Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 29
Les roches métamorphiques
Je sais expliquer ce qu'est le métamorphisme, reconnaître une roche métamorphique à sa foliation et à ses minéraux, et retrouver la roche d'origine des principales roches métamorphiques.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir le métamorphisme et une roche métamorphique
- Distinguer métamorphisme de contact et métamorphisme régional
- Reconnaître les caractères d'une roche métamorphique (foliation, schistosité, minéraux nouveaux)
- Associer chaque roche métamorphique courante à sa roche d'origine
Avant de commencer : Les leçons sur les roches sédimentaires et magmatiques.
1Je découvre
Fatoumata visite avec sa classe l'exposition du ministère des Mines, à Conakry. Sur une table, un géologue a posé deux pierres côte à côte. La première est une argile grise, tendre, qui se raye à l'ongle. La seconde est une roche brillante, dure, formée de fines lamelles argentées bien alignées, qui se débitent en plaquettes.
« Ces deux roches ont exactement la même composition chimique, explique le géologue. La seconde était autrefois une argile comme la première. Elle a été enfouie à des kilomètres de profondeur, chauffée et écrasée pendant des millions d'années. Elle n'a jamais fondu, et pourtant elle a complètement changé. »
Fatoumata est intriguée : comment une roche peut-elle se transformer sans fondre ? Et à quoi reconnaît-on une roche qui a subi cette transformation ?
Qu'est-ce qu'une roche métamorphique, comment se forme-t-elle et comment la reconnaître ?
2Je comprends
1. Définition
Le mot métamorphisme vient du grec meta (changement) et morphê (forme) : c'est un changement de forme.
Le métamorphisme est l'ensemble des transformations à l'état solide subies par une roche soumise à une température et/ou une pression élevées, sans fusion. Une roche métamorphique est la roche obtenue. La roche de départ, appelée roche d'origine (ou roche mère), peut être sédimentaire, magmatique ou déjà métamorphique.
Pendant le métamorphisme :
- la composition chimique globale de la roche reste à peu près la même ;
- les minéraux se transforment : certains disparaissent, de nouveaux minéraux apparaissent (micas, grenat, staurotide…) ;
- les grains recristallisent et deviennent souvent plus gros ;
- la structure change : les minéraux s'orientent sous l'effet de la pression.
Si la température devient si forte que la roche commence à fondre, on sort du métamorphisme : on entre dans le domaine du magmatisme.
2. Les facteurs du métamorphisme
- La température : elle augmente avec la profondeur (environ 30 °C par kilomètre) ou au voisinage d'un magma.
- La pression : la pression due au poids des roches au-dessus augmente avec la profondeur ; de plus, lors de la formation des montagnes, les roches sont comprimées dans une direction : c'est ce qui aligne les minéraux.
- Le temps : les transformations sont très lentes (des millions d'années).
- Les fluides (eau chaude) : ils facilitent les réactions entre minéraux.
3. Deux types de métamorphisme
| Métamorphisme de contact | Métamorphisme régional (ou général) | |
|---|---|---|
| Cause principale | la chaleur d'un magma qui s'est mis en place à côté | la température et la pression élevées en profondeur |
| Étendue | une bande de quelques mètres à quelques kilomètres autour du magma (auréole) | de très grandes régions (des milliers de km²), surtout dans les chaînes de montagnes |
| Aspect des roches | roches dures, non feuilletées (cornéennes, marbre) | roches souvent feuilletées (schistes, micaschistes, gneiss) |
L'auréole de métamorphisme est la zone de roches transformées autour d'un massif de granite ou de gabbro. Plus on s'approche du magma, plus la transformation est forte.
4. Comment reconnaître une roche métamorphique ?
- La foliation : les minéraux sont disposés en feuillets ou en bandes parallèles. Quand la roche se débite facilement en plaquettes, on parle de schistosité (ardoise, schiste). Quand les minéraux clairs et sombres forment des bandes alternées, on parle de structure rubanée (gneiss).
- Des minéraux nouveaux, typiques du métamorphisme, comme le grenat (petits cristaux ronds rouge sombre).
- Des cristaux bien soudés, souvent brillants (micas).
- En général pas de fossiles : ils ont été détruits ou très déformés par la transformation.
