Cours de pétrographie

Pétrographie

Sommaire

ContenuChapitre I : Généralité............................................................................................................................3

I. Introduction...............................................................................................................................3

1. Définition................................................................................................................................3

2. Objets.....................................................................................................................................3

3. Méthodes...............................................................................................................................3

II. Principales famille de roche....................................................................................................3

III. Mode de formation cyclique des roches.............................................................................4

Chapitre II : Les roches magmatiques.....................................................................................................4

I. Généralités................................................................................................................................4

1. Définition................................................................................................................................4

2. La différentiation et la solidification des magmas..................................................................4

3. Cadre géologique des roches magmatique.............................................................................5

II. Les principaux groupes de roches magmatiques.......................................................................5

1. Mode de gisement..................................................................................................................5

2. Les minéraux des roches magmatiques..................................................................................6

3. Composition chimique globale des roches magmatiques.......................................................8

4. Architecture des roches magmatique.....................................................................................8

5. Modes de classification des roches magmatiques................................................................10

6. Les principales familles des roches magmatiques................................................................12

Chapitre III : Les roches sédimentaires.................................................................................................14

I. Généralité................................................................................................................................14

1. Introduction..........................................................................................................................14

2. Définition..............................................................................................................................14

3. Modes de formation.............................................................................................................14

4. Cadre naturel........................................................................................................................14

II. Caractères distinctifs des roches sédimentaires......................................................................14

1. Texture.................................................................................................................................14

2. Structure...............................................................................................................................15

III. Les minéraux des roches sédimentaires..................................................................................15

IV. Critères de classification..........................................................................................................16

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- Selon le faciès.......................................................................................................................16

- Selon l’origine.......................................................................................................................16

- Selon la composition chimique.............................................................................................17

Chapitre : Les roches métamorphique.................................................................................................19

I. Généralités..............................................................................................................................19

1. Définition..............................................................................................................................19

2. Facteurs du métamorphisme................................................................................................19

3. Les différents types de métamorphisme..............................................................................19

4. Les minéraux du métamorphisme........................................................................................20

5. Les textures et structures des roches métamorphiques.......................................................20

6. Notion de série ou séquence métamorphique.....................................................................21

7. Caractère pétrographique des roches métamorphiques communes...................................21

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Chapitre I : Généralité

I. Introduction

Les géosciences regroupent toute variété de disciplines consacrées à des thématiques divers mais interactives parmi lesquelles la pétrographie.

1. DéfinitionLa pétrographie est une science dont la vocation 1ère est la description des roches encore appelé géo matériaux. Elle fait partie intégrante des sciences de la nature et des sciences des matériaux.

La pétrographie est une science et une discipline de la géologie qui se préoccupe de l’étude des roches dans leurs contextes naturels et pour comprendre leurs relations mutuelle, les conditions et le mécanisme physico – chimique de leur genèse. Elle se fonde sur la minéralogie, pétrographie et la géochimie (lieu génétique des roches, l’origine des roches, comment se sont formés les roches).

2. ObjetsLa pétrographie procède par l’observation, la description et l’identification des roches en vue de leur classification. Cette classification utilise des critères géologique et physico – chimique variés (composition minéralogique, composition chimique, la texture, le structure, l’organisation, couleur, la résistance).

3. MéthodesL’échantillonnage (prélèvement des échantillons sur le terrain ou dans un sondage) est un préalable à toute investigation pétrographique. La description des roches commence par l’observation à l’échelle macroscopique puis à l’échelle microscopique.L’observation microscopique implique des critères optique (la couleur, le relief, les clivages, les macles, les zonages) en vue de précisé la nature des minéraux. A cet effet on utilise un microscope polarisant ou l’étude se fait en lumière polarisé. Ce microscope se fait par un système de grossissement variable. Pour les roches constitué de phase minérale microscopique (les argiles) leur identification s’effectue à l’aide d’un microscope électronique à balayage ou alors avec les techniques de diffractométrie des rayons X.

II. Principales famille de rocheSelon les investigations géophysique, géochimique, géologique et pétrographique, la lithosphère terrestre (lithosphère = sphère des roches, c’est l’écorce + manteau supérieur)

La lithosphère résulte de 3 principales familles des roches

- La famille des roches magmatique- La famille des roches métamorphique- La famille des roches sédimentaire

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Leur mode de gisement et d’association ainsi que leur répartition dans le temps et dans l’espace sont variable sur le terrain, il est toutefois établis que leur mode de formation suit un processus cyclique corréler à un processus cyclique géochimique et géodynamique. (Fiche N°1)

III. Mode de formation cyclique des roches.Les roches sédimentaires magmatiques et métamorphiques sont les constituants majeurs de la croute terrestre, continentale et océanique. Leur mode de formation débute par les processus sédimentaire avec des dépôts de sédiment meuble puis consolidé par diagenèse dans les lacs, mer et océan. Les processus métamorphique ou métamorphisme avec le développement du gradient géothermique du milieu entraine leur transformation en roche métamorphique qui entre en fusion partiel ou anatexie dans les zones profonde ou sévices (ou se trouve) de forte condition de pression et de température pour donner des liquides de composition variable appelé magma. Les magmas évoluent soit vers le volcanisme avec la mise en place de roche plutonique. Le cycle reprend avec les processus sédimentaire d’altération, d’érosion des roches préexistante et aussi par le transport, le dépôt et la diagenèse des sédiments formée.

