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1.3 • La température, la pression et les fluides dans le globe terrestre
Ces « fluides » liés alimentent la phase vapeur en fonction du déplacement des
équilibres précédents vers la droite ou la gauche.
Il est prudent d’écrire dans une réaction libellée avec les noms des phases (deuxième
ligne), V(H 2 O) ou V(CO 2 ) au lieu de H 2 O ou CO 2 , pour bien faire la distinction entre
la phase « physiquement distincte » et le constituant chimique.
• « Fluides dissous » dans les liquides silicatés
À la limite à hautes températures du métamorphisme, interviennent des magmas
silicatés par fusion partielle des roches métamorphiques. L’eau libérée par la fusion
partielle des minéraux hydroxylés entre en solution en quantité importante dans le
liquide silicaté (jusqu’à 10 % en poids). Cette eau n’est pas en quantité suffisante pour
saturer le magma : elle constitue un facteur limitant la fusion hydratée des roches.
Un apport extérieur est nécessaire pour que la fusion se poursuive.
La fusion partielle des roches métamorphiques s’avère être un moyen efficace
pour en extraire l’eau qui est facilement dissoute dans le liquide silicaté, en quantité
d’autant plus forte que la pression est plus élevée. Les résidus solides de la fusion
partielle sont donc généralement très pauvres en eau, ce qui explique qu’ils présentent souvent des assemblages minéralogiques appartenant au faciès Granulite (cf.
paragraphe 10.4).
b) Pression des fluides
La pression de la phase fluide dans une roche s’exprime par comparaison avec la
pression qui règne dans le solide environnant. Deux cas distincts peuvent se présenter :
Dans les domaines superficiels fissurés, l’eau est le fluide essentiel et elle est en
communication avec l’eau phréatique par l’intermédiaire de fissures ; sa pression est
donnée par l’expression P f = r f gz, où r f est la masse volumique du fluide (1000 kg.m –3
pour l’eau superficielle), g l’accélération de la pesanteur et z la hauteur de la tranche
d’eau. La pression d’eau est donc, dans ce cas, très inférieure à la pression du matériel
solide environnant, P S (P L ) = r S gz, où r S est la masse volumique moyenne des roches
superficielles (> 2 000 kg.m –3 ). Ce domaine fissuré à perméabilité élevée occupe la
partie supérieure de la croûte, de 6 à 15 km de profondeur.
Dans les domaines profonds, isolés de la surface, la perméabilité est faible et la
phase fluide interstitielle n’est pas connectée avec la surface. Un raisonnement simple
montre que dans ces domaines ductiles, la pression des fluides P f est, en général,
égale à la pression des solides environnants. Une situation avec Pf différent de Ps ne
peut être que temporaire. En effet, une situation dans laquelle P f < P s implique
l’existence d’un gradient de pression à l’échelle microstructurale ; ce gradient doit
rapidement s’équilibrer par réduction du volume des pores, jusqu’à l’égalité P f = P s .
Inversement, si P f > P s , soit le volume des pores augmente, soit la fracturation
hydraulique provoquée par le fluide en surpression permet le retour à l’égalité P f = P s
(voir paragraphe 6.3). Ainsi, à l’équilibre, la pression des fluides est-elle considérée,
sauf cas particulier, comme égale à la pression solide.
Le plus souvent, dans les conditions du métamorphisme, le fluide est mixte, constitué
par un mélange de deux ou plusieurs phases fluides. Dans ce cas, la pression d’une
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1.3 • La température, la pression et les fluides dans le globe terrestre
Ces « fluides » liés alimentent la phase vapeur en fonction du déplacement des
équilibres précédents vers la droite ou la gauche.
Il est prudent d’écrire dans une réaction libellée avec les noms des phases (deuxième
ligne), V(H 2 O) ou V(CO 2 ) au lieu de H 2 O ou CO 2 , pour bien faire la distinction entre
la phase « physiquement distincte » et le constituant chimique.
• « Fluides dissous » dans les liquides silicatés
À la limite à hautes températures du métamorphisme, interviennent des magmas
silicatés par fusion partielle des roches métamorphiques. L’eau libérée par la fusion
partielle des minéraux hydroxylés entre en solution en quantité importante dans le
liquide silicaté (jusqu’à 10 % en poids). Cette eau n’est pas en quantité suffisante pour
saturer le magma : elle constitue un facteur limitant la fusion hydratée des roches.
Un apport extérieur est nécessaire pour que la fusion se poursuive.
La fusion partielle des roches métamorphiques s’avère être un moyen efficace
pour en extraire l’eau qui est facilement dissoute dans le liquide silicaté, en quantité
d’autant plus forte que la pression est plus élevée. Les résidus solides de la fusion
partielle sont donc généralement très pauvres en eau, ce qui explique qu’ils présentent souvent des assemblages minéralogiques appartenant au faciès Granulite (cf.
paragraphe 10.4).
b) Pression des fluides
La pression de la phase fluide dans une roche s’exprime par comparaison avec la
pression qui règne dans le solide environnant. Deux cas distincts peuvent se présenter :
Dans les domaines superficiels fissurés, l’eau est le fluide essentiel et elle est en
communication avec l’eau phréatique par l’intermédiaire de fissures ; sa pression est
donnée par l’expression P f = r f gz, où r f est la masse volumique du fluide (1000 kg.m –3
pour l’eau superficielle), g l’accélération de la pesanteur et z la hauteur de la tranche
d’eau. La pression d’eau est donc, dans ce cas, très inférieure à la pression du matériel
solide environnant, P S (P L ) = r S gz, où r S est la masse volumique moyenne des roches
superficielles (> 2 000 kg.m –3 ). Ce domaine fissuré à perméabilité élevée occupe la
partie supérieure de la croûte, de 6 à 15 km de profondeur.
Dans les domaines profonds, isolés de la surface, la perméabilité est faible et la
phase fluide interstitielle n’est pas connectée avec la surface. Un raisonnement simple
montre que dans ces domaines ductiles, la pression des fluides P f est, en général,
égale à la pression des solides environnants. Une situation avec Pf différent de Ps ne
peut être que temporaire. En effet, une situation dans laquelle P f < P s implique
l’existence d’un gradient de pression à l’échelle microstructurale ; ce gradient doit
rapidement s’équilibrer par réduction du volume des pores, jusqu’à l’égalité P f = P s .
Inversement, si P f > P s , soit le volume des pores augmente, soit la fracturation
hydraulique provoquée par le fluide en surpression permet le retour à l’égalité P f = P s
(voir paragraphe 6.3). Ainsi, à l’équilibre, la pression des fluides est-elle considérée,
sauf cas particulier, comme égale à la pression solide.
Le plus souvent, dans les conditions du métamorphisme, le fluide est mixte, constitué
par un mélange de deux ou plusieurs phases fluides. Dans ce cas, la pression d’une
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