Étude des roches métamorphiques et sédimentaires

Faciès et textures des roches métamorphiques

Un faciès métamorphique comprend un ensemble de différentes roches métamorphiques qui ont résisté à des pressions et des températures similaires. Deux roches initiales différentes qui ont été soumises à des conditions similaires de métamorphisme donneront deux roches métamorphiques différentes avec la plupart des minéraux différents, mais avec quelques-uns identiques. Bien que les textures que présentent les principales roches métamorphiques permettent de les distinguer des roches magmatiques ou sédimentaires préexistantes, on a l'habitude de distinguer les types suivants :

• a) Texture granoblastique : équivalente à la texture granuleuse des roches magmatiques, où les minéraux présents sont de grande taille et semblables.
• b) Texture porphyroblastique : correspond à la texture des roches porphyriques filoniennes où de gros cristaux sont entourés d'autres plus petits.
• c) Texture cristalloblastique : le minerai de recristallisation est très marqué.

Types de métamorphisme

Bien que la température, la pression et les fluides soient présents simultanément dans la plupart des processus métamorphiques, ils ne participent pas avec la même intensité dans tous les cas. Selon les valeurs de ces agents, on peut parler de trois types de métamorphisme : le métamorphisme de pression, dans lequel la pression intervient dans une plus grande proportion que la température ; le métamorphisme thermique, où la température joue un rôle plus important que la pression ; et le métamorphisme régional, où les deux facteurs agissent avec une grande intensité.

A) Métamorphisme de pression

Il se produit généralement dans les zones peu profondes de la croûte où des failles se produisent et où il n'y a pas de températures très élevées. Ces points de pression peuvent être causés par de forts mouvements de blocs, ce qui explique pourquoi ce type de métamorphisme est aussi appelé dynamométamorphisme. Les roches formées à cause de la pression sont principalement le résultat de la bréchification et de la schistosité. On distingue généralement deux zones dans le dynamométamorphisme : la zone de brèche, qui présente de faibles pressions, et la zone des mylonites, avec des pressions relativement élevées.

B) Métamorphisme thermique

Il se produit lorsque la température augmente sous une roche d'origine, à condition que cette augmentation ne soit pas accompagnée d'une augmentation considérable de la pression. Le cas le plus connu se produit lorsque le magma entre en contact avec une autre roche à basse température, ce qui peut arriver par l'intrusion de magma, le contact magmatique entre la lave et le substrat ou dans le voisinage d'un filon. Dans ces cas, le métamorphisme thermique est appelé métamorphisme de contact. Les processus métamorphiques produisent des augmentations de température typiques telles que la déshydratation, la recristallisation, les ajustements minéralogiques et le métasomatisme.

C) Métamorphisme régional ou dynamothermique

Il est ainsi appelé parce qu'il affecte de grandes régions continentales et crée des roches à la minéralogie et à la texture typiquement schisteuses, comme les ardoises, les schistes et les gneiss. Le métamorphisme régional se produit lorsque les trois agents responsables des processus métamorphiques (température, pression et fluides) agissent simultanément. Les changements que subissent les roches au début sont parfois si grands qu'il est très difficile de les reconnaître. Si les pressions et les températures sont très élevées, la roche peut commencer à fondre partiellement, créant d'autres caractéristiques de roches intermédiaires entre les roches magmatiques et métamorphiques, appelées gneiss. Quand la roche fond complètement, elle forme du magma.

Gisements minéraux associés au métamorphisme

De la même façon qu'avec les roches ignées, il existe des gisements naturels de minéraux formés par le métamorphisme, qui sont exploités pour leur intérêt économique. Parmi ces dépôts abondants, de taille et de forme irrégulières, on trouve des oxydes, du soufre, du graphite et d'autres minéraux.

Métamorphisme et tectonique des plaques

La tectonique des plaques permet de distinguer quatre régions de la croûte terrestre où le métamorphisme se produit :

• a) Métamorphisme de la croûte continentale : l'épaisseur de la croûte continentale est très variable, ce qui permet différents types de métamorphisme. Dans les régions les plus profondes de la croûte, les pressions et les températures peuvent être très élevées, ce qui explique le métamorphisme de haut grade.
• b) Métamorphisme du fond océanique : le flux de chaleur provoqué par la production de magma génère un métamorphisme essentiellement thermique.
• c) Métamorphisme des marges de compression : à ces limites de subduction de la plaque océanique sous la croûte, les conditions favorisent un métamorphisme régional intense.
• d) Métamorphisme de faille transformante : car dans ce type de limite entre les plaques, les blocs se déplacent horizontalement, créant un métamorphisme de pression (dynamométamorphisme).