Chapitre 2 : Les roches magmatiques

I. Généralités

1. DéfinitionIl correspond à un liquide silicaté de haute température (800 – 1300°C) comprenant 3 phases +ou – importante. Une phase liquide, une phase solide (minéraux cristallisé ou non fondu), et une phase gazeuse ou fluide ou encore volatile (H2Ogaz ; CO2 ; B ;F ;Cl ;Be).Leur propriétés physico – chimique (composition chimique viscosité, densité, température sont extrêmement variable et dépendent de leur nature de leur source et détermine leur mobilité dans la lithosphère).

2. La différentiation et la solidification des magmas

Cycle de Bowen

Uranium se trouve dans les granites.

Chrome, Nickel, Platine se trouve dans les roches ultrabasiques.

Les magmas remontent à travers les ouvertures (les fractures) rapidement ou lentement dans la lithosphère pour se figer soit dans la croute ou dans la surface du globe. En générant des roches magmatiques volcanique ou plutonique. Au cours de l’ascension du magma il y a baisse de pression et de température c’est-à-dire un refroidissement qui s’accompagne d’une cristallisation fractionné

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encore appelé différentiation magmatique. Ce phénomène se traduit par une soustraction progressive des minéraux de liquide de façon ordonné avec pour corollaire la modification de la composition chimique du magma. Expérimentalement il a été démontré un magma basique (basaltique) soumis à une cristallisation fractionner développait par une séparation simultané et parallèle de 2 suites ou série réactionnelle de phase minérale dite série réactionnelle de BOWEN avec d’une part la série ferromagnésien (l’olivine, pyroxène, amphibole, biotite) et d’autre part la série des plagioclases ou série sillico-alumineuse encore appelé calcosodique (anorthite riche en Ca ; Bytownite ; Labrador ; Andésine ; oligoclase et albite)

Toute c’est série débouche à la cristallisation finale de feldspath potassique, muscovite (mica blanc) et en dernier lieux le quartz (SIO2)

Cette différentiation minérale aboutit à la formation d’une variété de roche magmatique dans la nature de composition ultrabasique (les péridotites, de roche basique (gabbro, basalte)) de composition neutre (diorite, andésite, granodiorite/Rhyodacites), Granite/Rhyolite)

3. Cadre géologique des roches magmatiqueLes Roches magmatique composent avec les roches métamorphiques les formations dominantes des chaines orogéniques des collisions (Himalaya, alpe) ou des chaines de subduction (la chaine des Andes au Pacific) elle se retrouve aussi dans les orogènes (les veilles chaines de montagne).

II. Les principaux groupes de roches magmatiques

Les roches magmatiques proviennent de la cristallisation d’un magma de forte température par cristallisation suite à un refroidissement d’une roche ignées ou roche cristallines. Le magma à l’origine de ces roches prend naissance en profondeur par l’ANATEXIES des matériaux de la lithosphère et à diffèrent niveau. On les qualifie donc de roches endogènes c’est-à-dire que le magma ne peut prendre naissance qu’en profondeur. Leur mise en place dans la croute s’effectue de façon brutale ou soudaine, ce qui justifie leur appellation de roche éruptive. Il est possible selon leur mode de gisement de distinguer 3 groupes essentiels de roche magmatique ou éruptives. Le groupe des roches extrusives volcanique, les groupes des roches extrusives sub-volcaniques et le groupe des roches extrusives plutoniques.

1. Mode de gisementLes roches magmatiques ont plusieurs variétés de mode de gisement qui découlent de leur profondeur de mise en place et des conditions de refroidissement du magma (vitesse de refroidissement). Les roches magmatiques sont liées à 3 modes de gisement auquel on attache 3 groupes de roches.

a. Le groupe des roches volcaniqueCe groupe est marqué par un épanchement de laves ou de coulés sur de vastes étendu et par un refroidissement brutal dans les conditions atmosphérique. Il s’agit de roche volcanique effusive. Lorsque l’éruption est violente, on assiste à des projections volcaniques de fragment de minéraux ou de roches. On les appels les retombés aériennes ou éjectas ou téphras ou pyroclastite.

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b. Le groupes des roches sub-volcaniqueOn les appels roche hypo volcanique ou de semi – profondeur par laquelle se mettent en place en milieu souterrain à la suite d’un remplissage ou colmatage de fracture affectant soit les massifs plutonique soit les appareils volcanique. Leur mode de gisement est sous forme de filon c’est-à-dire un corps magmatique d’extension limité (50-100m d’épaisseur et plusieurs 100m de long). Lorsque le filon est génétiquement lié à un massif plutonique on les qualifie d’apophyse les relations géométrique de ces filons avec l’encaissant sédimentaire, stratifié elle permet de distingué 2 catégories de filons

- Les filons couches- Les filons transverses

Les filons couches ont un caractère inter stratifié (entre les strates) on les appels également des sills ou filon concordant. Les filons transverse recoupe en n’emporte pièces (n’importe comment) les couches sédimentaires, les dykes ou filon discordant.

c. Le groupe des roches plutoniqueLa cristallisation lente du magma en profondeur fini par figer dans l’écorce terrestre les massifs plutonique ou pluton de grande dimension (plusieurs dizaines, centaine de km) qui peuvent être discordant par rapport à l’encaissant qu’on qualifie de batholite ou de petite taille, mais concordant avec l’encaissant qu’on qualifie de laccolite.

