Chapitre 9 • Cinétique des réactions et préservation des roches métamorphiques
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l’andalousite persiste dans la zone à sillimanite des séries métapélitiques affectées
par un métamorphisme de gradient de BP-HT. Le disthène (ou l’andalousite) coexiste
avec la sillimanite sans trace de réaction. Cette dernière, sous sa forme fibreuse (fibrolite), est associée aux micas, muscovite ou biotite. La fibrolite se forme au cours de
réactions de déshydratation, associées aux micas, tandis que disthène (ou andalousite)
persiste à l’état métastable, la réaction polymorphique disthène (ou andalousite)
= sillimanite ne se réalisant pas.
Nous avons noté précédemment que les réactions de déshydratation ont une vitesse
de réaction plus grande que les réactions qui font intervenir des phases anhydres
telles que les réactions de transformations polymorphiques des silicates d’alumine.
Considérons deux réactions produisant de la sillimanite : une réaction polymorphique
(par ex. andalousite = sillimanite) et une réaction de déshydratation (par ex. muscovite
+ quartz = sillimanite + feldspath potassique + VH 2 O). La première a une variation
d’entropie faible et la deuxième une variation d’entropie forte. Prenons une valeur
arbitraire de la barrière d’énergie qu’auront à franchir ces réactions pour se réaliser
au cours d’une augmentation de température. Dans les deux cas, l’équilibre de la
réaction se déplace vers la droite, produisant de la sillimanite.
Le diagramme énergie libre-T de la figure 9.2 nous permet de comprendre l’influence
du DS des réactions sur la cinétique. Ce diagramme est une section du diagramme
P-T-G de la figure 6.1 à pression constante. Les lignes d’énergie des différents assemblages (traits pleins sur la figure 9.2) se coupent en un point qui définit la température
d’équilibre (TE) à laquelle la réaction doit se réaliser. À une température donnée, les
phases stables sont celles qui ont la plus faible énergie G. Pour des raisons cinétiques,
la réaction ne se fait pas à TE, mais après franchissement de la barrière d’énergie.
Figure 9.2 – Diagramme énergie libre (G)-T et dépassement de température.
Ce diagramme est une section à pression constante du diagramme P-T-G de la
figure 6.1 de la réaction A + B = C. Il montre le dépassement en T par rapport à la
température d’équilibre TE, avec une barrière d’énergie imposée par la cristallisation
des nucléii de la phase C. Le dépassement en T (DT) dépend de l’angle entre les
deux lignes d’énergie libre des phases produites et réactantes. L’équation de ces
lignes d’énergie est G = – ST + H dont la pente est – S ; en conséquence l’angle
entre les deux lignes est égal au DS de la réaction.
G
G
T
T
< >
<
>
∆T
DT
A
+
B
A + B
C
C
nuc léii de C
nuc léii de C
G = – ST + H
T E
T E
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l’andalousite persiste dans la zone à sillimanite des séries métapélitiques affectées
par un métamorphisme de gradient de BP-HT. Le disthène (ou l’andalousite) coexiste
avec la sillimanite sans trace de réaction. Cette dernière, sous sa forme fibreuse (fibrolite), est associée aux micas, muscovite ou biotite. La fibrolite se forme au cours de
réactions de déshydratation, associées aux micas, tandis que disthène (ou andalousite)
persiste à l’état métastable, la réaction polymorphique disthène (ou andalousite)
= sillimanite ne se réalisant pas.
Nous avons noté précédemment que les réactions de déshydratation ont une vitesse
de réaction plus grande que les réactions qui font intervenir des phases anhydres
telles que les réactions de transformations polymorphiques des silicates d’alumine.
Considérons deux réactions produisant de la sillimanite : une réaction polymorphique
(par ex. andalousite = sillimanite) et une réaction de déshydratation (par ex. muscovite
+ quartz = sillimanite + feldspath potassique + VH 2 O). La première a une variation
d’entropie faible et la deuxième une variation d’entropie forte. Prenons une valeur
arbitraire de la barrière d’énergie qu’auront à franchir ces réactions pour se réaliser
au cours d’une augmentation de température. Dans les deux cas, l’équilibre de la
réaction se déplace vers la droite, produisant de la sillimanite.
Le diagramme énergie libre-T de la figure 9.2 nous permet de comprendre l’influence
du DS des réactions sur la cinétique. Ce diagramme est une section du diagramme
P-T-G de la figure 6.1 à pression constante. Les lignes d’énergie des différents assemblages (traits pleins sur la figure 9.2) se coupent en un point qui définit la température
d’équilibre (TE) à laquelle la réaction doit se réaliser. À une température donnée, les
phases stables sont celles qui ont la plus faible énergie G. Pour des raisons cinétiques,
la réaction ne se fait pas à TE, mais après franchissement de la barrière d’énergie.
Figure 9.2 – Diagramme énergie libre (G)-T et dépassement de température.
Ce diagramme est une section à pression constante du diagramme P-T-G de la
figure 6.1 de la réaction A + B = C. Il montre le dépassement en T par rapport à la
température d’équilibre TE, avec une barrière d’énergie imposée par la cristallisation
des nucléii de la phase C. Le dépassement en T (DT) dépend de l’angle entre les
deux lignes d’énergie libre des phases produites et réactantes. L’équation de ces
lignes d’énergie est G = – ST + H dont la pente est – S ; en conséquence l’angle
entre les deux lignes est égal au DS de la réaction.
G
G
T
T
< >
<
>
∆T
DT
A
+
B
A + B
C
C
nuc léii de C
nuc léii de C
G = – ST + H
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