Les migmatites, témoins de la fusion partielle de la croûte continentale

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

13/09/2010

Résumé

Différents degrés de fusion partielle et migmatites, à partir d'exemples aux Sables d'Olonne, au Pouligen et dans l'Altaï Mongol.


Figure 1. Gros plan sur une migmatite, plage de la Chaume, Les Sables d'Olonne, Vendée

Gros plan sur une migmatite, plage de la Chaume, Les Sables d'Olonne, Vendée

Le bout du manche de marteau donne l'échelle.


Que sont les migmatites ? Le Dictionnaire de Géologie (A. Foucault et J.F. Raoult) en donne la définition suivante (légèrement modifiée) : «  Du grec μιγμα (migma) = mélange. Ensemble qui, à l'échelle de l'affleurement et non du petit échantillon isolé, est un mélange de roches de type granite et de gneiss ou micaschiste. […] Leur genèse est liée à une fusion partielle (= anatexie) de roche type gneiss ou micaschistes, roches typiques de la croûte continentale. Certaines parties de la roche fondent et constituent alors le mobilisat (= leucosome), magma de composition granitique. D'autres parties restent solides, et constituent le restat (ou restite = mélanosome) particulièrement riche en minéraux ferromagnésiens, principalement de la biotite.  »

Figure 2. Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Voir la légende de la figure 3.


Figure 3. Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Cette roche est constituée de 2 parties.

(1) Le gros du volume de la roche est sombre, riche en mica noir (biotite), et très schistosé.

(2) Intercalés entre les feuillets de la schistosité/foliation, on voit de très nombreuses « lentilles » claires, formant comme des yeux (bridés) au sein de la schistosité/foliation. Ces lentilles ont une longueur allant de 1 à 10 cm. Un gros plan sur ces « lentilles » (fig 1) montre qu'elles sont constituées de minéraux de taille millimétrique à centimétrique, jointifs, et sans orientation/schistosité très visible. Les minéraux constitutifs sont principalement des quartz (gris) et des feldspaths (blancs à jaunâtres suivant le degré d'altération), avec quelques rares micas (blancs). Ces lentilles ont la composition minéralogique et la structure d'un granite clair (leucogranite).


Figure 4. Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Affleurement de migmatite, plage de la Chaume, commune des Sables d'Olonne, Vendée

Voir la légende de la figure 3.

Un petit filon tardif recoupe la base du rocher sur cette image.


 

Dans le cas des migmatites des Sables d'Olonne, la roche mère qui subit la fusion partielle est un orthogneiss assez sombre, ancien granite (ou ancienne rhyolite) fortement métamorphisé et schistosé, qui, à la suite de son métamorphisme, a subit un début de fusion partielle. L'âge du métamorphisme et de la fusion partielle serait de 390 Ma, et l'âge du protolite (roche anté-métamorphique) serait Protérozoïque supérieur (Briovérien).

La roche anté-fusion des Sables d'Olonne était donc un gneiss à quartz, feldspath et beaucoup de mica noir, avec une belle foliation. La fusion partielle a fait fondre une partie des minéraux les plus fusibles (quartz, feldspath et un tout petit peu de mica) ce qui a donné quelques pour cent de liquide de composition granitique et a laissé solide la majorité de la roche qui s'est trouvée, par différence, enrichie en micas et appauvrie en quartz et feldspath. La petite fraction fondue s'est rassemblée après une très faible migration en lentilles intercalées dans la foliation pré-existante et a donné les lentilles de composition granitique (le mobilisat = leucosome). La majorité de la roche, non fondue, constitue la partie sombre bien foliée et riche en biotite (le restat = restite = mélanosome).

Figure 5. Vue de la côte Ouest des Sables d'Olonne, Vendée

Vue de la côte Ouest des Sables d'Olonne, Vendée

Les photos 1 à 4 ont été prises au niveau de la flèche rouge.


Figure 6. Carte géologique de la côte Ouest des Sables d'Olonne, Vendée

Carte géologique de la côte Ouest des Sables d'Olonne, Vendée

Toute la côte rocheuse visible sur la photo et cartographiée ici en orange est constituée du même type de roche visible sur les figures 1 à 4. Les affleurements sont plus ou moins visibles en fonction des marées, des bancs de sables déplacés au grès des tempêtes …. Cette lithologie cartographiée en orange est intitulée « ζγ3 = orthogneiss des Sables d'Olonne ».


Figure 7. Localisation (flèche rouge) des migmatites des sables d'Olonne sur carte topographique IGN

Localisation (flèche rouge) des migmatites des sables d'Olonne sur carte topographique IGN

Les photos 1 à 4 ont été prises au niveau de la flèche rouge.


 

Une analogie culinaire de la formation des migmatites pourrait être la suivante : des rillettes au soleil. Si on met au soleil des rillettes bien fines et bien homogènes, celles-ci se réchauffent, et il y a un début de fusion. La partie fusible, le gras, se sépare de ce qui ne fond pas (le maigre) et l'ensemble devient un mélange de fibres de viande et de gouttelettes de gras. Si l'ensemble se refroidit en l'état, on aura des rillettes « avariées » constituées d'un mélange de gouttelettes de gras figé (le mobilisat = leucosome) et de viande dégraissée (le restat = restite = mélanosome).

