THERMOMÈTRES GÉOLOGIQUES ou GÉOTHERMOMÈTRES

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Isochores du gaz carbonique

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Équilibres univariants

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Nickel : partage entre minéraux et verre

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Phases magnétite et ilménites : composition

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Utilisation des états d'équilibre figés

L'hypothèse de base est la suivante : la roche était en équilibre thermodynamique à une certaine température T. À partir de cette température, le refroidissement a été suffisamment rapide pour empêcher tout réarrangement de l'édifice minéral. Par conséquent, l'étude du système figé doit fournir les paramètres physiques relatifs à l'équilibre, et en particulier la température T.

Le principal écueil est que ces paramètres sont souvent assez nombreux. La plupart des associations minérales que l'on rencontre dans les roches sont des systèmes au moins bivariants, c'est-à-dire que leur existence indique seulement un certain domaine de températures et de pressions (une certaine surface dans le plan P-T). Il existe cependant un certain nombre d'équilibres univariants, par exemple ceux qui sont liés à l'apparition ou à la disparition de certains minéraux dans le métamorphisme.

Ces réactions qui correspondent aux isogrades permettent d'établir une relation T = (P) [une courbe dans le plan P-T] ; cependant, comme la pression n'est généralement pas déterminable indépendamment, cela ne permet pas d'en déduire la température. La pente de la tangente à la courbe d'équilibre est la relation de Clapeyron :

sa valeur dépend des variations relatives de volume ΔV et d'entropie ΔS au cours de la transformation.

Deux cas limites sont intéressants pour la paléothermométrie.

Si la transformation envisagée produit un liquide ou un gaz, il y a généralement un accroissement important aussi bien du volume que de l'entropie. C'est, par exemple, le cas des réactions de déshydratation telles que :

ou de décarbonatation telles que :

Alors, pour un certain domaine de pressions « moyennes » (de 1 à 7 kbar, soit de 100 à 700 MPa), variables avec la réaction considérée, la variation d'entropie l'emporte largement sur la variation de volume, et l'on a :

c'est le cas de la plupart des treize réactions définies par Bowen dans le métamorphisme des calcaires siliceux ou par Bowen et Tuttle dans le cas des systèmes hydrosilicomagné [...]

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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 20 septembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermometres-geologiques-geothermometres/