Mots clés : charnockite, granite anhydre, faciès granulite, déshydratation, anatexie

Qu'est-ce qu'une charnockite ?

Christian Nicollet

Laboratoire « Magmas et Volcans », UMR-CNRS 6524 Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand.

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

09/01/2004

Résumé

Définition, minéralogie et origines des charnockites.


Question

« Pouvez-vous m'expliquer comment se forme une charnockite lors du métamorphisme de HT-BP (Abukuma) ? »

Réponse

Définition

La charnockite est une roche de composition granitique contenant de l' orthopyroxène, associé ou non à de la biotite , parfois de l' amphibole et du grenat , des minéraux «  opaques  » (oxydes métalliques) auxquelles s'ajoutent les minéraux leucocrates du granite : quartz , plagioclase et feldspath potassique . Cette charnockite peut avoir une origine métamorphique  : elle présente alors la texture des roches métamorphiques : foliation ou litage métamorphique ; on parle alors de gneiss charnockitique. Elle peut avoir une origine magmatique « granitique » . Quelle est la différence entre un granite et une charnockite ? C'est le remplacement du minéral ferro-magnésien hydraté, la biotite, par l'orthopyroxène, minéral de composition voisine, mais anhydre : pour simplifier, la charnockite est un granite « anhydre » .

Figure 1. Photographie en lame mince de la Charnockite d'Ansignan dans le massif de l'Agly, Pyrénées.

Photographie en lame mince de la Charnockite d'Ansignan dans le massif de l'Agly, Pyrénées.

LPNA (lumière polarisée non analysée : lumière « naturelle »). Opx : orthopyroxène, Biot : biotite ; Q : quartz ; F : feldspath. Le segment mesure environ 1 mm.


Figure 2. Photographie en lame mince de la Charnockite d'Ansignan dans le massif de l'Agly, Pyrénées.

Photographie en lame mince de la Charnockite d'Ansignan dans le massif de l'Agly, Pyrénées.

LPA (lumière polarisée analysée). Opx : orthopyroxène, Biot : biotite ; Q : quartz ; F : feldspath. Le segment mesure environ 1 mm.


Le nom de charnockite a été défini par Holland en 1900 du nom de Jacob Charnock (fondateur de Calcutta) dont la tombe est faite de cette roche, abondante en Inde. En France, il n'y a qu'un massif de taille significative (quelques km2) : la charnockite d'Ansignan dans le massif Nord Pyrénéen hercynien de l'Agly (au Sud de Saint Paul de Fenouillet). Je soupçonne que la question est relative à ce massif…

Diagramme PT

Schématisons graphiquement (figure 3) les évolutions métamorphiques dans les hauts degrés métamorphiques, à la transition faciès amphibolite (Am) - faciès granulite (G) - anatexie (An).

Figure 3. Diagramme pression-température où figurent les différentes réactions étudiées, les domaines des différents faciès métamorphiques.

Diagramme pression-température où figurent les différentes réactions étudiées, les domaines des différents faciès métamorphiques.

Am : faciès amphibolite, G : faciès granulite et An : e domaine de l'anatexie. Biot : biotite, Fk : feldspath potassique, M : magma, Opx : orthopyroxène, Q : quartz , V : vapeur.


Les transformations métamorphiques se font par le biais de réactions de déshydratation du type H = A + V dans laquelle H et A sont respectivement des minéraux ou assemblage de minéraux hydratés (H) et anhydres (A). En fait, l'évolution est progressive et les minéraux sont de moins en moins hydratés vers les hautes températures. Dans le cas extrêmes à hautes températures, tous les minéraux sont anhydres : on est alors dans les conditions du faciès granulite (domaine G sur la figure 3). V est la phase Vapeur qui est essentiellement de l'eau (H2O), parfois diluée par du dioxyde de carbone (CO2) et d'autres « gaz » en faible quantité, auxquels s'ajoutent différents ions.

Dans le cas qui nous intéresse, nous avons représenté la réaction :

Biotite + Quartz = Orthopyroxène + Feldspath potassique + Vapeur.

Les 3 autres réactions du diagramme sont des réactions de fusion qui marquent la limite entre les transformations métamorphiques et le domaine magmatique ou anatexie (ou migmatisation) (domaine An sur la figure 3). Ces réactions sont de 2 types :

Biotite + Quartz + Feldspath potassique + Vapeur = Magma

et

Orthopyroxène + Feldspath potassique + Quartz + Vapeur = Magma

d'une part

Biotite + Quartz = Magma + Orthopyroxène + Feldspath potassique

d'autre part.

Les 2 premières sont des réactions de fusion « classiques » appelées réactions eutectiques. La 3e est un peu particulière, puisqu'elle produit un magma et un nouveau minéral.

Prenons maintenant 3 exemples de gradients métamorphiques : la flèche en pointillé foncé correspond à un gradient de Moyennes Pressions (MP ou PI : pressions intermédiaires ou Dalradien ou Barrovien : au choix !) ; les 2 autres flèches (pointillés gris clair), à plus basses pressions, correspondent à des gradients de basses pressions (BP ou Abukuma si vous préférez ! ou, pour celui de plus BP, du métamorphisme de contact).

Origines des charnockites

Un ensemble de roches de composition appropriée est métamorphisée dans les conditions d'un gradient de MP ; à hautes températures, elles atteignent les conditions du faciès amphibolite (domaine Am sur la figure 3) puis celles de l'anatexie : elles fondent partiellement (Biotite + Quartz + feldspath potassique + vapeur = Magma) et donnent des migmatites ou gneiss migmatitiques ou anatectiques. En général, les conditions de la réaction Biotite + Quartz + Feldspath potassique = Magma + Orthopyroxène ne sont pas atteintes.

À l'opposé, dans les conditions de très basses pressions (flèche pointillée la plus haute sur la figure 3), les roches franchissent la réaction : Biotite + Quartz = orthopyroxène +Feldspath potassique + vapeur et deviennent des gneiss charnockitiques du faciès granulite.

Considérons le cas intermédiaire. La réaction Biotite + Quartz + Feldspath potassique + Vapeur = Magma est franchie. La fusion commence (des migmatites entourent le massif charnockitique d'Ansignan). Si la température augmente encore, la réaction Biotite + Quartz = Magma + Orthopyroxène + Feldspath potassique est alors franchie (à plus basses T qu'à MP) et la fusion produit un magma charnockitique.

En conclusion

Deux origines possibles pour les charnockites : métamorphisme dans les conditions du faciès granulite et anatexie à hautes T. Ces explications restent simplifiées, car je n'ai pas fait allusion à la nature des fluides (phase Vapeur) dont le rôle est majeur dans ces conditions ultimes du métamorphisme !

Voir aussi, le site de C. Nicollet.

Mots clés : charnockite, granite anhydre, faciès granulite, déshydratation, anatexie