Association minéralogique et paléontologique du centre

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Réunion mensuelle du 15/11/2013 "Les Roches Volcaniques"

Définition :

Les roches volcaniques sont des roches magmatiques (ou roches Ignées) qui résultent du refroidissement  d’une lave ou Magma arrivé à la surface de la croute terrestre. Elles se forment donc en surface. D’où leurs autres nom : roches extrusives ou effusives.

Les roches magmatiques plutoniques (dites intrusives) se forment en profondeur et ne font pas l’objet de cet exposé.

 

 1) Les mécanisme éruptifs :

 Une éruption volcanique est un phénomène géologique caractérisé par l'émission, par un volcan, de laves et/ou de téphras (Cendres volcaniques) accompagnés de gaz volcaniques.

L’apparition d’un trémor signale aux volcanologues l’imminence d’une éruption.

Ces séismes volcaniques, provoqués par la remontée du magma dans la cheminée, sont difficiles à repérer à cause de l’instabilité des édifices volcaniques qui sont constitués d’un empilement de cendres, coulées de laves, Bombes pouzzolane (qui sont de fragments de laves éjectés par les volcans)…La compaction de ces éjectas forme une roche appelée le tuf.

Les vibrations sont provoquées par les chocs du magma, des bulles de gaz et des blocs solides contre les parois de la cheminée volcaniques.

 

 2) Les diverses sortes de magma :

 Le  magma est de la roche en fusion contenant des gaz dissous. Il se forme à haute température (de 500 à 1200°C) dans le manteau terrestre. 

Entre 50 à 150 kilomètres de profondeur les conditions de pression et de température permettent la fusion partielle du manteau (fusion de moins de 5 % du matériau). Cette zone a été découverte grâce à sa faculté de ralentir la propagation des ondes sismiques et a été appelée low velocity zone (LVZ), ou zone à faible vitesse.

Le magma, moins dense que la roche solide de la lithosphère, est entraîné vers le haut par la poussée d'Archimède généralement sous forme de diapir.

-Plus un magma est riche en silice (+ de 66%), on dira qu’il est acide, et plus sa viscosité est élevée.

-Plus un magma est pauvre en silice (-de 52%) on dira qu’il est basique et plus sa viscosité est faible donc plus il sera fluide.

S’il contient moins de 45% de silice on dire qu’il est ultrabasique.

Cette teneur en silice aura donc une incidence sur le comportement du magma lors de sa remontée (vitesse de déplacement) et sur le caractère effusif ou explosif de l’éruption volcanique lorsque le magma parvient à la surface.

 

-          Les volcans de types effusifs (dits volcans rouges) :

Ils ont une lave pauvre en silice et donc fluide. Les gaz n’ont pas de mal à s’échapper du cratère. Dans la lave fluide il n’y a pas d’augmentation de la pression lors de la remontée du magma qui peut donc jaillir en fontaine de laves.

La lave coule donc le long de parois du cratère à une vitesse d’environ 20Km/H et en se refroidissant lentement au contact de l’air et du sol la coulée perd de la vitesse tout au long de son parcours et laisse donc la possibilité de fuir.

-          Les volcans de types explosifs (dits volcans gris) :

Ils ont une lave dure très visqueuse qui s’accumule au sommet du volcan créant ainsi un dôme de lave. Les gaz ont du mal à s’échapper de cette lave pâteuse augmentant la pression lors de la remontée de la lave. Lorsque la pression est devenue trop forte, les gaz sont libérés brusquement,  c’est l’explosion et des pans entiers du dôme ou du volcan peuvent ainsi se détacher et dévaler à des dizaines de Km/h. Ces coulées rapides et importantes (Véritables avalanches) peuvent aller très loin de l’épicentre et engloutir une ville en quelques heures.

 

3) Où se forment les volcans :

    -Au-dessus d'une subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale : il y a formation d'une cordillère. Le magma constitue alors une série différenciée.

En effet un magma évolue dans le temps, par cristallisation fractionnée, fusion partielle, changement de conditions physico-chimiques (pression, température, apport ou fuite de fluides, etc.). Sa composition se modifie. Une éruption à des moments différents donnera des roches différentes formant la série différenciée.

    -Au-dessus d'une subduction d'une plaque océanique sous une autre plaque océanique : il y a formation d'un arc insulaire.

