Chapitre 1 • Le métamorphisme : définition, limites et variables
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vertical des roches : le transfert vertical de chaleur se fait par conduction. Au niveau
de la zone de subduction, la lithosphère océanique froide s’enfonce dans le manteau
chaud. Cependant, elle ne se réchauffe que lentement, car les roches ont une mauvaise
conductivité thermique. La majorité des roches ont des conductivités thermiques
inférieures à 5 W.m –1 .K –1 . À titre de comparaison, notons que les valeurs sont nettement
plus élevées pour les métaux les plus mauvais conducteurs (entre 20 et 40 pour Ti et
Pb) et atteignent plusieurs milliers de W.m –1 .K –1 pour les métaux les plus conducteurs
(390 pour le Cu ; 4 000 pour Ag). En conséquence, les isothermes s’enfoncent dans
le manteau et le géotherme se rapproche de l’axe des pressions.
c) Équation du géotherme
La loi de Fourier permet décrire l’équation de la chaleur dans la lithosphère en fonction
de la profondeur. Elle indique les variations de la température en un point, en fonction
du temps :
∂T / ∂t = A / r . Cp + k — 2 T – u —T
(1)
k est la diffusivité thermique, A la production de chaleur et u la vitesse de déplacement. — 2 est l’opérateur Laplacien : il indique la dérivée seconde de T dans l’espace
à trois dimensions. — est le gradient (de T). r est la masse volumique, Cp la capacité
thermique qui mesure la chaleur nécessaire pour faire augmenter d’un degré la
température d’un volume unitaire de roche. Dans le globe, les transferts de chaleur
se font dans les trois dimensions.
Figure 1.4 – Représentation de différents types de géothermes dans un
diagramme température-profondeur.
Tirets : modèles conductifs de Clark et Ringwood (1964), basés sur la diffusion de
la chaleur dans les matériaux du globe terrestre. GO et GC : géothermes océanique
et continental. À la base de la croûte continentale (à 30-35 km), la température est
d’environ 500 °C. En trait plein : différents géothermes basés sur le modèle de la
figure 1.3. DO et FO : dorsales et fosses océaniques. AS : forme possible des
géothermes situés en arrière des zones de subduction ; une inversion du géotherme
apparaît en s, au niveau où le profil température-profondeur recoupe le plan de
subduction. (Kornprobst, 2001)
9782100522682-Nicollet.fm Page 10 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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vertical des roches : le transfert vertical de chaleur se fait par conduction. Au niveau
de la zone de subduction, la lithosphère océanique froide s’enfonce dans le manteau
chaud. Cependant, elle ne se réchauffe que lentement, car les roches ont une mauvaise
conductivité thermique. La majorité des roches ont des conductivités thermiques
inférieures à 5 W.m –1 .K –1 . À titre de comparaison, notons que les valeurs sont nettement
plus élevées pour les métaux les plus mauvais conducteurs (entre 20 et 40 pour Ti et
Pb) et atteignent plusieurs milliers de W.m –1 .K –1 pour les métaux les plus conducteurs
(390 pour le Cu ; 4 000 pour Ag). En conséquence, les isothermes s’enfoncent dans
le manteau et le géotherme se rapproche de l’axe des pressions.
c) Équation du géotherme
La loi de Fourier permet décrire l’équation de la chaleur dans la lithosphère en fonction
de la profondeur. Elle indique les variations de la température en un point, en fonction
du temps :
∂T / ∂t = A / r . Cp + k — 2 T – u —T
(1)
k est la diffusivité thermique, A la production de chaleur et u la vitesse de déplacement. — 2 est l’opérateur Laplacien : il indique la dérivée seconde de T dans l’espace
à trois dimensions. — est le gradient (de T). r est la masse volumique, Cp la capacité
thermique qui mesure la chaleur nécessaire pour faire augmenter d’un degré la
température d’un volume unitaire de roche. Dans le globe, les transferts de chaleur
se font dans les trois dimensions.
Figure 1.4 – Représentation de différents types de géothermes dans un
diagramme température-profondeur.
Tirets : modèles conductifs de Clark et Ringwood (1964), basés sur la diffusion de
la chaleur dans les matériaux du globe terrestre. GO et GC : géothermes océanique
et continental. À la base de la croûte continentale (à 30-35 km), la température est
d’environ 500 °C. En trait plein : différents géothermes basés sur le modèle de la
figure 1.3. DO et FO : dorsales et fosses océaniques. AS : forme possible des
géothermes situés en arrière des zones de subduction ; une inversion du géotherme
apparaît en s, au niveau où le profil température-profondeur recoupe le plan de
subduction. (Kornprobst, 2001)
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