ROCHES (Formation) Pétrologie

Différenciation et origine des roches

Dans bien des cas, les systèmes chimico-minéralogiques que sont les roches évoluent à composition globale approximativement constante. Pourtant, nombreux sont les exemples qui montrent l'importance des transferts et partages de matière dans les phénomènes géologiques. Ces modifications de la chimie des roches s'effectuent pour l'essentiel par l'intermédiaire d'une phase fluide, et ce pour une cause très simple : en raison des différences marquées de leurs propriétés physiques respectives (densité, viscosité, en particulier), il est aisé de séparer mécaniquement l'ensemble des solides de la phase fluide. Comme la partition de la plupart des éléments entre ces deux ensembles est souvent importante, chacun d'eux aura, après séparation, une composition différente de la composition globale initiale.

Parmi les mécanismes susceptibles de conduire à ce résultat, on peut citer les suivants :

– le tri mécanique et l'altération différentielle des diverses espèces minérales. Ces mécanismes caractérisent l'érosion, l'altération superficielle et le transport des sédiments : les phénomènes superficiels sont une des causes essentielles de différenciation (cf. granite et rhyolites) ;

– la fusion partielle d'une roche, avec séparation mécanique du magma formé (moins dense et plus mobile, donc susceptible de migrer vers les zones supérieures à la faveur de fractures) et des solides résiduels qui restent plus ou moins sur place ;

– la séparation mécanique des premiers minéraux cristallisés à partir d'un magma et du reste de ce magma (dit magma résiduel) : on parle alors de différenciation magmatique par fractionnement.

Ainsi, selon un schéma classique, des liquides basaltiques proviendraient de la fusion partielle du manteau supérieur. Ces liquides, par différenciation magmatique, conduiraient à des cumulats de cristaux ( péridotites, gabbros) et à des liquides résiduels de composition granitique. Les granites résultants peuvent être ensuite soumis à des altérations hydrothermales dues à des circulations de solutions aqueuses chaudes. Mais d'autres granites peuvent avoir une origine différente, par exemple provenir de la fusion partielle de matériaux de la croûte continentale ou océanique. Enfin, les matériaux de ces granites sont soumis aux phénomènes superficiels qui vont encore entraîner une importante différenciation.

On conçoit aisément que l'étude pétrologique, telle qu'elle a été présentée jusqu'à ce stade, reste insuffisante pour retracer certains aspects de ces évolutions, et plus encore pour remonter à l'origine des roches auxquelles ont conduit ces évolutions. C'est une des raisons majeures de l'utilisation des méthodes géochimiques en pétrologie.

Très schématiquement, on peut distinguer deux approches. La première est basée sur le principe selon lequel les différenciations ne se font pas de façon aléatoire, mais dépendent du comportement des espèces minérales dans les diverses circonstances énumérées ci-dessus. Elle utilise donc les éléments majeurs (Si, Al, Fe, Ma, Ca, Na, K, Ti, Mn) et parfois quelques éléments accessoires. La figure donne un exemple de représentation graphique de certaines tendances géochimiques correspondant à quelques types essentiels de différenciation magmatique et sédimentaire. Lorsqu'une série de roches est supposée être cogénétique, les points représentatifs des analyses des divers échantillons doivent se localiser sur une des tendances. La zone d'« enracinement » de la tendance correspondante permet de déterminer l'origine de la série.

La seconde approche consiste à utiliser les éléments mineurs et surtout les éléments en trace, y compris certains isotopes stables ou radiogéniques. Deux types extrêmes de comportement sont[...]