Geologie Seance11-15
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Département de Géologie Appliquée
Université Hassan 1er – FST – Settat
Géologie Générale 1
Mme Aïcha Rochdi
Séance 11, 12,13, 14 & 15
Les diaporama du cours de même que le polycopié et tout document
concernant le cours sont à votre disposition dans le groupe suivant :
http://fr.groups.yahoo.com/group/groupe_geologie1/
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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