partie 3 : le...

Partie 3 : Le magmatisme

Chapitre I :

Les processus fondamentaux du magmatisme

Etna, 2/10/05

Carte

géologique

simplifiée

de la France

I. La diversité des roches magmatiques

1. Diversité chimique

Document 1. Composition chimique

moyenne d ’un granite et d ’un basalte. La composition est exprimée en pourcentages massiques.

Document 1. Composition chimique

moyenne d ’un granite et d ’un basalte. La composition est exprimée en pourcentages massiques.

Critères de classification des roches magmatiques

* Composition fine des minéraux : principe de la microsonde

    La microsonde ---> composition d'une phase (minérale ou autre).

Principe : faisceau électronique.

émissions d'électrons rétrodiffusés, d'électrons réfractés,

-> rayonnements secondaires envoyés vers un spectromètre.informations : longueur d'onde, l'énergie, la masse des particules du faisceau secondaire, --->

nature et de quantifier les éléments de la substance (méthode spectrométrique basée sur

l’utilisation de standards de composition connue).

Détermination de la composition chimique globale d’une

roche : utilisation d’une microsonde électronique

- un faisceau électronique est émis et dirigé sur l’échantillon

- des électrons sont réfractés, d’où un rayonnement secondaire envoyé vers le

réfractomètre,

- la longueur d’onde, l’énergie, la masse des particules du faisceau secondaire

permettent de déterminer la nature des éléments contenus dans l’échantillon et de les

quantifier.

Triangle sous-saturé

Triangle saturé

(quartz dans la norme)

K, Na Ca

Classification des roches

à feldspaths et feldspathoïdes

La plupart des roches acides, intermédiaires et basiques

contiennent plus de 10 % de minéraux blancs : feldspaths alcalins,

plagioclases, quartz si elles sont excédentaires en silice.

C’est sur les proportions de ce minéraux qu’est fondée la

classification internationale (classification de Streckeisen). On

complète leur description par l’inventaire des autres minéraux

(principalement micas, amphibole, pyroxènes ou olivines).

Classification des mafites,

roches ultrabasiques.

Mafites : “ ma ” pour Mg, “ fi ” pour Fe.

Ce sont des roches très riches en ferromagnésiens (90 à

100 %). On utilise les proportions d’Ol (olivine), Cpx

(clinopyroxène) et Opx (orthopyroxène).

Document 3. Différentes structures des roches magmatiques A partir d’un magma (température initiale de 700 à 1 200 °C suivant la composition

chimique), la structure de la roche obtenue dépend de la vitesse de refroidissement.

Celle-ci dépend du contraste de température entre magma et encaissant, et du volume

du magma. (Caron J.M. et Coll. “ Comprendre et enseigner la planète Terre ”, Ophrys Ed.)

2. Diversité structurale

Document 5 : Quelques types d’activités magmatiques. (Caron J.M. et Coll. “ Comprendre et enseigner la planète Terre ”, Ophrys Ed.)

3. Diversité des édifices magmatiques

Document 6 : Différents types d’édifices plutoniques (Caron J.M. et Coll. “ Comprendre et enseigner la planète Terre ”, Ophrys Ed.)

a. Les roches de profondeur

Batholite de granodiorite (Sierra Nevada, Californie)

Document 4 : Diversité des édifices magmatiques. (Caron J.M. et Coll. “ Comprendre et enseigner la planète Terre ”, Ophrys Ed.)

b. Les roches de mi-profondeur

c. Les roches de surface

II. Etude de la fusion partielle d’une

roche mère

1. Définitions préliminaires

a. Notion de système en équilibre

État

métastable

État

instable État

stable

Analogie mécanique pour un solide rectangulaire

b. Notion de phase

Un système = association de plusieurs phases

Une phase est caractérisée par sa composition chimique

Ex : orthose K Al Si3O8

Une roche =

un système

Ensemble

des

cristaux

d’orthose =

une phase

c. La règle des phases : l’outil fondamental

Règle des phases ou loi de Gibbs :

v = k + 2 – j

v : variance (ou degrés de liberté) du système

k : nombre de constituants chimiques

indépendants (ex : SiO2 pour la silice)

j : nombre de phases (ici nb de minéraux)

2 : nb de paramètres qui définissent l’état du

système, ici P et T

Document 7 : Diagramme de

phases de SiO2.