Attention : les roches foliées ne sont pas des roches sédimentaires en strates. Les strates sont des dépôts successifs ; les feuillets métamorphiques sont dus à l'orientation des minéraux sous la pression.
- Couches dues à des dépôts successifs
- Peut contenir des fossiles
- Grains collés par un ciment
- Formée en surface, à basse température
- Feuillets dus à l'alignement des minéraux
- En général sans fossiles
- Cristaux soudés, recristallisés
- Formée en profondeur, chaleur et pression
5. Les principales roches métamorphiques et leur origine
La série de l'argile. Plus la température et la pression augmentent, plus la roche se transforme :
- 1Argile (roche sédimentaire tendre, plastique)
- 2Schiste ou ardoise : feuillets fins, se débite en plaques (métamorphisme faible)
- 3Micaschiste : feuillets brillants riches en micas, parfois avec grenats
- 4Gneiss : bandes claires (quartz, feldspath) et sombres (micas), roche dure
- 5Au-delà : début de fusion, la roche devient migmatite puis peut donner un magma
Autres exemples :
| Roche d'origine | Roche métamorphique | Caractères |
|---|---|---|
| calcaire | marbre | cristaux de calcite soudés, fait effervescence avec l'acide |
| grès (sable quartzeux) | quartzite | très dure, grains de quartz soudés, raye le verre |
| granite | gneiss (orthogneiss) | même minéraux que le granite, mais disposés en bandes |
| argile | schiste, micaschiste, gneiss | voir la série ci-dessus |
Exemple
Une roche blanche, formée de cristaux brillants soudés, fait une forte effervescence avec l'acide chlorhydrique et ne contient ni fossile ni grain de sable. Nomme-la et donne sa roche d'origine.
Étape 1 : effervescence avec l'acide : la roche contient du calcaire.
Étape 2 : cristaux soudés, sans fossiles : ce n'est pas un calcaire sédimentaire ordinaire, la roche a recristallisé.
Conclusion : c'est un marbre, roche métamorphique formée à partir d'un calcaire chauffé et comprimé.
Exemple
Sur une coupe, un massif de granite recoupe des couches de calcaire. Au contact du granite, on trouve du marbre ; à 2 km du granite, le calcaire est intact, avec ses fossiles. Explique.
Étape 1 : le granite s'est mis en place à l'état de magma très chaud.
Étape 2 : sa chaleur a transformé le calcaire voisin en marbre : c'est un métamorphisme de contact.
Étape 3 : la chaleur diminue avec la distance ; à 2 km, elle n'a pas suffi pour transformer le calcaire.
Conclusion : le marbre forme une auréole de métamorphisme autour du granite ; cela prouve aussi que le granite est plus récent que le calcaire qu'il a transformé.
Méthode
Pour identifier une roche métamorphique et sa roche d'origine :
- Je cherche la foliation (feuillets, bandes) ou des cristaux recristallisés et soudés.
- Je cherche des minéraux typiques (micas abondants, grenats).
- Je teste l'acide : si effervescence, la roche d'origine était un calcaire (marbre).
- Je teste la dureté : très dure et formée de quartz, la roche d'origine était un grès (quartzite).
- Feuilletée et riche en micas : roche d'origine argileuse ; en bandes avec feldspath et quartz : gneiss.
6. Les roches métamorphiques en Guinée
Une grande partie du sous-sol de la Guinée, surtout en Guinée forestière et en Haute-Guinée, appartient à un socle très ancien, formé de granites mais aussi de gneiss, de micaschistes et de quartzites. Ces roches ont été transformées en profondeur il y a très longtemps, puis mises à nu par l'érosion.
Les riches minerais de fer des monts Nimba et du Simandou sont liés à des roches métamorphiques : des quartzites riches en fer, en bandes alternées claires et sombres, appelées itabirites.
3Je retiens
Je retiens
Le métamorphisme est la transformation à l'état solide d'une roche sous l'effet d'une température et/ou d'une pression élevées, sans fusion.
La composition chimique reste à peu près la même, mais de nouveaux minéraux apparaissent et la structure change.
Métamorphisme de contact : chaleur d'un magma, auréole limitée. Métamorphisme régional : chaleur et pression en profondeur, sur de grandes régions.
Caractères : foliation (schistosité, bandes du gneiss), minéraux nouveaux (micas, grenat), pas de fossiles.
