Le métamorphisme et les roches métamorphiques (3)
3. Nomenclature des roches métamorphiquesa) Introduction b) Les roches d'origine argileuse c) Les roches d'origine siliceuses d) Les roches d'origine calcaire e) Les roches d'origine magmatique f) Les gneiss g) Les amphibolites
3. Nomenclature des roches métamorphiques
Une classification systématique des roches métamorphiques est très difficile à établir du fait de la composition chimique et des conditions de formation très variées de ces roches, qui induisent une grande diversité de compositions minéralogiques et de structures. La classification actuelle des roches métamorphiques, élaborée à partir de l'observation au microscope des associations minérales stables de ces roches, est fondée sur l'hypothèse suivante : une association minérale observée dépend uniquement des conditions de métamorphisme auxquelles a été soumise une roche de composition chimique donnée, quelle que soit sa composition minéralogique originelle. C'est une classification génétique, qui regroupe dans une même famille des roches métamorphiques de compositions chimiques et minéralogiques variées et formées dans les mêmes conditions de température et de pressions. Mais ce mode de classification rend nécessaire une détermination complète et précise des minéraux présents dans une roche métamorphique, ce qui ne peut se faire par un simple examen macroscopique. Aussi une nomenclature faisant appel à l'aspect macroscopique des roches et aux minéraux reconnaissables à l'œil nu est-elle indispensable pour le travail de terrain.
La nomenclature usuelle groupe les roches métamorphiques d'après leurs types lithologiques produits à partir des principaux groupes de roches ignées et sédimentaires, mais elle donne des indications peu précises quant à l'origine de ces roches et à leur degré de métamorphisme. Le métamorphisme thermique de roches de natures variées, mais le plus souvent d'origine sédimentaire et constituées de minéraux argileux, donne lieu à la formation de cornéennes, roches métamorphiques à texture massive, non schisteuse, à grain fin, très dures. Suivant la température maximale atteinte au cours du métamorphisme, elles sont constituées de différentes associations minérales.
Les roches produites par le métamorphisme régional présentent généralement des textures anisotropes, schisteuses, à la différence des roches produites par le métamorphisme thermique, par suite des pressions orientées qui agissent sur les roches au cours du métamorphisme. C'est pourquoi on leur donne le nom général de schistes cristallins. Parmi ceux-ci, il est quelquefois possible de distinguer ceux qui dérivent du métamorphisme de roches ignées (orthoschistes) et ceux qui sont d'origine sédimentaire (paraschistes). Par les préfixes ortho- et para-, on désigne aussi les gneiss et les amphibolites provenant respectivement du métamorphisme de roches ignées et de roches sédimentaires. Quand une roche métamorphique conserve encore de nombreux caractères de son origine ignée ou sédimentaire, qui n'ont pas été complètement détruits lors du métamorphisme, on lui donne le nom de la roche originelle précédé du préfixe meta- : méta-arkoses, métabasaltes, etc.
Les
schistes tachetés sont le résultat d'un métamorphisme de contact peu intense provoquant un début de recristallisation des minéraux argileux de la roche et une concentration de certaines substances (graphite, andalousite, cordiérite) qui forment de petites taches sombres. Leur fissilité, qui justifie l'utilisation du terme de schistes à leur égard, est d'origine sédimentaire ou bien est due à un métamorphisme régional de faible intensité, antérieur au métamorphisme de contact et qui a transformé les roches en argiloschistes.Le métamorphisme régional de roches sédimentaires argileuses produit, pour une faible intensité du métamorphisme, des argiloschistes dont la composition minéralogique est peu différente de celle de la roche originelle, mais dont la texture est caractérisée par un développement important de la schistosité. Celle-ci induit une bonne fissilité des roches qui se rompent suivant des surfaces planes et parallèles, très proches les unes des autres, en formant de fines dalles souvent utilisées comme tuiles ou à d'autres fins. L'ardoise est un argiloschiste charbonneux de couleur noire, violette ou verte. Le passage des argiles aux argiloschistes est graduel. La schistosité se forme en général parallèlement aux plans axiaux des plis qui déforment la stratification originelle des roches. Elle est parallèle à cette dernière dans les flancs des plis, mais la recoupe sous divers angles dans les zones de charnière. Le système de surfaces parallèles de schistosité des roches a donc une disposition variable par rapport à la stratification; celle-ci est quelquefois visible sous forme de bandes de couleur différente (rosé et gris par exemple) qui intersectent les surfaces de schistosité.