Différentes phases minérales

existent à l’état solide selon les

conditions de pression et de

température. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”,

Dunod Ed.).

d. Exemple de diagramme de phases : cas de la silice

v = k + 2 – j

• En C : une seule phase

V = 2

• En B : deux phases

V = 1

• En A : trois phases

V = 0

2. Fusion d’un mélange binaire simple

(série isomorphe à miscibilité complète)

Forstérite :

pôle magnésien de

l’olivine

Mg2(SiO4)

T° fusion = 1890 °C

Fayalite :

pôle ferreux de

l’olivine

Fe2(SiO4)

T° fusion = 1205 °C

intermédiaires

(Fe, Mg)2(SiO4)

k = 2

(deux minéraux

en mélange)

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

solidus

liquidus

Solide seulement

Liquide seulement

Liquide

+ solide

Quand tout est solide :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 1 une seule phase car miscibilité complète

k = 2 (2 minéraux en mélange)

v = 2

La température et la composition chimique

du mélange varient indépendamment

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Apparition

de la

première

goutte de

liquide

Quand la première goutte de liquide apparaît :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 2 une phase liquide + une phase solide

k = 2

v = 1

La composition chimique du solide résiduel et du liquide

varient en fonction de la température

(leur composition évoluent en suivant respectivement

le solidus et le liquidus)

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Evolution de

la composition

du solide

résiduel

Evolution

de la

composition

du liquide

Quand le dernier cristal solide disparaît :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 1 une seule phase liquide

k = 2

v = 2

La température et la composition chimique

du liquide varient indépendamment

(le liquide a la composition du solide initial)

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Disparition

du dernier

cristal

Le liquide a la

composition

du solide

initial

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Règle du levier

100 % liquide

30 % liquide 70 % solide

100 % solide

Document 8 : Diagramme binaire pour l’olivine. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Le solide a la

composition

du liquide

initial

Disparition de

la dernière

goutte de

liquide

3. Fusion d’un mélange binaire avec eutectique

(minéraux quelconques ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide)

Diopside

(clinopyroxène)

CaMg(Si2O6)

T° fusion = 1391 °C

Anorthite

(plagioclase)

CaAl2Si2O8

T° fusion = 1550 °C

Quand tout est solide :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 2 deux phases car minéraux immiscibles

k = 2 (2 minéraux en mélange)

v = 1

Seule la température change jusqu’à la température

eutectique (qui dépend des minéraux en mélange)

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

1274 °C

Température

eutectique

1550 °C

1391 °C

Quand la première goutte de liquide apparaît :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 3 trois phases car 2 minéraux immiscibles + liquide

k = 2 (2 minéraux en mélange)

v = 0

La température ne peut plus augmenter tant qu’il y a trois

phases, c’est-à-dire tant que l’un des deux minéraux n’a

pas disparu !

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Disparition

du dernier

cristal de

diopside

Quand le dernier cristal de diopside disparaît :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 2 deux phases car 1 minéral + liquide

k = 2 (2 minéraux en mélange)

v = 1

La température augmente à nouveau, et la composition du

liquide et du solide résiduel suivent respectivement le

liquidus et le solidus (le solide résiduel est constitué

à 100 % d’anorthite, mais sa quantité diminue)

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Quand le dernier cristal d’anorthite disparaît :

v = k + 1 – j

P est fixé, donc 1 seule variable d’état,

la T, pour décrire le système

j = 1 une seule phase : le liquide

k = 2 (2 minéraux en mélange)

v = 2

La température augmente à nouveau, indépendamment de

la composition des minéraux en mélange.

Document 9 : Diagramme binaire pour des minéraux ne formant pas de série

isomorphe, immiscibles à l’état solide : cas du mélange Diopside

(clinopyroxène) CaMg(Si2O6) - Anorthite (plagioclase) CaAl2Si2O8.

