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Objectif notionnel :
gradient géothermique, altération, diagénèse, métamorphisme, solidus-liquidus

Objectif méthodologique :
représentation complexe de grandeurs différentes sur le même graphique

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1.1 - Seul un des deux paramètres représentés est une grandeur spatiale. Expliquez alors pourquoi nous sommes dans l'ILLUSION d'une représentation spatiale d'un phénomène.

La profondeur est une grandeur fondamentale spatiale, naturelle et perceptible par la vue (sauf que l'on imagine ici des profondeurs bien plus importantes que celles auxquelles on a accès). La température est une grandeur sensible, mesurable, expérimentale mais la représenter comme une distance demande une transposition intellectuelle. On est donc dans l'espace théorique des profondeurs = f'(température).

Remarque: on est ici en géologie pure, sans vie; on s'intéresse donc à des paramètres physiques. Il est hors de question de parler de fonction au sens des fonctions du vivant. Les phénomènes étudiés sont parfaitement décrits par les variations des grandeurs physiques (au sein de chaque modèle).

1.2 - Est-il légitime de placer en ordonnées une équivalence entre profondeur et pression ? (cette question nécessite d'avoir assimilé la fiche F4: La pression, pdf, html)
Il n'y a pas de relation linéaire entre la pression lithostatique et la profondeur car la densité du sous-sol n'est pas constante mais augmente globalement avec la profondeur. De même la relation 1kbar=1Mpa n'est qu'approximative.
Dans certains diagrammes on tracera des géothermes COURBES.

1,3 - Plusieurs phénomènes se surimposent sur ce diagramme. Repérez-les et précisez pour chacun d'eux les variables d'étude et tracez-les chacun avec leurs variables

- l'augmentation de la température avec la profondeur représentée par le gradient géothermique: température de la roche = f(profondeur); le gradient géothermique minimal détermine un domaine non réalisé dans la nature.

Il est clair que le gradient géothermique reste une courbe THÉORIQUE et que le modèle qu'on l'on représente ici (une droite) ne reflète la réalité que de loin: l'augmentation de température avec la profondeur n'est pas linéaire. de plus, dans les zones de forte activité volcanique, on ne peut plus tracer de géotherme du fait de la présence de magma très chaud au sein de roches qui peuvent être nettement plus froides.... Ensuite le gradient géothermique varie dans le temps....

- domaines de transformation des roches en pression, température: altération (très basse pression (~surface)- très basse température); diagenèse (basse pression - basse température) ; métamorphisme (transformations à l'état SOLIDE : sans formation de magma, mais pouvant se faire à plus ou moins grande pression et profondeur).

Remarque: pour le métamorphisme on représente aussi plus ou moins approximativement les domaines de stabilité de certains minéraux marqueurs: chlorite, biotite, grenat et silicates d'alumine (de formule Al2SiO5 et comportant 3 minéraux marqueurs: andalousite, sillimanite et disthène).

Le métamorphisme est un domaine encadré par les trop basses températures (domaine non réalisé), le domaine de la diagenèse (où les sédiments se transforment en roche sous l'action de la pression, de la température, avec départ d'eau et disparition de la vie) et l'apparition d'un magma (on dit d'anatexie lorsqu'il s'agit de la fusion de roches préexistantes). Le domaine du magmatisme d'anatexie est le domaine où un magma (liquide) existe alors que le domaine du métamorphisme est strictement limité à des TRANSFORMATIONS À L'ÉTAT SOLIDE.

Cette partie contient des compléments pour ceux qui souhaitent approfondir un peu la question

 - l'état de la matière en fonction de la pression et de la température (diagramme d'état ou de phase, dont le plus connu est celui de l'eau). Pour les roches, présentes à l'état solide dans les conditions de pression-température de surface, on définit deux courbes selon le comportement du liquide par rapport au solide :
+ le liquidus est la courbe séparant un domaine entièrement liquide et un domaine où le liquide et le solide coexistent ;
+ le solidus est la courbe séparant un domaine où liquide et solide peuvent coexister et un domaine où seul le solide est présent.

Comme on le voit pour le diagramme de phases de l'eau, il existe sur terre trois phases: solide / liquide / gaz séparées par des courbes de changement d'état.
On note (voir figure complémentaire) que LORS D'UN CHANGEMENT D'ÉTAT LA TEMPÉRATURE RESTE FIXE tant que le corps n'a pas totalement changé de phase. Par exemple pour l'eau lorsque l'on arrive à la courbe sui sépare le domaine liquide du domaine solide par refroidissement par exemple, on reste au point de la courbe atteint tant que toute l'eau ne s'est pas solidifiée. Il n'y a pas de mélange liquide solide À DIFFÉRENTES TEMPÉRATURES, pour un corps simple.
Ce n'est pas le cas d'un mélange de plusieurs corps comme une roche où le solide coexiste avec le liquide entre les deux courbes: le solidus et le liquidus. (Autrement dit : pour un mélange, la température de fusion commençante n'est pas égale à la température de cristallisation commençante).

L'espace des phases est défini théoriquement comme un espace abstrait qui permet de définir complètement l'état d'un système à partir de la connaissance des coordonnées de ce système dans cet espace (article "turbulence" EU). La dimension de l'espace des phases varie de 2 (un plan), pour des systèmes très contraints, à l'infini, pour des systèmes qui nous paraissent être non déterministes. On remarquera que le terme espace des phases fait judicieusement penser au diagramme des phases (qui représentent l'état d'un corps pur dans un espace à 2 dimensions: pression et température; typiquement trois phases principales sont possibles: liquide, solide et gazeuse). Le diagramme des phases d'un corps pur et bien une représentation de l'état thermodynamique d'un corps dans son espace des phases.

L'espace des phases d'une roche n'est pas représentable dans un plan sauf dans quelques cas particuliers où l'on a juste quelques minéraux. En effet, il faut bien davantage que deux dimensions pour préciser l'état d'un système aussi complexe qu'une roche.
En pétrologie expérimentale, le solidus et le liquidus sont habituellement représentés dans un diagramme température = f(composition chimique), c'est-à-dire ce que l'on appelle un diagramme des phases mais qui n'est pas vraiment une représentation de l'espace des phases puisque cette représentation se fait À PRESSION DONNÉE.

Donc, que signifie les courbes de solidus/liquidus "de la péritotite", ou "de la péridotite sèche" ou encore "du granite hydraté" ?
Cer sont des INDICATIONS APPROXIMATIVES dans un diagramme pression=f(température) de l'apparition de la première goutte de magma (liquidus) dans un solide, ou du premier cristal solide (solidus) dans un liquide.
Ci-contre un exemple de solidus fusionné avec le liquidus (du fait de l'imprécision) qui a été utilisé dans le TP1 pour expliquer la position de la LVZ (low velocity zone).