... face à cette fontaine de pierres incandescentes qui déchire les ténèbres, tout le groupe comprend qu'il vit là des instants inoubliables.. De l'Eden à l'Enfer BD Les roches volcaniques Empilements de coulées de lave en Islande (Dettifoss) Quelques notions sur les roches De l'oxygène, du silicium, de l'aluminium, etc Huit éléments constituent à 99% la croûte terrestre et le manteau. Ils composent la majeure partie des roches sous forme de silicates. Les arrangements chimiques de ces huit éléments, appelés aussi éléments majeurs, dont va dépendre leur mode de cristallisation, vont établir une palette de roches infinie. Mais ces assemblages seront différents selon la nature de la croûte où on se trouve et le manteau sous jacent. Typiquement, la croûte continentale est riche en Si, Al, K et Na et pauvre en Fe et Mg, par rapport à la croûte océanique qui est principalement enrichie en Si, Mg, Fe et Ca. Le manteau, quant à lui se caractèrise par une grande proportion de Si, Mg et Fe. Abondance des éléments de la croûte terrestre   Les 3 grandes familles de roches Une roche est une agglomération de minéraux formés par cristallisation lors de leur solidification après fusion, métamorphisme ou diagenèse. La Pétrographie (Science des roches) classe les roches en 3 familles dépendantes de leur processus de formation : la pétrogenèse. On distingue : - les roches ignées ou magmatiques issues du manteau. On y trouve bien sûr toutes les roches volcaniques de surface appelées roches éruptives, mais aussi les roches intrusives nées des remontées magmatiques et refroidies en profondeur au sein de la croûte sans apparition à la surface, (plutonisme). Le granite fait partie de cette dernière famille. - les roches sédimentaires : elles résultent de la dégradation, du transport et du dépôt de matériaux de surface de la lithosphère. Ce sont les roches détritiques parmi lesquelles se classent les grès, les argiles, etc. Une partie des roches sédimentaires provient aussi de processus biologiques ou organiques (organismes vivants). Dans cette dernière famille, on y rencontre les calcaires, la houille, les pétroles... Une transformation physico-chimique (diagenèse et lithification) aboutira à une agglomération plus ou moins poussée des composants. - les roches métamorphiques : ce sont toutes les roches (éruptives, sédimentaires ou même déjà métamorphiques) qui ont subi des modifications physico-chimiques et donc de structure et de texture par augmentation de pression et de température liées aux mouvements tectoniques (enfouissements, chevauchement, replis, exhumation) de la croûte terrestre ou aux contacts avec des roches ignées. Les schistes, les gneiss, les marbres sont des roches métamorphiques.   La silice : l'élément principal A partir des éléments de base vus précédemment les roches sont constituées des associations chimiques suivantes : SiO2, AL2O3, FeiOi, MgO, CaO, Na2O, MnO, K2O, Na2O etc. Dans le magmatisme ces oxydes s'associent entre eux lors du refroidissement de la solution pour former en cristallisant, les minéraux des roches. Les proportions moyennes (en %) des oxydes de toutes les roches connues sont données par le tableau ci-dessous: SiO2 AL2O3 FeiOi MgO CaO Na2O MnO K2O 55,2 15,3 8,6 5,2 8,8 2,9 0,2 1,9   Un élément siliceux en phase sédimentaire (détritique): le sable, ici un sable volcanique (Ile de Stromboli) SiO2, la silice, le plus abondant, est l'élément de base autour duquel se développent les minéraux silicatés (sorte de polymères où les éléments autres que le silicium partagent des atomes d'oxygène avec ce dernier, construisant des réseaux géométriques ou cristallins). Les silicates représentent 90% des minéraux, le reste étant les oxydes métalliques, les sulfates, les chlorures, les carbonates, etc...   Illustration des 3 grandes familles de roches Du magma à la lave - Les différentes roches volcaniques La solidification du magma : la cristallisation des minéraux On a vu dans la page consacrée à la formation des volcans, les processus de genèse des magmas. Lors de leur remontée, l'abaissement des températures et des pressions, la libération des gaz, donnent naissance à la lave. Au cours de ces transferts, les minéraux se forment, cristallisent et s'agglomèrent. La roche, ainsi formée va présenter des caractéristiques physico-chimiques précises, en termes de densité, d'aspect plus ou moins grenu, de couleur plus ou moins claire, dépendant de la palette de minéraux. C'est autour de la variation des minéraux et de leur composition chimique suivante que se décrit une roche volcanique : - La composition minéralogique : L'olivine, les pyroxènes, les amphiboles, les micas (biotite), les feldspaths (alcalins et plagioclases), le quartz, les feldspathoïdes, les oxydes métalliques, etc. - La composition chimique : SiO2, AL2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2 , MnO, P2O5, H2O L'ordre d'apparition des minéraux : les éléments en solution dans la phase liquide vont réagir entr'eux lors du refroidissement. Il s'agit de réactions chimiques qui construisent les minéraux sous forme cristalline. Au fur et à mesure de la baisse de température apparaissent en premier les cristaux réfractaires (telle que l'olivine composée de magnésium et de fer), puis ceux de moins en moins réfractaires comme la muscovite