2. Les minéraux des roches magmatiquesIls sont issue de la cristallisation par refroidissement des magmas ils ont donc une origine ignées. Leur nature leur composition chimique dépend de la nature du magma et des conditions de cristallisations de refroidissement. La majorité d’entre eux appartient aux silicates qu’on peut repartir en 3 groupes suivants leur abondance et leur fréquence.Le groupe des minéraux essentiel ou majeur, les minéraux cardinaux qui sont les constituants prépondérants des roches magmatiques.Le groupe des minéraux accessoiresLe groupe des minéraux accidentel ou occasionnel

a. Les minéraux accidentelsLeur nature varie selon les types de roche, dans les granites les minéraux accidentel est représenter par la Tourmaline, Cordiérite, Silicates d’alumine/Silimanite.

b. Les minéraux accessoiresLa plupart se trouve en inclusion dans les minéraux majeurs les plus représentatifs, et comme exemple on a : Zircon (nésosilicate, Zr(SiO4)) ; L’apatite (Phosphate) ; Sphène (carbonate de Ca +Ti) ; Magnétite (Fe3O4) ; Corindon (Al2O3) ; Topaze (SiO4) Al2(OH,F)2.

c. Les minéraux essentiels*Péridots  : C’est un groupe de l’olivine dont la composition chimique varie d’un pôle riche en fer à un pôle riche en magnésium. Ce sont les constituants des minéraux majeur des roches ultrabasique et parmi elles ont peut citer des dunites, des péridotites qui sont des faciès des roches ultrabasique. Les péridot ont pour formule SiO4(Fe, Mg)2.

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*Pyroxènes : Les pyroxènes constituent un groupe de minéraux majeur dans les roches ultrabasique et aussi dans les roches basiques (basalte, gabbro) et dans une moindre mesure dans une faible quantité dans les roches de composition neutre. Selon leur composition chimique on distingue :

- Pyroxène ferro-magnésien Hypersthène : Si2O6 (Fe, Mg)2.

- Pyroxène calco-ferro-magnésienAugite : SiAlO6(Fe, Mg, Al)Ca.

- Pyroxène alcalin = sodiqueAeginine : (Si2O6Fe)Na

Il se trouve dans les roches magmatiques alcalines telles que le granite alcalin : syénite, trachyte.

*Les amphiboles

- Les amphiboles ferro-magnésiensCompostions générale : [Si4O11(OH)]2 (Mg, Fe)2

Exemple : Gédrite, anthopyllite. - Les amphiboles calco-ferro-magnésiens

Exemple : Hornblende NaCa(Mg, Fe)Al5[(SiAl)4O11]2(OH)2

- Les amphiboles alcaline/SodiqueExemple : Riebeckite : (Si2O2)Fe4Na2(OH)2

Arfvedsonite.

*Les micas

Micas blanc = muscovite (alumino – silicate)[Si3AlO10 Al(OH)2]K

Micas noir : Biotite (Si3 AlO10 (OH, F)2 [Al, Mg, Fe]3 KC’est deux types de micas sont présent dans les roches magmatiques volcanique, ou plutonique neutre à acide (Diorite/Anédiorite ; Granodiorite/Rhyodacites ; Granite/Rhyolite)

*Les feldspathsPrincipal constituant majeur de l’écorce terrestre on les rencontres en dehors des roches ultrabasique on les trouve dans les autres matériaux.

°Feldspath potassiqueMicroclineOrthoseSanidine

*Feldspath calco-sodique Plagioclase Na Albite Na(Si3AlO8)

Ca Anorthite (Si2Al2O8) Ca

K(AlSi3O8 )

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Ils sont des constituants minéraux caractéristiques des roches de l’écorce terrestre. Ils sont relativement abondants dans les roches basiques (Gabbro, basalte), Roche neutre (Diorite, Andésite, granodiorite, rhyodacites) et en moindre quantité au côté des feldspaths potassiques dans les granites et les Rhyolites.

*Feldspath alcalin (Na, K) (Si Al O8)Exemple: Perthites, anorthose (60% albite + 40% microcline)Les feldspaths alcalin sont des minéraux fréquent dans les roches magmatique alcaline et aussi dans les roches granitique.

*Feldspathoïde = foïdeLeucite (Si2 AlO8 )KNéphéline (SiAlO4 )4 Na2 KCe sont les minéraux les plus représentatif, alcaline à hyper alcaline sous saturé en silice appelé aussi Foïdes.

*QuartzLe quartz est un minérale abondant dans les roches de la famille des granite. Sa quantité est moin importante dans les roches de composition neutre (granite, granodiorite…) Il est absent dans les roches basique et ultrabasique. Dans les roches volcaniques notamment dans les rhyolites, le quartz de haute T° porte le nom de cristobalite ou de Tridymite.

3. Composition chimique globale des roches magmatiques(fiche 2)

Les roches dans leur ensemble sont des matériaux solide chimique dont la composition peut être détecté et analyser en laboratoire. Tous les éléments chimiques répertoriés en chimie dans le tableau périodique sont plus ou moins présent dans les minéraux et dans les roches. Sur la centaine d’éléments continue en chimie seul une dizaine se trouve en quantité importante dans les minéraux et dans les roches, on les qualifie d’éléments majeur (O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K). Parmi c’est éléments l’oxygène occupe le 1èr rang en terme de % en poids en masse et en volume, suivi du silicium et de l’aluminium qui entre dans la fabrication des silicates et des alumino-silicate.

Sur le plan analytique c’est éléments sont exprimés en oxyde et mesuré en %.

Le reste des éléments chimique se trouve à l’état de trace c’est-à-dire en très faible quantité de l’ordre du ppm ou du ppb appelé éléments mineur ou oligo éléments ou élément en trace.

