Geologie Seance11-15

Département de Géologie Appliquée

Université Hassan 1er – FST – Settat

Géologie Générale 1

Mme Aïcha Rochdi

Séance 11, 12,13, 14 & 15

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MATIERE III : MAGMATISME ET MÉTAMORPHISME

I- Notion de minéralogie :

1- État de la matière :

Etat fluide => Désordonnée => AmorpheEtat cristallin

!! Parfois Amorphe

2- les principaux minéraux de l'écorce terrestre :

Les minéraux les plus fréquents sont les silicates qui représentent 99% en masse et

en volume de l'écorce terrestre. Accessoirement viennent les carbonates.

2-1- les carbonates :

L'élément de base est le groupement anionique (CO3)2- qui peut se combiner avec un cation bivalent

Ca2+ avec (CO3)2- la calcite : Ca(CO3)

Ca2+ & Mg2+ avec (CO3)2- la dolomite : CaMg(CO3)2

2-2- les silicates :

Si4+ Ri = 0,4 Å

O2- Ri = 1,4 Å

Chaque ion Si peut lier avec 4 ions oxygène selon la formule SiO4- sous la forme d'un

tétraèdre dont les quatre sommets sont occupés par les oxygènes et le centre par le silicium:

Groupe Fondamental

Les différents types de silicates

Calcul de la formule

Tétraèdres

isolés

Chaîne

Simple

Chaîne

Double

Feuillet

Réseau en

3D

Nésosilicates

Inosilicates

Phylosilicates

Tectosilicates

Exemple

Olivine

Pyroxène

Amphibole

Mica

Quartz

Formule Groupe

négatif

Rapport

Si/O

Rq : un magma riche en cation va donner naissance à des

minéraux de la famille des olivines et pyroxènes. Tandis

qu'un magma appauvri en cations et enrichit en SiO44-

donnera naissance à des quartz et des feldspaths.

II- Les roches magmatiques

1- Définition

- De part leur origine qui est un matériel fondu dit "magma" les roches éruptives sont

appelées roches magmatiques. Ce sont des roches qui proviennent des profondeurs de la

terre c'est pourquoi on les appelle roches endogènes.

-Selon le mode de gisement, on distingue :

- la solidification de ces roches se fait à l'intérieur de la lithosphère avec un

refroidissement lent, elles sont dites plutoniques et elles n'apparaissent à la

surface de la terre que grâce à l'érosion et aux réajustements isostatiques.

-les matériaux magmatiques arrivent à la surface de la terre, ils subissent un

refroidissement rapide et donnent naissance aux roches volcaniques.

- Entre ces deux extrêmes il existe des intermédiaires par exemple les roches

filoniennes

Modes de gisement des roches magmatiques

2- Processus magmatiques :

2-1 - les mécanismes de fusion :

Pression & Température

Courbe théorique de fusion pour

un système silicaté anhydre

courbe qui sépare le

domaine où la phase

solide existe seule du

domaine où elle existe

avec une phase liquide.

courbe qui sépare le domaine

(L + S) du domaine ou la phase

liquide existe seule.

Si on rajoute de l'eau à un système silicaté anhydre, les courbes de solidus et de liquidus

changent de pente qui devient négative avec diminution de la température pour toutes les

pressions.

Effet de l’Hydratation

Ex: courbe solidus / liquidus

pour un magma basaltique

anhydre et pour un magma

hydraté. Comparaison avec

le solidus d'un magma

granitique hydraté.

Remarque : Lors de sa remontée, un magma granitique

rencontre sa courbe de solidus avant d'atteindre la surface. Par

contre un magma basaltique atteint la surface avant de

rencontrer la courbe de solidus. Ceci explique pourquoi dans la

nature on a beaucoup de granite pour peu de rhyolite et

beaucoup de basalte pour peu de gabbro.

2-2 - les mécanismes de cristallisation :

Les minéraux les moins fusibles cristalliseront en premier et les plus fusibles en dernier.

D'après Bowen deux séries principales existent :

1- série réactionnelle discontinue des ferromagnésiens

Cas des plagioclases :

2- série des minéraux formant une série isomorphe

Albite Na (Al Si3O8)

Anorthite Ca(Al2Si2O8)

Ri (Na+) = 0,95 Å Ri (Ca2+) = 0,98 Å

Ri(Si4+) = 0,41 Å Ri (Al3+) = 0,49 Å

Il existe donc des substitutions entre ces éléments qui conduisent à la réalisation

d'une solution solide par un phénomène de diffusion lent.

Le résultat est :

la cristallisation des silicates dans un magma se fait dans un ordre bien défini,

selon la suite réactionnelle de Bowen, grâce à la cristallisation fractionnée

Exemple de la cristallisation d'un magma qui refroidit dans une chambre

magmatique :

Les cristaux ne vont pas se former tous en même temps comme l'exprime la série de

Bowen. Les premiers minéraux à cristalliser seront évidemment les minéraux de haute

température, olivine d'abord, pyroxènes et amphiboles ensuite. La roche formée sera une

roche basique.

