L’écorce terrestre est composée d’une multitude de roches différentes, tant par leur composition minéralogique que par leur mode de formation et leur origine. Sur la base des mécanismes de genèse, on peut cependant les regrouper en trois grands types.

Cela vous intéressera aussi

L'ensemble des roches qui existent sur TerreTerre peut être divisé en trois grands types : les roches magmatiquesroches magmatiques, les roches métamorphiquesroches métamorphiques et les roches sédimentairesroches sédimentaires. Cette classification ne repose pas sur une composition minéralogique particulière mais est établie sur la base des processus de genèse, qui sont très différents d'un type à l'autre. Chaque type possède ainsi des caractéristiques bien spécifiques qui permettent de les différencier.

Les roches magmatiques

Les roches magmatiques - parfois appelées roches endogènesroches endogènes ou roches ignées - sont issues du refroidissement et de la cristallisation de minérauxminéraux à partir d'un magmamagma.

Un magma est un liquide produit par la fusion partielle (c'est-à-dire incomplète) des roches du manteaumanteau ou de la croûte. Il contient une part fluide et une part cristallisée, dans des proportions qui vont dépendre des conditions de température et de pressionpression. La composition chimique du magma, qui varie en fonction de la nature des roches fondues, du degré de fusion partiellefusion partielle et des conditions du milieu (hydratationhydratation, par exemple), va grandement influencer la composition des roches magmatiques qui en seront issues. Mais cette composition minéralogique finale va également fortement dépendre d'un processus qui se joue au sein de la chambre magmatiquechambre magmatique et que l'on appelle cristallisation fractionnéecristallisation fractionnée.

En effet, tous les minéraux ne vont pas cristalliser en même temps. Chaque espèceespèce minérale possède une température de liquidus/solidus bien spécifique. Avec le refroidissement progressif du magma dans la chambre magmatique, certains minéraux vont commencer à cristalliser très tôt alors que d'autres vont rester en solution dans la phase liquideliquide. Ainsi, les cristaux des différentes espèces minérales peuvent apparaître progressivement. C'est ce processus qui va donner naissance à différentes roches magmatiques, à partir d'un même magma.

En arrivant en surface le magma devient de la lave qui se solidifie rapidement, donnant naissance à des roches volcaniques. © <em>U.S. Geological Survey</em>, Flickr, domaine public
En arrivant en surface le magma devient de la lave qui se solidifie rapidement, donnant naissance à des roches volcaniques. © U.S. Geological Survey, Flickr, domaine public

Un autre processus intervient lors de la cristallisation, et va influencer la composition chimique finale des roches magmatiques. Certains éléments chimiqueséléments chimiques vont en effet avoir tendance à rester préférentiellement dans la phase liquide au cours de la cristallisation. Ce sont les éléments dits incompatibles (comme K, Rb, Cs, Ba, Sr, U Th), dont le rayon ionique est grand, ce qui les empêche d'intégrer facilement un réseau cristallinréseau cristallin. À l'inverse, on trouve également des éléments dits compatibles (comme Cr et Ni), qui vont facilement intégrer la structure cristalline des minéraux en cours de cristallisation.

C'est l'ensemble de ces processus qui ont lieu au cours de la cristallisation qui va donner naissance à la grande variété de roches magmatiques. À l'inverse, l'étude de la composition des roches permet de remonter aux conditions du milieu au moment de leur formation et ainsi de retracer la source et l'évolution du magma.

Gabbro. © Anders Damberg, <em>Geological Survey of Sweden SGU</em>, Wikimedia Commons, CC by 2.0
Gabbro. © Anders Damberg, Geological Survey of Sweden SGU, Wikimedia Commons, CC by 2.0

Au sein des roches magmatiques, on différencie ainsi les roches plutoniquesroches plutoniques, qui vont cristalliser lentement en profondeur, et les roches volcaniquesroches volcaniques, qui vont cristalliser rapidement en surface. En fonction de leur vitessevitesse de cristallisation, les roches magmatiques vont présenter des texturestextures très différentes. Cela va de la texture porphyriqueporphyrique, qui présente des cristaux de très grande taille, au verre volcanique, qui est issu d'un refroidissement extrêmement rapide d'un magma ne laissant pas le temps aux minéraux de cristalliser (effet de trempe).

Obsidienne (verre volcanique). © Ji-Elle, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Obsidienne (verre volcanique). © Ji-Elle, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Exemples typiques de roches magmatiques : gabbrogabbro (roche plutonique), granitegranite (roche plutonique), basaltebasalte (roche volcanique), andésiteandésite (roche volcanique).

Les roches sédimentaires

Les roches sédimentaires (ou roches exogènesroches exogènes) sont issues du dépôt et de l’accumulation de particules sédimentaires qui peuvent être très diverses et avoir de nombreuses origines. Les particules sédimentaires proviennent de l'érosion mécanique et de l'altération chimique de roches mères (on parle de la source des sédimentssédiments). Les particules sédimentaires peuvent ainsi se trouver sous la forme de clastes plus ou moins gros (galets, débris de roches, coquillescoquilles...), de grains (minéraux ou fragments de minéraux), mais également sous la forme de particules en solution, qui vont précipiter dans certaines conditions.

