Sciences · Terre et climat
Les roches métamorphiques
Une roche métamorphique est une roche transformée à l’état solide par une hausse de température et de pression, en profondeur. L’argile devient ainsi ardoise puis gneiss, le calcaire devient marbre.
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Le mot métamorphisme vient du grec meta, « changement », et morphê, « forme ». Lorsqu’une roche est enfouie à plusieurs kilomètres de profondeur ou chauffée par un magma, ses minéraux deviennent instables : ils se réorganisent en nouveaux minéraux, adaptés aux nouvelles conditions, sans que la roche fonde. Le résultat est une troisième grande famille de roches, aux côtés des roches magmatiques et des roches sédimentaires.
Les facteurs du métamorphisme
| Facteur | Effet |
|---|---|
| Température | Au-delà d’environ 200 °C, les minéraux recristallisent ; vers 650 à 700 °C, la roche commence à fondre |
| Pression lithostatique | Due au poids des roches sus-jacentes ; elle rend les minéraux plus compacts |
| Pression orientée (contrainte) | Écrase la roche dans une direction et aligne les minéraux en feuillets |
| Fluides | L’eau circulant dans les roches accélère les réactions et transporte des éléments |
| Temps | Les transformations prennent des milliers à des millions d’années |
La roche de départ s’appelle le protolithe. Une même roche peut donner des roches métamorphiques très différentes selon l’intensité des conditions.
Les grands types de métamorphisme
Le métamorphisme régional
Il touche des volumes immenses de roches, enfouies lors de la formation des chaînes de montagnes. Température et pression augmentent ensemble. C’est le métamorphisme des cœurs de chaînes anciennes, comme le Massif central ou le Massif armoricain.
Le métamorphisme de contact
Autour d’une intrusion de magma, les roches encaissantes sont « cuites » sur une auréole de quelques mètres à quelques kilomètres. La pression change peu ; c’est la chaleur qui agit. Une argile devient une cornéenne, roche dure et compacte.
Le métamorphisme de haute pression
Dans les zones de subduction, la croûte océanique plonge vite et reste relativement froide, tout en subissant des pressions énormes. Les basaltes deviennent des schistes bleus, puis des éclogites, roches denses à grenat rouge et pyroxène vert. Leur présence dans les Alpes témoigne d’une ancienne subduction.
Schistosité et foliation
Sous une contrainte orientée, les minéraux plats (micas, chlorite) s’alignent perpendiculairement à la compression. La roche acquiert un feuilletage :
- la schistosité, qui permet de débiter la roche en plaques fines (ardoise, schistes) ;
- la foliation, alternance de lits clairs et sombres de minéraux différents (gneiss).
Les roches sans minéraux plats, comme le marbre ou le quartzite, ne présentent pas ce feuilletage.
Du protolithe à la roche métamorphique
| Roche de départ | Métamorphisme faible | Métamorphisme moyen | Métamorphisme fort |
|---|---|---|---|
| Argile, argilite | Ardoise | Micaschiste | Gneiss, puis migmatite |
| Calcaire | Marbre | Marbre | Marbre |
| Grès quartzeux | Quartzite | Quartzite | Quartzite |
| Basalte, gabbro | Schiste vert | Amphibolite | Granulite ; éclogite à haute pression |
| Granite | Gneiss œillé (orthogneiss) | Gneiss | Migmatite |
La migmatite marque la limite avec le monde magmatique : la roche a commencé à fondre, et des veines claires de granite se mêlent à la trame sombre du gneiss.
Les minéraux témoins
Certains minéraux ne se forment que dans des conditions précises : ce sont des minéraux index, véritables thermomètres et baromètres naturels. Dans les roches argileuses, on voit apparaître successivement, quand le métamorphisme augmente, la chlorite, la biotite, le grenat, la staurotide puis la sillimanite.
Le silicate d’aluminium Al2SiO5 existe sous trois formes : l'andalousite (basse pression), le disthane ou cyanite (haute pression) et la sillimanite (haute température). Identifier lequel est présent dans une roche indique les conditions qu’elle a connues.
Roches métamorphiques célèbres
- Le marbre : calcaire recristallisé, blanc s’il est pur, veiné s’il contient des impuretés. Le marbre de Carrare, en Toscane, a servi aux sculptures de Michel-Ange.
- L’ardoise : argile faiblement métamorphisée, qui se débite en plaques minces et imperméables. Les ardoisières d’Anjou, autour de Trélazé, ont couvert les toits de l’Ouest de la France.
- Le gneiss : roche rubanée très répandue dans les vieux socles. Le gneiss d’Acasta, au Canada, est la plus vieille roche datée de la Terre, avec environ 4 milliards d’années (voir âge de la Terre).
- Le quartzite : grès recristallisé, très dur, qui forme souvent des crêtes résistantes à l’érosion.
Le métamorphisme produit aussi des pierres précieuses : rubis, saphirs, grenats ou jade se forment souvent dans des roches métamorphiques (voir pierres précieuses).
Questions fréquentes
Une roche métamorphique peut-elle contenir des fossiles ?
Rarement. Le métamorphisme détruit la plupart des fossiles en recristallisant la roche. Dans les roches très faiblement métamorphisées, comme certaines ardoises, des fossiles déformés subsistent parfois.
Comment une roche formée en profondeur arrive-t-elle en surface ?
Par l’érosion des couches qui la recouvraient et par les mouvements tectoniques qui la soulèvent, au fil de dizaines de millions d’années. C’est pourquoi on observe des gneiss dans les chaînes de montagnes anciennes.
Quelle est la différence entre schiste et ardoise ?
L’ardoise est une roche faiblement métamorphique, à grain très fin, qui se débite en plaques régulières. Le mot « schiste » désigne en géologie toute roche à schistosité ; dans le langage courant, on l’emploie aussi pour des roches argileuses feuilletées non métamorphiques.