    -Au niveau des crêtes médio océaniques : les plaques s'écartent, la croûte est amincie et fracturée et la pression dans le manteau diminue. Le magma sort en formant la croûte océanique. Sous la mer, le magma s'épanche en pillow lava (ou lave en coussin).

    -Au niveau de points chauds (ou hot spots) : même si leur origine reste assez énigmatique, certains chapelets d'îles volcaniques en sont les effets très visibles. À l'une des extrémités du chapelet, un volcan actif est dû au percement de la plaque qui le porte par le magma ascendant dans le point chaud. La plaque se déplaçant sous l'effet de la tectonique des plaques, alors que la position du point chaud reste « fixe », les volcans sont emportés loin de la zone volcanique et deviennent inactifs. L'alignement de ces volcans éteints à partir d'un volcan actif forme le chapelet symptomatique des points chauds. Plusieurs chaînes d'îles de l'océan Pacifique (dont Hawaï) sont des témoignages de ce mécanisme.

 

4) Les roches volcaniques :

-Texture des laves

 Elle est généralement microlitique, caractérisée par la présence de microlites, fines baguettes microscopiques constituées le plus souvent de plagioclases. Le fond de la roche est constitué d'une pâte amorphe (verre volcanique ou mésostase le plus souvent structure cryptocristalline).

Des phénocristaux, cristaux visibles à l'œil nu, sont plus ou moins fréquents suivant la composition de la roche.

Certaines roches, comme l'obsidienne, sont entièrement vitreuses.

Le Basalte :

Le basalte est une roche basique.

Ce mot dérive d’un mot éthiopien signifiant roche noire.

Le basalte est une roche (sombre à très sombre). Il a une structure microlithique, et il est composé essentiellement de plagioclases (50 %), de pyroxènes (25 à 40 %), d'olivine (10 à 25 %), et de 2 à 3 % de magnétite. Les basaltes sont issus de la fusion partielle du manteau terrestre de composition péridotitique (lherzolite).

Les plus grands épanchements basaltiques connus les trapps du Deccan en Inde, le plateau de la Columbia aux États-Unis ou encore les laves triasiques nord-américaines, la plus connu la chaussée des géants en Irlande.

C’est une roche volcanique issue d’un magma refroidi rapidement au contact de l’eau ou de l’air. C’est un terme générique qui regroupe divers basaltes classées selon leur saturation en silice. Ils représentent 90% des roches volcaniques. 60% de la planète est recouverte d’une couche de basalte. Il est le constituant principal de la couche supérieure de la croute océanique.

Les régions sombres de la lune appelées aussi les mers  (Souvenez-vous la mer de la tranquillité ou s’est posé Neil Amstrong) sont formées de basaltes.

Le basalte alcalin à olivine (l’olivine est utilisée en joaillerie et est connue sous le nom de Péridot)

Xénolithes (Roches étrangères à la roche qui l’entoure).

 Selon la pression à laquelle se fait la fusion partielle, les minéraux affectés par la fusion ne sont pas les mêmes. Pour des taux de fusion faibles, le liquide est riche en eau et en alcalins : on obtient des basanites ou des basaltes alcalins à olivines. Pour des taux de fusion élevés, le liquide est plus riche en calcium, fer et magnésium, et on obtient des olivines tholéiites.

 

-Au niveau des points chauds, le taux de fusion de la pyrolite va de 5 % en périphérie, avec formation de basanite, à 30 % au centre, avec formation d'olivine tholéiite. Lorsque le taux de fusion est de 10 %, il y a formation de basalte alcalin à olivines.

 

-Au niveau des rides médio-océaniques, le taux de fusion est de 30 %, et nous obtenons de l'olivine tholéiite.

 

-Les orgues basaltiques ou les colonnes basaltiques sont une formation géologique composée de colonnes régulières. Elle résulte de la solidification et de la contraction thermique d'une coulée basaltique peu de temps après son émission. La partie inférieure, qui se refroidit ou s'assèche plus lentement, se fracture de la surface vers la profondeur sous formes de prismes sub-verticaux à section hexagonale d'ordre décimétrique. Ces colonnes sont surmontées d'une zone de petits prismes moins réguliers (ou « faux prisme ») pouvant s'associer en gerbes.

 

La genèse des orgues a été mise en équation par Lucas Goehring et ses collègues de l'Université de Toronto. La loi d'échelle mise en évidence relie la largeur entre deux fissures aux propriétés du milieu et au flux de chaleur ou d'humidité. Elle est vérifiée avec un modèle basé sur de la fécule de maïs qui se comporte comme de la lave. La régularité des colonnes basaltiques de la Chaussée des Géants en Irlande du Nord serait ainsi due à une perte de chaleur constante.