Passage des grès vosgien (en bas) au conglomérat principal où les galets sont bien visibles. Site du Haut-Barr. © Lithothèque d’Alsace
Passage des grès vosgien (en bas) au conglomérat principal où les galets sont bien visibles. Site du Haut-Barr. © Lithothèque d’Alsace

Le milieu de dépôt est variable : les sédiments peuvent se déposer en milieu continental, dans un lac ou une rivière, ou en milieu marin/océanique. Une fois déposés, généralement sous la forme de stratesstrates (couches superposées), les sédiments meubles vont subir un processus de lithificationlithification que l'on appelle la diagenèsediagenèse, qui est lié à l'augmentation de la pression et de la température suite à l'enfouissement des couches profondes. À l'issue de la diagenèse, on obtient une roche sédimentaire indurée, dont la nature dépendra à la fois de l'origine des éléments qui la compose, mais également du processus de diagenèse.

Contrairement aux roches magmatiques qui se forment à une température élevée (650 à 1.200 °C), les roches sédimentaires se forment donc à basse température.

En fonction de la nature des sédiments (composition chimique de la roche), des mécanismes de diagenèse et du milieu de dépôt, on peut établir une classification, qui ne reflète cependant pas totalement la complexité des roches sédimentaires. En considérant les mécanismes de genèse, on peut définir trois catégories principales :

1. Les roches détritiques

Les roches détritiques sont les plus abondantes. On parle de roches détritiques terrigènes si elles se composent d'au moins 50 % de débris issus de l'érosion d'autres roches (magmatiques, métamorphiques ou sédimentaires). On parle de roches détritiques biogéniques si les débris sont d'origine biologiques, comme les coquilles.

Ce conglomérat contient des clastes de tailles très variées, qui proviennent de l'érosion de roches sources. © AS, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Ce conglomérat contient des clastes de tailles très variées, qui proviennent de l'érosion de roches sources. © AS, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Dans cette famille, on peut différencier les roches pyroclastiques, qui sont formées par l'accumulation de débris volcaniques comme les cendres.

Exemples typiques de roches sédimentaires détritiques : grèsgrès, conglomératconglomérat, argilesargiles, limonlimon, tuftuf...

2. Les roches biogènes

Les roches biogènes proviennent de l’accumulation et de la transformation de la matière organique (charboncharbon pétrole), ou de parties minérales d'organismes vivants (craiecraie). Les bioconstructions, comme les coraux, font également partie de cette catégorie de roches sédimentaires. On parle plus spécifiquement de roches biochimiques pour décrire les roches issues de la précipitation d'éléments chimiques sous l'influence d'un métabolismemétabolisme biologique (roche calcairecalcaire par exemple).

Affleurement d’un niveau de charbon bitumineux (littoral de Nouvelle-Écosse). © Rygel, M.C., CC by-sa 3.0, Wikimedia Commons
Affleurement d’un niveau de charbon bitumineux (littoral de Nouvelle-Écosse). © Rygel, M.C., CC by-sa 3.0, Wikimedia Commons

3. Les roches chimiques

Lorsqu'il y a précipitation d'éléments chimiques en solution, on va parler de roches chimiques. Lorsque la précipitation se fait en condition d'évaporation, on parle de roches évaporitiques ou salines, comme le gypsegypse, le sel gemme ou les phosphatesphosphates.

Le sel gemme est une roche évaporitique. © Cantons-de-l'Est, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Le sel gemme est une roche évaporitique. © Cantons-de-l'Est, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Les roches métamorphiques

Les roches métamorphiques forment la troisième et dernière grande famille de roches. Contrairement aux deux autres types de roches, qui prennent naissance dans des conditions thermodynamiquesthermodynamiques relativement bien définies, le champ pression/température de formation des roches métamorphiques est beaucoup plus vaste.

Les roches métamorphiques sont issues de la transformation et du ré-assemblage de roches préexistantes (protolitheprotolithe) sous des conditions variables de pression et de température. Le protolithe peut appartenir à n'importe quel type de roche : magmatique ou sédimentaire. Le métamorphismemétamorphisme, processus qui régit la transformation d'un protolithe, s'explique par le fait que les minéraux ne sont stables que dans un domaine bien défini de température et de pression. Or, il peut arriver, notamment lors des mouvementsmouvements tectoniques, que des roches soient entraînées à très grande profondeur. Au fur et à mesure de l'augmentation de la pression et de la température, les minéraux vont devenir instables et réagir entre eux par le biais de divers mécanismes. Une nouvelle roche va ainsi se former. Elle pourra être ensuite exhumée en surface par le biais de nouveaux mouvements tectoniques.

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

À partir de la composition d'une roche métamorphique, il est possible de retracer assez finement le chemin pression/température suivi par le protolithe et reconstruire l'histoire tectonique d'une région. Les roches métamorphiques sont ainsi différenciées en fonction de leur composition en plusieurs faciès métamorphiquesfaciès métamorphiques, qui définissent des gammes de pression-température relatives à l'apparition de certains minéraux clés.

Au cours de leur transformation, les roches métamorphiques peuvent subir d'importantes déformations, qui vont structurer la roche de diverses manières en fonction des contraintes subies. On parle ainsi de schistosité ou de foliation.

Exemples typiques de roches métamorphiques : schistesschistes, gneissgneiss, marbremarbre...

Carrière de marbre en Italie (Carrare). © Reiner Flassig, Wikimedia Commons, domaine public
Carrière de marbre en Italie (Carrare). © Reiner Flassig, Wikimedia Commons, domaine public

On voit que les trois types de roches ne sont pas indépendants et que les interconnexions sont nombreuses. Une roche magmatique peut être érodée et produire une roche sédimentaire, qui elle-même peut évoluer en une roche métamorphique. Une roche métamorphique peut subir un épisode de fusion partielle et produire du magma, qui donnera naissance à une nouvelle roche magmatique. Cette forme de cyclicité met en lumièrelumière le grand principe de recyclagerecyclage auquel sont soumises les roches de la croûte terrestrecroûte terrestre, en lien avec la tectonique des plaques.