De la Difficulté de tracer un trajet PTt

Pour tracer le trajet PTt d'un gabbro de la croûte océanique, nous avons interprété la texture coronitique ci-dessous comme le témoignage du refroidissement de la roche dans la croûte océnaique. Nous avons supposé que la couronne se développe lorsque la roche franchit les conditions d'équilibre de la réaction pyroxènes + plagioclase + V = Hbl.


Formation d'une couronne de hornblende brune au cours du refroidissement d'un gabbro dans la croûte océanique

Nous interprétons cette texture en dessinant un trajet qui, logiquement recoupe la réaction, comme la flèche grise sur la figure ci-dessous. Cependant, si nous connaissons les conditions Pet T du point de départ (M1) et du point d'arrivée M2, il n'y a pas qu'un seul chemin (=trajet PTt) possible pour joindre ces deux points dans l'espace P-T. Si M1 et M2 correspondent à deux événements thermiques (métamorphiques) bien séparés chronologiquement, il y a de fortes chances que la roche formée en M1 se rééquilibre dans les conditions géothermiques avant l'évènement M2. C'est le trajet en tirets ci-dessous :


a - Deux trajets PTt produisant la texture cononitique du minéral C en franchissant la réaction A+B=C. SG est le géotherme stable.

Dans ces deux cas, on suppose que la réaction A+B=C, à l'origine de la texture coronitique, a été croisée : la roche est passée du champ de stabilité de l'assemblage A+B au champ de stabilité des assemblages C+A/B

Cependant, pendant le refroidissement et l'exhumation consécutive à l'évènement M1, l'assemblage A+B a pu être conservée dans la roche, à l'état métastable, à basses pressions et basses températures, en dehors du champ de stabilité de l'assemblage A+B.


b - Dans ce cas, le trajet PTt produisant la texture cononitique du minéral C ne franchit pas la réaction A+B=C.

En effet, pour des raisons cinétiques, la réaction A+B=D peut ne pas se réaliser : c'est ce qui explique la présence de roches métamorphiques à la surface du globe. Au cours de l'évènement M2, l'assemblage métastable A+B est porté dans le champ de stabilité des assemblages A-C et B-C : l'assemblage coronitique A-B-C se forme, mais sans que la réaction A+B=C ne soit jamais croisée.

Ainsi, une réaction peut se réaliser sans avoir été franchie dans l'espace P-T. Pour comprendre ce fait surprenant, il faut d'abord se rappeler que nous raisonnons sur des diagrammes P-T à l'équilibre pour expliquer des assemblages coronitiques en déséquilibre. Ainsi, le long du trajet gris continu de la figure a, la réaction ne se réalise pas "sur" la réaction (cad pour les conditions PT de la réaction), mais lorsque celle-ci est dépassée. Et plus l'écart de T et P (le dépassement) sera grand, plus la vitesse de réaction est grande. Un glaçon sorti du réfrigérateur, laissé à 0°C ne fond pas. Par contre, il fondra plus vite à 30° qu'à 5°C !

Revenons à la règle des phases : sur la ligne de réaction univariante, les trois minéraux A-B-C sont à l'équilibre. Si la roche contenant A-B atteint les conditions de la réaction, ces 2 minéraux sont encore à l'équilibre et ne réagissent pas. C'est seulement après un "dépassement" de T et P que la réaction se réalise. Ainsi, sur les figures précédentes, la réaction A+B=C se réalisera au point M2, quel que soit le chemin parcouru pour atteindre ce point et, en particulier, un chemin qui peut ne jamais croiser les limites de stabilité de la réaction !

De lors, peut-on affirmer que la couronne d'amphibole de la photo ci-dessus s'est formée au cours d'un trajet de refroidissement franchissant la réaction pyroxènes + plagioclase + V = Hbl (point 2 du Trajet du Gabbro dans la croûte océanique), témoignant ainsi d'un refroidissement de la lithosphère océanique ? Dans le cas présent, l'analyse pétrographique ne permet pas une conclusion définitive ! Parfois, cependant, on remarque que la couleur de la couronne d'amphibole varie dans les bruns jusqu'à devenir verte en périphérie. L'analyse de la composition chimique de l'amphibole montre une diminution de la teneur en Titane (responsable de la couleur brune) vers la périphérie de la couronne. La teneur en Ti de l'amphibole est dépendante de la température et est compatible avec une formation de la couronne au cours d'un refroidissement.

Le trajet PTt de la figure b n'est pas une vue de l'esprit, mais est, sans doute, commun dans le cas d'histoires polycycliques. L'étude détaillée de métanorites (une norite est un gabbro à orthopyroxène - plagioclase) du Massif Central français en donne un bel exemple : ces roches, mises en place dans la croûte océanique anté-hercynienne, vers 490Ma, sont métamorphisées aux environs de 410Ma au cours d'un métamorphisme prograde et développent de magnifiques coronites apparemment rétrogrades. (voir ce travail mais aussi l'article ?)

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