Gneiss folié de Clabaria. © Annamaria Fornelli, imaggeo.egu.eu
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Faciès métamorphique : qu'est-ce que c'est ?

DéfinitionClassé sous :Terre , Géologie , métamorphisme

L'étude des roches métamorphiques est essentielle à la compréhension de l'histoire tectonique d'une région. On parle de métamorphisme lorsqu'une roche, quelle qu'elle soit, subit une transformation en lien avec une augmentation de la pression et de la température. L'étude de ces modifications permet donc de retracer le trajet suivi au sein de la croûte terrestre.

La composition minéralogique d’une roche témoigne des conditions de pression et température subies

Dès le début du XXe siècle, des scientifiques ont découvert que l'intensité du métamorphisme pouvait être corrélée avec l'apparition de certains minéraux, comme la chlorite, la biotite, la staurotide, le disthène et la sillimanite. Ces minéraux, qui font partie de la série alumineuse, sont alors utilisés comme des minéraux-repères pour définir le degré de métamorphisme qu'a subi la roche. Sur le terrain, il devient possible d'établir rapidement, à partir de l'observation de la composition minéralogique, différentes zones métamorphiques. Bien qu'utile, cette méthode n'est pas assez précise pour déterminer exactement les conditions de pression et température qu'a subies la roche.

Gneiss ayant enregistré un épisode de déformation lors du processus métamorphique. © Huhulenik, Wikimedia Commons, CC by 3.0

En 1915, le géologue finlandais Eskola propose le concept de faciès métamorphique. Il le définit de la manière suivante : « dans toute roche métamorphique qui a atteint un équilibre chimique via le métamorphisme dans des conditions de température et de pression constantes, la composition des minéraux est contrôlée uniquement par la composition chimique de la roche ». Autrement dit, la composition minéralogique d'une roche métamorphique permet de remonter aux conditions de pression et température subies, en fonction de la composition du protolithe (la roche d'origine).

Les différents faciès métamorphiques définis par Eskola

Cette classification est aujourd'hui utilisée de manière universelle. Elle se base à l'origine sur la série basique (gabbros) et non plus alumineuse. On distingue ainsi principalement :

  • le faciès des zéolites, qui marque le premier degré de métamorphisme, après le processus de diagenèse. La gamme de température est inférieure à 300 °C, la pression faible ;
  • le faciès à prehnite-pumpellyite : température de 350 à 400 °C, pression modérée ;
  • le faciès des cornéennes, qui s'étend sur une large gamme de température (jusqu'à plus de 800 °C) mais pour des pressions faibles. C'est le faciès typique du métamorphisme de contact. Les minéraux types sont : orthose, plagioclase, andalousite, cordiérite, biotite, hypersthène-enstatite, diopside, wollastonite, grossulaire-andradite, olivine ;
  • le faciès des schistes verts : basse température, moyenne pression. Les minéraux types sont : albite, séricite, chlorite, talc, serpentine, épidote, calcite, dolomite ;
  • le faciès des schistes bleus (ou faciès à schistes à glaucophane), caractéristique du métamorphisme de basse température mais haute pression. On trouve des roches de ce faciès notamment dans les zones internes des chaînes de montagnes ou dans les zones de subduction ;
  • le faciès des amphibolites, caractéristique d'un métamorphisme de pression et température élevées. Ces conditions sont proches de celles de la fusion. Les minéraux types sont : amphiboles, microcline, plagioclase, muscovite, andalousite, almandin, anthophyllite, cummingtonite, diopside, wollastonite, grossulaire-andradite ;
  • le faciès des granulites, marqué par de très hautes températures et de très hautes pressions, des conditions typiques de la base de la croûte continentale ;
  • le faciès des éclogites, caractéristique d'une gamme de haute température et énorme pression. Ce faciès est associé à une déshydratation progressive des roches. Ces conditions marquent notamment la transformation des gabbros et basaltes en roches riches en pyroxènes et grenats ;
  • le faciès à sanidinites qui se caractérise par de très hautes températures mais une pression très faible (guère plus que la pression atmosphérique). Ce faciès est caractéristique des épisodes de « cuisson » d'une roche au contact d'une lave par exemple. Les minéraux types sont : sanidine, plagioclase, sillimanite, cordiérite, clinoenstatite-diopside, wollastonite, olivine.
Diagramme des champs de pression et température des différents faciès métamorphiques. © Woudloper, Jur@astro, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Les roches peuvent passer d’un faciès à un autre en fonction de l’évolution des conditions

Attention, le faciès est là pour comprendre dans quelle gamme de température-pression s'est transformée une roche. Même si le nom du faciès correspond au nom de certaines roches métamorphiques grâce auxquelles les faciès ont été définis, cela ne signifie pas que toutes les roches entrant dans un faciès possèdent son nom. Par exemple, sous 6 kbar et 550 °C, un basalte devient une amphibolite (riche en amphiboles), mais un granite deviendra un gneiss à deux micas (riche en plagioclases, quartz, feldspath, mais sans amphiboles). Les deux roches appartiennent tout de même au faciès des amphibolites.

Les roches peuvent passer d'un faciès à un autre, en fonction de l'évolution conjointe de la pression et de la température. Ainsi, dans les zones de subduction, les roches passent progressivement du faciès schistes verts à schistes bleus puis à éclogites.

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