partie 3 : le...
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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