L'ardoise est un argiloschiste souvent utilisé pour couvrir les toits, car sa très bonne fissibilité permet de la débiter en fines dalles.
Les phyllades ressemblent aux argiloschistes mais s'en différencient par un grain cristallin moins fin. On peut y distinguer à l'œil nu de petites paillettes de séricite ou de chlorite qui donnent aux surfaces de schistosité un aspect brillant. En outre, elles peuvent contenir du quartz, de l'albite et d'autres minéraux en quantité mineure. En France, les phyllades sont très abondantes dans les Pyrénées, les Ardennes, en Bretagne, etc.
Un échantillon de phyllade
Les
micaschistes sont également très communs. (Massif central, Alpes, Bretagne, etc.). Ils se distinguent des phyllades principalement par leur grain cristallin plus grossier, par la présence de muscovite ou de biotite et d'autres minéraux, parmi lesquels le quartz, visibles à l'œil nu. La schistosité y est moins régulière, mais bien marquée; on peut parfois observer l'intercalation de petits niveaux de quartz de forme lenticulaire parallèlement à la schistosité, et formés par la concentration du quartz durant les phénomènes métamorphiques. En plus du quartz et des micas, ils peuvent contenir quelques cristaux isolés de feldspath et d'autres minéraux suivant la composition originelle de la roche et les conditions particulières de métamorphisme : micaschistes à grenat, à disthène, à cordiérite, à staurotide, etc. Comme les phyllades et les argiloschistes, ils proviennent du métamorphisme régional de roches sédimentaires argileuses.
Un échantillon de micaschiste montrant une surface de schistosité recouverte de mica blanc
Les séricitoschistes sont des phyllades ou des schistes à séricite dominante, laquelle donne un aspect argenté brillant aux surfaces de schistosité de ces roches.
Les chloritoschistes sont des schistes constitués principalement de chlorite. Ce sont des roches de couleur vert sombre, formées à partir de roches sédimentaires argileuses de composition particulière, telles que les roches à glauconie abondante. Les schistes verts sont une variété de chloritoschistes, de couleur plus claire et de composition basique, contenant, outre la chlorite et le quartz, de l'épidote et de l'actinote.
Les talcschistes ont une couleur vert clair ou blanchâtre et sont composés principalement de talc. Comme minéraux accessoires, on trouve la magnétite et des carbonates magnésiens, ainsi que parfois de l'antigorite et de la trémolite. Les talcschistes, de texture schisteuse ou plus souvent fibreuse, sont peu compacts.
Talcschiste, roche composée principalement de talc, douce au toucher et peu compacte
Les roches constituées presque uniquement par de la silice (grès quartziques, silex) sont transformées par le métamorphisme de contact en quartzites, très semblables à ceux formés lors du métamorphisme régional mais privés de toute orientation des grains cristallins.
Les quartzites sont des roches métamorphiques composées exclusivement ou en grande partie de quartz et produites par le métamorphisme régional (ou thermique) de roches sédimentaires siliceuses comme les grès quartziques, les silex, etc. De couleur blanche ou verdâtre, les quartzites sont constitués d'une mosaïque de cristaux de quartz, parfois accompagnée d'autres minéraux en quantités mineures, formés par réactions métamorphiques entre les minéraux accessoires de la roche siliceuse originelle (micas, chlorite, épidote, etc.). Les quartzites produits par le métamorphisme régional, à la différence de ceux d'origine purement thermique et des grès quartzites sédimentaires, possèdent généralement une texture schisteuse ; celle-ci est conférée à la roche par la forme aplatie des cristaux de quartz et accentuée par l'orientation parallèle des paillettes de mica éventuellement présentes et concentrées dans certains niveaux, reliques de la stratification. Le degré de métamorphisme des quartzites peut être révélé seulement par le grain de la roche, qui tend à devenir plus grossier s'il était fin à l'origine, et par la nature des minéraux accessoires éventuellement présents. De nombreux quartzites contiennent des minéraux lourds, provenant des grès originels, et qui sont stables dans un ample intervalle de température (zircon, tourmaline, etc.). Les quartzites formés par le métamorphisme régional de grès sont fréquents dans les Alpes internes, dans les niveaux stratigraphiques appartenant au Trias inférieur.
