Metamorphisme  - cycles orogéniques

Test et Rappels

Rhéologie à différentes échelles

Définir contrainte et déformation.

Distinguer un comportement fragile d'un comportement ductile.

Reconnaitre des objets tectoniques à différentes échelles.

Discuter les facteurs contrôlant le comportement rhéologique des roches.

Exploiter des données permettant la construction de l’enveloppe rhéologique de la lithosphère.

Discuter la possibilité de reconstituer l’orientation du champ de contraintes en distinguant cisaillement pur et cisaillement simple.

Transformations minéralogiques au cours du métamorphisme. Signification géodynamique du métamorphisme.

Reconnaître les principales roches métamorphiques.

Définir la notion de faciès métamorphique, paragenèse, série métamorphique.

Exploiter et relier des données permettant de reconstituer un trajet P-T-t (utilisation des minéraux index, des géobaromètres et géothermomètres).

Mettre en relation trajets P-T-t, gradient métamorphique et contexte géodynamique

Cycle orogénique

Exploiter et relier des données variées (cartographiques, structurales, pétrologiques, géophysiques) afin de reconstituer les grandes étapes des cycles orogéniques alpin et varisque.

Replacer ces étapes dans un cadre plus global (formation / dislocation de la Pangée / cycle de Wilson).

L’analyse de la carte géologique de France est à privilégier

Surtout dans le programme de spécialité :

En Première :

En Terminale spé :

La rhéologie étudie la déformation des matériaux (ici, les roches) sous l'effet de contraintes mécaniques.

Une contrainte mécanique la résultante des forces (F en Newton) appliquées sur une surface (S) d'un objet (//Pression P=F/S).

Une déformation est une modification de la forme, de l'orientation ou de la position d'un objet sous l'action de contraintes.

La tectonique étudie les déformations de la lithosphère et ses causes ; la dynamique interne du Globe produit des forces à l'origine des contraintes et des déformations.

Les contraintes peuvent se décomposer en une contrainte maximale (σ1, compressive), une minimale (σ3, extensive) et une intermédiaire (σ2) ; elles peuvent être isotropes ou anisotropes.

R: Le fluage caractérise une déformation ductile irréversible suite à des contraintes constantes.

- Composition de la roche et compétence

La compétence d'une roche est son aptitude à résister à une déformation. Une roche est dite compétente si elle est rigide et a donc tendance à se fracturer plutôt qu'à plier lorsque soumise à un état de contrainte.

- La pression et la température

- La présence de fluides

- orientation de la contrainte

• Les microstructures (Les joints, les diaclases, les stylolithes ; les fentes ; la schistosité)

• Les failles

• Les plis

Rappel : isostasie/équilibre isostatique - compensation des excès/déficits de masse

ex : fonte de la calotte glaciaire; chaîne de montagne + érosion ; subsidence et bassin sédimentaire

-> flexure de la lithosphère

-> Rhéologie de la lithosphère : en surface aux différentes échelles et selon la profondeur

-> Mécanismes aux foyers

Le métamorphisme peut se définir comme l'ensemble des modifications intervenant à l'état solide dans la composition minérale et dans la structure d'une roche, soumise à des conditions de température et de pression différentes de celles où elle s'est formée. 

Le métamorphisme présenté par Sciences à l'école pour les IESO

Définitions des termes schistosité, foliation et linéation (Extrait de rapport de jury de Capes)

Les déformations d’échelle kilométrique et métrique peuvent être associées à des microstructures tectoniques. 

La schistosité est constituée d’un ensemble de plans rapprochés, plus ou moins parallèles, apparus sous la contrainte (les plans de schistosité sont des plans d’aplatissement préférentiel et se développent perpendiculairement à l’axe zz’ du raccourcissement). Suivant le type de schistosité, la roche se débite naturellement plus ou moins selon ces plans. Elle accompagne en général les plis anisopaques, mais peut néanmoins s’observer de manière frustre dans les déformations de plus faible profondeur.

Le terme de foliation est un terme descriptif concernant certaines roches métamorphiques (micaschistes, gneiss, amphibolites …) dans lesquelles on observe des lits minéralogiques attestant d’une orientation. Les lits sont séparés par des plans correspondant à une schistosité de flux. Cette distribution est due aux recristallisations minéralogiques (= métamorphisme) qui accompagnent la tectonique en profondeur. À l’échelle des minéraux, l’apparition d’une schistosité – foliation nécessite un mécanisme intime ; l’un des plus courants est la dissolution – recristallisation. Les minéraux plus ou moins solubles (feldspath potassique, quartz,..) se dissolvent sur les faces subissant la surpression et recristallisent selon l’axe des moindres pressions, provoquant un allongement des cristaux dans cette direction. Les minéraux totalement insolubles, comme les micas, suivent alors mécaniquement le mouvement. En définitive, sur le plan tectonique, une foliation est une schistosité de flux.

Les linéations sont des microstructures linéaires pénétratives apparues sous la contrainte (les stries sur un miroir de faille n’en sont pas, car non pénétratives). On pouvait choisir de nombreux exemples : les linéations d’intersection, les linéations d’allongement , les linéations minérales, les linéations de crénulation, les linéations de boudinage…

Une paragenèse est une association d’espèces minérales présentes à l’équilibre dans une roche au moment de sa cristallisation. Cette dernière s’effectue donc à des pressions et températures correspondant à une certaine profondeur. Certains minéraux, dits minéraux index, permettent de délimiter le domaine de pression et température de cristallisation de la roche 

Un faciès métamorphique désigne une catégorie de roches métamorphiques dont la détermination est basée sur l'assemblage minéralogique de la roche. Aux différents faciès est associé un champ d'intervalle de conditions de température et de pression donné, caractérisant un degré de métamorphisme  Un faciès métamorphique regroupe toutes les paragenèses dans un même domaine (P,T) de stabilité. 

Le métamorphisme régional s'étend sur des dizaines à centaines de km comme dans le contexte de formation de chaînes de montagne, il permet de retracer l'histoire de la région : océanisation, subduction, collision, exhumation/obduction. Le métamorphisme peut être de haute température et de haute pression.

Le métamorphisme de contact se caractérise peu de déformations,  des réactions à très haute température et faible pression et des auréoles de métamorphisme dans le faciès des cornéennes.

Les gradients métamorphiques, c’est-à-dire les conditions P-T pour un protolithe donné varient selon le contexte géodynamique : 

- le gradient HP-BT (hautes pressions et basses températures), inférieur à 20°/km, les conditions ne sont atteintes que si l’enfouissement est rapide, comme dans le cas d’une subduction. 

- le gradient HT-BP : ces conditions nécessitent un fort géotherme, 50 à 60°/km, par exemple dans le cas d’une croûte en cours d’amincissement. 

- gradient MT- MP : proche du géotherme stable c’est à dire autour de 35°/km, il s’observe principalement dans un contexte de collision continentale. 

Voir cours S3 ? Rappels

Initiation à la pétrographie

Exemple de sujet de CAPES (2010) et rapport de jury

Exemple du Massif des Maures

Sujet BCPST Agro-Veto 2019 - Rapport et éléments de correction

Jérôme OSTER, professeur formateur de SVT