Géologie : Les Ophiolites

Pour réaliser cette œuvre j’ai étudié le livre « Comprendre et Enseigner la Planète Terre » : pages 60-61-108-112-120. J’ouvre également le livre « Ce que disent les minéraux » pages 16-48-49, des articles sur internet complètent mon étude.
C et Ens Pl. Terre : p 60 : le terme « ophiolite » se rapporte à une association de roches connues depuis longtemps dans les chaînes alpines, ayant un aspect évoquant une peau de serpent d’où leur nom. La structure générale des ophiolites est constituée de fragments de croûte océanique d’une épaisseur pouvant varier de cinq à dix kilomètres. A l’emplacement actuel des Alpes existait il y a environ 200 millions d’années une petite mer appelée La Téthys, ancêtre de la Méditerranée. Cette petite mer a disparu par subduction, et a laissé des ophiolites comme celles que nous observons au Chenaillet à proximité de la ville de Briançon dans les Hautes-Alpes.
Voyons au centre de l’œuvre la représentation du tétraèdre silicium oxygène 4 (SiO4), nous sommes à dix kilomètres sous terre et nous allons progressivement remonter à la surface en traversant les différentes couches constituant les ophiolites et en observant leur composition.

Quelques repères :
⁃Phylosilicates : tétraèdres en couches : argiles, micas.
⁃Tectosilicates : tétraèdres liés par leurs quatre sommets : quartz feldspaths.
⁃Inosilicates : chaines simples de tétraèdres : pyroxènes, orthopyroxènes, clinopyroxènes (tels l’augite), ou chaines doubles : amphilobes.
⁃Feldspaths : un feldspath est un minéral à base de silicate doublé d’aluminium de potassium de sodium ou de calcium. Dans les tectosilicates les principaux feldspaths sont l’orthoclase (potassique), l’albite (sodique) et l’anorthite (calcique) : le mélange de ces deux derniers donne la série des plagioclases.
⁃Plagioclases : minéraux composés des alumino-silicates calco-sodiques (C et E la Pl Terre page 111).
⁃Ion : atome ou groupe d’atomes ayant une charge électrique positive (cation) ou négative (anion).
⁃Cation : ion ayant une charge électrique positive par défaut d’un ou plusieurs électrons.
⁃ Roche grenue : roche montrant un assemblage de cristaux tous en grains visibles à l’œil nu (roches magmatiques plutoniques).
⁃Roches plutoniques : roches formées par cristallisation lente d’un magma.

C et E la Pl Terre, page 60 : en partant de la base jusqu’au sommet des ophiolites nous allons traverser les couches suivantes : les tectonites péridotitiques, l’ensemble gabbroïque, les complexes filoniens, les basaltes en coussins ou « pillow-lavas » avant d’arriver aux sédiments.
Partons du centre de l’œuvre où autour du tétraèdre apparaissent les serpentines ou péridodites serpentinisées, avec une couche de tétraèdres en rouge et une couche d’octaèdres en jaune : SiO4 et MgO6, les oxygènes sont représentés en billes bleues. Les serpentines appartiennent à la vaste famille des phyllosilicates ou silicates en feuillets ; les minéraux qui les constituent (olivines-pyroxènes) s’hydratent et donnent naissance aux serpentines. L’hydratation à basse température (150°C à 400°C) subie par ces péridotites oblitère plus ou moins leur caractères minéralogiques et structuraux initiaux, les harzburgites roches composées d’olivines et orthopyroxènes prédominent.

Nous poursuivons vers la surface et traversons l’ensemble gabbroïque : Wikipédia gabbros : le gabbro est une roche plutonique issue de la fusion partielle de la péridotite mantellique et ayant subi un refroidissement lent donc une cristallisation complète (présence de phéno-cristaux). Le gabbro est à grains grossiers (avec cristaux de un millimètre ou plus grands), dense, de couleur verdâtre ou foncé.
C ert E la Pl Terre, page 61 : l’ensemble gabbroïque est lité, rubané dans sa partie inférieure, massif et isotrope dans sa partie supérieure. On passe des péridotites litées à des gabbros magnésiens (gabbros à olivine) puis à des gabbros plus riches en fer (gabbros à clinopyroxène, puis à orthopyroxène). Tous ces minéraux résultent de la cristallisation lente de liquides magmatiques, c’est-à-dire de bains silicatés fondus à haute température (entre 1200°C et 1500°C). Dans la partie supérieure des gabbros, il n’y a plus de litage et la structure est souvent hétérogène.

Le gabbro est une roche grenue de couleur verte à noire composé de plagioclase, pyroxène amphilobe et olivine. Sur l’œuvre apparaissent différentes couches : les plagioclases en sombre, l’olivine en bandes plus claires minéraux en vert.

