genie civil et geotechnique

Introduction

Le magma correspond à la fusion d'une partie des roches du manteau ou de la croûte puis à une cristallisation de certains minéraux caractéristiques. Il peut être formé par l'action d'une source de chaleur interne ou par un métamorphisme très évolué. Le magma obtenu dans ce dernier cas est appelé anatexique. Il est toujours crustal.

On peut donc,se demander l’evolution de cette magma ?la définition d’un roche magmatique ?comment se forme elle ?quelle est ses classification ?

Définition

 Les roches magmatiques tirent leur origine des profondeurs terrestres où se forment d'immenses poches de roches en fusion. Les roches magmatiques résultent du refroidissement et de la solidification, de la cristallisation, du magma: matière rocheuse fondue ou partiellement fondue.

Les roches fondues qui se forment habituellement dans les profondeurs de la croûte terrestre, sont évidemment très chaudes et plus légères que la matière plus froide avoisinante. Elles forment alors des globules de magma qui ont tendance, étant donné leur légèreté, à remonter vers la surface.

Au cours de l'ascension, à travers les différentes couches de roches déjà en place, le magma, se refroidit graduellement. et il s'immobilise lorsque sa masse volumique devient comparable aux roches environnantes. Dans certains cas, le magma n'atteint pas cet état d'équilibre avant d'arriver à la surface de la Terre où il se répand pour finalement se solidifier.

On reconnaît trois grands types de roches magmatiques: les roches extrusives, les roches intrusives et les roches filoniennes.

Formation des roches magmatiques

Le magma se forme à partir de la fusion de roches de la croûte terrestre à des profondeurs d'environs 40 à 60 kilomètres et à des températures entre 1000°c et 1300°c pour donner le magma qui, moins dense( densité de 2,9 contre 3,4)   et plus chaud que la roche encaissante sous l’effet d’une source de chaleur interne ou par métamorphisme (processus de modification minéralogique dû à une augmentation de température et/ou de pression)., va avoir tendance à monter vers la surface (comme un ballon rempli d'air chaud). , En plus de la température la pression est un autre paramètre physique qui exerce une influence sur la monté du magma. Il faut aussi tenir contre de la pression élevée du magma situé à de telles profondeurs. Le magma, étant chaud, est aussi sous pression à cause du poids élevé des roches au dessus de lui.

Lorsque le magma monte vers la surface, la température dans le magma diminue. Les premières roches ignées se cristallisent. Une roche magmatique est une roche résultant de la solidification du magma. Ce refroidissement dépend de la composition minéralogique du magma, puisque chaque minéral qui le constitue possède ses propres caractéristiques de fusion (température, pression). Le temps de refroidissement détermine la taille des cristaux : un lent refroidissement est à l’origine des gros cristaux du granite ; un refroidissement rapide est à l’origine de la finesse des cristaux de basalte).

Les catégories des roches magmatiques

*Les roches ignées intrusives (ou plutoniques): se forment lorsque le magma se refroidit lentement à l'intérieur de la croûte terrestre, vers 10 à 20 km de profondeur. Les minéraux ont donc le temps de cristalliser, Ces roches, appelées batholites ou plutons, n’affleurent donc que sous l’action de l’érosion.

 Ils deviennent visibles à l'oeil nu. On dit de ces roches que la texture présente des grains grossiers (texture grenue) sans verre interstitiel, et de densité très élevée.

. Le granite et la diorite sont des exemples de ce type de roches.

*Les roches ignées extrusives (ou effusives ou volcaniques): sont formées par un refroidissement rapide du magma, lorsque celui-ci atteint la surface. Les cristaux n'ont donc pas le temps de se développer et ils demeurent plus petits ou ils sont absents. Ce type de texture est appelé à grains fins, c'est-à-dire que les cristaux ont un diamètre inférieur à 1 mm ce sont des roches semblables à du verre (appelées obsidiennes). Les principales roches. Les laves font partie de ce groupe. La rhyolite et l'andésite en sont des exemples.

Lorsque le magma se refroidit de façon brutale, généralement en surface, on obtient des roches à texture vitreuse. L'obsidienne en est un exemple. Certaines laves sont à texture vacuolaire. Les roches de ce type montrent des vacuoles (trous) causées par la présence de bulles de gaz libérées au moment de la solidification du magma. Le basalte vacuolaire présente ce genre de texture.

*Les roches porphyriques ou filoniennes :subissent deux phases de refroidissement: le refroidissement lent qui se produit en profondeur et le refroidissement rapide qui s'accélère lorsque le magma remonte. La première est lente (ce qui explique les gros cristaux) et ce qui permet aux cristaux de se développer et même d'atteindre ou de dépasser un diamètre de 1 cm. On les appelle alors des phénocristaux. Puis la seconde phase de refroidissement devient rapide; les gros cristaux sont alors figés dans une masse de cristaux de même nature minéralogique mais plus petits et bien souvent invisibles. Le porphyre en est un exemple.

Structure des roches magmatiques

Roches grenues.

Roches microgrenues.

Roches microlitiques.

Roches optiques.

Classification des roches

Il existe plusieurs classements différents et complémentaires.

