ROCHES (Formation) Pétrologie
Composition chimique
Les éléments chimiques diffèrent suivant les points dans l'écorce terrestre, selon les modalités de son évolution. Leur nature et leurs proportions, définissant la composition chimique, sont déterminées sur des échantillons par des méthodes chimiques traditionnelles ou, de plus en plus, par des méthodes physiques (fluorescence X, absorption atomique, etc.). Limitée d'abord aux éléments majeurs, cette analyse est maintenant étendue aux éléments en traces.
Les éléments majeurs (O, Si, Al, Fe3+, Fe2+, Mg, Ca, Na, K, Ti, H, etc.) s'expriment sous forme de minéraux et commandent par conséquent la nature des roches. Un corps rocheux est généralement constitué par plusieurs unités pétrographiques qui, bien que chimiquement différentes, ont des caractères reflétant leur communauté d'origine ou consanguinité ; il en est souvent de même pour certaines familles de corps distincts, groupés régionalement ou répartis à l'échelle du globe en provinces ou séries pétrographiques. Cela se manifeste par des corrélations entre des éléments ou groupes d'éléments et s'exprime par des diagrammes faisant ressortir des particularités et des variations qu'on cherche à mettre en relation avec la dynamique terrestre.
Les diagrammes les plus simples (dits de Harker) représentent les variations des divers oxydes en fonction de la teneur en silice. Le groupement d'éléments jouant un rôle analogue (comme Al et Fe3+, Fe et Mg, Na et K, etc.) réduit le nombre des paramètres ; des diagrammes variés (cartésiens, triangulaires, tétraédriques) ont été imaginés pour comparer les analyses et dégager les tendances évolutives. Par exemple, les diagrammes FMA (FeO, MgO, Na2O+K2O) font apparaître la différence de comportement du fer et des alcalins dans l'évolution des séries éruptives calco-alcalines et tholéiitiques. Pour les roches métamorphiques à excès de silice, les diagrammes ACF de P. Eskola (Al2O3 non liée aux alcalins, CaO, FeO+MgO) ou ceux de J. B. Thompson (projection d'un tétraèdre K2O-Al2O3-FeO-MgO sur la face AFM à partir du point figuratif de la muscovite) montrent les relations entre la composition chimique et les paragenèses. Des diagrammes plus élaborés, proposés par H. de La Roche, font appel à des variables multi-élémentaires tenant compte de la stœchiométrie des minéraux fondamentaux, ouvrant la voie à la modélisation.
Les éléments en traces n'existent qu'à des teneurs trop faibles pour s'exprimer minéralogiquement. Ils entrent dans la constitution de minéraux variés, remplaçant des éléments majeurs, se camouflant dans les défauts cristallins (sites vacants, dislocations, etc.) ou se rassemblant dans les espaces intergranulaires. Certains de ces éléments, comme les terres rares, tendent à se concentrer dans les solutions magmatiques, hydrothermales ou de surface, jouant le rôle de traceurs dans l'évolution des roches ou caractérisant les zones structurales où elles ont pris naissance. Les rapports isotopiques permettent de calculer les âges radiométriques, tout en donnant aussi des informations sur l'origine crustale ou mantélique des roches.
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Écrit par
- Maurice LELUBRE : professeur émérite à l'université de Toulouse-III-Paul-Sabatier
- Alain WEISBROD : ingénieur de l'École nationale supérieure de géologie appliquée (E.N.S.G.), professeur à l'E.N.S.G., Nancy
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Cycle des roches
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