 

L’andésite : est une roche magmatique volcanique, de composition intermédiaire et généralement de couleur grise. Appartenant à la série magmatique calco-alcaline, elle est caractéristique du volcanisme des zones de subduction (convergence).

L'andésite, comme la plupart des roches volcaniques, présente une texture microlitique. Les andésites sont souvent riches en phénocristaux de feldspaths plagioclase et de minéraux ferromagnésiens (hornblende brune, pyroxènes, amphiboles…), noyés dans une pâte.

L’andésite est l'équivalent volcanique de la diorite plutonique.

Les andésites sont caractéristiques des zones de convergence. On en trouve dans la cordillère des Andes (d'où dérive leur nom), au Japon et dans de nombreux arcs insulaires (Antilles, Indonésie, Sud-Ouest de l'océan Pacifique…). En France métropolitaine, elles ne sont présentes que dans certaines formations liées a la chaîne alpine (massif de l'Esterel). Elles sont par contre abondantes dans les départements des Antilles (Guadeloupe et Martinique).

Il n'existe pas d'andésites vraies dans le volcanisme récent du Massif Central. Dans la Chaine des Puys (Pierre de Volvic), le Cantal (Carladès - où elles servaient à construire les murs des maisons, des églises et des châteaux) et les Monts-Dores il s'agit de trachy-andésite.

La rhyodacite : est une roche volcanique extrusive de roche dont la composition constitue un intermédiaire entre la dacite et la rhyolite. C'est l'équivalent extrusif de la granodiorite. La rhyodacite est une roche à haute teneur en silice et se trouve souvent sous forme de dépôts volcaniques pyroclastiques explosifs.

 

Les principaux minéraux rencontrés dans les roches volcaniques et qui servent à établir la classification sont les suivants:

     quartz (SiO2);

    feldspaths alcalins, orthose principalement: (Si3Al)08 K

    plagioclases compris entre le pole albite (sodique) : (Si3Al)08 Na et le pole anorthite calcique:(Si2Al2)08 Ca

    pour les plagioclases, An<50 signifie que la roche est plus sodique que calcique (c’est-à-dire est que les plagioclases contenus dans la roche ont une composition plus proche de l'albite), An>50 l'inverse (c’est-à-dire une composition plus proche du pôle calcique, l'anorthite);

    feldspathoïdes (roches sous-saturées);

    olivines, pyroxènes et amphiboles constituent les minéraux ferro-magnésiens qui apportent leur couleur sombre à la roche.

 L'on distingue 3 grands champs majeurs, qui ont pour origine le degré de saturation en silice de la roche. Ainsi une roche sera dite sur-saturée en silice si elle exprime du quartz(sous forme de phénocristaux comme dans la rhyolite ou seulement sous forme virtuelle ou normative comme dans les basaltes tholeitiques). Une roche sera dite sous-saturée si elle contient des feldspathoïdes minéraux extrêmement déficitaires en silice. Entre les deux se situent les roches dites saturées qui ne contiendront ni quartz ni feldspathoides (dans la limite d'une tolérance de 10 %) mais seulement des feldspaths minéraux beaucoup moins déficitaires en silice que les feldspathoïdes.

 Aucune roche ne peut contenir à la fois des feldspathoïdes et du quartz, car il réagirait pour donner des feldspaths, c'est ce qui fait l'efficacité de cette classification grâce à l'exclusion mutuelle de ces deux minéraux.

 Il ne faut pas non plus confondre saturation en silice et teneur en silice. Ainsi une roche à 60 % de silice (taux moyen pour une roche) pourra faire partie des trois catégories de roches énumérées. En effet, le terme de saturation exprime la richesse en silice par rapport aux alcalins et non sa teneur absolue. Une roche très riche en alcalins pourra ne pas exprimer de quartz (donc ne pas être sur-saturée)tout en ayant beaucoup de silice, par contre si la roche est très pauvre en alcalins le quartz pourra apparaitre dès de faibles taux en silice.

 Ces trois champs énumérés sont ensuite recoupés en fonction de leur degré de différenciation qui est parallèle à la teneur en ferro-magnésiens.

La classification des roches à structure vitreuse ou cryptocristalline ne peut se faire qu'à partir de l'étude de leur composition chimique.



08/09/2014

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