MÉTAMORPHISME ET GÉODYNAMIQUE

Enregistrement minéralogique du trajet P-T-t et gradient métamorphique

Tout le long de leur trajet PTt, les roches se trouvent dans des conditions où P et T changent. Elles sont donc susceptibles de recristalliser à l’état solide. Mais les roches recristallisent-elles de manière continue ? Sinon, quelle(s) portion(s) de ce trajet enregistrent-elles et quelle(s) étape(s) ?

Ces transformations – recristallisations – se font par le biais de réactions généralement interminérales. Mais ces réactions ne se réalisent pas spontanément lors des variations de P et T. Si l’on sort un glaçon du congélateur, il faudra un certain temps pour que le changement de phases entre glace et liquide aboutisse à la disparition totale de l’eau solide. On définit une vitesse (ou cinétique) de réaction. Celle-ci varie significativement en fonction de nombreux facteurs dont les principaux sont la température, la déformation, la présence de fluides. Aussi, la réalisation des réactions métamorphiques dépend de la compétition entre cette vitesse (ou cinétique) de réaction et la vitesse de l’évolution métamorphique, c’est-à-dire de la vitesse de variation de P et/ou T.

La présence d’un fluide joue un rôle majeur. Au cours du trajet prograde, une roche peut recristalliser par le biais d’une succession de réactions minéralogiques. Dans la croûte continentale, la majorité de ces réactions sont des réactions de déshydratation de la forme H = A + V dans laquelle H est un assemblage de minéraux hydratés, A de minéraux anhydres et V la phase vapeur d’eau. Les courbes représentatives de ces réactions, dans un diagramme P-T, ont une pente positive et la phase V est du côté hautes températures de la réaction. En conséquence, cette vapeur est libérée par la roche au cours du trajet prograde en T et P des roches R ; de faible densité, elle remonte vers la surface et la roche est ainsi déshydratée. Pendant le trajet rétrograde, lorsque la température diminue, les réactions qui sont réversibles sont franchies en sens inverse, dans le sens A + V = H, mais la vapeur nécessaire à leurs réalisations n’est plus disponible. La recristallisation, à ce stade rétrograde, n’est possible que dans les zones très perméables (limites lithologiques, fissures, zones de cisaillement…). En conséquence, sauf cas exceptionnel, c’est la paragenèse acquise au pic en température qui est généralement préservée lorsque les roches métamorphiques atteignent la surface. C’est ce que le géologue observe principalement sur le terrain. Il observe une succession de roches qui correspondent aux pics TM des différents trajets PTt : il peut alors tracer le gradient métamorphique.