On va définir sous le terme de métamorphisme l'ensemble des transformations d'une roche à l'état solide du fait de la variation de la pression et de la température, avec cristallisation de nouveaux minéraux dits néoformés, et acquisition de textures et structures particulières. La roche de départ est appelé protolithe. Un ensemble de minéraux vont pouvoir coexister à l'équilibre, on parle alors de paragenèse. Si la paragenèse de la roche métamorphique est identique en terme de chimisme avec le protolithe, on parle de métamorphisme isochimique. A l'inverse si il y a des variations de chimisme par perte d'eau, de constituants chimiques, alors on parlera de métamorphisme allochimique. Le phénomène lié à cette modification chimique est appelée métasomatose. L'apparition ou la disparition de minéraux dans un même espace en fonction des variations pression / température est indiquée par un isograde.

Le phénomène de métamorphisme est  donc largement sous l'influence de la pression et de la température. Ainsi, suivant l'origine de ces 2 paramètres, on pourra distinguer différents types de métamorphismes:

* le métamorphisme de contact : il est lié à l'apparition d'un pluton magmatique. La différence de température entre ce pluton et l'encaissant est telle que les roches de l'encaissant au contact de ce pluton vont subir un métamorphisme. La zone métamorphisée est épaisse de quelques mètres à quelques centaines de mètres, et son affleurement dessine sur une carte géologique une oréole de métamorphisme de contact, à limite externe imprécise du fait de la décroissance progressive de la température. L'exemple le plus connu est celui du pluton granitique de Flamanville ( carte de Cherbourg au 1/50000 ).

* le métamorphisme régional : il affecte l'ensemble des roches sur des épaisseurs et des surfaces beaucoup plus importantes. Il est lié à un enfouissement ou à des phénomènes tectoniques liés par exemple aux chaînes de montagnes. Un exmple incontournable est celui du massif de l'Arize ( carte de St Girons au 1/50000 ).

* les métamorphismes secondaires : ce sont les métamorphismes hydrothermaux. Ces sources d'eau chaude (350 °C en moyenne) réchauffent les roches au contact. On retrouvent ce métamorphisme sur les continents à l'origine de geysers (le "old faith full", Yellow stone aux USA), dans le font des océans constituant des "fumeurs noirs". Un autre métamorphisme secondaire existe mais il est beaucoup plus rare, c'est le métamorphisme d'impact dit de ultra haute pression (UHP). Il est lié à la chute de grosses météorites. Il est caractérisé par la présence de coésite, silice de très haute pression dans les cratères d'impact de météorites ou astroblèmes.

 

Suivant les conditions de pression et de température, il sera possible de retrouver dans une roche certains minéraux qui seront absents dans d'autres conditions. Il est alors possible de réaliser des droites d'équilibre de réactions expérimentales entre quelques minéraux de métamorphisme.

La classification et la nomenclature des roches métamorphiques sont complexes car interviennent les caractéristiques des roches originelles et celle du métamorphisme. Ce dernier présente différents degrés, définis par les conditions pression / température, et caractérisés par des faciès de minéraux ( proposés par Eskola).

1- faciès zéolites

2- faciès prehnite-pumpellyite

3- faciès cornéennes

4- faciès schistes verts

5- faciès amphibolites

6- faciès granulites

7- faciès schistes bleus

8- faciès éclogites

 

Dans ces faciès qui délimitent une zone de pression et de température, on va retrouver des minéraux marqueurs de chaque faciès. Ainsi, l'observation des minéraux d'une roche permettra de connaître les conditions de sa formation. Par exemple, si on trouve de l'andalousite dans la roche, on saura qu'elle a été formée à basse pression. A l'inverse, les grenats dans une roche sont les marqueurs de conditions de haute pression et de haute température. On peut établir le tableau suivant:

 

 

roches basiques

roche pélitiques

Schistes verts

 Chlorite, Albite, Actinote, Epidote

 Biotite, Muscovite, Chlorite, Chloritoïde

Amphibolites

 Plagioclase, Horneblende

 Biotite, Muscovite, Staurotide, Grenat, Al2SiO5

Granulites

 Plagioclase, Clinopyroxène, Orthopyroxène

 Biotite, Grenat, Cordiérite, Al2SiO5

Schistes bleus

 Glaucophane, Epidote, Chlorite, Lawsonite

 Muscovite, Chlorite, Chloritoïde, Grenat

Eclogites

 Grenat, Omphacite

 Grenat, Muscovite, Disthène

L'andalousite, le disthène, la sillimanite sont des silicates d'alumine dont la formule chimique est Al2SiO5

Les variations de pression et de température permettent de définir des "climats" métamorphiques qu'il ne faut pas confondre avec des intensités de métamorphisme car dans chaque climat on peut rencontrer tous les degrés de métamorphisme. Cette classification des "climats" métamorphiques ou séries, a été élaborée par Miyashiro au cours des années soixante, à partir de l'étude des ceintures métamorphiques de l'arc japonais. Suivant les gradients différents de pression et température on distingue:

* Le climat BP-HT (basse pression-haute température) = série Abukuma-Rioké

Elle correspond à une tectonique de type détente post collisionnelle ou au métamorphisme océanique hydrothermal. Ex: Plumanac'h, Flamanville.

 

* Le climat MP-MT (moyenne pression-moyenne température) = série Barrovienne

Elle correspond à une tectonique de type collision. Ex: Massif central, Sable d'Ologne.

 

* Le climat HP-BT (haute pression-basse température) = série Franciscaine

Elle correspond à une tectonique de type subduction. Ex: île de Groix, Alpes.

 

 

Ce qu'il faut retenir : Lorsque vous trouvez sur le terrain une roche: un gneiss, un schiste, une glaucophanite, une prasanite... ou toute autre roche métamorphique, vous avez la possibilité d'identifier les minéraux ou les principaux. En effectuant une lame mince par un laboratoire de géologie vous pourrez identifier tout les minéraux de la roche. Aprés avoir identifié les minéraux métamorphiques, vous pourrez connaître le faciès correspondant puis la série métamorphique.

En faisant ainsi, vous pourrez enfin connaître les conditions tectoniques à l'origine de la formation de votre échantillon et de reconstruire l'histoire géologique de la région.