La cause de la fusion partielle n'a pas lieu d'être développée ici, article principalement constitué d'images commentées. Elle se fait généralement dans des chaînes de montagne en formation, et peut être due à de nombreuses raisons, non incompatibles : (1) augmentation de température due à un enfouissement tectonique, (2) augmentation de température due à l'arrivée d'un magma basique chaud, (3) hydratation (par sous-charriage de matériel hydraté) d'un matériel déjà très chaud, (4) décompression (par effondrement/relaxation gravitaire de la chaîne de montagne) d'un matériel déjà très chaud, etc.

Une fois que la fusion partielle a eu lieu, les quelques pour cent de liquide formés peuvent avoir deux destinées différentes, avec tous les intermédiaires possibles :

  • (1) soit ils restent et se solidifient sur place. On aura alors une migmatite typique, comme dans les images 1 à 4 ;
  • (2) soit ils se rassemblent en grosses lentilles qui elles-même se rassemblent en filons remplis de magma granitique qui, du fait de sa densité plus faible que celle de l'encaissant, va migrer vers « le haut » laissant sur place le résidu non fondu. Ce magma granitique migrant vers le haut pourra, selon l'importance de sa migration donner un massif de granite dit concordant, ou alors un massif dit discordant (cf figure 6 du vade-mecum sur les granites)

Les 4 images suivantes représentent différents stades de cette étape de rassemblement / migration du magma granitique, un stade photographié quelque part dans l'Altaï Mongol et deux stades visibles en Bretagne Sud.

Figure 8. Une migmatite, quelque part dans l'Altaï Mongol.

Une migmatite, quelque part dans l'Altaï Mongol.

Dans cette migmatite, le rassemblement du magma granitique est plus « avancé » que dans l'affleurement des Sables d'Olonne (fig. 1 à 4).

Cette roche est constitué de 3 parties :

(1) Une migmatite ressemblant à celle des Sables d'Olonne, avec des lentilles centimétriques de granite intercalées dans la foliation d'un gneiss. Les lentilles sont plus petites et plus nombreuses qu'aux Sables d'Olonne ; la part résiduelle micacée est proportionnellement moins importante. Sans doute la roche mère était-elle moins micacée qu'aux Sables d'Olonne et la fusion partielle plus importante.

(2) De gosses lentilles décimétriques à pluri-décimétriques de granite, globalement concordantes avec (et intercalées dans) la foliation, parfois légèrement sécantes avec la foliation. Ces grosses lentilles sont parfois « soulignées » par une bordure particulièrement riche en biotites non fondues. Ces grosses lentilles peuvent être dues à un début de rassemblement des petites lentilles individuelles et/ou à des zones de fusion plus poussée, par exemple dues à une circulation de fluides plus importante.

(3) Un filon granitique tardif recoupe le tout en diagonal.


Figure 9. Une migmatite, quelque part dans l'Altaï Mongol.

Une migmatite, quelque part dans l'Altaï Mongol.

Détail de la figure précédente


Figure 10. Grosses lentilles de granite au sein des migmatites du Pouligen (Loire Atlantique)

Grosses lentilles de granite au sein des migmatites du Pouligen (Loire Atlantique)

La séparation magma granitique / restite est encore plus poussée que dans les figures précédentes. Le magma granitique forme des filons et/ou de grosses lentilles intercalés dans (et concordant avec) la foliation visible dans les restites surmicacées non fondues. Filons et lentilles étant boudinés, on peut proposer que la fusion a débuté avant la fin de la déformation.


Figure 11. Filons de granite au sein des migmatites du Pouligen (Loire Atlantique)

Filons de granite au sein des migmatites du Pouligen (Loire Atlantique)

La séparation magma granitique / restite est encore plus poussée que dans les figures précédentes. La séparation granite (mobilisat) / résidu surmicacé (restite) est presque totale. Le magma granitique forme des filons intercalés dans (et concordant avec) la foliation visible dans les restites surmicacées non fondues. Cet affleurement est situé à quelques dizaines de mètres de celui de la figure précédente, montrant une hétérogénéïté géographique de la séparation magma/résidu.


Figure 12.  Localisation des affleurements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique)

Localisation des affleurements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique)

La flèche rouge localise les affleurements de migmatites des figures 10 et 11.


Figure 13.  Localisation des affleurements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique) sur carte géologique

Localisation des affleurements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique) sur carte géologique

La flèche bleue localise les affleurements de migmatites des figures 10 et 11.

Différents faciès de migmatites de couleur orange à rouge et notés Mx sont en contact « concordant » avec un granite vrai (au NO, en rouge, noté γA) et en contact par faille avec un autre granite figuré en violet (ζγ1-2). La base de ce granite γA sera illustrée la semaine prochaine dans un affleurement situé une douzaine de km plus à l'Est, à St Marc.


Figure 14.  Localisation des afflements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique) sur carte topographique IGN

Localisation des afflements de migmatites du Poulingen (Loire Atlantique) sur carte topographique IGN

La flèche rouge localise les affleurements de migmatites des figures 10 et 11.