Les granites sont des roches magmatiques plutoniques riches en quartz et composées de feldspaths. Les feldspaths alcalin sont souvent en plus grande proportion que les feldspaths plagioclase. Généralement, discuter des granites revient à s’intéresser aux granitoïdes, roches magmatiques plutoniques comportant plus de 20% de quartz, indépendamment de la nature du ou des feldspaths présents. C’est pourquoi dans cet article nous allons traiter des granitoïdes, soit des granites dans leur ensemble.

De plus, le groupe des granitoïdes présente une importante diversité de roches (fig. 1). En effet, il est possible de les différencier par leur origine, leur composition et même la nature des minéraux autres que les minéraux dits cardinaux (quartz et feldspaths) comme la biotite (micas noir), la muscovite (micas blanc), les amphiboles, les pyroxènes, le grenat ou la tourmaline.

En découle de nombreuses classifications, la plupart superposable, dont certaines sont conventionnellement employées par les géologues comme la classification SIMA aussi dite l’"alphabet des granites".

En quoi les granites sont-ils des objets géologiques diversifiés présentant tout de même une certaine unité ? Comment ces roches sont-elles générées et mise en place ? Quels sont les devenirs des granites au cours des temps géologiques ?

Unité et diversité des granites

Chimie et minéralogie des granites

La nature des granitoïdes est un élément majeur permettant de classer ces roches. En effet, la nature peralumineuse, metalumineuse ou peralcaline des magmas est à relier à la composition chimique ainsi qu’à la minéralogie des granitoïdes.

Les granitoïdes se composent de minéraux cardinaux dont les feldspaths alcalin ((K,Na)AlSi₃O₈) et calcique (CaAl₂Si₂O₈). Ces compositions minéralogiques mettent en lumière une relation simple entre les éléments Al et Na/K, puis Al et Ca. Pour un feldspath alcalin : Al = Na + K, pour un feldspath calcique : Al = 2 Ca. Globalement, pour tous les feldspaths, il est possible de constater la relation en nombres d’atomes : Al = 2 Ca + Na + K (fig. 2).

Un magma peralumineux, riche en aluminium (Al), présente une proportion en Al supérieure aux autres éléments (Al > 2 Ca + Na + K). À l’issue de la formation des feldspaths à partir d’éléments directement disponibles dans le magma, l’aluminium reste en excès et contribue à la formation de minéraux riches en aluminium comme la muscovite et parfois la cordiérite, le grenat ou la tourmaline.

À l’opposé, si le magma possède un déficit en aluminium, deux cas se présentent. Si Al < 2 Ca + Na + K, mais Al > Na + K, il est question d’un magma metalumineux. Se forment alors des feldspaths alcalins et des feldspaths plagioclases. Cependant, la formation des feldspaths plagioclases ne suffit pas à consommer l’ensemble du Ca présent dans ce magma metalumineux. C’est alors que se forment d’autres minéraux tels que des amphiboles. Le second cas concerne les magmas peralcalins caractérisés par les proportions en éléments atomiques suivantes : Al < 2 Ca + Na + K et Al < Na + K. La faible proportion en aluminium ne suffit pas à neutraliser les éléments alcalins au sein des feldspaths alcalins. Des minéraux riches en Na et K se forment : il s’agit des pyroxènes et des amphiboles sodiques.

Dans les faits, la séparation des différents types de magmas à l’origine des granitoïdes est théorique. Ces catégories ne prennent pas en considération le rôle de certains minéraux tels que la biotite qui est souvent observée dans les granitoïdes. De plus, les minéraux classiquement constatés ne sont pas toujours exprimés. Ainsi une diversité de granites se présente. Quels sont les principaux granites retrouvés en France ?

Les différents types de granites à partir de la carte de France au 1/1 000 000

La lecture de la légende de la carte de France au 1/1 000 000 mets en lumière plusieurs informations à propos des granites (fig. 3). En effet, il est possible de connaître l’âge, donné dans une échelle stratigraphique absolue en millions d’années mais également aligné sur l’échelle relative sur la gauche de la légende ; la nature chimique qui est figurée par des symboles blancs en surcharge des zones colorées ; et parfois, la déformation est inscrite dans cette légende. Celle-ci est marquée par un étirement des symboles.

De cette carte, sept types de granites ressortent dont un présente une particularité puisqu’il est indifférencié (ce type ne sera pas considéré par la suite). Ces derniers permettent d’établir une classification, qui majoritairement se superposent avec celle élaborée par Bernard Barbarin en 1999 (fig. 4). Par ailleurs, une autre classification, la classification SIMA, ne recoupe pas totalement les deux autres classifications.

Ces diverses classifications se basent sur des caractéristiques pétrographiques et minéralogiques précises. Les tableaux suivants en font le résumé (fig. 5 & 6).

