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Transformations minéralogiques des roches lors de la subduction

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Objectif

Connaitre les transformations minéralogiques d’un gabbro lors des modifications de pression et de température.

Points clés

L’hydrothermalisme sur un gabbro induit la formation de minéraux dans le faciès schiste vert.
L’augmentation de la pression sur un gabbro entraine l’apparition de minéraux dans le faciès schiste bleu.
Si l’augmentation de pression se poursuit, les minéraux formés appartiendront au faciès éclogite.
Ces transformations minéralogiques sont entrainées par la subduction.

Pour bien comprendre

Les minéraux du faciès schiste vert sont la chlorite, l’actinote et l’épidote.
Le minéral du faciès bleu est la glaucophane.
Les minéraux du faciès éclogite sont le grenat et la jadéite.

1. Le phénomène de subduction

Il existe une expansion océanique et pourtant le diamètre de la Terre est constant. On ne trouve pas de marges passives en tout point du globe. Il est donc évident que la lithosphère océanique doit, par endroit, disparaitre dans les profondeurs du globe. Cette disparition se fait par le phénomène de subduction et compense la création qui se fait par accrétion au niveau des dorsales.

Le moteur de la subduction est lié à la différence de densité entre la lithosphère océanique et le manteau asthénosphérique sur lequel elle repose. Une plaque va être subductée lorsque son poids est trop important.

La densité d’une plaque océanique n’est pas constante. Elle dépend directement de la température de cette plaque.
Or, la température d’une plaque océanique n’a de cesse de diminuer en s'éloignant de son point de naissance : la dorsale.

De ce fait, la densité de la plaque ne cesse d’augmenter à mesure qu’on s’éloigne de la dorsale.

Généralement, lorsque la plaque est âgée de 50 Ma, sa densité est telle qu’elle plonge. C’est pour cela que l’âge de la croûte océanique n’excède pas 200 Ma.

2. Les transformations minéralogiques des roches de la croûte océanique entretiennent la subduction

a. Composition minéralogique des roches de la croûte océanique

Cette augmentation de densité est induite par une modification pétrographique par un métamorphisme de basse température et de haute pression.

D'un point de vue pétrologique (les roches), la croûte océanique originelle est recouverte par une fine couche de sédiments marins, puis de basaltes en coussin (ou pillow-lavas) ; enfin, plus en profondeur, on trouve des gabbros.

Le tout repose sur le manteau lithosphérique constitué de péridotites.

Les minéraux du gabbro originel que sont les pyroxènes et les plagioclases vont subir des transformations tout au long du déplacement des roches, depuis leur naissance au niveau de la dorsale jusqu'à leur entrée en subduction.

Ce sont les modifications des conditions de pression et de température qui sont à l'origine de ces transformations minéralogiques suivant le diagramme Pression / Température suivant :

Domaines de stabilité de quelques associations de minéraux de la croûte océanique.

Grâce à l’apparition des minéraux dans le gabbro, il est possible de retracer le trajet de ce dernier.

Les roches de la croûte océanique, depuis la création de celle-ci jusqu'à son arrivée dans la zone de subduction, vont incorporer de l'eau issue de l'océan. Ceci est lié à l'apparition de fissures dans cette croûte qui permettent l'infiltration de l'eau.

Au niveau des roches, cela se traduit par la transformation de certains minéraux. Cette transformation est liée à l'eau mais aussi à la diminution de la température. Ce processus de transformation à l'état solide se nomme le métamorphisme.

Le métamorphisme est différent selon les conditions de pression et de température auxquelles il se produit : on parle de « faciès métamorphiques ».

b. Un métamorphisme hydrothermal

Dans un premier temps, il se produit un apport d'eau et une diminution de la température (liée à l'éloignement de la dorsale).

Au niveau minéralogique, on a :

plagioclases + pyroxènes + eau = hornblende (amphibole)
plagioclases + hornblende + eau = actinote + chlorite

Le faciès métamorphique traduit un refroidissement et une hydratation, c’est le faciès schiste vert, on parle de « métamorphisme hydrothermal ».

Exemple : le métagabbro du Chenaillet.

c. La déshydratation des roches de la croûte océanique

La plaque subductée va s'enfoncer en ne récupérant que peu de chaleur, elle va traverser de nouveaux faciès métamorphiques.

L'enfouissement des roches (augmentation de la profondeur et de la pression) se traduit par une déshydratation de la croûte, une eau évacuée vers le manteau qui sera alors hydraté et ainsi susceptible d'entrer en fusion partielle (à l'origine du magma).

Les minéraux de la croûte océanique se déshydratent et se compactent pour devenir encore plus denses.

Au niveau minéralogique on a :

plagioclase + chlorite + actinote = glaucophane + eau

Les roches traversent ainsi le faciès schiste bleu.

Exemple : nous pouvons retrouver ces métagabbros dans le Queyras.