4. Architecture des roches magmatique

A. DéfinitionOn entend par architecture, la structure d’une part et la texture d’autre part des roches magmatique.

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- La texture : Elle se définit comme l’ensemble de critère de forme, et de dimension ou de taille des cristaux (de formation) dans la roche. Il existe une variété de texture aussi bien à l’échelle macroscopique que microscopique et elle reflète les conditions de refroidissement des magmas qui sont à l’origine de leur mise en place. En règle générale on distingue 3 catégories de texture : La texture macro cristalline ou holocristalline. La texture microcristalline La texture vitreuse ou hyaline (texture propre aux roches volcaniques vitreuse)

La texture est un critère non moins important de classification des roches magmatique.

- La structure : C’est le mode d’arrangement des agrégats(…) minéraux dans une roche. Elle est relative à l’orientation ou non des phases minérales en particulier les minéraux aciculaire ou tabulaire. En absence d’orientation elle est dite équant, dans le cas contraire on parle de structure fluidale.

B. Principales textures des roches magmatiques

- Les roches plutoniquesElle présente à l’échelle macroscopique et microscopique une texture commune grenue avec plusieurs variantes.

a. La texture grenueElle marque les roches entièrement cristalliser ou holocristalline (toutes les phases minérales ont cristallisé sous forme de grain visible et identifiable à l’œil nu ou à la loupe)On distingue plusieurs type de texture grenue tel que :

La texture grenue à grain grossier, gros grain (1 à 3cm) La texture grenue à grain moyen (0,1 ~ 1cm) La texture grenue à grain fin (<0,1cm)

Lorsque les grains sont de même taille on parlera de texture iso-granulaire dans le cas contraire on a une texture hétéro-granulaire.

b. La texture grenue porphyroïde

C’est une variété de la texture hétéro-granulaire car elle comporte outre une matrice ou une mésostase généralement grenue avec des inclusions de cristaux grossier appelé phénocristaux de feldspath alcalin.

c. La texture aplitique

Variété de texture à grain très fin (minéraux infra-millimétrique) souvent iso granulaire. Elle est caractéristique des aplites, roche de composition granitique sous forme de filon injecté dans les massifs granitique.

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d. La texture pegmatitique

C’est une variété de la texture grenue à gros grain marqué par les minéraux à grande taille sans exception (>1cm) c’est la texture d’une roche filonienne de composition granitique, appelé pegmatite.

- Les roches sub volcaniquesElle se caractérise par la texture microgrenue et on peut définir exclusivement à l’échelle microscopique. On distingue :

La texture microgrenue : constituée de microcristaux équi – dimensionnel en agrégat (en association) et sans mesostase. La variante de ce type de texture apparait lorsque des phénocristaux se développent dans une mesostase microgrenue ce qui donne une texture microgrenue porphyrique. C’est phénocristaux sont de nature varié selon la composition ou la nature de la roche (phénocristaux de quartz, feldspath, pyroxène, amphibole, olivine)

La texture doléritique : c’est une variété de la texture microgrenue attribué à des roches basique filonienne communément appelé dolérite ou diabase.

- Les roches volcaniques :A l’échelle macroscopique les roches volcanique ont une texture aphanitique absence de cristaux visible à l’œil nu (patte homogène), ou porphyrique lorsque de rare cristaux émerge de la matrice aphanitique. La texture vitreuse est commune aux obsidiennes (verre volcanique) quelques soit leur composition. A l’échelle microscopique on peut distinguer une variété de micro-texture.

La texture hyaline, observer dans les verres volcanique et correspond au magma figer à l’état sans aucune cristallisation d’espèce minérale.

La texture microlitique, elle se traduit par un mélange (…) ou en lattes de feldspath plus ou moins mêlé à une phase vitreuse en proportion variable. Elle devient fludale lorsque c’est baguette montre une orientation préférentiel.

La texture microlitique porphyrique : Lorsque les phénocristaux de nature varié (olivine, pyroxène, amphibole, feldspath, quartz) apparaissent dans la mesostase microlitique.

5. Modes de classification des roches magmatiquesIl existe plusieurs modalités de classification des roches ignées en 1er la composition minéralogique et chimique.

A. Classification selon la composition minéralogiquea. En fonction des minéraux blancs essentiels.

(….)

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b. Selon l’indice de coloration

L’indice de coloration donne le % relatif des minéraux coloré ou sombre présent dans la roche.

Pour les roches contenant du quartz

I= 100 – (Quartz + feldspath)

Pour les roches contenant des foïdes

I= 100 – (feldspath + feldspathoïde)

Pour les roches contenant du quartz

I= 0 – 10% Roche holo-leucocrate : granite alcalin

I=35 – 65% Roche mésocrate : diorite, diorite quartzique= tonalite

I= 65 – 90% Roche mélanocrate: gabbro

I= 90 – 100% Roche holomelanocrate: peridotite

c. Composition modale ou mode

La classification modale des roches magmatique est fondé sur la nature et les proportions précise des constituants des minéraux majeur identifié au microscope et évaluer à l’aide d’un compteur de point : ce mode de classification est recommandé par IUGS (International Union of Geologic Science). Le principe consiste à classer les roches plutoniques et leur équivalent volcanique sur la base de 4 minéraux blanc essentiel.

Quartz: Q ; Feldspath alcalin : A ; Plagioclase : P ; Foïde: F.

