Cristallisation fractionnée : qu'est-ce que c'est ?

Les roches magmatiques qui composent la majorité de la croûte terrestre sont issues de la cristallisation de liquidesliquides magmatiques, en surface ou en profondeur. La cristallisation en surface mène à la formation de roches volcaniques (extrusives) comme les basaltes et la cristallisation en profondeur à la formation de roches plutoniques (intrusives), comme les granitesgranites ou les gabbrosgabbros. Les liquides magmatiques proviennent de la fusion partiellefusion partielle des roches composant la croûte ou le manteau terrestremanteau terrestre. La composition chimique des roches magmatiques est ainsi liée à la composition du liquide magmatique originel, mais pas uniquement. Les processus de cristallisation dans le réservoir magmatique jouent également un rôle important dans la composition de ces roches.

Cristallisation des différents minéraux en fonction de la température

En effet, la cristallisation au sein d'un réservoir magmatique est le plus souvent fractionnée, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un processus non continu, associé à l'extraction de liquides. Les minérauxminéraux ne cristallisent pas tous en même temps. Chaque espèceespèce minérale possède une température de cristallisation différente. Alors que la température diminue, les minéraux se forment au fur et à mesure sur les bords de la chambre magmatiquechambre magmatique. Les premiers minéraux à cristalliser sont les minéraux de haute température : olivineolivine, pyroxènespyroxènes puis amphibolesamphiboles. Ils quittent ainsi le liquide magmatique résiduel, modifiant graduellement sa composition chimique. On obtient alors des couches de minéraux de compositions différentes.

Au cours de cette cristallisation, certaines interactions peuvent également se produire entre le liquide magmatique et la roche encaissante, comme des mélanges et contaminationscontaminations, participant à la modification de la composition du magmamagma. Le litage minéralminéral observable en fin de cristallisation traduit ainsi l'évolution de la concentration locale en minéraux au sein de la chambre magmatique.

Diagramme schématique montrant les principes de la cristallisation fractionnée au sein d’un réservoir magmatique. Alors que la température décroît, la composition du magma évolue au fur et à mesure de la cristallisation des différents minéraux. © Woudloper, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0 

Différenciation magmatique

Cette différenciation à partir d’un liquide magmatique de composition donnée permet de produire les quatre grands types de roches ignées : les roches ultramafiques (ex. : péridotitespéridotites), mafiques (ex. : gabbros), intermédiaires (ex. : dioritesdiorites) et felsiques (ex. : granites).

La composition de l'ensemble des couches reflète la composition originelle du liquide magmatique mais les roches magmatiques ainsi formées montrent des assemblages minéralogiques différents, résultat de ce processus de cristallisation fractionnée. Au cours de la cristallisation fractionnée, le liquide magmatique résiduel peut arriver en surface, donnant lieu à des roches extrusives. Ces roches auront elles aussi une composition variable en fonction du stade de cristallisation dans la chambre magmatique. C'est ainsi que l'on trouve des basaltes, des andésitesandésites ou des rhyolitesrhyolites.

Une roche magmatique renferme donc toujours dans sa signature géochimique trois informations fortement intriquées : la nature de la source, les conditions de la fusion partielle et les processus de cristallisation.