Pétrologie/Pétrologie magmatique

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Les roches magmatiques (également appelés roches ignées et roches éruptives) se forment quand un magma se refroidit et se solidifie, avec ou sans cristallisation complète des minéraux le composant. Les magmas à l'origine de ces différentes roches peuvent provenir du manteau terrestre, de la croûte ou même d'une roche déjà existante refondue.

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Formation du magma

Le magma est de la roche en fusion contenant des gaz dissous. Il se forme à haute température et sous haute pression par fusion partielle de la croûte terrestre ou du manteau.

Remontée magmatique

Le magma, moins dense que la roche solide de la lithosphère, est entraîné vers le haut par la poussée d'Archimède. Lors de la remontée du magma vers la surface, il se refroidit et peut cristalliser sans émerger pour former une roche plutonique dans des réservoirs, des dykes ou des sills. Si le magma atteint la surface, il jaillit par les cratères des volcans sous forme de lave dont la composition dictera le caractère plus ou moins fluide ou visqueux.

Cristallisation fractionnée

La cristallisation progressive d'un magma est due à des changements de conditions physico-chimiques:

• Baisse de pression et de température dues à la montée du magma au travers de la croûte terrestre
• Augmentation de pression due à l'affrontement de plusieurs plaques tectoniques

La cristallisation fractionnée se produit sur les bords de la chambre magmatique et est la conséquence d'une dynamique de diffusion d'éléments chimiques dans une chambre brassée ou non par convection. Durant ce processus on forme alors un litage minéral traduisant l'évolution de la concentration locales en minéraux. Lorsque la roche source est ainsi en partie fondue, on a formation de liquide magmatique entre les cristaux non encore fondus : les phases solides et liquides coexistent. Le magma résiduel quant à lui s'enrichit globalement en silice. Les différentes roches issues de ces magmas plus ou moins différenciés constituent une série différenciée.

La cristallisation des silicates dans un magma se fait dans un ordre bien défini, selon la suite réactionnelle de Bowen, produisant des assemblages minéralogiques différents : ultramafiques, mafiques, intermédiaires et felsiques. Ces quatre assemblages définissent quatre grands types de roches ignées. Les premiers minéraux à cristalliser sur le bord de la chambre seront évidemment les minéraux de haute température.

Composition du magma

L'acidité ou la basicité d'un magma dépend de sa teneur en silice (Si02) :

• riche en silice (plus de 66%) le magma est acide, et sa viscosité est élevée :
• pauvre en silice (moins de 52%) le magma est basique, et sa viscosité est faible.
• Si le magma contient moins de 45% de silice, il est alors dit ultrabasique.

Série différenciée

Une série différenciée ou série magmatique est une famille de roches magmatiques formées à partir d'un même magma. Une éruption à des moments différents donnera des roches différentes formant la série différenciée. Plus les roches sont différenciées plus elles sont riches en minéraux alcalins, et souvent en silice, et pauvres en calcium et minéraux ferro-magnésiens. La différenciation se mesure par le rapport (K+Na)/(K+Na+Ca).

Processus de cristallisation

• les roches volcaniques ou extrusives ou effusives, refroidies brutalement en surface après une éruption volcanique, hémicristallines ;
• les roches plutoniques ou intrusives qui se sont refroidies en profondeur, lentement et sans dégazage dans la chambre magmatique, et sont donc holocristallines ;
• les roches filoniennes ou hypoabyssales (hypabyssales), intermédiaires entre les roches extrusives et intrusives, et ayant subi un dégazage partiel.

Principales zones de formation

• Dans le manteau terrestre : à environ 100 kilomètres de profondeur les conditions de pression et de température permettent la fusion partielle du manteau.
• Au-dessus d'une subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale : il y a formation d'une cordillère. Le magma constitue alors une série différenciée.
• Au-dessus d'une subduction d'une plaque océanique sous une autre plaque océanique : il y a formation d'un arc insulaire.
• Au niveau des crêtes médio-océaniques : les plaques s'écartent, la croûte est amincie et fracturée et la pression dans le manteau diminue. Le magma sort en formant la croûte océanique. Sous la mer, le magma s'épanche en lave en coussin.
• Au niveau de points chauds: certains chapelets d'îles volcaniques en sont les effets très visibles.