Quartzite et cristaux de quartz, carrière de Flamièrge
De
même, les calcaires sont transformés en marbres, roches constituées de calcite granulaire, non orientée. Les calcaires impurs, contenant du matériel argileux ou siliceux, se transforment en marbres à minéraux, où la calcite est accompagnée de divers silicates (idocrase, grossulaire, diopside, etc.).On appelle skarns des roches développées surtout au contact entre un calcaire et une roche magmatique intrusive et formées par métasomatose pneumatolytique avec introduction, dans la roche calcaire, de fer et de silice. De grain grossier, les skarns ont une texture grano-blastique ou rubanée en raison de la tendance qu'ont les minéraux formés (grenat, pyroxène, etc.) à se grouper en bandes monominérales parallèles.
Les calcschistes sont des roches schisteuses, de couleur grise, noire ou verdâtre, formées de niveaux à calcite prédominante alternant avec des niveaux quartzo-micacés. Ils se forment à partir de roches calcaires ou dolomitiques impures (siliceuses ou argileuses). On les trouve en abondance dans les Alpes (schistes lustrés).
Les marbres se forment par métamorphisme régional déroches calcaires, pures ou à impuretés siliceuses ou argileuses. Ils sont souvent identiques par leur aspect aux marbres formés par métamorphisme thermique. Mais à la structure granoblastique, due à la recristallisation de la calcite, est généralement associée une texture schisteuse, produite par les pressions orientées et caractérisée par la forme aplatie des cristaux de calcite, de manière analogue à ce qui se produit dans certains quartzites. Les cipolins sont des marbres dont la couleur verdâtre est due à la présence de micas. Par recristallisation, les impuretés originelles des roches calcaires (minéraux argileux, feldspaths détritiques) se transforment en micas, chlorite, albite, et autres minéraux silicates (épidote, diopside, etc.). Les minéraux accessoires des marbres sont parfois dispersés de manière uniforme dans la roche, mais le plus souvent ils se concentrent en bandes de couleur obscure, planes ou replissées. Ces bandes correspondent généralement à la stratification originelle des roches calcaires, c'est-à-dire à des strates de calcaires impurs intercalées dans les strates de calcaires purs.
Bloc de marbre de Carrare
Le métamorphisme régional de dolomies produit des marbres dolomitiques à structure granoblastique analogue à celle des marbres, mais présentant parfois des formes cristallines bien développées et des idioblastes isolés de dolomite. Si la roche originelle contenait en outre de la silice, il se forme par réactions métamorphiques avec la dolomite des minéraux magnésifères tels que la trémolite, le diopside ou l'olivine (forstérite).
Marbre dolomitique du Tienne Beumont (Merlemont)
Le métamorphisme de contact des roches ignées donne lieu à des réactions et à des changements de structures dans les roches beaucoup moins importants que ceux qui adviennent dans les roches sédimentaires soumises à une augmentation de température. En effet, les roches ignées sont composées d'associations minérales formées à haute température, donc stables à la température du métamorphisme. Elles peuvent se transformer en cornéennes à amphibole ou à pyroxène.
Les prasinites sont des roches ressemblant à des schistes verts, mais ne dérivant pas de roches argileuses. Elles proviennent de roches magmatiques basiques, comme les gabbros, les diabases et les basaltes, ou de roches pyroclastiques de composition correspondante, ou encore de grauwackes. Elles sont caractérisées par la présence, en plus de la chlorite et de l'actinote, d'albite, en cristalloblastes ou en porphyroblastes non maclés. Elles contiennent généralement peu de quartz, mais des minéraux accessoires abondants, comme la magnétite et l'apatite. Associées à des chloritoschistes et des serpentinites, on les trouve dans les Alpes et en Corse.
