Chapitre 2. Minéraux et roches

(1)

Chapitre 2. Minéraux et roches

2.2. Pétrographie (étude des roches) 2.2.a. Roches magmatiques

Polytech’ 2010-11 • GTGC3

Roche magmatique et magma

•Roche magmatique : provient de la cristallisation d’un magma

•Magma = Bain silicaté fondu

•40 à 75 poids % de SiO₂

•comprend trois phases

•phase liquide : 10 à 70 %

•phase solide : enclaves

minéraux cristallisés

•phase gazeuse

•700°C (m. granitique) à 1200°C (m. basaltique)

•visqueux (mobile)

(2)

Chapitre 2. Minéraux et roches

2.2. Pétrographie (étude des roches) 2.2.a. Roches magmatiques 2.2.a.i. Les magmas

Les grands types de magmas

Les principaux types de magmas sont définis par la composition chimique :

•magma basique

•magma intermédiaire

•magma acide

SiO₂ : 45-55 %poids (+) Fe, Mg, Ca (-) Na, K

SiO₂ : 55-65 %poids (±) Fe, Mg, Ca, Na, K

SiO₂ : 65-75 %poids (-) Fe, Mg, Ca (+) Na, K Roches : basalte, gabbro

Roches : andésite

Roches : granite, rhyolite

(3)

Synthèse

un magma, c’est… du liquide, des gaz, des solides

liquide

gaz

solide

Hydro- thermalisme

chaleur+gaz

Suivi des émissions

SiO₂ (45-75%) Eléments majeurs Eléments traces

H₂O CO₂ SCl, F

Minéraux

Roches magmatiques Eruption

Eléments incompatibles Eléments compatibles

Exsolution

Enclaves Eléments radioactifs

Volcanisme et plutonisme

Chambre magmatique

Surface R. Volcaniques

(extrusives,

effusives)

R. plutoniques (intrusives) (érosion)

cône volcanique

remontée du magma

cheminée

coulée de lave

(4)

Corps magmatiques

Cône

volcanique Coulées Laccolite

Sill

Batholite

La question

•Les géothermes terrestres sont connus

•Les solidus des roches du manteau sont connus

Dans quelles conditions les roches du

manteau sont-elles susceptibles de

fondre ?

(5)

Polytech’ 2010-11 • GTGC3 100

200

300

400

500

600

1000 2000

Géotherme / fusion des péridotites

CONTINENT OCÉAN

CROUTE MANTEAU

Dans la LVZ, le géotherme et le solidus sont proches mais ...

Liquide cristaux+ pé

ri do ti te

Mehier (1995) Température (°C)

Pr of

km

Géotherme moyen

Solidus de la péridotite

...ça ne va pas fondre !!!!

LVZ

100

200

300

400

500

600

1000 2000

Géotherme / fusion des péridotites

CONTINENT OCÉAN

CROUTE MANTEAU

Liquide cristaux+ Litho

Asth.

pé ri do ti te

Mehier (1995) Température (°C)

Pr of

km

Géotherme moyen

Solidus de la péridotite

Dans la LVZ, le géotherme et le solidus sont proches mais ...

Conséquences :

•La roche est proche de son début de fusion (5-10 %)

•Le caractère ductile est très prononcé

•Une faible modification du géotherme ou du solidus

=> fusion plus poussée

=> magmatisme

•Zone provilégiée de genèse des magmas (120-250 km)

•Température 1200-1300°C = température de la lave basaltique

(6)

Mécanismes (1)

1 2

SPS

1 2

SPS L

L

Géotherme océanique Géotherme de dorsale Solidus de la péridotite sèche Liquidus de la péridotite 80

160

240

1000 2000

Température (°C)

Pr of

km

Mehier (1995)

Liquide

Solide

Liquide cristaux+

MAGMA

Mehier (1995)

Décompression adiabatique au niveau des dorsales

océaniques

Mécanismes (2)

1 3

SPS

1 3

SPS L

L

80

160

240

1000 2000

Pr of

km

Mehier (1995)

Géotherme océanique

Géotherme de point chaud Solidus de la péridotite sèche Liquidus de la péridotite

Liquide

Solide

MAGMA

Apport de chaleur au niveau des points chauds

(7)

Mécanismes (3)