Nous allons maintenant découvrir la composition de l’augite, un minéral très courant dans les roches magmatiques, basaltes-gabbros). Nous arrivons au grand cercle sur fond rouge sur lequel est représentée la structure cristalline de l’augite : (Ca Mg Fe) Si2O6 : un premier tétraèdre SiO3 est représenté en rouge et oxygènes en billes bleues, le deuxième tétraèdre est représenté à l’arrière en colori noir pointe inversée. De part et d’autre sont représentés en vert le calcium en billes roses le magnésium et en billes grises le fer.
« Ce que disent les minéraux » page 49 : toujours dans le grand cercle rouge observons un tétraèdre dans l’agitation d’un magma : aussi étonnant que cela puisse paraître, il reste encore un peu de l’ordre minéral, notamment autour des atomes de silicium qui restent localisés dans des tétraèdres SiO4 . Dans le liquide résultant de la fusion, les chaînes de tétraèdres sont localement brisées, leurs orientations sont très désordonnées ainsi que la position des cations Mg2+.

Poursuivons jusqu’à la bande grise où sont représentés les inosilicates avec tétraèdres en chaînes en colori rouge avec silicium en billes jaunes entourés des oxygènes en billes bleues. Il s’agit de pyroxènes en chaînes simples de tétraèdres : (SiO3)2 : V et C La Pl Terre page 108.
L’EAU : nous arrivons à la bande grise où est représentée la molécule d’eau en bleu : nous allons apprendre l’altération chimique des roches qui se fait en présence d’eau : les réactions principales sont des hydrolyses ou la destruction des minéraux par l’eau.
⁃L’hydrolyse est totale lorsque le minéral est détruit en plus petits composés possibles (hydroxydes, ions).
⁃L’hydrolyse est partielle lorsque la dégradation est incomplète et donne des composés silicatés (argiles). Un exemple : l’hydrolyse partielle de l’albite donne soit de la kaolinite, soit des smectites , qui font partie des argiles.
Prenons le cas d’un feldspath sodique l’albite : soit albite + eau … donne gibbsite + acide silicique + ions ; précipité + solution de lessivage Al(OH)3 ou Al O3, 3H2O. Les réactions des corps résultants donneront des minéraux argileux (néoformation).

Observons sur l’œuvre les molécules d’eau : elles sont chargées électriquement et se comportent comme des dipôles. Voyons leur structure et arrangement : en bleu roi les atomes d’oxygène entourés de deux petites billes bleu marine représentant les deux atomes d’hydrogène. La nature polaire de la molécule d’eau permet l’établissement de liaisons hydrogène entre les molécules qui se disposent en groupes tétraédriques. Les propriétés de l’eau découlent de cette structure. Les ions hydrogène sont responsables de la destruction des réseaux silicatés : ils déplacent les cations métalliques qui se recombinent avec OH (hydrolyse).
L’altération produit d’autres réactions telles l’hydratation, l’oxydation et la décarbonatation.
L’oxydation concerne surtout le fer qui passe de l’état ferreux à l’état ferrique ; un exemple de roche concernée : olivine + oxygène… se transforment en oxyde ferrique + silice.
L’hydratation est une incorporation de molécules d’eau à certains minéraux peu hydratés contenus dans la roche comme les oxydes de fer ; elle produit un gonflement du minéral et donc favorise la destruction de la roche. Un exemple d’hydratation : solubilisation des calcaires et des dolomies sous l’action du CO2 dissous dans l’eau : CaCo3 +Co2 + H2O … donne Ca (Co3H)2 soluble.

Nous voici maintenant au complexe filonien représenté dans la large bande grise. C et E la Pl Terre page 61 : les gabbros massifs sont recoupés par des filons basaltiques subverticaux de quelques mètres d’épaisseur qui deviennent de plus en plus nombreux vers le haut. Ces filons basaltiques sont parfois associés à des filons beaucoup plus riches en silice, faits surtout de feldspaths sodiques (albitites ou en core plagiogranites).
Nous arrivons bientôt aux basaltes en coussins, mais j’ai auparavant intercalé entre complexe filonien et basaltes, la représentation de la structure d’un minéral argileux : la montmonrillonite d’après un shéma figurant sur le Dictionnaire de géologie Dunod page 25 : en jaune couche d’octaèdres atomes d’oxygène avec un aluminium au centre (en rose), de part et d’autre en rouge tétraèdres d’atomes d’oxygène avec un silicium au centre (en jaune). Entre ces couches divers cations peuvent se placer dans un espace interfoliaire.

Nous arrivons aux basaltes en coussins représentés en demi-cercles gris ou noirs. C et E la Pl Terre page 61 : le terme le plus élevé des assemblages ophiolitiques est fait de roches volcaniques de composition basaltique, disposées en coulées successives : basaltes dits « tholéiitiques ». Les coulées parfois massives, présentent fréquemment un débit en coussins « les pillow lavas » qui résultent de l’épanchement du magma basaltique sur une pente sous-aquatique.
Au dessus de l’ensemble basaltique, on aperçoit les roches sédimentaires marines (radiolarites, calcaires ou pélites).

Nous terminons notre traversée des ophiolites en arrivant à la surface de la terre au bord de l’œuvre.