Sédimentation et roches sédimentaires

Les roches ignées et métamorphiques sont plus abondantes dans la croûte terrestre, car les fortes pressions et températures sont propices à leur formation en profondeur. Ces conditions n'existant normalement pas à la surface de la Terre, d'autres types de roches, les roches sédimentaires, y sont particulièrement nombreux. Dans la plupart des cas, les roches sédimentaires sont stratifiées dans les plaines où elles ont été formées.

Origine des roches sédimentaires

Les agents géologiques externes comme l'atmosphère, le vent, l'eau et la glace détruisent continuellement les roches près de la surface, un phénomène connu sous le nom de dénudation. L'une des conséquences de ces processus de destruction, appelés érosion, est la formation de particules de taille variable qui peuvent être transportées vers un lieu autre que celui d'origine, connu sous le nom de bassin de sédimentation. Les matériaux déposés dans le bassin de sédimentation sont appelés sédiments, et ceux-ci forment les roches sédimentaires qui n'existent que dans les zones peu profondes de la Terre. Les sédiments qui s'accumulent dans les bassins comprennent :

• Des fragments de roches existantes de taille variable.
• Des minéraux isolés.
• Des cristaux de substances dissoutes dans l'eau qui ont précipité.
• Des restes d'animaux et de plantes ayant vécu dans le bassin.

La diagenèse

Au fil du temps, les sédiments déposés dans les bassins sédimentaires subissent une série de transformations plus ou moins intensives qui les transforment en roches sédimentaires, bien que parfois les sédiments non transformés soient également considérés comme des roches sédimentaires. Toutes ces transformations sont désignées par le nom de diagenèse ou lithification.

Sédimentation + Diagenèse = Roche sédimentaire.

La diagenèse comprend essentiellement deux processus : le compactage et la cimentation.

A) Compactage

C'est la perte de volume des sédiments par la réduction de la taille des pores entre les fragments. Le compactage est généralement dû au poids exercé par les couches supérieures de sédiments. Ainsi, un sédiment composé de sable possède environ 50 % de pores, tandis qu'après compactage, sa porosité peut être inférieure à 30 %.

B) Cimentation

C'est l'union des fragments de manière plus ou moins ferme. Elle est due au fait que des solutions aqueuses circulent souvent dans les pores des sédiments, apportant des matériaux qui peuvent cristalliser dans les espaces vides. Les principaux ciments sont le CaCO3 (calcaire) ou le SiO2 (silice). Parfois, les sédiments sont faiblement liés par des minéraux microscopiques du groupe des argiles ; on dit alors que la roche sédimentaire a une matrice argileuse. À la suite de la diagenèse, il est possible de différencier trois types de matériaux constitutifs :

• La trame : l'ensemble des particules qui composent la partie la plus abondante et essentielle de la roche.
• La matrice : ensemble composé de particules plus fines, généralement de l'argile, se déposant dans les pores de la trame.
• Le ciment : matériau cristallisé dans les pores de la trame.

Les roches sédimentaires et leurs classes

Les roches sédimentaires peuvent être divisées en roches d'origine détritique (mécanique) et roches d'origine chimique ou organique (biochimique). Comme les sédiments sont formés par des méthodes chimiques ou par des êtres vivants, il existe une division entre roches détritiques, roches chimiques et roches organiques, mais en réalité, la majorité est composée des deux types de sédiments. On peut diviser les roches sédimentaires en :

a) Les roches détritiques

Elles sont formées par des fragments d'autres roches ou minéraux arrachés par l'érosion et transportés sur une distance variable avant d'être déposés dans un bassin de sédimentation. Ces roches sont classées selon la taille moyenne de leurs fragments :

1. Rudites : roches dont les fragments ont une taille supérieure à 2 mm. Elles peuvent être anguleuses si le transport a été court, ou arrondies si le transport a été long.
2. Arénites : consistent en des fragments dont la taille moyenne est comprise entre 2 et 0,06 mm.
3. Lutites : constituées de minéraux de taille microscopique.

b) Les roches non-détritiques

Elles proviennent de sédiments chimiques (cristaux de substances solubles) ou de restes d'êtres vivants. Les principaux groupes sont :

• 1) Les roches carbonatées : formées par cristallisation directe de carbonates ou par l'accumulation de restes d'animaux (coquilles, squelettes). Elles représentent plus de 20 % des roches sédimentaires.
• 2) Les roches siliceuses : constituées de silice provenant d'organismes à squelettes ou coquilles siliceux. Elles ont des origines et des apparences variées.
• 3) Les évaporites : formées par l'évaporation de l'eau contenant des sels solubles (lagunes, lacs, mers intérieures).
• 4) Le charbon : roches combustibles issues de l'accumulation de restes végétaux.
• 5) Le pétrole : mélange complexe de substances solides, liquides et gazeuses, plus léger que l'eau, produisant une grande énergie thermique. On pense qu'il provient de la transformation de sédiments formés par le plancton, les bactéries et les plantes dans des mers fermées.