Disparition

du dernier

cristal

d’anorthite

Règle du levier

100 % liquide

30 % solide 70 % liquide

100 % solide

4. Fusion d’un mélange ternaire

Diopside

(clinopyroxène)

CaMg(Si2O6)

Enstatite

(orthopyroxène)

Mg2(Si2O6)

Grenat

(nésosilicate)

X32+Y2

3+[SiO4]3

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

A C

B

Composition

du solide

initial

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 10. Diagramme ternaire représentant la fusion d’un mélange

de trois minéraux A, B et C.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Document 11. Représentation de la composition du manteau fertile et

projection triangulaire du diagramme ternaire de la fusion du manteau.

Cette projection représente la surface du liquidus.

Cas du refroidissement d’un liquide de composition M

Cette projection représente la surface du liquidus.

M

A cristallise, la composition

du liquide résiduel évolue en

« descendant » la surface

liquidus jusqu’à la ligne

cotectique A+C+liquide

A + C cristallisent, la

composition du liquide

résiduel suit la ligne

cotectique jusqu’au puits

eutectique

A + B + C cristallisent, le

liquide a la composition de

l’eutectique, jusqu’à ce qu’il

n’en reste plus

A la fin, le solide a la même

composition M que le liquide

initial

5. Bilan

• La composition du premier liquide formé

diffère de celle de la roche mère

• Le taux de FP conditionne la composition du

magma

• L’ordre de disparition des minéraux dépend de

la composition de la roche mère

• La composition du liquide eutectique dépend

de la nature des minéraux en mélange, pas de

leurs proportions

• On distingue les éléments magmatophiles =

incompatibles des éléments compatibles

• La fusion partielle exerce un tri géochimique

III. Devenir des magmas

1. Etude d’un exemple : la chaîne des Puys

a. Caractéristiques des édifices volcaniques

La chaîne des Puys vue par le

satellite SPOT,

le 10 novembre 1986 D'après André SIMONIN, Bulletin de l'APBG 2 bis,

page 121, 1987.

Carte géologique

simplifiée de la

chaîne des Puys

Document 12. Localisation des principaux édifices volcaniques

récents du Massif Central français. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : Objets et méthodes ” Dunod Ed.).

Document 13. Age des principaux ensembles

volcaniques du Massif Central. (Nehlig P. et coll., 2003 in : http://www2.brgm.fr/volcan/papgeologue.pdf).

Puy de Dôme

Lac Pavin

Puy Pariou

Puys de la Vache et de Lassolas

Basalte alcalin

de Saint-Saturnin

Trachyte

SiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O TiO2 MnO P2O5

Basalte 45.40 16.10 12.00 6.90 10.50 2.70 2.00 3.60 0.19 0.64

Trachyte 65.05 19.65 3.25 0.75 1.25 5.05 3.90 0.50 0.15 0.10

b. Caractéristiques des roches de la chaîne des Puys

CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7

ID 36,31 40,61 51,74 56,78 67,01 75,45 90,86

SiO2 47,25 48,50 52,20 53,21 57,10 60,20 69,35

TiO2 2,25 2,16 1,81 1,49 1,12 0,83 0,39

Al2O3 15,85 16,56 16,9 17,6 17,89 17,90 15,55

Fe2O3 T

12,08 11,86 9,84 11,75 6,83 4,69 2,38

MnO 0,17 0,18 0,20 0,20 0,19 0,22 0,18

MgO 6,62 5,28 3,89 2,48 1,94 1,07 0,36

CaO 9,86 9,21 7,55 5,89 4,53 3,10 1,25

Na2O 3,70 3,92 4,45 5 ,00 5,42 5,58 5,60

K2O 1,68 1,80 2,47 2,71 3,40 3,82 4,88

P2O5 0,61 0,72 0,73 0,31 0,55 0,31 0,09

Cp1 : coulée de la cheire d'Aydat (basalte alcalin)Cp2 : coulée de la vallée de la Tiretaine (hawaiite =« labradorite »)Cp3 : coulée du Puy de Louchadière (mugéarite)Cp4 : coulée du Pariou (mugéarite)Cp5 : coulée du puy de la Nugère (benmoréite =« pierre de Volvic »)Cp6 : dôme du Clierzou (benmoréite = « dômite àamphibole »)Cp7 : dôme du puy de Dôme (trachyte = « dômite àbiotite »)Fe2O3

T = fer total sous forme de Fe2O3.

(ID : Indice de différenciation).

