- Relation entre la Composition Chimique et la Composition Minéralogique d'une Roche Métamorphique : la Règle des Phases de Gibbs -

Au cours d'une évolution métamorphique prograde, des minéraux nouveaux se forment tandis que d'autres disparaissent. Mais le nombre de minéraux n'augmente pas, mais, au contraire, reste à peu près constant. Ainsi, à P0-T0 et à P1-T1, la roche ci-dessous a deux minéraux, même si elle passe par un stade intermédiaire, transitoire au cours duquel elle est constituée de trois : A, Bet C.

Il existe une relation mathématique très simple qui lie le nombre de minéraux et le nombre de constituants chimiques de la roche. C'est la règle des phases de Gibbs qui s'écrit :

M = C + 2 - F

M est le nombre de phases physiquement distinctes : dans le cas des roches, il s'agit des minéraux (et de la phase vapeur).
C est le nombre de constituants chimiques indépendants. Le chiffre 2 indiquent le nombre de paramètres intensifs du métamorphisme : T et P. Si l'on raisonne dans un système isobare ou isotherme, alors ce chiffre est 1.
" F " est le degré de liberté ou la variance de l'assemblage des " M " minéraux. Nous considérerons uniquement des valeurs de F comprises entre 0 et 2. Mais des valeurs supérieures et négatives sont possibles.

Si F=2, la régle des phases indique M=C. Cet " assemblage " a deux degrés de liberté dans l'espace P-T. Cela signifie que chacune des paragenèses de "M" minéraux est stable lorsque que P et/ou T varient dans un intervalle DP - DT. On dit que cette paragenèse est divariante. Sur le diagramme P-T ci-dessous, les assemblages à 2 minéraux A+B et A+C sont divariants et sont stables dans les champs gris.

Pour F=1, la régle des phases indique M=C+1. Mais la paragenèse à trois minéraux A+B+C n'a qu'un degré de liberté dans l'espace P-T. Cela veut dire que P ne peut varier qu'en fonction de T (P=f(T)) pour que la paragenèse reste stable. P=f(T) est une courbe dans l'espace P-T. L'association minéralogique A+B+C est qualifié d'uni (ou mono) variant. La texture coronitique correspond à cette situation.

Si F= 0, la paragenèse contient M=C+2, mais n'a plus aucun degré de liberté : elle ne peut exister qu'en un seul point, appelé point invariant. Sur le diagramme P-T, ce point est à l'intersection des courbes univariantes.

Dans le diagramme P-T , lorsque la roche passe des conditions P0-T0 à P1-T1, l'assemblage divariant de 2 minéraux A-B est remplacé par un autre assemblage divariant (A-C ou B-C) en passant par l'intermédiaire de l'assemblage univariant à 3 phases A-B-C. Par ailleurs, la règle des phases impose que le système contient deux constituants chimiques indépendants, puisque les assemblages divariants sont formés de 2 minéraux.

Une application importante de la Règle des Phases est la représentation graphique des paragenèses des roches métamorphiques dans des diagrammes appropriés et l'élaboration de grilles pétrogénétiques.


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