Malgré les différences entre les classifications, il est possible de faire un lien entre les types de granites et leur contexte géodynamique de formation. Celui-ci traduit le fait que dans divers contextes, les sources susceptibles de donner des magmas ne sont pas identiques, expliquant alors la diversité des granites observés.

Origine et mise en place des granites

Dès le Protérozoïque (-2,5 Ga), les granites trouvent leur origine au sein de sources différentes mais pas incompatibles : tous les intermédiaires sont possibles. Ces roches peuvent avoir une origine mantellique, crustale ou encore mixte.

Une origine mantellique

Certains granites proviennent de la fusion partielle du manteau, due à une décompression ou à une hydratation de ce dernier (fig. 7). Le magma initial de nature basique ainsi généré connait une différenciation qui conduit à l’obtention d’un magma alcalin, tholéïtique ou calco-alcalin. 

De tels granites sont remarqués au niveau des dorsales océaniques, des rifts, des zones continentales en extension, des points chauds ainsi que des zones de subduction (notamment intra-océaniques). Ces roches se localisent nettement au-dessus de la zone du fusion du manteau : elles sont toujours intrusives et discordantes au sein d’un encaissant.

Par exemple, les granites des dorsales océaniques constituent de petites poches ne mesurant souvent pas plus de quelques dizaines de mètres de diamètre. De telles roches se composent en grande majorité de feldspaths plagioclases d’où leur dénomination plagiogranite. Ces dernières sont des tonalites ou des trondhjémites dans la classification de Sterckeisen (fig. 1). Les magmas à l’origine de ces granites se forment par ultra-différenciation des tholéites du plancher océanique : il s’agit donc de roches acides.

Les plagiogranites forment de gros filons, des fragments de taille allant du mètre à la centaine de mètres au sein des complexes ophiolitiques comme le complexe ophiolitique du Chenaillet (fig. 8). 

Une origine crustale

Des granites proviennent directement de la fusion partielle de la croûte continentale sans intervention de matériel d’origine mantellique (fig. 9). Ce processus de fusion crustale se déroule généralement dans les zones orogéniques suite à l’enfoncement et réchauffement de portions de croûte continentale. Aussi, l’hydratation et la décompression de fragments de croûte continentale chaude et profonde conduit à une fusion partielle de cette dernière.

Par ailleurs, tout ou partie du magma produit peut rester au contact avec le résidu non fondu de la croûte continentale. Après que cette zone de mélange se soit refroidie, exhumée et érodée, il est possible de remarquer en surface la présence de migmatite. De plus, le magma généré peut totalement se séparer du résidu non fondu, migrer et s’accumuler au-dessus de la zone de fusion. Le granite ainsi formé est dit concordant du fait de son équilibre minéralogique et géométrique avec son encaissant. En revanche, si le magma se sépare du résidu non fondu en quittant son site de formation et migrant vers les couches superficielles de la Terre, un granite intrusif et discordant dans un encaissant se forme.

Par exemple, les granites hercyniens du Massif Central peuvent former des intrusions bien délimitées comme le granite de la Margeride (fig. 10A) mais aussi de diamètre variable comme observé dans le complexe du Velay où des dômes de migmatites sont présents et traduisent une séparation, partielle voire absente, avec le résidu solide (fig. 10B). Ainsi des zones complexes avec des associations de roches plus ou moins fondues sont constatées.

Une origine mixte

Dans une grande partie des cas, une origine mixte, c’est-à-dire mantellique et crustale, est à l’origine des granites.

Lorsqu’un magma basique circule dans une grande épaisseur de croûte continentale et/ou stagne au sein de cette dernière, des contaminations peuvent avoir lieu. C’est alors que le magma basique s’enrichit en silice et en alcalins (Na et K) provenant de la croute continentale. Les granites ainsi formés sont constatés au niveau de zones de subduction, et plus spécifiquement au sein de subduction sous lithosphère continentale. Ces granites sont intrusifs et discordants avec leur encaissant.

Quant au sein d’un même contexte géodynamique se trouve un magma basique d’origine mantellique et un magma acide issu de la fusion partielle de la croute continentale, il est possible qu’un mélange plus ou moins total entre ces deux magmas se produise (fig. 12). Ainsi, un magma à la chimie et minéralogie intermédiaires se forme. De plus, dans certains cas, la chaleur apportée par le magma basique entraîne la fusion partielle de la croûte continentale avoisinante et génère un magma acide dit primaire.

Cette double fusion accompagnée du mélange des magmas est observée dans les zones de rifting continentaux, dans les zones de subduction sous lithosphère continentale mais aussi dans les zones de collision et plus spécialement au cours de l’amincissement et l’effondrement gravitaire des chaînes de montagnes. Les granites peuvent être d’une part concordants et localisés juste au-dessus de la zone de fusion partielle de la croute continentale, et d’autre part intrusifs et discordants avec leur encaissant.

