         Les différents types de minéraux

Classe I : Les éléments natifs

Classe II : Les sulfures et dérivés

Classe III : Les halogénures

Classe IV : Les oxydes et hydroxydes

Classe V : Carbonates et nitrates

Classe VI : Borates

Classe VII : Sulfates et dérivés

Classe VIII : Phosphates et dérivés

Classe IX : Silicates

Classe X : Minéraux organiques

b)         Proportions des minéraux et leur utilisation

c)         Exemple de minéraux

2) LA PETROGRAPHIE

2.1) Introduction

2.2) Définition de la roche

2.3) Les roches sédimentaires

a) Introduction

b) Processus de sédimentation

c) Principales roches sédimentaires

2.4) Les roches métamorphiques

                   a) Introduction

                  b) Facteurs de métamorphisme

                   c) Les types de métamorphisme

                    d) Série des roches métamorphiques.

2.4) Les roches magmatiques

                     a) Introduction

                    b) Processus magmatique

                    c) Processus fondamentale de la naissance des roches magmatiques en général

                    d) Principale roches éruptives

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