© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
21
2.2 • Pourquoi les roches recristallisent-elles ?
qui constituait la majorité de la minéralogie de la roche, s’est transformée en quartz,
à l’exception de minuscules inclusions blindées dans le grenat et le disthène. Dans
ces inclusions, la transformation coésite Æ quartz a débuté, mais s’est interrompue,
car la transformation implique une variation de volume considérable comme l’indiquent les volumes molaires respectifs : la fracturation radiale du grenat témoigne de
l’augmentation de volume de la cavité contenant la coésite ; mais cette augmentation
de volume n’a pas été suffisante pour permettre la transformation complète.
Pourquoi cette transformation de coésite (minéral de faible volume) en quartz
(minéral au gros volume) se réalise-t-elle lorsque la roche revient vers la surface ?
Nous savons que la masse volumique (ou la densité) des roches augmente depuis la
surface vers le centre du globe (à l’exception de la zone faible vitesse, sous la lithosphère). Cette augmentation de la densité implique que le volume d’une roche diminue
lors de son enfouissement en profondeur (P augmente) et inversement lors de son
exhumation. La roche, composée de cristaux d’une ou plusieurs espèces minérales,
est comprimée. Or, les minéraux sont très peu compressibles. En conséquence, la
diminution de volume imposée par une augmentation conséquente de la pression ne
peut être que partiellement accommodée en comprimant les minéraux. Ainsi, les minéraux peu denses, de gros volumes, stables en surface, sont remplacés par des minéraux
plus denses, de petits volumes, en profondeur.
En règle générale, les roches sont polyminérales et les réactions permettant aux
roches ce changement de volume en fonction de la profondeur (pression) font intervenir plusieurs minéraux (A, B, C, D…). Ces réactions sont de la forme : A + B
= C + D. Chaque minéral a un volume molaire : V A , V B , etc. V A +V B est la somme
des volumes des phases A et B de la réaction ; V C + V D est la somme des volumes
des phases C et D. On peut calculer la variation de volume de la réaction DV. DV de
la réaction est négatif si l’assemblage des minéraux A + B est remplacé par l’assemblage C + D au cours d’une augmentation de la pression (diagramme de gauche sur
la figure 2.3). Dans ce cas, le volume des phases produites C et D est plus petit que
celui des phases réactantes A et B : V C + V D < V A + V B .
Lorsque T varie
Le même raisonnement que précédemment peut être tenu pour comprendre le rôle
de la température sur la recristallisation métamorphique. Lorsqu’une roche de
surface, froide, s’enfonce dans le globe chaud, un transfert de chaleur Q se produit
entre cette roche qui se réchauffe et son environnement. Dans la roche, Q et T
augmentent de DQ et DT et par voie de conséquence le rapport DQ/ DT est positif. Ce
rapport mesure la variation d’entropie DS de la roche au cours de son réchauffement,
c’est-à-dire la différence entre l’entropie de la roche « chaude » et celle de la roche
« froide ». Ce rapport est positif lorsque T augmente, ce qui signifie que l’entropie
de la roche chaude est plus grande que l’entropie de la roche froide. Remarquons
que l’entropie n’est pas simplement un rapport mathématique ; c’est aussi une
caractéristique intrinsèque des roches et des minéraux constitutifs. L’entropie est le
nombre de façons dont les constituants atomiques et moléculaires peuvent se répartir
dans un minéral (on dit encore que l’entropie mesure le désordre). Mais ce nombre
9782100522682-Nicollet.fm Page 21 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
21
2.2 • Pourquoi les roches recristallisent-elles ?
qui constituait la majorité de la minéralogie de la roche, s’est transformée en quartz,
à l’exception de minuscules inclusions blindées dans le grenat et le disthène. Dans
ces inclusions, la transformation coésite Æ quartz a débuté, mais s’est interrompue,
car la transformation implique une variation de volume considérable comme l’indiquent les volumes molaires respectifs : la fracturation radiale du grenat témoigne de
l’augmentation de volume de la cavité contenant la coésite ; mais cette augmentation
de volume n’a pas été suffisante pour permettre la transformation complète.
Pourquoi cette transformation de coésite (minéral de faible volume) en quartz
(minéral au gros volume) se réalise-t-elle lorsque la roche revient vers la surface ?
Nous savons que la masse volumique (ou la densité) des roches augmente depuis la
surface vers le centre du globe (à l’exception de la zone faible vitesse, sous la lithosphère). Cette augmentation de la densité implique que le volume d’une roche diminue
lors de son enfouissement en profondeur (P augmente) et inversement lors de son
exhumation. La roche, composée de cristaux d’une ou plusieurs espèces minérales,
est comprimée. Or, les minéraux sont très peu compressibles. En conséquence, la
diminution de volume imposée par une augmentation conséquente de la pression ne
peut être que partiellement accommodée en comprimant les minéraux. Ainsi, les minéraux peu denses, de gros volumes, stables en surface, sont remplacés par des minéraux
plus denses, de petits volumes, en profondeur.
En règle générale, les roches sont polyminérales et les réactions permettant aux
roches ce changement de volume en fonction de la profondeur (pression) font intervenir plusieurs minéraux (A, B, C, D…). Ces réactions sont de la forme : A + B
= C + D. Chaque minéral a un volume molaire : V A , V B , etc. V A +V B est la somme
des volumes des phases A et B de la réaction ; V C + V D est la somme des volumes
des phases C et D. On peut calculer la variation de volume de la réaction DV. DV de
la réaction est négatif si l’assemblage des minéraux A + B est remplacé par l’assemblage C + D au cours d’une augmentation de la pression (diagramme de gauche sur
la figure 2.3). Dans ce cas, le volume des phases produites C et D est plus petit que
celui des phases réactantes A et B : V C + V D < V A + V B .
Lorsque T varie
Le même raisonnement que précédemment peut être tenu pour comprendre le rôle
de la température sur la recristallisation métamorphique. Lorsqu’une roche de
surface, froide, s’enfonce dans le globe chaud, un transfert de chaleur Q se produit
entre cette roche qui se réchauffe et son environnement. Dans la roche, Q et T
augmentent de DQ et DT et par voie de conséquence le rapport DQ/ DT est positif. Ce
rapport mesure la variation d’entropie DS de la roche au cours de son réchauffement,
c’est-à-dire la différence entre l’entropie de la roche « chaude » et celle de la roche
« froide ». Ce rapport est positif lorsque T augmente, ce qui signifie que l’entropie
de la roche chaude est plus grande que l’entropie de la roche froide. Remarquons
que l’entropie n’est pas simplement un rapport mathématique ; c’est aussi une
caractéristique intrinsèque des roches et des minéraux constitutifs. L’entropie est le
nombre de façons dont les constituants atomiques et moléculaires peuvent se répartir
dans un minéral (on dit encore que l’entropie mesure le désordre). Mais ce nombre
9782100522682-Nicollet.fm Page 21 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16