Le liquide résiduel sera donc appauvri en ces minéraux; on aura donc un

magma de composition différente de sa composition initiale. Ce magma

aura une composition intermédiaire.

Si ce magma est introduit dans une chambre secondaire (schéma ci-dessus) et

qu'il poursuit son refroidissement, les premiers minéraux à cristalliser seront les

amphiboles, les biotites, le quartz et certains feldspaths plagioclases, ce qui

produira une roche ignée intermédiaire.

Si il reste encore du magma dans la chambre, et qu'il poursuit son

refroidissement, les premiers minéraux à cristalliser seront des feldspaths, des

micas et des enfin du quartz, ce qui produira une roche ignée acide.

3- Classification des roches magmatiques :

On peut classer les R. M. selon :

Le mode d'agencement des cristaux, qui traduit le mode de gisement

=> c-à-d la vitesse de refroidissement

3-1- Texture

a1 : Texture grenue où tout les minéraux sont visibles à l'œil nu

:

Des cristaux qui ont développé des

formes géométriques régulières

sont dits automorphes.

D'autres Cristaux occupent les vides

laissés par les premiers sans acquérir

aucune forme géométrique, sont dits

xénomrphe.

Caractéristique des roches plutoniques

a2 : Texture ou seuls quelques cristaux peuvent être visibles à l'œil nu.

Des cristaux automorphes dit

phénocristaux sont noyés dans une

masse homogène à l'œil nu.

Le cas extrême de cette texture est la

texture vitreuse qui ne contient aucun

cristal visible mais uniquement du

verre.

Caractéristique des roches volcaniques ou effusives et

les roches filoniennes

ou

les roches acides avec SiO2 > 65% ;

3-2- Composition minéralogique :

a1 : Notion d'acidité :

En fonction de la teneur en SiO2, on distingue :

les roches intermédiaires avec 52% < SiO2 < 65% ;

les roches basiques avec 45% < SiO2 < 52% ;

les roches ultrabasiques avec SiO2 < 45%.

une roche à quartz est dite sursaturée ;

a2 : Notion de saturation

On prend en compte la composition minéralogique :

une roche à feldspaths seuls est dite saturée ;

une roche à feldspathoïdes est dite sous-saturée.

classe I : roches hololeucocrates 0 à 12,5% de ferromagnésiens ;

a3 : Coloration :

On peut distinguer plusieurs classes de roches selon le pourcentage en ferromagnésiens :

classe II : roches leucocrates 12,5 à 37,5% de ferromagnésiens ;

classe III : roches mésocrates 37,5 à 62,5 % de ferromagnésiens ;

classe IV : roches mélanocrates 62,5 à 87,5 % de ferromagnésiens ;

classe V : roches holomélanocrates 87,5 à 100 % de ferromagnésiens.

SiO2SurS S SousS

Coloration Eléments visibles à

l'oeil nu Chimie

Structure au

microscope Nom de la roche

Très foncée

Phénocristaux

d'olivine dispersés

dans une pâte très

foncée

Moins riche en

silice

Plus riche en silice

Microlithique

(ou

hémicristalline).

Basalte à Olivine

Sombre

que des

phénocristaux,

jointifs: augite,

plagioclases et

olivine(rare)

Grenue (ou

holocristalline) Gabbro

Sombre

pâte enveloppant des

phénocristaux

olivines,

plagioclases, augite

Microlithique Basalte typique

Gris sombre

phénocristaux de

plagioclases

dispersés dans une

pâte

Microlithique

Roche pintade

(basalte à

plagioclase).

Claire

aphyrique ou rares

petits cristaux

dispersés dans une

pâte

Microlithique Trachyte

Claire

Claire

nombreux petits

cristaux

-feldspath,

quartz,

magnétite

cristaux visibles

œil nu

feldspath,

quartz, mica

Grenue

Grenue

Syénite

Granite

Figure II-7 : Position schématique des principales roches en fonction de leur

composition minéralogique (D'après B. Mason, 1966, principle of

geochemistry

3-3 - Exemple de répartition minéralogique :

Péridotite - Pyroxénite

Roches magmatiques – intrusives (= plutoniques)

Obsidienne – R. volcanique Basalte à phénocristaux (R. V.?

Porphyre à phénocristaux de feldspath (porphyre rhyolitique)

Roches magmatiques – extrusives (= volcanique)

Basalte en tuyau d’orgue

Roches magmatiques – extrusives (= volcanique)

Gabbro

Roches magmatiques – intrusives (= plutoniques)

Gabbro

Diorite

Diorite

Roches magmatiques – intrusives (= plutoniques)

Différents types de granite

Roches magmatiques – intrusives (= plutoniques)

Granite

<= Rhyolite

III- Volcanisme

1- Définitions :

Les volcans sont des appareils qui mettent en relation la surface du globe avec des

zones internes où les matériaux terrestres sont à une température permettant leur

fusion.

Les matériaux en fusion viennent s'épancher à la surface du sol en créant des

reliefs de structure variable en fonction de la nature chimique des produits émis et

selon la nature des éruptions.