dont le potassium apporte des liaisons faibles. Norman Levi Bowen, le premier scientifique à avoir posé les bases de la Pétrologie expérimentale au XXe siècle, a déterminé la suite des réactions de solidification des magmas et l'apparition des minéraux en fonction de la température. Dans la série de Bowen on s'aperçoit que cristallisent (se solidifient) en premier l'olivine, puis les pyroxènes, l'amphibole etc. En parallèle débute la série continue des plagioclases, d'abord calciques puis calco-sodiques et sodiques Les feldspaths sodi-potassiques apparaissent en dernier. Vers 800°C tout est cristallisé. S'il reste de la silice le quartz apparaitra. S'il est déficitaire alors les feldspathoïdes remplaceront les feldspaths. Structure moléculaire de l'olivine : ici la forstérite à pôle magnésien. Les positions du magnésium peuvent être partagées par le fer. On peut aussi trouver la même structure avec le fer. Dans ce cas le minéral devient de la fayalite (pôle ferreux). Dans le chapitre consacré à la formation de la Chaîne des Puys, nous montrerons à quel point la série de Bowen joue un rôle essentiel pour comprendre les mécanismes généraux de différenciation magmatique mis en œuvre sur le volcanisme planétaire et, en particulier, ceux à l’origine de l’évolution remarquable des laves de la chaîne, véritable référence en volcanologie, depuis les basaltes sources jusqu’aux trachytes. Les dynamismes éruptifs, les morphologies des volcans, donc les paysages, en sont la conséquence. La classification des roches volcaniques : La classification minéralogique ou modale qui s'appuie après l'avoir mesuré (mesures physiques) sur la quantité de minéraux principaux (Diagramme QAFP ou de Streckeisen, Quartz, feldspaths Alcalins, Plagioclases, Feldspathoïdes). Exemple : une roche qui comporte 50% de quartz et 35% de feldspaths alcalins est une rhyolite. Une roche qui comporte 0% de quartz et de feldspathoïdes, et 80% de feldspaths alcalins est un basalte ou une andésite. Pour les distinguer il faudra utiliser l'index de couleur et le pourcentage en masse de silice. On voit que pour les roches éruptives basiques (ou mafiques), il faut compléter le Streickesen par d'autres critères. Classification modale QAPF pour les roches volcaniques (d’après Streckeisen, 1978). Les sommets du double triangle sont : Q = quartz, A = feldspaths alcalins, P = plagioclases et F = feldspathoïdes. Classification modale QAPF des roches plutoniques (d’après Streckeisen, 1976). Les sommets du double triangle sont Q = quartz, A = feldspaths alcalins, P = plagioclases et F = feldspathoïdes. La classification chimique : elle s'appuie sur la quantité d'éléments chimiques contenue dans tous les minéraux de la roche, généralement sous forme d'oxydes. On peut alors dresser des diagrammes représentatifs d'un élément chimique ou plusieurs, par rapport à un autre pour réaliser des classements ou observer l'évolution d'un processus. Par exemple K2O versus SiO2 pour les laves calco-alcalines, MgO vs SiO2 et CaO vs SiO2 pour étudier une différenciation. Le plus général est le diagramme TAS (Total Alcaly Silice soit Na2O+K2O vs SiO2). Les roches y sont caractérisées par des zones précises. (Exemple : une roche qui comporte 6% d'alcalins et 49% de silice est un trachy-basalte. Plus précisément, s'il comporte 5% de Na2O ce sera une hawaiite). Classification géochimique des roches volcaniques TAS (d’après Le Bas et al., 1986). On peut faire apparaître dans le diagramme les séries évolutives remarquables des laves au cours de leur séjour dans les chambres magmatiques. Pour simplifier, cette évolution est liée à la nature du magma initial qui dépend du contexte géodynamique, du temps et des conditions de "stockage" dans les chambres ou réservoirs magmatiques. Dans le diagramme, on a mis pour exemple les séries alcalines et moyennement alcalines du volcanisme intraplaque ou de point chaud, la série calco-alcaline typique des zones de subduction et la série tholéiitique des dorsales d'accrétion. Classification par proportion de minéraux : quand on connait la quantité de minéraux qui composent la roche par analyse modale ou chimique avec usage de la norme CIPW. Exemple d'une classification minérale d'une série calco-alcaline typique d'un volcanisme de subduction. Autre classification simplifiée des roches volcaniques :   Dans cette page, nous avons parlé des éléments chimiques majeurs qui composent et caractérisent les roches principalement volcaniques. Cependant, et cela pourrait faire l'objet d'une autre page de ce site, les géologues utilisent également : - les isotopes : ils servent à caractériser la nature du manteau source, à évaluer le taux de contamination crustale, etc, mais aussi, avec les isotopes radiogéniques, à dater la roche. - les éléments traces : pourtant en quantités faibles, quelques parties par milliard jusqu'à quelques parties pour mille, ils sont utiles pour mesurer les taux de fusion, en évaluer les conditions, identifier le contexte géodynamique, connaître la nature du manteau, etc. On peut citer entre autres, le plomb Pb, le strontium Sr, le niobium Nb, l'uranium U, ou les terres rares dont l'ytterbium Yb, le néodyme Nd etc.   Quelques échantillons de roches volcaniques selon la classification

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