Le métamorphisme est la transformation à l'état solide des roches (minéralogie et/ou structure) sous l'effet de la chaleur et/ou de la pression, sans passer par une phase liquide. Règles fondamentales : • Les transformations se produisent en phase solide (pas de fusion) • Les minéraux originaux se transforment en nouveaux minéraux stables dans les nouvelles conditions • La roche métamorphique conserve généralement la composition chimique globale de la roche originale Deux principaux facteurs : • Température (T) : responsable des réactions chimiques entre minéraux • Pression (P) : pression lithostatique (due au poids des roches sus-jacentes) et pression tectonique **Types de métamorphisme :** • **Métamorphisme régional** (ou dynamo-thermique) : affecte de grandes étendues, associé à la tectonique des plaques (collision, subduction). Gradient géothermique normal ou perturbé. • **Métamorphisme de contact** : autour d'une intrusion magmatique. Zone aureole de contact. Essentiellement thermique (chaleur du magma), pas lié à la pression lithostatique. • **Métamorphisme de subduction** (ou dynamique, haute pression/basse température) : conditions extrêmes dans la plaque plongeante.
Certains minéraux ne sont stables que dans des conditions précises de température et de pression. Ce sont des minéraux indicateurs (ou index) du métamorphisme. **Minéraux indicateurs classiques (roches métapélitiques, à partir de pélites/argiles) :** • Chlorite : basse T et P → faible métamorphisme (schistes verts) • Biotite : T et P modérées • Grenat (almandin) : T et P modérées à élevées • Staurotide : T élevée • Disthène (Cyanite) : haute P, T modérée • Sillimanite : très haute T • Andalousite : haute T, basse P (métamorphisme de contact) • Glaucophane : très haute P, basse T (métamorphisme de subduction = faciès schistes bleus) **Isogrades et zones métamorphiques :** L'isograde est la ligne sur une carte géologique qui délimite l'apparition d'un minéral indicateur. Elle représente une paléo-isotherme ou iso-isobare. **Séries métamorphiques (Miyashiro) :** • Série de basse P / haute T : andalousite-sillimanite (près d'une intrusion) • Série de P et T modérées : chlorite-biotite-grenat-staurotide-disthène-sillimanite (collision) • Série de haute P / basse T : glaucophane-jadéite (subduction, schistes bleus)
Les roches métamorphiques ont des structures caractéristiques qui témoignent des conditions de formation. **Structure foliée (schisteuse) :** Sous l'effet de la pression directionnelle (tectonique), les minéraux lamellaires (micas, chlorites) s'orientent perpendiculairement à la contrainte → foliation (= plans de schistosité). Exemples de roches foliées : schiste, phyllite, micaschiste, gneiss. **Structure granoblastique (non foliée) :** Minéraux isométriques (pas d'orientation préférentielle), associés à une pression isotrope ou au métamorphisme de contact. Exemples : marbre (calcaire métamorphisé), quartzite (grès métamorphisé), cornéenne (métamorphisme de contact). **Structure porphyroblastique :** Grands cristaux (porphyroblastes) comme les grenats ou les staurotides dans une matrice plus fine. **Exemples de transformations :** • Argile (kaolinite) → mica (phengite) → mica blanc (muscovite) → feldspar (selon T) • Calcaire (calcite) → marbre (calcite recristallisée) • Granite → gneiss (sous pression directionnelle) • Basalte → schiste vert (basse T,P) → schiste bleu (haute P) → éclogite (très haute P)
Le type de métamorphisme est directement lié au contexte géodynamique (tectonique des plaques) : **Zone de subduction → métamorphisme haute P / basse T :** La plaque plongeante descend rapidement → refroidissement lent mais compression rapide → conditions haute pression mais température modérée (gradient géothermique faible) → faciès schistes bleus (glaucophane), puis éclogites (très grande profondeur). **Zone de collision → métamorphisme régional (P+T élevées) :** L'épaississement crustal porte les roches à grande profondeur → T et P augmentent ensemble (gradient géothermique normal) → suite : chlorite → biotite → grenat → staurotide → disthène → sillimanite. **Zone d'arc volcanique (subduction) → métamorphisme haute T / basse P :** Le magma ascendant chauffe les roches encaissantes → halo de métamorphisme de contact (andalousite, cornéennes). **Paire métamorphique de Miyashiro :** Dans les zones de subduction, on trouve souvent en paire : • Côté océanique : faciès haute P / basse T (schistes bleus) → plaque plongeante • Côté continental : faciès haute T / basse P (andalousite, etc.) → arc volcanique
📊 Schéma — Tectonique des plaques : subduction et collision
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Le glaucophane est un minéral indicateur du métamorphisme de haute pression / basse température (faciès schistes bleus). Il indique que la roche a été enfouie rapidement à grande profondeur (haute P) mais dans des conditions relativement froides (basse T). Ce type de métamorphisme est caractéristique des zones de subduction : la plaque océanique plonge rapidement, soumise à une forte pression avant d'être réchauffée. On retrouve souvent ces schistes bleus dans les sutures (zones de fermeture d'océans) des chaînes de collision.
Marbre : structure granoblastique (non foliée), cristaux de calcite isométriques recristallisés sans orientation préférentielle. Micaschiste : structure foliée (schisteuse), avec des micas (muscovite, biotite) orientés perpendiculairement à la contrainte. Différence : le marbre se forme dans des conditions de pression isotrope (pression égale dans tous les sens, ex : métamorphisme de contact ou enfouissement simple). Le micaschiste se forme sous pression directionnelle (tectonique compressive), qui oriente les minéraux lamellaires → foliation. Les deux peuvent avoir des températures similaires.