THERMOMÈTRES GÉOLOGIQUES ou GÉOTHERMOMÈTRES

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Dans l'étude des phénomènes géologiques, la détermination de la température régnant au cours des différents processus qui ont donné et donnent naissance aux matériaux terrestres est un élément très important. Parmi ces phénomènes, il en est qui sont actuels et accessibles. Le problème de la mesure de la température est alors seulement un problème technique, parfois délicat, comme la mesure de la température de solidification d'une lave, mais généralement soluble.

Plus complexe est la détermination des températures qui ont régné au cours d'événements passés (ayant souvent leur équivalent présent mais inaccessible), c'est-à-dire de ce qu'on peut appeler des paléotempératures.

À cet égard, tous les matériaux terrestres se comportent comme des boîtes ayant enfermé un certain nombre d'informations sur les conditions de leur genèse, par exemple des horloges susceptibles de donner leur âge, des indicateurs de déformation qui donnent une idée des contraintes auxquelles ils ont été soumis. Ainsi en est-il de la température ; mais, comme dans le cas des autres paramètres, il convient de savoir à quelle étape de la formation du matériau la « boîte » s'est fermée et si elle ne s'est pas rouverte depuis lors. On conçoit aisément que cela pose des problèmes souvent assez ardus.

Parmi les méthodes thermométriques dont on dispose, un petit nombre exploite des données cinétiques (par exemple, disparition des traces de fission dans les minéraux, « guérison » des états métamictes, thermoluminescence), mais la plupart sont fondées sur l'étude des équilibres existant dans les matériaux utilisés. Par conséquent, le postulat fondamental est que de tels équilibres ont effectivement existé au moment de leur formation. Les équilibres en question peuvent être des équilibres biologiques. C'est ainsi que des associations de faunes ou de flores permettent de fixer, dans les terrains sédimentaires, les limites du domaine des températures existant à l'époque de la sédimentation. Par exemple, l'existence de formations coralliennes est l'indice de températures moyennes de 25 à 30 0C. De tels indicateurs sont largement utilisés en paléoclimatologie et en paléogéographie (cf. paléoclimatologie). Néanmoins, ils fixent seulement un domaine de variations, et non un relevé exact. En outre, ils ne concernent qu'une frange assez restreinte parmi tous les phénomènes étudiés en géologie. C'est pourquoi on se limitera ici à l'exposé des méthodes physico-chimiques, c'est-à-dire les méthodes « cinétiques » déjà citées, l'utilisation des inclusions fluides dans les cristaux et, surtout, l'étude des équilibres thermodynamiques.

La notion de paléotempérature

Quand on considère une roche, son histoire correspond généralement à une série continue de températures, de laquelle n'importe quelle méthode ne permettra d'extraire qu'une seule donnée, car les thermomètres géologiques ne sont ordinairement pas des thermomètres « enregistreurs ». Le problème est de savoir à quelle partie de l'histoire de la roche appartient cette donnée, et la réponse peut être différente suivant la méthode utilisée. Ainsi on obtient la température dite de formation, température à laquelle se sont individualisés les principaux minéraux présents dans la roche qui constituent la paragenèse caractéristique. Le plus souvent, d'ailleurs, cette individualisation correspond non pas à une température mais à un intervalle de températures plus ou moins grand. Puis, à cette paragenèse principale peuvent s'ajouter ou se substituer par la suite un certain nombre de minéraux secondaires en plus ou moins grande quantité, des défauts peuvent apparaître ou disparaître dans les minéraux, tout cela au cours d'une histoire thermique plus ou moins compliquée. Pour pouvoir déterminer alors une « température de formation », il faut disposer d'un état d'équilibre thermodynamique existant au moment de cette formation. Même en laissant de côté les cas où cet équilibre n'était pas en fait réalisé, il faut, pour pouvoir exploiter les données, que cet équilibre ait été « figé » assez rapidement pour nous parvenir intact. On peut donc, de ce point de vue, diviser les phénomènes géologiques en trois catégories :

– Les phénomènes de basse température ou de surface. Pour les matériaux formés au cours de ces phénomènes, on définit souvent avec pr [...]

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Phases magnétite et ilménites : composition

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Écrit par :

  • : physicien adjoint à l'Institut de physique du globe de l'université de Paris-VI

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Pour citer l’article

Marc JAVOY, « THERMOMÈTRES GÉOLOGIQUES ou GÉOTHERMOMÈTRES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/thermometres-geologiques-geothermometres/