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)
📊 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.