Argile → schiste → micaschiste → gneiss ; calcaire → marbre ; grès → quartzite ; granite → gneiss.
En Guinée : gneiss, micaschistes et quartzites du socle ; quartzites ferrugineux (itabirites) des monts Nimba et du Simandou.
4Erreurs fréquentes
- Dire que la roche métamorphique a fondu : le métamorphisme se fait à l'état solide ; s'il y a fusion, on parle de magmatisme.
- Confondre les feuillets d'un schiste avec les strates d'une roche sédimentaire : les feuillets viennent de l'orientation des minéraux sous la pression.
- Croire que le marbre ne réagit pas à l'acide parce qu'il est « transformé » : il reste fait de calcite et fait effervescence.
- Oublier que la roche d'origine peut être de n'importe quelle famille, y compris magmatique (granite → gneiss).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Définis : métamorphisme, roche d'origine, schistosité, auréole de métamorphisme.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Métamorphisme : ensemble des transformations à l'état solide d'une roche soumise à une température et/ou une pression élevées, sans fusion.
- Roche d'origine : roche qui existait avant le métamorphisme et qui a été transformée.
- Schistosité : disposition des minéraux en feuillets parallèles qui permet à la roche de se débiter en plaquettes.
- Auréole de métamorphisme : zone de roches transformées par la chaleur autour d'un massif magmatique.
2Exercice 2
Recopie et complète le tableau.
| Roche d'origine | Roche métamorphique |
|---|---|
| calcaire | … |
| … | quartzite |
| argile | … (deux réponses) |
| granite | … |
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| Roche d'origine | Roche métamorphique |
|---|---|
| calcaire | marbre |
| grès | quartzite |
| argile | schiste (ou micaschiste, gneiss) |
| granite | gneiss |
3Exercice 3
Réponds par vrai ou faux et corrige si nécessaire.
a) Le métamorphisme se fait à l'état liquide.
b) Le gneiss peut provenir d'une argile ou d'un granite.
c) Une roche métamorphique contient souvent des fossiles bien conservés.
d) Le marbre fait effervescence avec l'acide chlorhydrique.
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a) Faux : il se fait à l'état solide, sans fusion.
b) Vrai.
c) Faux : les fossiles sont en général détruits ou très déformés.
d) Vrai.
4Exercice 4
Une roche argileuse est enfouie progressivement. Le gradient géothermique est de 30 °C par kilomètre et la température de surface de 25 °C. On admet que les micaschistes se forment vers 500 °C et les gneiss vers 650 °C.
a) À quelle profondeur la roche atteint-elle 500 °C ? Donne le résultat arrondi au kilomètre.
b) À quelle profondeur atteint-elle 650 °C ?
c) Quelle roche métamorphique se forme à chacune de ces profondeurs ?
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a) Augmentation nécessaire : 500 - 25 = 475 °C ; profondeur : 47530 ≈ 15,8, soit environ 16 km.
b) 650 - 25 = 625 °C ; 62530 ≈ 20,8, soit environ 21 km.
c) Vers 16 km, il se forme un micaschiste ; vers 21 km, un gneiss.
5Exercice 5
(Type composition) Un géologue étudie une région où un massif de granite est entouré de couches d'argile. En s'éloignant du granite, il observe successivement : des cornéennes (roches dures, non feuilletées, riches en minéraux nouveaux), puis des argiles légèrement durcies, puis des argiles normales contenant des fossiles.
a) Quel type de métamorphisme a eu lieu ici ? Justifie.
b) Pourquoi la transformation diminue-t-elle quand on s'éloigne du granite ?
c) Comment appelle-t-on la zone de roches transformées autour du granite ?
d) Le granite est-il plus ancien ou plus récent que les argiles ? Justifie.
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a) Un métamorphisme de contact : les roches transformées se trouvent seulement autour du granite, et la transformation est due à la chaleur du magma ; les cornéennes, non feuilletées, sont typiques de ce métamorphisme.
b) La chaleur du magma diminue quand on s'éloigne du granite ; loin de lui, la température n'a pas été suffisante pour transformer les argiles.
c) L'auréole de métamorphisme.
d) Le granite est plus récent : il a transformé les argiles, qui existaient donc déjà quand le magma s'est mis en place.
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