Les volcans peuvent avoir une activité continue ou intermittente avec des phases

de grande émission et des phases de repos qui peuvent être très longues. Le volcan est

dit alors éteint.

Figure II- 8 : Schéma d'un volcan

2- Principaux types d'éruptions volcaniques

Principalement, ils dépendent de la fluidité de la lave, de sa richesse en gaz et

de l'importance de la pression qui accompagne ces montées de magma. Nous

distinguons deux types majeurs d'éruptions :

Ce sont des fissures de l'écorce terrestre par lesquelles se déversent des laves

très fluides. Ces éruptions peuvent être accompagnées par des explosions

très limitées. On rencontre ce type de volcanisme essentiellement au fond

des océans où il est à l'origine de la croûte océanique.

b - les éruptions punctiformes :

Il s'agit des volcans proprement dits, avec un appareil volcanique bien délimité. On

distingue trois types d'activité :

a - les éruptions fissurales :

b1 - les éruptions explosives :

Une explosion unique et violente volatilise un volume de matériaux important qui

n'est pas forcément volcanique. Il se forme à la suite de ces explosions des

structures d'effondrement dits caldeira ( = chaudron).

b2 - les éruptions permanentes :

Elles correspondent à des volcans en activité constante ou quasi-constante. Certains

donnent des cendres qui proviennent de lave relativement peu liquide. D'autre

donnent des laves très liquides et un troisième type donne des cônes mixtes avec des

phases de projection de lapilli et de bombes intercalées par des phases d'émission de

coulées liquides.

b3 - les éruptions paroxysmales :

Il s'agit d'une éruption avec formation d'une caldeira ou destruction de l'ancien

cratère.

Figure II-9 : Les différents types de volcans

3 - Les produits rejetés par les volcans :

- les gaz : la vapeur d'eau constitue 90% du gaz, vient ensuite le CO2, le monoxyde de

carbone CO, l'hydrogène, la vapeur de soufre, l'ammoniac, l'azote, l'acide

chlorhydrique… La nature du gaz dépend de la nature des magmas.

-les laves :

les laves basiques sont plus fluides que les laves acides plus épaisses à

température égale.

Les laves prennent plusieurs formes en fonction de leur nature. Des laves

acides donnent des coulées irrégulières avec des blocs isolés.

Les laves fluides (donc basiques) donnent sous l'eau un faciès particulier

sous le nom de pillow-lavas ( = oreillers), qui sont de sortes de coussins

empilés les uns sur les autres.

Un autre aspect des coulées basaltiques est l'aspect prismatique à section

hexagonale connu sous le nom d'orgues.

- les projections

Ce sont des fragments solides projetés lors de l'explosion et qui peuvent avoir

plusieurs origines. Il peut s'agir de lave solidifiée instantanément, de phénocristaux

existant dans le magma, de fragment de roches sédimentaires ou ignées arrachées aux

parois de la cheminée.

Blocs et Bombes : de grande taille les premiers sont anguleux et solides

les deuxièmes sont plutôt pâteux de forme variable.

Pierre ponce, Lapilli et cendre : petite à moyenne taille. Les pierre ponce

correspondent à des fragments à grand pourcentage en verre avec

beaucoup de bulles d'air qui se transforment en vacuoles. Si le diamètre

des projections est inférieur à 4 mm, ils sont qualifiés de cendres.

Volcan Villarica la nuit

Éruption du Paricutìn au Mexique.

Après quelques jours de bruits souterrains et de secousses, le 20 février 1943 vers midi, un agriculteur

sentit la terre s'échauffer; de la fumée sortait d'un sillon. À 16 heures, il entendit de nombreuses

explosions et vit s'ouvrir une fissure d'une vingtaine de mètres de longueur, par laquelle s'échappaient des

cendres et des débris incandescents, c'est-à-dire que les débris étaient devenus lumineux sous l'effet d'une

température très élevée. Ceux-ci formaient, le lendemain, un cône de 30 mètres de haut. La nuit suivante,

une coulée de lave très visqueuse se répandit. Dix jours plus tard, le cône dépassait 150 mètres et, au mois

d'août de la même année, il atteignait 350 mètres avec une largeur de base de plus d'un kilomètre. La

petite ville de Paricutín fut ensevelie sous les cendres, tandis que la lave parvenait au village de San Juan,

qui fut détruit.

Etna en Italie

L’éruption hawaiinne:

L’éruption strombolienne:

L’éruption vulcanienne:

L’éruption à dome pélééns:

L’éruption à nuées ardentes:

Éruptions surtsyen

Lorsque le magma est rejeté sous une faible profondeur d’eau.

L’éruption est appelée surtseyenne en mémoire de l’éruption de ce volcan dans les années soixante. L’indice d’explosivité est faible.

IV Origine et genèse des grands types de magma :

Faible profondeur

(25 à 30 Km )

magma tholéitique

Plus grande

profondeur (100km)

magma alcalin

magmas complexes

calco-alcalin

faible profondeur (25 à 30 Km)

basaltes tholéitiques

grande profondeur (100 Km)

le magma basaltique alcalin