La granitisation et sa relation avec le métamorphisme
1) Introduction : granites, métamorphisme et croûte continentale
La croûte continentale est largement composée de roches claires, riches en quartz et feldspaths, appelées granites et roches granitiques. Ces granites ne se forment pas tous de la même manière : certains proviennent de la cristallisation d’un magma, d’autres résultent de la fusion partielle de roches métamorphiques profondes. Ce dernier processus est appelé granitisation.
La granitisation est l’ensemble des processus conduisant, à partir de roches métamorphiques profondes, à la formation de liquides granitiques par fusion partielle, puis à la mise en place de granites d’anatexie dans la croûte continentale.
La granitisation est donc intimement liée au métamorphisme régional, notamment dans les chaînes de collision, où la croûte est épaissie et fortement chauffée. Ce chapitre montre comment les roches métamorphiques évoluent vers des granites et comment ces transformations s’intègrent dans le cadre de la tectonique des plaques.
2) Rappel : types de roches et rôle du métamorphisme
2.1) Trois grands types de roches
- Roches sédimentaires : issues de l’accumulation et de la lithification de sédiments.
- Roches magmatiques : issues de la cristallisation d’un magma (intrusives ou effusives).
- Roches métamorphiques : issues de la transformation à l’état solide d’une roche préexistante.
Le métamorphisme transforme les roches sans fusion totale sous l’effet de nouvelles conditions de pression et de température. Mais si ces conditions deviennent encore plus extrêmes, une fusion partielle peut se produire, préparant la formation de magmas granitiques.
2.2) Protolithe et grade métamorphique
Une même roche parente (protolithe) peut donner différentes roches métamorphiques selon le degré de métamorphisme (grade) :
- Argiles → schistes → micaschistes → gneiss.
- Basalte → schistes verts → amphibolites → éclogites.
En grade très élevé, certaines roches métamorphiques peuvent entrer en fusion partielle, donnant des migmatites puis des granites d’anatexie (granites de fusion crustale).
3) Définition et étapes de la granitisation
3.1) Fusion partielle et anatexie
L’anatexie est la fusion partielle des roches de la croûte, généralement des gneiss ou autres roches métamorphiques, sous l’effet de températures très élevées (souvent \( > 650~^\circ\text{C} \)) à moyenne/haute pression.
Lors de l’anatexie, seuls certains minéraux fondent (quartz, feldspaths, micas…), produisant un liquide magmatique riche en silice de composition granitique, alors que d’autres minéraux restent solides. On obtient ainsi un mélange solide + liquide.
3.2) Migmatites : roches mixtes métamorphiques-magmatique
Les roches qui présentent à la fois :
- une partie sombre, plus riche en minéraux ferromagnésiens (biotite, amphiboles) ;
- une partie claire, riche en quartz et feldspaths, d’aspect granitique,
sont appelées migmatites. Elles témoignent d’une fusion partielle incomplète de la roche métamorphique.
On distingue souvent dans une migmatite : leucosome (partie claire, riche en quartz et feldspaths) et mélanosome (partie sombre, riche en biotite et autres minéraux mafiques).
3.3) Extraction du liquide granitique et formation des plutons
Si le liquide granitique est suffisamment abondant et mobile, il peut :
- se séparer de la roche résiduelle,
- remonter dans la croûte supérieure par fracturation et diapirisme,
- se mettre en place en profondeur sous forme de plutons granitiques.
La cristallisation de ce liquide donnera des granites d’anatexie, qui sont des granites d’origine crustale issus de la granitisation.
4) Conditions \( P{-}T \) de la granitisation
4.1) Gradient géothermique et croûte épaissie
Dans une croûte continentale normale, le gradient géothermique est d’environ \( 20{-}30~^\circ\text{C}/\text{km} \). Lors d’une collision continentale, la croûte s’épaissit (jusqu’à plus de 60 km) et les isothermes remontent, ce qui augmente les températures en profondeur.
