La cristallisation fractionnée du magma à l'origine de la diversité des granitoïdes - Maxicours

La cristallisation fractionnée du magma à l'origine de la diversité des granitoïdes

Objectif
  • Comprendre les mécanismes de formation des granitoïdes par cristallisation fractionnée.
Points clés
  • La fusion partielle d’une roche correspond à la fusion de quelques uns de ses minéraux.
  • La cristallisation fractionnée est un phénomène de cristallisation progressive d’un magma qui a lieu sous l’effet de changements de conditions physiques, de température et de pression.
  • Les granitoïdes sont des roches plutoniques composées de quartz, de mica et de feldspath cristallisés sous forme de grains visibles à l'œil nu, ressemblant au granite.
Pour bien comprendre
  • Les caractéristiques des roches du domaine continental.
  • Le magmatisme en zone de subduction.
  • Le processus d’hydratation de la péridotite en zone de subduction.
1. Définitions de la fusion partielle et de la cristallisation fractionnée
a. Fusion partielle d’une roche

La fusion partielle d’une roche correspond à la fusion de quelques-uns de ses minéraux. Les conditions de pression et de température permettent à certains minéraux d’atteindre leur point de fusion, alors que les autres restent à l’état solide. La formation de liquide magmatique est alors observable entre les cristaux qui ne sont pas encore fondus. Le solidus de la roche est atteint, car la roche n’est plus uniquement solide, mais le liquidus n’est pas encore franchi, car la roche n’est pas totalement fondue.

b. Cristallisation fractionnée d’un magma

La cristallisation fractionnée est le processus inverse de la fusion partielle. C’est un phénomène de cristallisation progressive d’un magma qui a lieu sous l’effet de changements de conditions physico-chimiques. Quelques minéraux atteignent ainsi leur point de cristallisation et cristallisent. Cette cristallisation fractionnée se réalise sur les bords d’une chambre magmatique. Les autres minéraux pourront cristalliser un peu plus tard en fonction des éléments qui sont à leur disponibilité. Les conditions entre liquidus et solidus sont rassemblées : la roche n’est plus totalement fondue mais elle n’est pas encore totalement cristallisée. La température du magma baisse et les minéraux dont la température de cristallisation est la plus élevée sont les premiers à cristalliser (document 1).


2. Les conditions de formation du magma à l’origine des différents granitoïdes
a. Formation du magma à l’origine des granitoïdes

Les granitoïdes sont produits au niveau des zones de subduction. En effet, le métamorphisme des roches de la croûte océanique plongeante libère de l’eau au profit du manteau sus-jacent. L’hydratation des péridotites du manteau permet alors d’abaisser la température de fusion des minéraux le composant (olivine, pyroxènes, plagioclases). Le magma ainsi formé est de type ferromagnésien. Il migre en direction de la surface et vient s’encaisser dans des chambres magmatiques présentes dans la croûte continentale. Seul 15 % de ce magma arrive à la surface pour donner un volcanisme de type explosif. Il est alors riche en silice.

[ajouter les caractéristiques du volcanisme explosif ici ?]

La différence de composition chimique entre le magma initialement formé et le magma en surface s’explique par une cristallisation fractionnée de ce magma au cours de sa remontée.

b. La différenciation magmatique

[définition différenciation magmatique]

Dans la chambre magmatique, une partie du magma bloqué en profondeur va refroidir lentement. Les premiers composants cristallisant sont de type ferromagnésien, car ils présentent une température de fusion élevée. Les roches formées dans ces conditions pourront contenir du pyroxène et des amphiboles associés à des plagioclases (diorites).

Le magma qui s’échappe alors a donc perdu une fraction de ses composants ferromagnésiens et s’est enrichi en composants siliceux.

S’il cristallise en profondeur, ce magma différencié donnera des roches grenues (dont les cristaux seront visibles à l’œil nu) contenant du quartz et des feldspaths alcalins (granite). Sinon, ce magma donnera des roches microlithiques en cristallisant lors de son arrivée à la surface.


La cristallisation fractionnée du magma est expliqué par l'ordre de cristallisation de la suite réactionnelle de Bowen (document 2). En fonction de la composition du magma, des assemblages minéralogiques différents peuvent être produits qui donneront soit une roche magmatique plutonique grenue (diorite, granite) soit une roche magmatique volcanique de même composition chimique (andésite, rhyolite), généralement microlithique.

Remarque :
Dans le cas des roches du domaine océanique, le magma se forme dans la partie superficielle du manteau sous la dorsale et remonte sans étape de différenciation. Il est donc riche en éléments ferromagnésiens et peut donner soit du gabbro, soit du basalte.

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