La granitisation et le métamorphisme — Cours SVT Bac PC

Dans le programme du Bac PC

Coefficient 5 en Bac PC, derrière la Physique-Chimie et les Mathématiques (coefficient 7). Dernier chapitre de l'unité de géologie : il prolonge le métamorphisme jusqu'à la fusion partielle de la croûte et à la mise en place des granites.

À l'épreuve

Interprétation de photos d'affleurements et de lames minces (migmatites, granites), d'un diagramme P-T avec la courbe de début de fusion du granite, et distinction granite d'anatexie / granite intrusif.

Objectifs d'apprentissage

Définir l'anatexie comme une fusion partielle de roches de la croûte continentale à l'état solide au départ
Relier l'anatexie au contexte de collision continentale et à l'épaississement crustal
Décrire la migmatite comme une roche mixte, stade intermédiaire entre roche métamorphique et magma
Définir le plutonisme et expliquer la structure grenue des roches plutoniques par leur refroidissement lent en profondeur
Distinguer granite d'anatexie (issu de la fusion de la croûte continentale) et granitisation au sens large
Relier la chaîne de transformations subduction/collision → métamorphisme → anatexie → plutonisme dans l'évolution d'une chaîne de montagnes

Notions clés

L'anatexie : une fusion partielle de la croûte continentale

L' anatexie est la fusion partielle de roches de la croûte continentale, initialement solides, lorsqu'elles atteignent leur solidus sous l'effet combiné d'une pression et d'une température élevées — la présence d'eau abaissant souvent ce seuil de fusion. Ce phénomène se produit typiquement dans les zones de collision , où l'épaississement crustal enfouit des roches continentales à de grandes profondeurs.

La migmatite, roche mixte

La migmatite témoigne d'un stade intermédiaire de l'anatexie : elle associe un résidu solide (sombre, riche en minéraux réfractaires) et un néosome (clair, issu de la fraction fondue puis recristallisée, de composition proche d'un granite).

Le plutonisme et la structure grenue

Le plutonisme désigne la mise en place et le refroidissement lent d'un magma en profondeur, sans atteindre la surface. Ce refroidissement lent permet aux cristaux de croître, donnant une roche à structure grenue (cristaux visibles à l'œil nu), comme le granite — à la différence d'une roche volcanique, refroidie rapidement en surface et donc à structure microlitique ou vitreuse.

Le granite d'anatexie

Lorsque le magma issu de l'anatexie se sépare de son résidu solide, migre et cristallise en profondeur, il forme un granite d'anatexie : le stade final de la chaîne de transformations qui relie collision, métamorphisme, fusion partielle de la croûte et plutonisme.

Bilan : granitisation, métamorphisme et tectonique des plaques

Les zones de convergence sont le lieu de la formation des granites. Dans une zone de subduction, la plaque plongeante subit un métamorphisme haute pression – basse température, et la fusion partielle du manteau situé au-dessus produit des magmas qui donnent des granites et un volcanisme andésitique. Dans une zone de collision, l'épaississement de la croûte continentale augmente la pression et la température : le métamorphisme régional s'intensifie jusqu'à la fusion partielle (anatexie) de la croûte, qui donne des migmatites et des granites. Métamorphisme et granitisation sont donc des conséquences de la tectonique des plaques et témoignent des chaînes de montagnes anciennes et récentes.

Granite d'anatexie et granite intrusif

Un granite d'anatexie se forme sur place par fusion partielle de la croûte continentale (vers 650–700 °C en présence d'eau) : il passe progressivement aux roches encaissantes par l'intermédiaire de migmatites, sans limite nette. Un granite intrusif provient d'un magma qui monte et cristallise dans un encaissant plus froid : son contact avec l'encaissant est net et le recoupe, et la chaleur du magma transforme les roches voisines en une auréole de métamorphisme de contact (cornéennes, schistes tachetés), large de quelques centaines de mètres. Les enclaves de roches encaissantes dans le granite et la présence de l'auréole sont les critères pour reconnaître un granite intrusif.

Erreurs fréquentes

Confondre anatexie et métamorphisme : le métamorphisme reste un processus à l'état solide, tandis que l'anatexie implique une fusion partielle, donc l'apparition d'un liquide magmatique — c'est la limite du solidus qui sépare les deux.

Croire que l'anatexie fait fondre toute la roche : c'est une fusion partielle, seule une fraction de la roche (généralement les minéraux à plus bas point de fusion) passe à l'état liquide, le reste constituant le résidu solide de la migmatite.

Penser que le plutonisme et le volcanisme produisent des roches identiques pour un même magma : la vitesse de refroidissement (lente en profondeur, rapide en surface) détermine la structure de la roche (grenue vs microlitique/vitreuse), même à composition chimique comparable.

Oublier le rôle de l'eau dans l'anatexie : la présence de fluides abaisse significativement la température de fusion des minéraux, ce qui explique que l'anatexie se déclenche parfois à des températures plus basses que prévu pour une roche sèche.

Généraliser que tout granite est un granite d'anatexie : certains granites proviennent de la cristallisation de magmas d'origine différente (par exemple liés à la fusion partielle du manteau puis différenciation), l'anatexie de la croûte continentale n'étant qu'une des origines possibles.

Exemple corrigé

Énoncé

Retracer, en trois étapes, la chaîne d'événements qui relie une collision continentale à la formation d'un pluton granitique en profondeur.