En considérant qu’il s’agit des roches non – holomelanocrate avec M%<90%Le rapport de % de c’est minéraux blanc c’est-à-dire leur mode s’effectue dans un diagramme losangique à 4pôles qui est la superposition de 2 diagrammes triangulaire d’une part le diagramme triangulaire QAP et d’autre part le diagramme triangulaire APF (fiche 5 et suite).

B. Selon la composition chimique Acidité – basicité

On entend par l’acidité d’une roche magmatique, la teneur relative à la silice SiO2 , qui est fonction de la quantité de Quartz (riche en quartz riche en silice)Roche acide : sursaturé SiO2 % > 65% granite/ rhyoliteRoche neutre ou intermédiaire : 52%< SiO2 < 65% diorite/ daciteRoche basique : sous saturée : 45% < SiO2 < 52% grabbro/ basalteRoche ultrabasique : SiO2 < 45%

Saturation en alumine Al2 O3

Teneur relative alumine/ Cao, Na2O, K2O

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Al2O3 > Na2O% + K2O% + CaO% → Roche hypo – alumineuse La classification granulométrique dans le cas de figure des roches magmatique, s’applique exclusivement aux roches volcaniques d’origine explosive et en particulier les projections volcaniques telles que les Téphras (projection volcanique non consolidé) et les pyroclastites (projection volcanique consolidé).La violence de l’explosion détermine la fragmentation des minéraux et des roches (la lave, les roches encaissantes) et ces fragments porte le nom de pyroclaste. La classification granulométrique de projection volcanique est fonction des dimensions et de la forme des pyroclastes.Les téphras meuble et les pyroclastites dérivée de leur consolidation font l’objet d’une classification granulométrique basé sur la taille ou la dimension des fragments ou débris de minéraux et des roches appelé pyroclastes. Les pyroclastes les plus grossiers sont les bombes supérieures à 64 mm, l’accumulation donne des téphras meubles qui donnent à leur tour les pyroclastes consolidés.

6. Les principales familles des roches magmatiques

Les roches volcanique, subvolcanique, et plutonique appartienne à la même famille si ils ont la même composition minéralogique et chimique bien quel soit distincte par leur texture et leur mode de mise en place. On a 5 principales famille de Roche magmatique sur la base de c’est critère.

- La famille des granites

Elle regroupe les granites d’origine plutonique, les microgranites d’origine sub volcanique et les rhyolites d’origine volcanique toutes ces roches se caractérisent par la prépondérance sur le plan minéralogique, prépondérance du quartz et des feldspaths alcalin, sur le plan chimique par leur caractère siliceux et par leur richesse alcalin.

- La famille des syénites

Dans cette famille on rencontre des syénites, roche plutonique des micro-syénites, roches sub-volcanique, et des trachytes correspondant aux roches volcaniques ou effusives. Sur le plan minéralogique toute c’est roches se caractérise par la richesse en feldspath alcalin, la pauvreté en quartz, les ferromagnésien présent dans ces roches sont les micas noir, les pyroxènes et amphibole sodique, sur le plan chimique se sont des roches intermédiaire au niveau de la teneur en silice, mais leur teneur en alcalin dépasse c’elle des granites (>10%)

- La famille des diorites

On distingue dans cette famille des diorites qui représentent les roches plutoniques, les microdiorites qui représente les roches sub volcanique et les andésites les roches volcanique lorsque c’est roches contiennent une certaine quantité de quartz on obtient respectivement des diorites quartzique (tonalite) microdiorite quartzique et des dacites. Sur le plan minéralogique c’est roche contiennent une quantité importante de plagioclase appelé Andésine. Une faible quantité de quartz et de feldspath alcalin et des propositions variable de minéraux ferromagnésien (amphibole, biotite). Du

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point de vue chimique on a des roches neutre avec 35% ~ 65% de silice riche en chaux (CaO) (15~18%) et en abondance pouvant atteindre 17%.

- La famille des gabbros

Dans cette famille sur le plan pétrographique on distingue des gabbros qui forme des massifs plutonique et en semi-profondeur des micros-gabbro et au niveau volcanique les termes effusif sont représenter par des basaltes qui forment dans les océans les planchés océanique, au niveau continental des basaltes fissuré ou basalte de plateau. Sur le plan minéralogique cette famille de roche resulte de 2 phases minérale esssentiel, des plagioclases calcique (labrador, bytownite) et des pyroxènes (augite) accéssoirement de l’olivine et de la magnétite. Sur le plan chimique se sont des roches basique mais riche en FeOt(total) ; MgO ; CaO.

- La famille des péridotites

Les termes grenue c’est-à-dire plutonique, correspond à des faciès varié de péridotite (lherzolite, harzburgite ). Les termes effusif ou volcanique correspondent au komatiite et de kimberlites (roche mère du diamant). Sur le plan minéralogique les péridotites sont des roches composés de pyroxènes, d’olivine, +ou- amphibole, +ou-biotite, et du point de vue chimique se sont des roches ultrabasique SiO2 < 45%, mais très riche en fer notamment en magnésium (20% < MgO< 40%)

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Chapitre III : Les roches sédimentaires

I. Généralité

1. IntroductionLes roches sédimentaire ou exogène se forme à la forme à la surface de la terre à l’issu de la mobilisation de la matière minérale et chimique suite à une dégradation des roches préexistante leur transport et dépôt par les agents atmosphérique entraine la formation des sédiments, d’abord à L’état meuble puis à l’état consolidé ou cohérent par le processus de diagenèse.