Selon les minéraux

Ces classements se basent sur les notions :

·       d'acidité de la roche :

·       une roche acide possède plus de 65% de silice

·       une roche intermédiaire possède entre 52 et 65% de silice

·       une roche basique possède entre 45 et 52% de silice

·       une roche ultrabasique possède moins de 45% de silice.

·       d'alcalinité :

·       une roche alcaline est riche en feldspaths potassiques et sodiques,

·       une roche calco-alcaline possède en plus des plagioclases

·       une roche calco-sodique ne possède que des plagioclases.

·       de saturation :

·       une roche sursaturée ne contient pas de feldspathoïdes et est riche en quartz

·       une roche saturée ne contient pas de feldspathoïdes

·       une roche sous-saturée est riche en feldspathoïdes.

·       de coloration :

·       une roche hololeucocrate est blanche, elle possède moins de 12,5% de ferromagnésiens

·       une roche leucocrate possède entre 12,5 et 37,5% de ferromagnésiens

·       une roche mésocrate possède entre 37,5 et 62,5% de ferromagnésiens

·       une roche mélanocrate possède entre 62,5 et 87,5% de ferromagnésiens

·       une roche holomélanocrate est noire avec plus de 87,5% de ferromagnésiens.

A ces critères se rajoute la texture de la roche.

Selon la proportion en minéraux, on distingue (Classification de Jung et Brousse) :

·       les syénites et trachytes riches en orthose, biotite et amphibole

·       les granites et rhyolites riches en quartz, orthose, plagioclases (Na), biotite et amphibole

·       les granodiorites riches en quartz, orthose, plagioclases (Ca), biotite et amphibole et où les plagioclases dominent sur l'orthose

·       les diorites et andésites riches en plagioclases (Ca), pyroxènes, biotite et amphibole

·       les gabbros et basaltes riches en plagioclases (Ca), pyroxènes et olivine

·       les péridotites riches en pyroxènes et olivine.

Et voici un tableau qui resume cette classification

Selon le mode de gisement

·       Les roches de profondeur :
Ce sont les roches grenues, et plus particulièrement le granite. Ces gisements peuvent être de deux types :

·       soit un énorme massif à bords francs avec l'encaissant. Ce sont les batholithes. Ce sont de grosses gouttes de magma qui se sont solidifiées dans la croûte. Ils ont une origine profonde ou sont produits par métamorphisme.

·       soit un massif où l'on passe progressivement aux roches sédimentaires. On y trouve les migmatites (mélange de granite et d'une autre roche) qui font transition. Ce sont des granites issus du métamorphisme.

·       Les roches de demi-profondeur :
Leur structure est microgrenue. Elles forment généralement de petits massifs, les laccolites, ou des filons au travers de l'encaissant.

·       Les roches de surfaces :
Elles sont microlitiques ou vitreuses. Ce sont les laves.

Selon la teneur en silice

Les roches magmatiques sont essentiellement composées de silice (SiO₂), avec une plus faible teneur en aluminium, fer, magnésium, calcium, sodium et potassium. La concentration en silice permet de différencier :

–      les roches granitiques (provenant de magmas acides), qui sont riches en silice (supérieur à 66 p. 100) ; ces roches dominent sur les continents et se forment principalement dans les zones d’affrontement entre plaques tectoniques ; c’est le cas pour les granites (roches plutoniques) et les rhyolites (roches volcaniques) 

–     

– les roches intermédiaires, qui contiennent entre 52 et 66 p. 100 de silice (la diorite et l’andésite, par exemple) ;

–      les roches basaltiques (provenant de magmas basiques), qui sont pauvres en silice (de 45 à 52 p. 100) ; ces roches dominent dans les océans et se forment principalement dans les dorsales médio-océaniques où se forme la nouvelle croûte océanique ; c’est la cas pour les gabbros (roches plutoniques) et les basaltes (roches volcaniques) ;

–      les roches ultrabasiques, qui sont extrêmement pauvres en silice (moins de 45 p. 100) ; c’est le cas par exemple des syénites.

La Classification du Double Triangle de Streckeisen

La Classification du Double Triangle de Streckeisen est utilisée pour classer l'ensemble des roches magmatiques, à l'exclusion des roches ultrabasiques. Toutefois, elle est plus adaptée aux roches magmatiques acides et intermédiaires, c'est à dire aux roches plutôt leucocrates (=clairs).

En effet, elle est basée sur la proportion des trois familles de minéraux (leucocrates) essentiels dans ces roches. Il s'agit des feldspaths : A, le feldspath alcalin (Na : albite et K : orthose) et P, le feldspath calco-sodique (plagioclase) ; Q, le quartz pour les roches sursaturées en silice ou F, le feldspathoïde (abrégé "foid" dans le triangle ci-dessous) pour les roches sous-saturées en silice.