1 ^SPS

SPH

1

SPS SPH L

L

Géotherme océanique

Solidus de la péridotite sèche Solidus de la péridotite hydratée Liquidus de la péridotite 80

160

240

1000 2000

Pr of

km

Mehier (1995)

Abaissement du point de fusion au niveau des zones de subduction

Liquide

Solide

MAGMA

Liaison avec la géodynamique

REMONTÉE MANTELLIQUE

ride

médio-océanique croûte océanique lithosphère

asthénosphère

POINT CHAUD

ACCRETION SUBDUCTION

Mécanisme n°1 Mécanisme n°2 Mécanisme n°3

H

₂

O

altération de la croûte océanique

DECOMPRESSION ADIABATIQUE

APPORT DE CHALEUR

ABAISSEMENT DU POINT DE

FUSION

croûte continentale

(8)

Classifications

Une classification des roches magmatiques se fait à partir de minéraux cardinaux

Il existe plusieurs classifications des roches en fonction des minéraux cardinaux

Streckeisen (1967) :

tectosilicates : Qz-FK-Plagio-feldspathoïdes

Chapitre 2. Minéraux et roches

2.2. Pétrographie

(étude des roches)

2.2.a. Roches magmatiques

2.2.a.ii. Cristallisation des magmas

(9)

Cristallisation

Magma

complète : granite

(roche plutonique) partielle : basalte (roche volcanique)

La cristallisation est le passage d'un état désordonné liquide à un état ordonné solide

Le système albite-quartz

Ab Q

0 20 40 60 80 100

845

1130

745

Liquidus

Solidus

1 Liquide

Albite + quartz

Liquide + albite

Liquide + quartz

•Système à deux minéraux totalement immiscibles

E

(10)

Le système albite-quartz

745

Ab Q

0 20 40 60 80 100

845

1 Liquide 1130

Albite + quartz

Liquide + albite

E

75 52

T₁ T₂

41

T_E T₃

3 phases

Polytech’ 2010-11 • GTGC3 745

Ab Q

0 20 40 60 80 100

845

1130

Le système albite-quartz

1 Liquide

Albite + quartz

E

20 30 T₁

T₂

41

T_E T₃

(11)

Points essentiels

Système à deux minéraux entièrement immiscibles :

•La cristallisation aboutit à la formation de deux minéraux (phases pures)

•La composition du minéral reste la même tout au long du processus (phase pure)

•La composition du liquide évolue tout au long de la cristallisation

•Le point eutectique est le point où coexistent un liquide et deux minéraux, dont la température est la plus basse

•A l’eutectique, on a la réaction :

Liquide -> minéral A + minéral B

Ab An

Le système Albite-anorthite

Liquidus

Solidus

1553

1118

0 20 40 60 80 100

1200 1300 1400 1500

1600 1 Liquide

Liquide solide+

1 Solide

•Système à deux minéraux entière- ment miscibles (solution solide)

•Série des plagioclases

(12)

Ab An

Le système Albite-anorthite

1553

1118

0 20 40 60 80 100

1200 1300 1400 1500

1600 1 Liquide

Liquide solide+

1 Solide

96 78 94

70

Apparition du premier cristal

A B C

!

%liquide = BC AC

!

%solide = AB

60

AC

26 19

Quelques solutions solides

•Forstérite - Fayalite (olivines = péridots)

•Enstatite - Ferrosilite (pyroxènes) [Si₂O₆]Mg₂ - [Si₂O₆]Fe₂

•Amphiboles (Fe-Mg)

•Micas (Fe-Mg)

•Plagioclases : tectosilicates

•[SiO₂] ⇒ 4x[SiO₂] = [Si₄O₈]

•substitution : 1 Si ⇔ 1 Al

•[Si₃AlO₈]^- [Si₃AlO₈]K orthose [Si₃AlO₈]Na albite

•substitution : 2 Si ⇔ 2 Al

•[Si₂Al₂O₈]^2- [Si₂Al₂O₈]Ca anorthite

plagioclases

(13)

Points essentiels

Système à deux minéraux entièrement miscibles :

•La cristallisation aboutit à la formation d’un seul minéral dont la composition est identique à celle du bain initial

•La composition du minéral évolue tout au long de la cristallisation :

•Les premiers minéraux sont très riches en anorthite

•Plus la température baisse, plus le solide devient riche en albite

•La composition du liquide évolue tout au long de la cristallisation (enrichissement en albite)