2. DéfinitionLa diagenèse est un processus physico-chimique par le quelle les sédiments initialement meuble deviennent des roches cohérente et consolidé, elle résulte de plusieurs mécanisme dont la compaction, la cimentation, la recristallisation et la métensomatose.

3. Modes de formationLa formation des roches sédimentaire résulte de phénomène ou processus physico-chimique qui entraine la désagrégation mécanique ou érosion des roches mère et développe une lignée détritique avec formation de roche sédimentaire meuble et consolidé de processus chimique par l’altération des roches de lignée chimique ou la lignée des solutions. Cette lignée conduit à la formation par précipitation des roches sédimentaires chimiques par précipitation. Une partie des éléments dissout dans l’eau est fixé par les organismes vivants qui les utilises pour la fabrication de leur coquillage qui par accumulation après la mort de ces organismes fournit des roches sédimentaire biochimique. Enfin il existe un 3ème processus purement biologique ou biogénique qui consiste à la transformation de la matière organique en roche carboné. (Fiche 7)

4. Cadre naturelLes roches sédimentaires se forment à la surface du globe terrestre en domaine continental en régions aride avec des dépôts de dune de sable éolien. Dans les milieux lacustres en milieu fluviatile avec des dépôts alluvionnaire. En domaine océanique on enregistre des dépôts détritique delbaïques sur les côtes marines, au niveau du talus continental et dans les zones malignes abyssales (profondes).

II. Caractères distinctifs des roches sédimentaires.De nombreux critères permet de discriminé des roches sédimentaires entre elle et avec les autres groupe notamment avec les roches endogènes.

1. Texture - Roche sédimentaire détritique

La texture dans ce groupe de roche sera fonction de la taille et de la forme des débris et de leur homogénéité.

Ex : Sables et grès à grain fin, moyen, grosses. Sables et grès arrondis ou anguleux Sables et grès iso-granulaire hétéro-granulaire.

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- Roches sédimentaire chimique

Nous avons la texture microgrannulaire → calcaire, lithographiqueTexture noduleuse → calcaire, roches carbonatéTexture oolitique → rattaché aux roches carbonatéTexture pisolitique → rattaché aux roches carbonatées.On peut retrouver ce type de texture (pisolitique et oolitique) dans les roches sédimentaire résiduel.

2. StructureLes roches sédimentaire se pose sous forme de banc, sous forme de couche ou de strate de puissance variable (millimétrique à métrique) on parle de lithage ou de stratification. Les roches sédimentaires ont une structure litée ou stratifié.

a. CimentC’est un groupe de roche sédimentaire disposé d’un ciment qui sert de liant entre les éléments et dont la nature varie selon le milieu de sédimentation.

- Le ciment siliceux- Carbonate/ Calcaire (ciment)- Le ciment argileux- Le ciment pelitique- Le ciment ferrugineux

b. Les fossilesLes milieux sédimentaire sont propice à l’éclosion des organismes vivants, végétaux (donc la flore, la faune) donc les restes fossiles sont soient sous forme d’emprunte ou de pièce bien conservé. C’est fossile sont de taille variable (micro – fossile ; macro – fossile ; nano – fossile) de nature et d’origine varié. Les fossiles servent de marqueur chronologique de temps et de traceur paléo-environnementaux.

III. Les minéraux des roches sédimentairesIls sont de nature variée et sont présent dans les roches sédimentaires en proportion variables.

- Les carbonates (minéraux carbonaté)Le carbonate de calcium ou calcite et les carbonates double et magnésien (la dolomite CaMg(Co3)2 ) sont les constituants majeur des calcaires et des dolomies.

- Les chloruresIl rentre dans la composition des roches saline c’est le cas de la halite (NaCl), sylvite ou Sylvine (KCl)

- Les sulfatesLes dépôts de sulfate accompagne ceux des roches saline et son constitué pour l’essentiel d’anhydrite (CaSO4) de gypse (CaSO4)2H2O.

- Les phosphates

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Les phosphates sédimentaire sont constitué essentiellement d’apatite (PO4)2Ca (OH,F, Cl) = colophane.

- Les argilesLes minéraux argileux sont les principaux constituants minéraux des argiles. Ils peuvent être d’origine détritique, d’origine diagénique ou d’origine chimique ou résiduel. Les phases les plus importante sont la kaolinite, vermiculite, montmorillonite, illite.

- Les oxydes et hydroxydeLes oxydes de fer et hydrate de fer (goethite FeO(OH)) entre dans la composition des roches ferrugineuse appelé par abus « latérite » qui forme sur le terrain les niveaux cuiracés. Les hydroxydes d’aluminium (gypsite AlO(OH)) constitue le minéral essentiel de la bauxite.

IV. Critères de classificationIl existe plusieurs modes de classification, basé sur plusieurs modes de critère dont le faciès, ou milieu de sédimentation, l’origine la composition chimique et minéralogique et la granulométrie.

- Selon le facièsOn entend par faciès l’ensemble des éléments pétrographique et paléontologique permettant de discriminé, le milieu de formation ou de dépôt d’une roche sédimentaire, sur cette base on peut discriminer un certain nombre de faciès (roche calcaire à nummulite, diatomite, radiolorite)Faciès lacustres : travertins (tuf) (calcaire vacuolaire à végétaux)Faciès continentaux : sables éolien, latérite, bauxite.

- Selon l’origine Les roches sédimentaires détritiques.

Elle résulte de l’accumulation de débris de minéraux et de roche issu de la désagrégation chimique et mécanique des roches préexistante sous l’action des agents atmosphérique.

