Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
M

métamorphisme (suite)

Le métamorphisme s’exprime à la fois par la disparition d’un minéral ou d’un assemblage de minéraux (cristallisés dans les conditions de la surface si la roche transformée est un sédiment, dans les conditions de cristallisation d’un magma si cette roche est magmatique, ou encore dans les conditions d’un métamorphisme antérieur) et par l’apparition d’un nouveau minéral ou de nouvelles associations minérales (qui ne peuvent avoir cristallisé dans les conditions de formation du matériel originel). Ces apparitions et disparitions de minéraux permettent d’établir les surfaces d’égale intensité de métamorphisme, les isogrades, et ainsi de cartographier le phénomène. La définition du métamorphisme limite son domaine aux solides, et un liquide produit par la fusion totale ou partielle d’une roche lui échappe ipso facto.


Un exemple de métamorphisme artificiel

La fabrication d’un banal carreau de grès cérame est un bon exemple de métamorphisme. La pâte plastique, faite d’argile, de quartz et d’eau, peut prendre n’importe quelle forme. Elle perd sa plasticité au séchage et la retrouve par addition d’eau. La plasticité est ainsi une propriété réversible qui dépend de la teneur en eau. La cuisson entraîne non seulement la perte de l’eau, mais aussi celle de la plasticité, et cela de manière irréversible. Les argiles et le quartz ont disparu, remplacés selon la proportion d’alumine et de silice par la cristobalite (SiO2 cubique), la mullite (2 SiO2 3 Al2O3), le corindon (Al2O3) [fig. 1]. À 1 400 °C intervient le grésage, c’est-à-dire la fusion partielle du matériau. Au refroidissement, le liquide produit se fige en un verre qui bouche les pores et donne au grès son aspect vernissé et son imperméabilité. Le grésage est un phénomène du même ordre que l’anatexie différentielle imaginée par Jakob Johannes Sederholm (1863-1934), puis démontrée expérimentalement et qui, dans la nature, produit les liquides granitiques à partir de l’écorce et les liquides basaltiques à partir du manteau. Les minéraux formés à haute température dans les céramiques sont métastables dans les conditions ordinaires, ce qui rend irréversible l’évolution du matériau, permet son utilisation et assure que le produit a subi une cuisson. Ce n’est pas toujours le cas. Le quartz (SiO2) présente deux formes, la forme α, rhomboédrique, et la forme β, hexagonale. La transformation α ⇌ β, qui se produit à 573 °C à la pression atmosphérique, se fait à très grande vitesse dans les deux sens. Au-dessous de 573 °C, le quartz β repasse immédiatement sous la forme α. Il est donc inconnu dans la nature et il est impossible de savoir qu’un quartz a été chauffé tant que la température n’a pas atteint le domaine de la tridymite ou de la cristobalite, formes métastables.


Les facteurs du métamorphisme


La température

Elle varie avec la profondeur selon un gradient, exprimé en degrés centigrades par kilomètre, variable depuis 5 °C par kilomètre dans les régions les plus froides où le flux thermique est le plus faible, jusqu’à plus de 100 °C par kilomètre. La géométrie des surfaces isothermes est donc très complexe. Elle se complique encore, localement, lorsqu’un socle se trouve au contact d’une série sédimentaire en cours de métamorphisme qui utilise beaucoup de calories dans les réactions et les transformations qui l’affectent, alors que les roches éruptives ou métamorphiques du socle, déjà constituées de minéraux de haute température métastables, utilisent seulement les calories nécessaires à leur réchauffement et transmettent une bonne partie de la chaleur qu’elles reçoivent. Ces déformations locales des isothermes constituent l’effet de socle (M. Fonteilles et G. Guitard). Des distorsions encore plus marquées apparaissent au niveau des intrusions de liquides produits dans l’écorce ou dans le manteau, qui montent jusqu’à la surface pour donner des laves ou s’arrêtent en chemin dans la lithosphère pour former les plutons. Ces liquides exportent de la chaleur et réchauffent, comme des radiateurs, le milieu où ils s’installent. L’augmentation de température du milieu dépend d’abord, comme précédemment, de sa nature. Elle dépend aussi de la quantité de chaleur disponible, c’est-à-dire de la température et de la masse de l’intrusion. Elle dépend encore de la température ambiante avant l’intrusion et, enfin, de la distance à l’intrusion. La température du magma n’est atteinte que par les enclaves dont la masse, par rapport à celle du magma, est petite. À l’extérieur, la température décroît d’autant plus vite que l’intrusion est plus superficielle. L’auréole métamorphique, pratiquement nulle pour les laves dont la chaleur est vite dissipée dans l’atmosphère ou les eaux de surface, ne dépasse pas quelques mètres pour les intrusions installées à quelques centaines de mètres sous la surface, alors qu’elle atteint plusieurs centaines de mètres lorsque l’intrusion s’est produite sous une couverture de plusieurs kilomètres.


La pression

Elle n’intervient pas dans la cuisson d’une céramique, mais est cependant déterminante dans le métamorphisme naturel. À 500 °C, le kaolin est déshydraté de façon irréversible, mais il est possible de le réhydrater sous une pression d’eau de 100 bars. La pression d’eau permet de maintenir la stabilité de la plupart des phases cristallines au-delà de leur température de transformation à sec. Dans un espace pression-température, la pente des limites de stabilité est donnée par la formule d’Emile Clapeyron où Δs est la variation d’entropie et Δv la variation de volume. On ne peut donc parler de formes de haute et de basse température, à moins que la pression ne soit connue. Dans la nature, la pression est fonction de la profondeur. Pour une densité moyenne de 2,7, la pression est de 270 bar à 1 km, soit plus d’une tonne au centimètre carré à 4 km. Dans les régions superficielles et moyennes de l’écorce, cette pression, dite « lithostatique », est à peu près égale à la pression d’eau, alors que, dans les régions profondes, elle devient supérieure à la pression d’eau.