4.2) Domaines de métamorphisme élevé
Les roches métamorphiques qui atteignent des conditions de haute température peuvent entrer dans les faciès amphibolite puis granulite. Au-delà d’un certain seuil, la courbe de fusion partielle est franchie, et l’anatexie commence.
5) Granitisation et chaînes de collision
Les chaînes de collision (comme l’Himalaya) résultent de la rencontre de deux continents. L’épaississement crustal provoque :
- un métamorphisme régional de moyenne à haute pression et haute température ;
- la formation de gneiss et de migmatites en profondeur ;
- la fusion partielle de ces roches et la mise en place de granites d’anatexie.
6) Relation détaillée entre granitisation et métamorphisme
La granitisation n’est pas un processus isolé : elle prolonge le métamorphisme régional lorsque celui-ci atteint de très hautes températures. On peut résumer la relation ainsi :
- Le métamorphisme transforme des roches sédimentaires ou magmatiques en roches métamorphiques (schistes, gneiss…).
- À très haut grade, ces roches métamorphiques subissent une fusion partielle (anatexie) et deviennent des migmatites.
- Le liquide granitique extrait donne, après migration et cristallisation, des granites d’anatexie.
La granitisation est donc un aboutissement possible du métamorphisme régional dans les contextes de collision continentale et de croûte épaissie.
7) Granites : diversité et origine
Tous les granites ne sont pas issus de la granitisation. On distingue schématiquement :
- des granites d’origine mantellique ou mixte, liés à la différenciation de magmas basiques issus du manteau ;
- des granites d’anatexie, issus de la fusion partielle de la croûte, associés à la granitisation.
Au Bac, l’accent est mis sur ces derniers, car ils témoignent directement du métamorphisme de haute température et de l’évolution des chaînes de collision.
8) Lecture de documents : granitisation et tectonique des plaques
Les documents proposés au Bac peuvent présenter :
- des coupes géologiques montrant gneiss, migmatites et plutons granitiques ;
- des photos de lames minces de migmatites ou de gneiss ;
- des diagrammes \( P{-}T \) avec domaine de fusion partielle.
Pour les exploiter, il faut :
- identifier les roches métamorphiques (gneiss, migmatites) et les granites d’anatexie ;
- relier la présence de migmatites à un métamorphisme de très haute température ;
- montrer que ces roches se situent au cœur des chaînes de collision, là où la croûte est la plus épaissie.
9) Exercices d’application (10) avec solutions détaillées
Exercice 1 — Définir la granitisation
1) Donner une définition claire de la granitisation. 2) Préciser en quoi elle diffère d’une simple cristallisation magmatique à partir d’un magma mantellique. 3) Indiquer le type de roches à l’origine des granites d’anatexie.
1) La granitisation est l’ensemble des processus par lesquels des roches métamorphiques profondes subissent une fusion partielle (anatexie) produisant un liquide granitique, qui se sépare, remonte et cristallise en granites d’anatexie.
2) Dans une cristallisation magmatique « classique », le magma provient essentiellement de la fusion partielle du manteau, tandis que dans la granitisation le liquide granitique résulte de la fusion partielle de la croûte métamorphique.
3) Les granites d’anatexie proviennent de la fusion partielle de gneiss ou d’autres roches métamorphiques crustales de haut grade.
Exercice 2 — Métamorphisme et anatexie
On considère la série suivante : schistes → micaschistes → gneiss → migmatites. 1) Comment évolue le grade métamorphique le long de cette série ? 2) À partir de quel type de roche peut-on parler d’anatexie ? 3) Que peut devenir une migmatite si le liquide granitique est extrait et cristallise ailleurs ?
1) Le grade métamorphique augmente progressivement des schistes (bas grade) vers les migmatites (très haut grade). 2) L’anatexie apparaît généralement à partir des gneiss soumis à des températures très élevées, ce qui conduit à la formation de migmatites. 3) Si le liquide granitique s’extrait et cristallise en profondeur, il donne un granite d’anatexie (pluton granitique).
