Chapitre 8 • Les réactions métamorphiques multivariantes…
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de la ligne est (– DH° + DV°)/3 R = – 2 109 ; l’ordonnée à l’origine est DS°/3 R = 0,782.
L’équation de cette droite est donc :
ln K D(Bt-Grt) = –
+ 0,782
L’expérimentation a été réalisée à pression constante. Connaissant le D r V de la
réaction (2), il faut recalculer l’expression précédente pour tenir compte de la faible
influence de la pression ; pour finir, elle est réécrite d’une manière plus utilisable
comme thermomètre :
T (°C) =
– 273 avec K D = (Mg/Fe) grenat /(Mg/Fe) biotite
Dans cette dernière expression, le degré Celsius remplace le Kelvin qui est préférentiellement utilisé en thermodynamique.
De nombreuses calibrations concernant le couple Biot-Gt sont disponibles, utilisant,
en particulier, différents modèles de solution solide dans les deux minéraux. De même,
de nombreux thermomètres utilisant d’autres couples ont été calibrés. La qualité de ces
différents thermomètres est variable. La figure 8.4 b donne l’exemple du thermomètre
cordiérite-grenat dont les résultats sont médiocres. D’autres méthodes sont utilisées.
Citons les géothermomètres basés sur les réactions d’exsolution (figure 6.3) : ce sont,
par exemple, les couples Opx-Cpx, feldspath alcalin-plagioclase, calcite-dolomie.
8.4 UN EXEMPLE DE GÉOTHERMOBAROMÈTRE
BASÉ SUR L’ÉQUILIBRE CORDIÉRITE
= GRENAT + SILLIMANITE + QUARTZ + H 2 O
La mise au point d’un baromètre utilise le même principe que les thermomètres.
Dans ce cas, il faut que les réactions présentent une faible variation d’entropie et au
contraire, une forte variation de volume.
Les roches présentant l’assemblage stable cordiérite + grenat + sillimanite + quartz
(± biotite) sont très répandues dans les séries métamorphiques métapélitiques dans les
conditions de la fin du faciès Amphibolite et du faciès Granulite. Elles constituent
des séries qui affleurent parfois sur de vastes superficies : cet assemblage minéralogique
reste donc stable dans un large domaine de pressions et de températures, ce qui
correspond à la définition d’un équilibre divariant. La réaction s’écrit :
3 cordiérite = 2 grenat + 4 sillimanite + 5 quartz + H 2 O
(1)
3 (Mg, Fe) 2 Al 4 Si 5 O 18 (nH 2 O)
= 2 (Mg, Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + 4 Al 2 SiO 5 + 5 SiO 2 + 3 (nH 2 O)
Cet équilibre ne prend en considération que le grenat ferromagnésien (almandin
et pyrope) à l’exclusion de la molécule calcique grossulaire, généralement en faible
2 109
T
------------ -
2 089 9,56 P (kb)
+
0,782 ln K D
–
--------------------------------------------- -
9782100522682-Nicollet.fm Page 114 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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de la ligne est (– DH° + DV°)/3 R = – 2 109 ; l’ordonnée à l’origine est DS°/3 R = 0,782.
L’équation de cette droite est donc :
ln K D(Bt-Grt) = –
+ 0,782
L’expérimentation a été réalisée à pression constante. Connaissant le D r V de la
réaction (2), il faut recalculer l’expression précédente pour tenir compte de la faible
influence de la pression ; pour finir, elle est réécrite d’une manière plus utilisable
comme thermomètre :
T (°C) =
– 273 avec K D = (Mg/Fe) grenat /(Mg/Fe) biotite
Dans cette dernière expression, le degré Celsius remplace le Kelvin qui est préférentiellement utilisé en thermodynamique.
De nombreuses calibrations concernant le couple Biot-Gt sont disponibles, utilisant,
en particulier, différents modèles de solution solide dans les deux minéraux. De même,
de nombreux thermomètres utilisant d’autres couples ont été calibrés. La qualité de ces
différents thermomètres est variable. La figure 8.4 b donne l’exemple du thermomètre
cordiérite-grenat dont les résultats sont médiocres. D’autres méthodes sont utilisées.
Citons les géothermomètres basés sur les réactions d’exsolution (figure 6.3) : ce sont,
par exemple, les couples Opx-Cpx, feldspath alcalin-plagioclase, calcite-dolomie.
8.4 UN EXEMPLE DE GÉOTHERMOBAROMÈTRE
BASÉ SUR L’ÉQUILIBRE CORDIÉRITE
= GRENAT + SILLIMANITE + QUARTZ + H 2 O
La mise au point d’un baromètre utilise le même principe que les thermomètres.
Dans ce cas, il faut que les réactions présentent une faible variation d’entropie et au
contraire, une forte variation de volume.
Les roches présentant l’assemblage stable cordiérite + grenat + sillimanite + quartz
(± biotite) sont très répandues dans les séries métamorphiques métapélitiques dans les
conditions de la fin du faciès Amphibolite et du faciès Granulite. Elles constituent
des séries qui affleurent parfois sur de vastes superficies : cet assemblage minéralogique
reste donc stable dans un large domaine de pressions et de températures, ce qui
correspond à la définition d’un équilibre divariant. La réaction s’écrit :
3 cordiérite = 2 grenat + 4 sillimanite + 5 quartz + H 2 O
(1)
3 (Mg, Fe) 2 Al 4 Si 5 O 18 (nH 2 O)
= 2 (Mg, Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + 4 Al 2 SiO 5 + 5 SiO 2 + 3 (nH 2 O)
Cet équilibre ne prend en considération que le grenat ferromagnésien (almandin
et pyrope) à l’exclusion de la molécule calcique grossulaire, généralement en faible
2 109
T
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2 089 9,56 P (kb)
+
0,782 ln K D
–
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