Des granites issus de la fusion de la croûte océanique et d'autres roches basiques

Aujourd’hui exceptionnel mais très fréquent durant l’Archéen, certains magmas acides sont soit issus de la fusion partielle d’une croute océanique chaude et hydratée en contexte de subduction, soit générés à partir de la fusion partielle de roches basiques au sein de divers contextes géologiques (fig. 13). De tels granites constituent une association de roches pauvres en potassium telles que les tonalites, trondhjémite et granodiorite (TTG) mais également les plagiogranites (fig. 8).

Les granites participent à la croissance et au recyclage des continents. En effet, à l’échelle de la planète Terre, la production de magmas d’origine mantellique est estimée en moyenne à 30 km³ par an. En détails, 75% sont émis au niveau des dorsales océaniques en tant que produits tholéïtiques et dont au plus 3%, soit 0,6 km³, sont des granites. Les ceintures calco-alcalines représentent 15% du total et 90% sont des granitoïdes (soit 2,7 km³). Enfin les massifs alcalins constituent les 10% restants et environ 10% sont des granites (soit 0,3 km³). À la suite de la mise en place des granites, quel est le devenir de ces roches ?

Évolution des granites

Les granites sont des roches soumises à l’environnement et sont plus particulièrement sous la dépendance de l’action de l’eau. En effet, cet élément est le principal agent altérant les roches. Selon les phénomènes de la décomposition climatique, il est possible de mettre en évidence deux modes d’altération des granites. Le premier est dû à une hydrolyse ménagée principalement constatée dans les régions extratropicales comme les zones tempérées mais aussi les régions froides et arides : il s’agit de l’arénisation. Le second est provoqué par hydrolyse intense au niveau des zones tropicales : on parle d’altération latéritique.

L'arénisation : une altération des granites en climat tempéré

L’arénisation fait intervenir un processus d’altération chimique appelé hydrolyse, et par suite, entraîne une désagrégation à l’intérieur de la masse granitique du fait de sa structure grenue et de la présence de fractures ou diaclases (fig. 14). En détails, l’altération chimique se concentre sur les plagioclases ainsi que les biotites. Les plagioclases sont hydrolysés et permettent la formation de nouveaux minéraux secondaires tels que la kaolinite et la gibbsite. De plus, les éléments calcium et sodium libérés par cette altération chimique se voient échanger avec le potassium contenu dans les biotites. C’est alors que ces minéraux deviennent de la vermiculite. Cette dernière possède une structure phylliteuse gonflante une fois hydratée. De ce fait, ceci applique des forces d’expansion en certains points de la masse granitique facilitant alors la disjonction des minéraux et conduit de proche en proche à la dégradation des granites sur une certaine épaisseur (fig. 14).

Concernant la morphologie du modelé, les régions granitiques montrent souvent un relief dit mou en dômes surbaissés en zones tempérées. Lors des périodes de fortes érosions, l’arène granitique est transportée et il ne reste plus que la surface du substratum constituant alors un chao granitique tel qu’observé en Bretagne (fig. 15).

L’altération latéritique dans les zones tropicales

Au sein des zones tropicales, la couverture d’altération superficielle est très épaisse. Généralement, la profondeur du substratum sain se trouve à 25 mètres voire plus dans certains cas.

Le profil d’altération en zones tropicales se présente ainsi : au-dessus de la roche saine se situe un matériau ayant perdu sa cohésion, puis en remontant le profil, au fur et à mesure que l’altération chimique des feldspaths s’intensifie, il est possible d’observer une formation meuble et plastique (appelée lithomarge) et enfin des argiles rouge issues de l’altération complète des feldspaths. Le profil décrit est qualifié de latéritique (fig. 16).

Ce type de profil présente des caractéristiques propres telles qu’une importante fraction argileuse, majoritairement de la kaolinite, et la disparition totale des feldspaths aussi bien calcosodiques que potassiques. Les derniers minéraux présents sont des quartz. Ainsi, l’intense altération chimique conduit à un changement de la composition chimique globale variant très fortement de celle de la roche initiale.

Pour conclure, l’ensemble des notions abordées dans cet article allant de l’origine des granites à leur mise en place suivi de leur évolution au cours du temps reflète la présence d’un cycle à l’échelle lithosphérique.  En effet, les granites sont intimement liés au cycle des super-continents ou cycle de Wilson. Ce cycle se traduit par une évolution d’un continent stable vers un continent qui se fissure donnant alors naissance à un rift puis à un océan. S’ensuit une subduction de ce dernier au niveau d’une marge active. Si le bassin océanique vient à disparaitre totalement, une collision continent-continent se met en place. La chaîne de montagnes ainsi formée connaît des processus d’altération et d’érosion venant à recycler les roches la constituant pour donner un nouveau continent stable.

Bibliographie et sitographie

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