Document 14. Compositions chimiques de laves

représentatives de la série alcaline de la Chaîne des Puys. (Bonin B., “ Pétrologie endogène ”, Dunod Ed.).

• Composition chimique des « laves »

représentatives de la chaîne de Puys :

continuum chimique

• Composition minéralogiques des « laves »

représentatives de la chaîne de Puys :

Basaltes alcalins : Ol, cpx, pgcl calciques

Hawaïtes : (Ol), cpx, pgcl

Mugéarites : pgcl (- calciques et + sodiques), amphiboles

Trachytes : pgcl sodiques, amphiboles, FK (sanidine),

biotite

continuum minéralogique

CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7

ID 36,31 40,61 51,74 56,78 67,01 75,45 90,86

SiO2 47,25 48,50 52,20 53,21 57,10 60,20 69,35

TiO2 2,25 2,16 1,81 1,49 1,12 0,83 0,39

Al2O3 15,85 16,56 16,9 17,6 17,89 17,90 15,55

Fe2O3 T

12,08 11,86 9,84 11,75 6,83 4,69 2,38

MnO 0,17 0,18 0,20 0,20 0,19 0,22 0,18

MgO 6,62 5,28 3,89 2,48 1,94 1,07 0,36

CaO 9,86 9,21 7,55 5,89 4,53 3,10 1,25

Na2O 3,70 3,92 4,45 5 ,00 5,42 5,58 5,60

K2O 1,68 1,80 2,47 2,71 3,40 3,82 4,88

P2O5 0,61 0,72 0,73 0,31 0,55 0,31 0,09

Cp1 : coulée de la cheire d'Aydat (basalte alcalin)Cp2 : coulée de la vallée de la Tiretaine (hawaiite =« labradorite »)Cp3 : coulée du Puy de Louchadière (mugéarite)Cp4 : coulée du Pariou (mugéarite)Cp5 : coulée du puy de la Nugère (benmoréite =« pierre de Volvic »)Cp6 : dôme du Clierzou (benmoréite = « dômite àamphibole »)Cp7 : dôme du puy de Dôme (trachyte = « dômite àbiotite »)Fe2O3

T = fer total sous forme de Fe2O3.

(ID : Indice de différenciation).

Evolution des caractéristiques physiques des laves :

- Lave basaltique : faible viscosité, T = 1 200 °C

- Lave trachytique : viscosité élevée, T = 900 ° C

Unité de lieu

Unité d’âge

Continuum chimique, minéralogique

= unité magmatique

Les laves de la

chaîne des Puys

correspondent à une

série magmatique

différenciée

Termes les plus

différenciés

Différenciation des laves représentatives d’une série :

Indice de différenciation ID :

ID = somme normative Q + Ab + orthose

(ou : néphéline + Ab + orthose)

Indice d’alcalinité AI :

AI = (Na2O + K2O) / (SiO2 – 43) x 0,17

Construction du diagramme Al = f (%Al2O3)

Diagramme de Harker :

% (Na2O + K2O) = f (% SiO2)

0

2

4

6

8

10

12

40 45 50 55 60 65 70 75 80

MgO

CaO

Na2O

Na2O + K2O

Evolution de MgO, CaO, Na2O et Na2O + K2O

en fonction de SiO2 pour la série étudiée

Enrichissement en alcalins série alcaline

Diagramme d’évolution de Na2O + K2O

en fonction de SiO2 pour la série étudiée

Document 15 : Situation des laves dans le diagramme (Na2O + K2O) / SiO2.

(Bardintzeff J.M., dans “ Enseigner la géologie ”, Nathan Ed.)

