THERMOMÈTRES GÉOLOGIQUES ou GÉOTHERMOMÈTRES

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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 précision une température de formation (par exemple, formation de calcite ou de silice par précipitation). Les équilibres thermodynamiques existant au moment de la formation seront généralement figés jusqu'à l'époque actuelle, pourvu que leur histoire thermique postérieure ne comporte pas d'épisodes à température supérieure à 100 0C. C'est le cas de beaucoup de matériaux sédimentaires pour lesquels on peut, par conséquent, espérer obtenir une température de formation.

– Les phénomèmes de haute température suivis d'un refroidissement brutal, c'est-à-dire typiquement les phénomènes volcaniques. Dans ce cas, les équilibres existant à haute température seront, eux aussi, en général figés car la vitesse de refroidissement ne permettra pas de réarrangement postérieur des édifices atomiques. L'étude des équilibres existants peut permettre alors de déterminer la température de solidification de la lave.

– Les phénomènes de moyenne et de haute température à refroidissement plus ou moins rapide. Dans ce cas, la mobilité des atomes peut rester très importante pendant une grande partie du refroidissement, et les édifices formés à haute température peuvent se détruire pour donner d'autres édifices, plus stables à mesure que la température décroît. Les édifices que nous observons actuellement, c'est-à-dire les associations minérales, correspondent, dans ce cas, à la température à partir de laquelle la mobilité des atomes est devenue trop faible pour modifier dans un laps de temps suffisamment bref la configuration de l'ensemble. C'est ainsi qu'on observera très souvent dans un granite un mélange de feldspath potassique (orthose) et de feldspath sodique (albite), alors qu'au moment de la cristallisation de la roche ces minéraux ne formaient qu'une seule phase. Il est possible de retrouver la trace de cette phase préexistante dans la texture de la roche (structure perthitique d'exsolution), mais la notion de température de formation de l'assemblage total n'a dans ce cas aucun sens. Ce sera le cas à peu près général de toutes les roches plutoniques, c'est-à-dire des roches qui se sont formées par refroidissement lent d'un magma dans un réservoir magmatique (gabbros, granites, etc.). Pour ces roches, la cristallisation a pu s'effectuer dans un intervalle de températures notable et il a pu se produire des réarrangements importants après la cristallisation. Ce peut être le cas également pour des roches métamorphiques.

En dehors de la température de formation, il peut exister dans la roche des indications sur des réchauffements subis par elle après sa formation. Il s'agit souvent de phénomènes majeurs qui modifient complètement la première paragenèse minérale. Dans ces conditions, qui sont typiquement celles du métamorphisme, la plupart des renseig [...]

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Isochores du gaz carbonique

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Équilibres univariants

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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 23 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/thermometres-geologiques-geothermometres/