III.3.2 Minimisation
d'énergie
La seconde de ces méthodes est basée sur le
principe de la minimisation de l'énergie libre de Gibbs du
système.
On cherche alors à calculer l'assemblage de phases le
plus stable, celui qui minimise la somme des potentiels chimiques des
constituants, en fonction de P,T et de la composition du système. Si
l'observation en lame mince nous permet de considérer que tous les
minéraux de la roche sont à l'équilibre, on utilisera la
composition de la roche totale, et à l'inverse si l'équilibre
n'est pas atteint dans toute la roche, ce que la présence de textures
coronitiques suggère par exemple, alors on travaillera uniquement sur
les phases que l'on suppose à l'équilibre. Le gros avantage de
cette approche est qu'elle ne fait pas d'hypothèses sur la
paragenèse d'une roche à P-T données et permet donc de
s'assurer très rapidement de l'équilibre ou de l'absence
d'équilibre du système minéralogique étudié.
Le logiciel THERIAK-DOMINO développé par De Capitani et Brown
(1987) et De Capitani (1994), fréquemment mis à jour, fait
référence dans la communauté géologique. Il existe
toutefois deux revers majeurs à son utilisation. Le premier
inconvénient est d'ordre calculatoire: il est nécessaire de
connaître toutes les propriétés thermodynamiques des
composants nécessaires pour exprimer la variabilité
compositionnelle des phases observées.
Cela est d'autant plus contraignant si l'on veut
prédire l'évolution d'un système minéralogique
complexe à des conditions P-T très différentes de celles
de sa cristallisation où des changements de phase sont susceptibles
d'avoir lieu. Une seconde limite à cette méthode réside
dans la composition du système étudié.
Dans de très nombreux cas géologiques, on
observe des variations à plusieurs échelles de compositions des
minéraux au sein d'une même roche: zonations dans les grenats ou
persistance de plusieurs générations de chlorites sont monnaie
courante. Il est alors compliqué de considérer les
équilibres thermodynamiques locaux.
La troisième méthode d'estimation des conditions
P-T de cristallisation d'une paragenèse repose sur la seconde
propriété de l'équilibre (Ó?Gr = 0). Nous
avons vu qu'appliquer la règle des phases (1-1) permet de
connaître les champs, lignes ou points dans l'espace P-T de
stabilité des paragenèses.
C'est donc l'utilisateur qui propose les phases stables entre
elles, parce qu'il les observe en lame mince ou parce qu'il émet
l'hypothèse de leur stabilité.
Plusieurs logiciels permettent de traiter les calculs
thermodynamiques et de produire des diagrammes de phases de la sorte. TWQ
(Berman, 1988) et THERMOCALC (Holland et Powell, 1998) en sont les deux
exemples les plus célèbres, utilisant chacun une base de
données inter-cohérentes différente. Ils commencent par
identifier les réactions possibles entre les composants, puis les
calculent dans l'espace P-T. De manière générale, les
domaines P-T de cristallisation de la paragenèse sont estimés en
superposant les domaines divariants des composants. Plus ceux-ci seront
restreints et plus l'interprétation géodynamique est
simplifiée. Ces logiciels demandent eux aussi de connaître les
propriétés thermodynamiques des composants et des solutions
solides, mais peuvent fonctionner sans tous les pôles nécessaires
à exprimer la variabilité compositionnelle de chaque phase. S'il
se trouve qu'aucun champ P-T n'est possible, alors l'hypothèse
d'équilibre doit être rejetée.
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