Correction

Étape 1 — La collision continentale provoque un épaississement de la croûte : des roches continentales sont enfouies à de grandes profondeurs, où elles subissent un métamorphisme croissant.

Étape 2 — Lorsque la pression et la température atteignent le solidus de certaines roches (souvent avec l'aide de fluides), une fusion partielle se déclenche : c'est l'anatexie, qui produit une migmatite associant résidu solide et néosome fondu de composition granitique.

Étape 3 — Le liquide magmatique issu de cette fusion partielle, moins dense que son encaissant, peut se séparer du résidu et migrer vers des niveaux crustaux plus superficiels, où il cristallise lentement en profondeur : c'est le plutonisme, qui donne un granite d'anatexie à structure grenue.

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Exercice 1

Facile

Définir l'anatexie et préciser dans quel contexte géodynamique elle se produit le plus fréquemment.

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L'anatexie est la fusion partielle de roches de la croûte continentale, initialement solides, sous l'effet combiné d'une température et d'une pression élevées (souvent favorisée par la présence d'eau). Elle se produit le plus fréquemment dans les zones de collision continentale, où l'épaississement crustal enfouit des roches à de grandes profondeurs et des températures suffisamment élevées.

Exercice 2

Moyen

Un échantillon prélevé dans une chaîne de collision montre une roche présentant à la fois des zones sombres, riches en minéraux réfractaires et à texture métamorphique nette, et des zones claires, de composition proche d'un granite, injectées entre les premières. Identifier cette roche et expliquer sa formation.

Voir la correction

Cette roche est une migmatite. Les zones sombres correspondent au résidu solide de la roche mère, resté à l'état solide car composé de minéraux réfractaires (à point de fusion plus élevé), et conservant une texture métamorphique héritée. Les zones claires correspondent au néosome, la portion de la roche qui a atteint son solidus et a partiellement fondu sous l'effet de la température et de la pression élevées propres au contexte de collision (épaississement crustal), avant de recristalliser sur place ou de migrer légèrement au sein de la roche encaissante. La migmatite représente ainsi un stade intermédiaire entre une roche purement métamorphique et un magma granitique individualisé.

Exercice 3

Difficile

Dans une chaîne de montagnes, on observe en profondeur des migmatites, et à des niveaux structuraux plus élevés, des plutons granitiques présentant une structure grenue homogène et une composition chimique proche de celle du néosome des migmatites. Reconstituer la chaîne d'événements reliant ces deux observations.

Voir la correction

Les migmatites, situées en profondeur, témoignent d'un épisode d'anatexie : une fusion partielle des roches de la croûte continentale épaissie par la collision, produisant un magma de composition granitique (le néosome) resté partiellement mélangé à son résidu solide sur place. Une partie de ce magma, moins dense que la roche encaissante solide, a ensuite pu se séparer de son résidu et migrer vers des niveaux structuraux plus élevés de la croûte, où sa mise en place et son refroidissement lent en profondeur (plutonisme) ont permis la croissance de gros cristaux visibles à l'œil nu, donnant la structure grenue caractéristique du granite observé. La similitude de composition chimique entre ce granite et le néosome des migmatites confirme cette filiation : le granite est un granite d'anatexie, produit final de la fusion partielle de la croûte continentale amorcée plus en profondeur.

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Questions fréquentes

Qu'est-ce que l'anatexie et pourquoi se produit-elle surtout dans les zones de collision ?

L'anatexie est la fusion partielle de roches de la croûte continentale déjà solides, sous l'effet combiné d'une température et d'une pression élevées, souvent favorisée par la présence de fluides (eau) qui abaissent le seuil de fusion des minéraux. Elle se produit surtout dans les zones de collision car l'épaississement crustal y enfouit des roches continentales à de grandes profondeurs, où elles rencontrent des températures suffisamment élevées (renforcées par la désintégration d'éléments radioactifs concentrés dans la croûte continentale) pour atteindre localement leur solidus, sans que l'ensemble de la roche ne fonde complètement.

Quelle est la différence entre une migmatite et un granite d'anatexie ?

La migmatite est une roche mixte qui témoigne d'un stade intermédiaire de l'anatexie : elle conserve des zones restées solides (le résidu, souvent plus sombre et riche en minéraux réfractaires) et des zones qui ont partiellement fondu puis recristallisé (le néosome, plus clair, de composition proche d'un granite). Le granite d'anatexie, lui, correspond au magma issu de cette fusion partielle une fois qu'il s'est séparé de son résidu solide, a migré vers des niveaux crustaux plus superficiels et a entièrement cristallisé en profondeur (plutonisme) : c'est donc un stade plus avancé, où le liquide magmatique s'est individualisé du reste de la roche mère.

Qu'est-ce que le plutonisme et en quoi son produit diffère-t-il d'une roche volcanique ?

Le plutonisme désigne la mise en place et le refroidissement lent d'un magma en profondeur, sans atteindre la surface. Ce refroidissement lent laisse le temps aux cristaux de croître, produisant une roche plutonique à structure grenue (cristaux visibles à l'œil nu, de taille homogène), comme le granite. À l'inverse, un magma qui atteint la surface (volcanisme) refroidit très rapidement, empêchant la croissance de gros cristaux : la roche volcanique obtenue a une structure microlitique voire vitreuse (cristaux très petits ou verre volcanique), même si sa composition chimique peut être proche de celle d'une roche plutonique équivalente.