Sable, grès Conglomérat Les roches sédimentaires chimiques

Elles se forment par évaporation de substance chimique dissoute dans l’eau, c’est le cas des calcaires, évaporites, silex.

Les roches sédimentaires biochimiques Elle dérive de l’accumulation de reste d’organisme d’animaux ou de végétaux en présence d’un ciment, c’est reste peut être des vestiges de coquille, d’ossement ou de tissu élaboré à partir des éléments chimique dissout dans l’eau. Exemple : lumachelle, roche sédimentaire biochimique accumulation de coquille + ciment de lamellibranches (mollusque).

Roche sédimentaire organique ou biogénique Elles sont issue de la décomposition sous l’action des bactéries de la matière organique, végétale ou plantonique et communément appelé roche carboné ou roche combustible (Tourbe, lignite, houille, pétrole etc.)

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- Selon la composition chimique

Ce critère permet de classer les roches en fonction de la composition chimique indépendamment de leur origine.

a. Les roches siliceusesCe sont des roches formé essentiellement de silice, soit d’origine purement chimique (silex, silexite, chert, le jaspe) soit d’origine détritique (le sable, les grès) ou biochimique (radiolarite, diatomite).

b. Roches carbonatéesIl s’agit des calcaires de dolomites et de calcaire dolomitique qui se forme par précipitation chimique et qui ont en commun le CO2 dans leur composition, dans ce groupe on trouve des calcaires d’origine détritique à grain fin (calcarénite), où micro-granulaire (calcaire lithographique). Il y a aussi des calcaires d’origine chimique lacustre ou marin et à texture oolitique (calcaire oolitique) et les calcaire à texture pisolitique (calcaire, pisolitique). On retrouve dans les calcaires coquillés (ex : lumachelle) ; les calcaires à stromatolithe (algues).La craie est une roche carbonatée constitué essentiellement de reste foraminifère.

c. Roche argileuseOn les appels également roche alumineuse, à cause de la richesse en alumine de phase minérale argileuse qui les constitues quelques soit leur origine. Nous avons 2 types de roche argileuse :Les roches argileuses détritiques : Accumulation de débris arraché des gisements d’argile en milieu continental.Les roches argileuses résiduelles : formées par la décomposition in-situ des roches cristalline

d. Roche salineOrigine purement chimique et consiste à des dépôts de chlorure de sodium (Na) et de potassium (K) et de sulfate de calcium (CaSO4)

e. Les roches phosphatéesLes phosphates sédimentaires proviennent de l’accumulation de l’apatite cristalline ou cryptocristalline formé par la dissolution des minéraux d’apatite des roches cristalline ou de la transformation de la fermentation bactérienne d’ossement et excrément de poisson. [Thèse : phosphate sédimentaire de kodjari ; ouvrage de Issa Bikinga…]

f. Roche Ferro – alumineuse Elle se caractérise par leur teneur en fer et aluminium, elles sont représentés essentiellement par la latérite et la bauxite qui sont des roches formés in-situ (sur place) après décomposition d’une roche mère et lessivage d’élément chimique alcalino-terreux ; silicium et la concentration suivie d’induration du fer et de l’aluminium notamment dans les zones climatiques tropicales. La latérite est une roche résiduel chimique constitué essentiellement d’hydroxyde d’aluminium sa couleur est jaunâtre crème pour la bauxite pure et rose en présence d’oxyde de fer.

g. Roches carbonéesC’est l’ensemble des roches organique ou biogénique dont la composition est marquée par une forte teneur en carbone supérieur à 50% composant avec de l’hydrogène, l’azote, l’oxygène en quantité variable, on les appels les hydrocarbures qui proviennent de la transformation bactérienne et thermique soit les végétaux supérieur soit de la flore et ou faune plantonique (marine) exemple de roche carboné : Tourbes, Lignites, Houilles, Anthracite, Pétrole, Schiste bitumineux, charbon minérale. (Schiste bitumineux = riche en matière organique).

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- Selon la granulométrieCe type de classification s’applique aux roches sédimentaires détritiques meubles ou consolidé, la classification est fondée sur la taille ou la dimension des débris ou fragment de minéraux et de roche, d’après ces critères nous avons :→ Classe des rudites (débris Ѳ > 2mm)→ Classe des arenites → Classe lutites Ѳ ≤ 0,0625 mm

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Chapitre : Les roches métamorphique

I. Généralités

1. Définition

Le métamorphisme c’est l’ensemble des transformations physico-chimique subis par une roche préexistante dans des conditions de pression et de température autre que celle qui ont présidés à sa naissance, à sa formation originelle. Le métamorphisme s’accompagne de recristallisation de nouveaux minéraux de métamorphisme, de changement de texture et d’apparition d’une nouvelle structure.

2. Facteurs du métamorphismeLes plus importants facteurs sont la température, la pression, les fluides et le temps.

- La température augmente avec la profondeur avec le gradient (…), il est plus élevé dans les zones orogéniques que dans les zones cratonique stable. Elle favorise les réactions chimiques à diffusions atomique et la formation des nouveaux minéraux du métamorphisme.

- La pression détermine l’apparition de nouvelle texture et structure dans les roches métamorphique (pression lithostatique, liés au poids des matériaux), la pression joue un rôle sur la texture.

- Les fluides sont des catalyseurs des réactions chimiques et de la transformation des minéraux, il s’agit de l’eau vapeur et du CO2 (dioxyde de carbone) qui favorise la formation (…) carbonaté.