Prasinite ou "schiste vert" dérivant du métamorphisme de roches magmatiques basiques
Les éclogites sont des roches de composition basique essentiellement constituées de pyroxène sodique (omphacite) et de grenat (pyrope), accompagnés parfois de petites quantités de disthène, de pyroxène orthorhombique ou de quartz. Ce sont des roches vert sombre, à structure granoblastique, très denses. Chimiquement équivalentes des gabbros à olivine, elles se forment dans des conditions de métamorphisme très élevées; elles se trouvent cependant souvent associées à des roches formées dans des conditions de métamorphisme moins élevées, constituées par des minéraux stables à des températures et des pressions relativement plus basses, par exemple, sous forme de lentilles ou de bandes dans des amphibolites ou des schistes à glaucophane, par suite de phénomènes de dislocation tectonique. Les minéraux des éclogites sont souvent partiellement détruits; dans ce cas, on observe des couronnes de réaction autour du grenat, au contact avec le pyroxène, constituées d'un agrégat de hornblende et de plagioclase. De plus, on peut rencontrer des éclogites sous forme de blocs (xénolithes) dans les péridotites provenant de magma d'origine profonde. En France, on trouve des éclogites dans le Massif central, le Massif armoricain et en Vendée.
Eclogite de Saint Philbert de Grand Lieu Loire-Atlantique, à 25km au sud de Nantes
Les serpentinites sont constituées presque uniquement de minéraux du groupe des serpentines, avec quelques cristaux reliques de pyroxène ou d'olivine; Ce sont des roches vert sombre à noires, à texture schisteuse mal marquée, produites par l'autométasomatisme de péridotites.
Echantillon de serpentinite
Les migmatites sont des roches hybrides, composées de deux termes pétrographiques, en général bien distincts macroscopiquement mais étroitement interpénétrés : il s'agit d'une roche métamorphique à texture schisteuse plus ou moins prononcée et d'une roche magmatique à structure granulaire, parfois pegmatitique, et à composition granitique. Différents noms sont donnés à ces roches d'après la manière selon laquelle les deux types pétrographiques sont associés, mais non d'après leurs compositions chimique et minéralogique globales, qui peuvent être très variables.
Section polie d'une migmatite
Les gneiss sont des roches du métamorphisme régional à grain généralement grossier, à fissilité moins parfaite que les micaschistes et constituées essentiellement de quartz et de feldspath, ainsi que de micas et de minéraux ferromagnésiens en quantités mineures. Ils se caractérisent par leur texture foliée, dite aussi gneissique. Les gneiss ont une fissilité irrégulière, suivant des surfaces plus espacées que dans les micaschistes, desquels ils se différencient également par leur composition minéralogique (abondance des feldspaths et rareté des micas). Mais il existe des termes de passage entre ces deux types de roches.
Les gneiss peuvent se former à partir de roches d'origine sédimentaire ou magmatique : paragneiss formés à partir de grès feldspathiques, de pélites ou de grauwackes, et orthogneiss formés à partir de granités, de rhyolites, de porphyres quartzifères, etc. Leur aspect est identique, mais leur distinction est parfois possible d'après leurs conditions géologiques de gisement et leur association avec d'autres types de roches métamorphiques, ou d'après certaines particularités de composition chimique ou minéralogique. Les orthogneiss constituent habituellement de grandes masses de formes et de dimensions semblables à celles des batholites de roches granitiques, alors que les paragneiss forment des bancs ou des masses tabulaires alternant avec d'autres roches métamorphiques de composition différente (quartzites, micaschistes, amphibolites, etc.). Toutefois, les phénomènes tectoniques associés au métamorphisme obscurcissent souvent les relations existant primitivement entre les différentes roches. On peut parfois observer des textures sédimentaires reliques dans les paragneiss, par exemple, des textures conglomératiques où les galets quartzeux originels ont recristallisé en agrégats polycristallins de quartz, de forme aplatie suivant les surfaces de schistosité. Les orthogneiss forment en grande partie les massifs cristallins des Alpes (Mont-Blanc, Argentera, Pelvoux, Dora Maira, etc.). Les paragneiss, associés à des micaschistes et à d'autres roches du métamorphisme régional, forment la majeure partie des massifs anciens français (Massif central, Vendée, Bretagne, etc.). S'il existe dans un gneiss un minéral accessoire abondant, son nom sert à caractériser la roche : gneiss à cordiérite, à sillimanite, etc.