Exercice 3 — Migmatites : interprétation
Une photographie de roche montre une alternance de niveaux sombres (biotite, amphibole) et de niveaux clairs riches en quartz et feldspaths, avec une structure plissée.
1) Identifier ce type de roche. 2) Expliquer ce que révèlent les niveaux clairs sur l’état thermique de la croûte. 3) Relier cette observation à la granitisation.
1) Il s’agit d’une migmatite, roche mixte métamorphique-magmatique. 2) Les niveaux clairs correspondent à un liquide granitique qui a cristallisé, ce qui montre que la croûte a atteint un état de fusion partielle. 3) Cette fusion partielle est le signe d’une granitisation en cours : la migmatite est une étape intermédiaire avant la formation de granites d’anatexie.
Exercice 4 — Chaînes de collision et granitisation
Dans le cœur d’une chaîne de collision, on observe des gneiss, des migmatites et des plutons de granites d’anatexie.
1) Expliquer pourquoi ces roches se trouvent au cœur de la chaîne. 2) Montrer le lien entre collision continentale, métamorphisme et granitisation. 3) Que nous apprennent ces roches sur l’épaisseur de la croûte à cet endroit ?
1) Le cœur de la chaîne correspond à la zone d’épaississement maximal de la croûte, où pression et température sont les plus élevées, ce qui favorise le métamorphisme de haut grade et la granitisation. 2) La collision continentale provoque un métamorphisme régional (gneiss) puis, à très haute température, une fusion partielle (migmatites) et la formation de granites d’anatexie. 3) La présence de ces roches indique une croûte très épaissie, pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilomètres d’épaisseur.
Exercice 5 — Schéma de granitisation (interprétation)
Un schéma de coupe montre, en profondeur, une bande de migmatites et un pluton granitique remontant vers la croûte supérieure.
1) Indiquer dans quelle zone (supérieure, moyenne ou inférieure) de la croûte se produit la granitisation. 2) Proposer une légende pour la zone de migmatites et pour le pluton granitique. 3) Expliquer le mouvement du pluton dans la croûte.
1) La granitisation se produit dans la croûte moyenne à inférieure, là où pression et température sont suffisantes pour la fusion partielle. 2) La zone de migmatites correspond au domaine de fusion partielle (mélange solide + liquide granitique). Le pluton granitique correspond à une masse de liquide granitique séparé qui cristallisera en granite. 3) Le pluton remonte par diapirisme (mouvement d’une masse moins dense que les roches encaissantes) et par fracturation de la croûte.
Exercice 6 — Granites d’anatexie et origine du magma
1) Expliquer pourquoi les granites d’anatexie sont considérés comme des roches d’origine essentiellement crustale. 2) En quoi l’étude de leur composition chimique confirme-t-elle cette origine ? 3) Quel lien établir avec le métamorphisme de haute température ?
1) Les granites d’anatexie proviennent de la fusion partielle de roches crustales métamorphiques (gneiss), et non de la fusion du manteau. Leur origine est donc principalement crustale. 2) Leur composition chimique est proche de celle des roches métamorphiques crustales (richesse en silice, éléments incompatibles) et différente de celle des basaltes d’origine mantellique. 3) Le métamorphisme de haute température prépare le terrain : en augmentant la température dans la croûte épaissie, il permet d’atteindre le domaine de fusion partielle, ce qui déclenche la granitisation.
Exercice 7 — Diagramme \( P{-}T \) et domaine de fusion partielle
Un diagramme \( P{-}T \) montre une courbe séparant domaine solide et domaine de fusion partielle pour une roche crustale. La trajectoire d’une roche passe du faciès amphibolite à granulite puis coupe la courbe de fusion partielle.
