Chapitre 1 • Le métamorphisme : définition, limites et variables
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1.3.2 Pression et profondeur
On distingue la pression lithostatique et le déviateur des contraintes.
a) La pression lithostatique
La pression lithostatique (P L ) ou contrainte lithostatique est la force exercée, sur une
unité de surface, par la masse des roches (poids des roches) qui se trouvent audessus du point considéré. Elle est fonction de la profondeur, de la masse volumique
(ou densité) et de g, l’accélération de la pesanteur. L’unité officielle, le Pascal, est
bien petite pour la géologie. En effet, le bar vaut 10 5 pascals. On utilise souvent le
kilobar (kb) ou le mégapascal (1 MPa = 10 bars) ou encore le Gigapascal (1 GPa
= 10 kb). La valeur de la masse volumique r dépend de la nature des matériaux.
Dans la croûte continentale, r est proche de 2 600 kg.m –3 et P L = 260 MPa vers
10 km de profondeur. La pression est de l’ordre de 1 GPa (10 kbar) au niveau du
Moho. Dans le manteau supérieur ultrabasique, r est de l’ordre de 3 300 kg.m –3 ;
des pressions de l’ordre de 3 GPa sont atteintes vers 100 km de profondeur, à la base
de la lithosphère, au voisinage de la zone à moindre vitesse (ZMV). Une estimation
grossière de la pression lithostatique (en kb) est obtenue en multipliant la profondeur
en kilomètres par 0,27-0,3.
b) Le déviateur des contraintes
La pression lithostatique est isotrope, c’est-à-dire équivalente dans toutes les directions.
Dans les zones déformées, orogéniques où s’exercent des forces tectoniques, la pression
n’est plus isotrope. En effet, les forces tectoniques ou contraintes produisent une
composante anisotrope que l’on appelle le déviateur des contraintes. Si les contraintes
ne sont pas équivalentes, on peut définir un ellipsoïde des contraintes avec trois axes :
un axe maximum, un axe intermédiaire et un axe minimum. La contrainte moyenne
correspond à la partie isotrope, la pression lithostatique. La différence entre la
contrainte dans une direction et cette contrainte moyenne définit le déviateur des
contraintes de cette direction. C’est ce déviateur des contraintes qui est responsable
de la déformation des roches.
On conçoit assez facilement que ce déviateur des contraintes est fonction de la
rhéologie des matériaux, de la « plasticité » des matériaux. Plus une roche est ductile,
« déformable », plus faible est le déviateur des contraintes. Dans les roches métamorphiques qui sont ductiles, le déviateur des contraintes ne dépasse pas quelques
centaines de bars et reste faible par rapport à la pression lithostatique au-delà d’une
dizaine de kilomètres de profondeur.
En conséquence, lorsque la pression est quantifiée à partir d’un assemblage minéralogique d’une roche métamorphique, c’est essentiellement la pression lithostatique,
donc la profondeur, qui est estimée. C’est pourquoi nous représentons, en règle
générale, dans cet ouvrage, les diagrammes P-T avec les deux paramètres pression et
profondeur sur le même axe, lequel est dirigé vers le bas (par exemple figure 3.3).
Cependant, il faut noter que la déformation produite par le déviateur des contraintes
a un rôle majeur pour la recristallisation des roches : en effet, cette déformation
9782100522682-Nicollet.fm Page 12 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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1.3.2 Pression et profondeur
On distingue la pression lithostatique et le déviateur des contraintes.
a) La pression lithostatique
La pression lithostatique (P L ) ou contrainte lithostatique est la force exercée, sur une
unité de surface, par la masse des roches (poids des roches) qui se trouvent audessus du point considéré. Elle est fonction de la profondeur, de la masse volumique
(ou densité) et de g, l’accélération de la pesanteur. L’unité officielle, le Pascal, est
bien petite pour la géologie. En effet, le bar vaut 10 5 pascals. On utilise souvent le
kilobar (kb) ou le mégapascal (1 MPa = 10 bars) ou encore le Gigapascal (1 GPa
= 10 kb). La valeur de la masse volumique r dépend de la nature des matériaux.
Dans la croûte continentale, r est proche de 2 600 kg.m –3 et P L = 260 MPa vers
10 km de profondeur. La pression est de l’ordre de 1 GPa (10 kbar) au niveau du
Moho. Dans le manteau supérieur ultrabasique, r est de l’ordre de 3 300 kg.m –3 ;
des pressions de l’ordre de 3 GPa sont atteintes vers 100 km de profondeur, à la base
de la lithosphère, au voisinage de la zone à moindre vitesse (ZMV). Une estimation
grossière de la pression lithostatique (en kb) est obtenue en multipliant la profondeur
en kilomètres par 0,27-0,3.
b) Le déviateur des contraintes
La pression lithostatique est isotrope, c’est-à-dire équivalente dans toutes les directions.
Dans les zones déformées, orogéniques où s’exercent des forces tectoniques, la pression
n’est plus isotrope. En effet, les forces tectoniques ou contraintes produisent une
composante anisotrope que l’on appelle le déviateur des contraintes. Si les contraintes
ne sont pas équivalentes, on peut définir un ellipsoïde des contraintes avec trois axes :
un axe maximum, un axe intermédiaire et un axe minimum. La contrainte moyenne
correspond à la partie isotrope, la pression lithostatique. La différence entre la
contrainte dans une direction et cette contrainte moyenne définit le déviateur des
contraintes de cette direction. C’est ce déviateur des contraintes qui est responsable
de la déformation des roches.
On conçoit assez facilement que ce déviateur des contraintes est fonction de la
rhéologie des matériaux, de la « plasticité » des matériaux. Plus une roche est ductile,
« déformable », plus faible est le déviateur des contraintes. Dans les roches métamorphiques qui sont ductiles, le déviateur des contraintes ne dépasse pas quelques
centaines de bars et reste faible par rapport à la pression lithostatique au-delà d’une
dizaine de kilomètres de profondeur.
En conséquence, lorsque la pression est quantifiée à partir d’un assemblage minéralogique d’une roche métamorphique, c’est essentiellement la pression lithostatique,
donc la profondeur, qui est estimée. C’est pourquoi nous représentons, en règle
générale, dans cet ouvrage, les diagrammes P-T avec les deux paramètres pression et
profondeur sur le même axe, lequel est dirigé vers le bas (par exemple figure 3.3).
Cependant, il faut noter que la déformation produite par le déviateur des contraintes
a un rôle majeur pour la recristallisation des roches : en effet, cette déformation
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