Les minéraux ferromagnésiens sont, en général, en proportion faible (quelques dizaine(s) de %). La proportion de ces derniers minéraux généralement colorés, permet de définir l'Indice de Coloration (IC). En théorie, il est conseillé de ne pas utiliser cette classification lorsque l'IC>90%. En pratique, comme je l'ai remarqué au dessus, cette classification n'est plus très adaptée pour des roches ayant un IC >50-60%. On prendra pour exemple, la "case "anorthosite, diorite, gabbro" qui contient des roches dont l'indice de coloration est très variable. Une classification plus adaptée au gabbro (- anorthosite) est d'ailleurs proposée.

J'ai rajouté dans la case "tonalite" le plagiogranite, terme utilisé pour les rares granites de la lithosphère océanique. Ce terme est synonyme de trondhjémite et leucotonalite.

Classification (de Streckeisen) et nomenclature des roches magmatiques plutoniques basée sur leur composition minéralogique modale
(Recommendations de the International Union of Geological Sciences)

Les 2 triangles sont jointifs par la ligne A-P (feldspaths alcalins - plagioclase). Quartz (Q) et feldspathoïde (F) se placent aux 2 sommets opposés : ainsi aucune roche ne peut contenir l'association Q-F.

On calcule la proportion relative des minéraux leucocrates A - P - Q ou F dans la roche. C'est la composition minéralogique modale. Deux versions du triangle sont proposés : celle ci-dessus pour les roches plutoniques ; une autre pour les équivalents volcaniques.

Tristan TURLAN propose un petit programme bien pratique qui permet de placer dans le double triangle une roche dont on connaît la composition modale. Vous obtenez le nom de la roche.

LES ROCHES MAGMATIQUES LES PLUS IMPORTANTES

• Granite

Roche plutonienne très commune. Grenue, de teinte claire (blanche, grise, rosée, rouge, bleutée), avec les minéraux suivants: quartz, feldspath (orthose), et mica. On distingue dans les granites quelques groupes, présentant de nombreuses variétés.

• Pegmatite

Roche magmatique filonienne dont les cristaux sont de grande taille (un à plusieurs centimètres ou décimètres, parfois plus d'un mètre). Ses minéraux essentiels sont alors ceux du granite. Les pegmatites se présentent en filons ou en masses ovoïdes dont la composition varie avec l'éloignement du granite.

• Syénite

Roche plutonienne grenue, blanchâtre, plus souvent rosée à rouge, avec comme minéral essentiel (>60%) du feldspath (orthose) et un peu de biotite. Les syénites contiennent généralement moins de 10% de quartz.

• Diorite

Roche plutonienne grenue, essentiellement composée de plagioclases blanchâtres avec un peu de biotite. Le quartz est absent ou très rare.

• Gabbro

Roche plutonienne grenue, de teinte générale vert noirâtre, plus ou moins mouchetée de blanc, composée de plagioclase, de pyroxène.

• Dunite

Roche plutonienne composée de plus de 90% d'olivine. Le quartz est totalement absent.

• Péridotite

Roche plutonienne grenue, vert noirâtre, avec 90 à 100% de minéraux ferromagnésiens avec olivine, et parfois accompagnée de grenat.

• Rhyolite

Roche volcanique de type lave, riche en verre (quartz ), de teinte claire, à microlites et phénocristaux rares (quartz, feldspath). Les variétés entièrement vitreuses s'appellent obsidienne.

• Andésite

Roche volcanique de type lave, en général gris violacé. Verre peu abondant, souvent vésiculaire à aspect finement scoriacé, composée de feldspaths. Les andésites donnent généralement des coulées, celles plus acides sont moins fluides et donnent des aiguilles et des culots.

• Basalte

Roche volcanique de type lave, très commune, les basaltes, avec les andésites constituant 95% des laves continentales et océaniques. C'est une roche noir, microlitique, à verre peu abondant. Comportant des plagioclases, et des pyroxènes, accompagnés selon les cas d'olivine.

Les laves basaltiques sont très fluides en donnant des coulées ayant parfois une structure en colonnes, une structure fluidale, pouvant couvrir des milliers de km carrés. Émises sous l'eau, elles donnent souvent des laves en coussins (pillow lavas).

• Scorie

Souvent appelé écume de lave, la scorie se forme souvent à la surface des coulées de laves de composition basiques. C'est à cet endroit que les gaz contenus dans la lave peuvent s'échapper. La scorie est toujours d'une texture vésiculaire et, de faible densité, à surface irrégulièrement poreuse, hérissées d'arêtes et de pointes, apparaissant dans les projections volcaniques ou sur des coulées dont la surface est craquelée.

• Pierre ponce

Roche volcanique vitreuse, très poreuse, d'ou une faible densité (elle peut flotter sur l'eau). Elle se forme à partir de fragments de magma visqueux qui, projetés en l'air par un volcan, subissent un dégazage et la formation de bulles séparées par de minces parois de verre volcanique. Ces roches, de teinte claire, sont friables et les fragments (de 1 à 15 cm environs), d'abord anguleux s'émoussent rapidement.

• Obsidienne

Roche volcanique entièrement vitreuse, noire, à cassure lisse et, conchoïdale, brillante, à composition chimique de rhyolite.

• Tuf

Roche volcanique pyroclastique formée par accumulation de projections volcaniques en fragments de quelques millimètres, pouvant contenir des blocs ou des cendres, et consolidée sous l'action de l'eau.