2. Généralisation : notion de série magmatique

2. Les principales séries magmatiques

Séries magmatiques

Roches initiales

Roches intermédiaires

Roches différenciées

Série tholéiitique

basalte tholéiitique

ferrobasaltes - icelandites

rhyolites

Série alcaline

basalte alcalin

hawaiites - mugéarites -

benmoréites

« Rhyolites alcalines »

trachytes

phonolites

Série calco-

Alcaline

andésite

dacites

rhyolites

Document 16. Principales séries magmatiques. (http://www-geoazur.unice.fr/SCTERRE/cours_en_ligne/doc_cours/mineraloYRolland.ppt)

Roche initiale Basalte tholéiitique Basalte alumineux Basalte alcalin

Teneur en

silice

Assez riche:

SiO2 : 47-49 %

Saturé:

SiO2 : 48 - 53 %

Pauvre:

SiO2 : 44 – 47 %

Teneur en

alcalins

Pauvre :

K2O < 0,5 %

Na2O 2,5 %

Assez riche Riche :

K2O 1 %

Na2O 3 - 4 %

Autre Riche en Al2O3 > 16 %

Riche en eau

Diagramme AFM

Données sismiques

pour la dorsale

Pacifique

Sismique réflexion

Sismique réfraction :

vitesse des ondes P

3. Cristallisation fractionnée et différenciation magmatique

Différenciation magmatique : tout processus permettant à

un magma (primaire) d’évoluer vers un magma différent. 2.2 Evolution par cristallisation fractionnée :

Principe de la cristallisation fractionnée

Basalte alcalin, coulée de la Vache, Lassolas. MO, LPA

planet-terre.ens-lyon.fr

Observation en lame mince des relations entre minéraux

Observation de terrain : âge et nature des roches produites

Document 17. Différenciation par cristallisation

fractionnée dans la Chaîne des Puys. F1 : proportion de liquide fils issu du liquide parent (ex : 79,73 % de liquide CP4 sont

issus de 100 % de liquide CP3)

F2 : proportion de liquide fils issu du liquide primitif CP1.

(Bonin B., “ Pétrologie endogène ”, Dunod Ed.).

Document 18. Les suites réactionnelles de Bowen. (Dercourt J., Paquet J., “ Géologie : objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

Travaux expérimentaux de Bowen

• Suite réactionnelle des ferro-magnésiens :

Cas d’un magma peu riche en silice :

Liquide olivine + liquide

Olivine + liquide olivine + pyroxène

Cas d’un magma un peu plus riche en silice :

Liquide olivine + liquide

Olivine + liquide liquide

Liquide pyroxène + liquide

Pyroxènes + liquide amphiboles

Amphiboles + liquide mica

Mica + liquide quartz

• Suite réactionnelle des plagioclases :

Suite continue (albite et anorthite ont la même

structure cristalline)

Pôle calcique : anorthite CaAl2Si2O8

Pôle sodique : albite NaAlSi3O8

Lorsque la température diminue :

Plagioclase riche en Ca (anorthite) + liquide

plagioclase un peu moins riche en Ca (bytownite) +

liquide

Zonation minérale dans un plagioclase

Détermination de l’angle

d’extinction des plagioclases :

Sur un pgcl frais, non zoné

Amener l’axe ppal en

direction N-S : cristal gris

uniforme, avec seulement

trace des plans de mâcle

Tourner la platine de 45 ° :

cristal gris uniforme, sans

trace des plans de mâcle

Ramener progressivement à

la direction N-S, jusqu’à

l’extinction

Relever la mesure de l’angle

d’extinction

Faire 5 mesures et prendre la

plus grande

• Suite réactionnelle des feldspaths potassiques :

Sanidine anorthose orthose quartz

ou feldspathoïde

4. La séparation des phases cristallines

La sédimentation gravitaire

schlieren

Séparation des minéraux selon leur densité :

Document 19. Ordre d’apparition des minéraux lors de la cristallisation

lente d’une coulée de basalte d’Hawaï.

Le pourcentage de liquide est apprécié d’après celui des verres des laves

solidifées. A 900 °C, la lave est solide. (Dercourt J., Paquet J. “ Géologie, objets et méthodes ”, Dunod Ed

Document 20. Mécanisme de “ sédimentation ” des cristaux les

premiers formés dans un culot basaltique en cours de

refroidissement. (Dercourt J., Paquet J. “ Géologie, objets et méthodes ”, Dunod Ed.).