- Le temps : les phénomènes se déroulent au cours des temps géologique. Le temps permet d’agir de façon efficace sur les transformations métamorphique.

3. Les différents types de métamorphismeIl existe plusieurs types de métamorphisme qui sont contrôlé par les principaux types de métamorphisme qui sont la pression et la température.

a. Le métamorphisme de contactC’est un métamorphisme essentiellement thermique ou le facteur le plus important est la température. Ce type de métamorphisme se manifeste au contact entre une intrusion et son encaissant (formation encaissante). L’apport de chaleur fournit par l’intrusion entre les transformations métamorphique de contact, qui par leur disposition au tour de l’intrusion, forme une auréole métamorphique de contact exemple : cornellène et les schistes tacheté, andalousite (silicate d’alumine). (Voir fiche N°9)

b. Le métamorphisme thermodynamiqueCe type de métamorphisme est contrôlé à la fois par la pression et la température à une échelle régionale, à une échelle orogénique, c’est pourquoi on parle de métamorphisme régional ou général.

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Avec ce type de métamorphisme, se développe dans les conditions de température et de pression variable et en fonction de la nature du matériel initiale (roche mère ou protolyte) se développe des séries ou des séquences de roche métamorphique.

c. Le dynamométamorphismeCe type de métamorphisme est induit par la pression exercé par la pression entre eux. Il se développe préférentiellement dans les zones accidenté le long des failles. Les roches qui se développe dans ces conditions sont généralement brisé, broyer, qui donne des roches cata clastiques ou roche mylonitique (mylonite).

4. Les minéraux du métamorphismeLes minéraux du métamorphisme se répartissent en 2parties. Les silicates et les non-silicatés. Les silicates étant les plus représenté dans les métas régionaux et les métas de contact.Exemple :→ les micas : biotite=mica noir ; muscovite ; mica blanc ; chlorite = mica vert).→ Les amphiboles : Tremolite (Mg) ; actinote (Fe)= amphibole calco ferro magnésien, Hornblende.Amphibole= amphibole meto de type hornblende.→Silicates d’alumine SiAl2O5

- Disthène- Andalousite- Sillimanite

Alumino – silicates- Staurotide (Al2OSiO4)2Fe(OH)2

- Cordiérite (Si5AlO18) (Fe,Mg)2Al3

- Grenats ( Fe, Mg)3 Al2 (SiO4)La staurotide est une espèce qui se forme dans les roches métamorphiques dans les conditions de pression et température moyenne c’est-à-dire dans les mêmes conditions que les grenats. La cordiérite se forme à la température, et par conséquent elle se trouve préférentiellement dans les roches métamorphiques de contact.

5. Les textures et structures des roches métamorphiquesDu fait de la cristallisation sous l’action de la pression et de la température des roches préexistante, les roches métamorphiques acquière une texture et une structure spécifique et caractéristique.

- Texture Les roches métamorphique de contact et les roches méta-régionale ont une texture de recristallisation appelé texture granoplastique, isogranulaire ou hétérogranulaire.

- StructureDans les roches métamorphiques régionales on rencontre 3 types de structure :

La schistosité : les correspond à une structure planaire qui s’exprime par un débit en feuillet ou un feuilletage de la roche métamorphique. Cette structure est typique d’un groupe appelé schiste.

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La foliation : c’est une structure planaire qui s’exprime par un rubanement des minéraux c’est-à-dire une organisation en lit ou en bande de minéraux de même composition, cette structure est caractéristique des roches métamorphique du groupe des gneiss.

La lineation : c’est une structure lineaire qui est presenté par orientation privillégié des minéraux du métamorphisme c’est-à-dire par leur alignement. On peut prendre en compte ces structures dans les roches méta-amphibolites et les quartzites.

6. Notion de série ou séquence métamorphiqueOn entend par série ou séquence métamorphique un groupe de roche métamorphique issue du métamorphisme à pression et température variable et croissante à partir d’un même matériel à l’origine. Cette séquence porte le nom de la roche mère de la séquence métamorphique.

7. Caractère pétrographique des roches métamorphiques communes

- Roches métamorphique de contact. Schiste à andalousite ou tacheté à andalousite

C’est une roche de contact à grain fin constitué de Payette de sericite (variété de muscovite), de quartz et de l’andalousite en tache ou en nodule. La structure est typiquement schisteuse.

CornéenneC’est une roche de contact d’aspect massif, couleur sombre, texture très fine à cassure esquilleuse.

- Roches de métamorphisme régional Schiste ardoisés

Il provient de la transformation des pélites et il montre un débit de feuillet fin et une composition minéralogique à quartz, feldspath, sericite, chlorite et opaque.

Les micaschistesC’est une variété de schiste d’origine pélitique avec un débit nette de feuillet (schistosité) et une composition minéralogique dominé par la biotite et muscovite au quelle s’ajoute du quartz des feldspaths et du grenat.

Les gneissSe reconnaisse par leur foliation qui est une structure caractéristique et par leur composition granitique, avec une quantité importante de quartz et feldspath alcalin, ainsi que les plagioclases de la biotite et ou de l’amphibole comme ferro- magnésien et parfois du grenat.

Les amphibolites : Ce sont des roches de couleur sombre verte ou noir à grain ou texture variable, la structure peut être sous forme de linéation, ou sous forme de foliation. La composition minéralogique des amphibolites est dominée par l’amphibole (hornblende, actinote) au côté des plagioclases.

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