Les kinzigites sont des paragneiss à grenat, biotite et sillimanite. On en connaît dans les Alpes italiennes, où elles affleurent en deux bandes allongées, la première située entre Aoste et le Cervin, la deuxième le long de la zone chloritico-kinzigitique entre Biella et l'extrémité septentrionale du lac de Corne.
Les leptynites sont des gneiss à grain fin, de couleur claire, très peu micacés.
Les gneiss œillés sont des gneiss où s'observent de grands cristaux ou agrégats polycristallins de feldspath (associé parfois à du quartz), de forme lenticulaire et qui se détachent sur un fond plus fin. Ils peuvent se former par croissance de cristalloblastes durant le métamorphisme; mais, plus souvent, ils se forment à partir des phénocristaux de feldspath d'une ancienne roche porphyrique, qui subissent un aplatissement et un étirement parallèlement à la schistosité, avec un phénomène de granulation suivi de recristallisation.
Un échantillon de gneiss
Les granulites sont une variété de gneiss à grain moyen, pauvres en micas et à fissilité très fruste. En plus du quartz, du feldspath potassique et du plagioclase calcique qui sont les principaux minéraux de ces roches, elles comprennent du grenat et parfois du pyroxène (hypersthène, diopside). La structure des granulites est granoblastique; cependant, le quartz et le feldspath se présentent souvent en grains fortement aplatis suivant les plans de schistosité; leur foliation est plus ou moins bien développée, le quartz se présentant en petits lits lentiformes. Ces roches sont relativement rares et se forment dans des conditions de température et de pression très élevées. En Europe, on connaît des granulites typiques en Saxe et en Scandinavie.
Les amphibolites sont des roches du métamorphisme régional, de couleur vert sombre, composées essentiellement d'amphibole hornblende et de plagioclase calcique. Elles sont produites par le métamorphisme de diverses roches : roches ignées et pyroclastiques basiques (gabbros, basaltes, etc.) ou roches sédimentaires (grauwackes, argiles calcaires, etc.).
La distinction entre ortho-amphibolites et para-amphibolites est généralement très difficile à établir. Elle est basée sur le mode de gisement et l'association avec d'autres roches métamorphiques ainsi que sur la composition chimique. Les ortho-amphibolites sont des roches très communes, en massifs d'extension et d'épaisseur relativement importantes et de composition souvent uniforme, alors que les para-amphibolites sont souvent intercalées dans d'autres paraschistes et ont une composition variable d'un point à l'autre. Les amphibolites présentent une texture schisteuse qui n'est pas toujours bien marquée du fait que les minéraux micacés y sont rares. Mais les prismes de hornblende sont généralement allongés suivant une direction privilégiée dans des plans subparallèles et déterminent une texture linéaire. On rencontre souvent également des amphibolites foliées, où des niveaux sombres essentiellement amphiboliques alternent avec des niveaux plagioclasiques de couleur claire (amphibolites gneissiques). Les amphibolites peuvent contenir des minéraux accessoires en quantité variable. Les plus fréquents sont le grenat almandin et l'épidote. On rencontre des amphibolites dans les Alpes, où elles sont associées à des prasinites et des serpentinites, et dans le Massif central, où elles sont associées à des micaschistes et des gneiss. Si une roche est composée essentiellement d'une autre amphibole que la hornblende, on la désigne du nom de cette amphibole : actinolitite, glaucophanite, etc.
Un échantillon d'amphibolite, roche du métamorphisme régional, composée essentiellement d'amphibole hornblende et de plagioclase calcique
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