1) Comment évoluent pression et température le long de cette trajectoire ? 2) Quelle roche peut correspondre au stade juste après le passage dans la fusion partielle ? 3) Quel type de granite pourra se former si le liquide est extrait ?
1) La pression et la température augmentent progressivement ; le passage du faciès amphibolite au faciès granulite indique un métamorphisme de plus en plus élevé. 2) Juste après le passage dans la fusion partielle, on obtient une migmatite (mélange roche solide + liquide granitique). 3) Si le liquide est extrait et cristallise, il formera un granite d’anatexie.
Exercice 8 — Série rocheuse et interprétation géodynamique
Dans un affleurement au cœur d’une chaîne de montagnes, on observe la succession suivante : schistes → gneiss → migmatites → granite d’anatexie.
1) Proposer une interprétation générale de cette succession. 2) Quel type de métamorphisme est en jeu ? 3) Quelle conclusion tirer sur l’évolution thermique de la croûte dans cette région ?
1) Cette succession montre une augmentation progressive du grade métamorphique (schistes puis gneiss), suivie d’une fusion partielle (migmatites) et de la mise en place d’un granite d’anatexie. 2) Il s’agit d’un métamorphisme régional de haute température lié à une collision continentale. 3) La croûte a subi un fort réchauffement jusqu’à atteindre le domaine de fusion partielle, ce qui indique un épaississement crustal important et une longue histoire thermique.
Exercice 9 — Granitisation et tectonique des plaques
Rédiger un paragraphe (6–8 lignes) expliquant comment la présence de granites d’anatexie dans une chaîne de montagnes confirme la théorie de la tectonique des plaques.
La présence de granites d’anatexie dans une chaîne de montagnes montre que la croûte continentale a été épaissie et fortement échauffée, ce qui n’est possible que si deux continents sont entrés en collision. Or, la collision continentale est une conséquence directe du mouvement des plaques lithosphériques. Les granites d’anatexie témoignent donc d’un métamorphisme de haute température lié à la convergence des plaques. Leur répartition au cœur des chaînes récentes confirme que ces chaînes se forment aux limites de plaques, ce qui est en accord avec la théorie de la tectonique des plaques.
Exercice 10 — Paragraphe de synthèse Bac
Rédiger un paragraphe (8–10 lignes) montrant la relation entre métamorphisme régional, granitisation et chaînes de montagnes issues d’une collision continentale.
Lors d’une collision continentale, la croûte s’épaissit et la pression ainsi que la température augmentent en profondeur. Les roches sédimentaires et magmatiques sont d’abord transformées en schistes puis en gneiss par métamorphisme régional. Si le réchauffement se poursuit, ces gneiss atteignent le domaine de fusion partielle (anatexie), donnant des migmatites qui contiennent un liquide granitique. Ce liquide peut s’extraire, remonter et cristalliser en profondeur sous forme de granites d’anatexie. Ainsi, métamorphisme régional et granitisation sont deux étapes successives d’une même évolution thermique au cœur des chaînes de collision, ce qui illustre le lien étroit entre ces roches, la dynamique des plaques et la formation des reliefs.
10) Bilan pour le Bac — Granitisation et métamorphisme
- La granitisation correspond à la fusion partielle de roches métamorphiques profondes et à la formation de granites d’anatexie.
- Elle constitue un prolongement du métamorphisme régional lorsque la température atteint des valeurs très élevées dans une croûte épaissie.
- Les migmatites sont des roches intermédiaires, témoignant d’un mélange roche solide + liquide granitique.
- Les chaînes de collision sont les lieux privilégiés de la granitisation, au cœur desquelles se rencontrent gneiss, migmatites et granites d’anatexie.
- L’étude de ces roches permet de reconstituer l’histoire thermique et tectonique des chaînes de montagnes et confirme la tectonique des plaques.
SVT — La granitisation et sa relation avec le métamorphisme — 2e Bac — © neobac.ma