La cristallisation aux parois

Différence de température entre le cœur de la chambre

magmatique et les parois croissance cristalline sur

les parois et liquide résiduel au cœur

Le filtre – presse

Lorsque la phase solide est importante par rapport à la

phase liquide :

Compaction des cristaux liquide interstitiel chassé

http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s2/r.ign.html

Différenciation magmatique dans une chambre

magmatique (cas d’une dorsale rapide)

Cristallisation

fractionnée et

sédimentation gravitaire

Injection

périodique

de magma

primaire

10 km

Épanchements de liquides magmatiques

plus ou moins différenciés

5. Ascension, mise en place des magmas

a. Dans le cas du volcanisme

Cas du Massif Central : origine du magma

Nodule de péridotite déformée :

les petits cristaux d ’orthopyroxène noirs

sont alignés et soulignent la foliation.

Les nodules déformés ont été « ramonés » dans une zone

de manteau déformé : au sein d’un diapir qui correspond à

une remontée du manteau chaud.

Fontaine de lave du Pu ’u O ’o à Hawaï, octobre 1983.

La hauteur d ’une telle fontaine varie de 10 à 100 m,

mais peut occasionnellement atteindre 500 m.

Mécanisme d’ascension des magmas

Le magma est produit par fusion aux joints de grains :

Densité plus faible du liquide surpression

Cas du Mauna Loa 2e plus haut sommet d’Hawaï, c’est le plus grand volcan du Monde

Pression au dessus du plancher océanique :

P = rgz

r = 2,7 (magma basaltique) g/cm3

z = 7669 m

g en m/s2 ou N/kg

1/105 pour avoir un résultat en bar (1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar)

P = 2,7 x 10 x 7669 x 1/105 = 2,07 kbar

Pression au dessus du Moho :

Même calcul avec z = 14 169 m P = 3,83 kbar

C’est la surpression magmatique DP

liée à la différence entre r magma et r encaissant (= manteau)

De la surpression

à la profondeur de la fusion partielle :

DP = Drgz

Avec Dr = rmanteau – rmagma = 3,3 - 2,7 = 0,6 g/cm3

z = DP /Drg = 3,83 / (0,6 * 10) x 105 = 63 833 m

(x105 car pression donnée en bar)

Le magma est formé 64 km sous le Moho,

Soit à 74 km sous le niveau de la mer

b. Dans le cas du plutonisme

Cas du granite de Flamanville (région de

Cherbourg, Cotentin)

Document 21. Carte

géologique schématique

du massif de Flamanville. (Dercourt J., Paquet J. “ Géologie, objets et

méthodes ”, Dunod Ed.).

Granite de la Margeride

(Photo F. Celle)

Phénocristal d’orthose

automorphe dans le granite

de Flamanville

structure porphyroïde http://www.etab.ac-

caen.fr/discip/geologie/paleozoi/flam

anville/granite/granite.html

Enclave de

roche

sédimentaire

= xénolithe

Alternance de bancs

clairs et sombres de

cornéenne. On retrouve la stratification

originelle des roches

sédimentaires transformées. http://www.etab.ac-

caen.fr/discip/geologie/paleozoi/flaman

ville/corneenne.html

Veine de

cornéenne

Filon de

microgranite

Granite

Le granite est recoupé par des filons roses, à grain très

fin, essentiellement constitués de quartz et de feldspaths :

il représente un résidu de la cristallisation du magma

granitique.

Le liquide résiduel riche en silice se met en place et

cristallise dans des fractures. http://www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/paleozoi/flamanville/granite/filonsgra.html

Enclave basique dans le granite très sombre, aux contours

diffus, très riche en minéraux ferro-magnésiens (biotite,

amphibole, et parfois pyroxène). Le matériel basique de ces enclaves provient d’une fusion partielle du

manteau.

Le matériel silicaté acide du granite provient d’une fusion partielle de la

croûte.

chauffée par la remontée de magma mantellique, basique, la base de

la croûte aurait subi une fusion partielle et donné naissance à un

liquide granitique, acide. http://www.etab.ac-caen.fr/discip/geologie/paleozoi/flamanville/corneenne.html

Document 22. Courbes solidus – liquidus pour un magma basaltique

anhydre et pour un magma hydraté. Comparaison avec le solidus d’un

magma granitique. La droite AB représente l’évolution d’un magma granitique

lors de sa remontée. La droite A’B’ celle d’un magma basaltique. (Pomerol C. Renard M. “ Eléments de géologie ”, Masson Ed.).

Généralisation : mise en place des magmas granitiques

Série sub-alcaline : magma inital tholéiitique