MÉTAMORPHISME ET GÉODYNAMIQUE

Localisation des roches métamorphiques dans l’espace profondeur-température

Un diagramme P-T matérialise les variations des deux paramètres importants à l’intérieur du globe : la pression (ou la profondeur) et la température. Différents domaines, intervalles de P et T, apparaissent sur le diagramme. Ils délimitent les conditions de stabilité P-T des groupes de roches métamorphiques et sont appelés « faciès métamorphiques ». Ils montrent que les roches métamorphiques se forment dans une très large gamme de T et P. De ce fait, on remarque que les roches métamorphiques enregistrent des conditions thermiques bien différentes de celles du géotherme moyen de la lithosphère stable (GLs). Ainsi, les roches métamorphiques sont des témoins de l’évolution thermique du globe.

Quelles sont les limites du métamorphisme dans ce diagramme ?Seules les conditions P-T du domaine hautes pressions et très basses températures ne sont pas réalisées sur Terre. À basses températures et basses pressions, la diagenèse regroupe l’ensemble des changements physico-chimiques, minéralogiques et biologiques par lesquels les sédiments sont transformés en roches sédimentaires. Ces processus ne sont pas significativement différents de ceux du métamorphisme, aussi il n’y a pas de limite précise entre les deux processus. C’est ce dont témoigne le passage progressif entre la diagenèse et le métamorphisme d’enfouissement dans un bassin sédimentaire subsident. Traditionnellement, cette « limite » est fixée entre 2 et 3 kilobars pour une température de 200 à 250 ⁰C.

À hautes températures, la limite avec les roches magmatiques est très vaste : c’est le domaine de l’ anatexie (du mot grec anatèxis, « fusion ») qui s’étend sur un intervalle de plus de 300 ⁰C, délimité par la courbe de solidus (courbe de fusion) granitique hydraté jusqu’aux conditions du métamorphisme à ultrahaute température (UHT), comprise entre 900 ⁰C et 1 100 ⁰C – température de fusion totale de la croûte continentale. Au-delà de la courbe d’anatexie, les roches commencent à fondre en produisant un magma de composition granitique : les roches subissent une fusion partielle. Dans cet intervalle de température, roches magmatiques et métamorphiques coexistent, comme en témoigne l’existence de faciès métamorphiques au-delà du solidus granitique.

La limite du métamorphisme vers les très grandes pressions (ou ultrahautes pressions, UHP) est d’une autre nature que les précédentes. La recristallisation à l’état solide n’a pas de limite en profondeur jusqu’au noyau de la Terre. Mais, ce qui nous importe est la profondeur maximale atteinte par les roches qui sont ensuite exhumées à la surface du globe. Quelques minéraux sont diagnostics de conditions dites d’ultrahautes pressions : la coésite (famille de la silice), stable à des profondeurs supérieures à 90 kilomètres ; le diamant, qui remplace le graphite à plus de 120 kilomètres ; des minéraux produits de la transformation d’un grenat de composition majoritique, lequel témoigne d’un enfouissement dans le manteau à plus de 300 kilomètres de profondeur.

À basses pressions, les faciès « à cornéennes » regroupent les roches produites par un métamorphisme essentiellement thermique, le métamorphisme de contact. Celui-ci se développe au contact d’une intrusion magmatique, telle qu’un granite ou un gabbro. On délimite une « auréole métamorphique » autour de l’intrusion.

Ainsi les roches métamorphiques occupent-elles la majeure partie de l’espace P-T. En conséquence, toute roche a de fortes probabilités d’être, à un moment donné de son histoire, métamorphisée, et parfois même plusieurs fois. Il suffit d’une faible augmentation de température et/ou de pression pour passer d’une roche sédimentaire à une roche métamorphique. De même, une roche magmatique est susceptible d’être métamorphisée[...]