Là où les roches se transforment : immersion géologique dans l’est canadien

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Nora et Philip, deux doctorant·es de la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL, nous emmènent sur le terrain au Canada, où elle et il sont parti·es étudier les roches métamorphiques. 

Bonjour ! Salut ! Nous sommes Nora et Philip, deux doctorants en pétrologie métamorphique à l’Université de Lausanne (UNIL). Au sein du groupe de recherche sur les processus métamorphiques, nous travaillons sur un projet de recherche pluriannuel visant à approfondir notre compréhension de l’étendue et des mécanismes de la métamorphose des roches, c’est-à-dire la transformation des roches par enfouissement et chauffage dans la croûte terrestre. 

Cette transformation se produit lorsque les roches sont enfouies profondément sous terre (par exemple lors de la formation des montagnes) et soumises à des températures et des pressions élevées qui modifient leur composition et leur structure.

Au cours de l’été 2025, nous avons parcouru l’est du Canada pendant trois semaines afin de collecter des roches qui étaient autrefois des sédiments de boue et d’argile. Ces sédiments ont été enfouis profondément dans la Terre et transformés par la chaleur et la pression, et nous avons étudié comment cette transformation s’est produite. Notre travail sur le terrain nous a d’abord conduits au parc national des Hautes-Terres-du-Cap-Breton, dans les Appalaches canadiennes, puis au nord, à Labrador City, dans la province de Grenville. Ces deux régions offrent un aperçu unique des racines profondes des anciennes chaînes de montagnes des Appalaches et de Grenville.

Notre projet vise à améliorer les modèles thermodynamiques du métamorphisme en caractérisant la minéralogie et la composition chimique des métapélites dans une large gamme de pressions et de températures, allant du métamorphisme de faible intensité (~300 °C) au début de la fusion partielle (~900 °C). Il est essentiel de comprendre cette évolution pour reconstituer l’histoire tectonique de la croûte continentale et déchiffrer le comportement et le mouvement des fluides et des substances volatiles, telles que l’eau, au cours des processus de formation des montagnes.

Cap-Breton — Exploration d’un gradient métamorphique dans des vallées boisées escarpées

Notre première étape était le parc national des Hautes-Terres-du-Cap-Breton, en Nouvelle-Écosse, une région caractérisée par des vallées boisées escarpées, des ruisseaux et des cascades. Ici, les affleurements de roches métamorphiques sont magnifiquement mis en valeur par l’érosion continue des ruisseaux escarpés. Comme l’ont montré des études antérieures, cette érosion expose des roches provenant de niveaux plus profonds d’une ancienne chaîne de montagnes à mesure que nous nous éloignons de la côte vers l’intérieur des terres. Cette augmentation systématique des conditions métamorphiques est appelée gradient métamorphique. Au cours de nos travaux sur le terrain, nous suivons ces gradients dans les conditions métamorphiques afin de prélever des échantillons de roches contenant des minéraux qui se sont formés à des températures et des profondeurs toujours plus élevées, c’est-à-dire des grades métamorphiques.

Chaque jour, nous nous aventurions dans la forêt par deux, cartographiant les couches et les structures rocheuses, notant les minéraux visibles sur le terrain et collectant des échantillons couvrant toute une gamme de degrés métamorphiques. Les roches le long de la côte sont encore à grain fin et composées presque entièrement de micas, des minéraux feuilletés qui se développent lorsque les particules d’argile sont chauffées et comprimées, transformant la boue molle en une roche plus dure et stratifiée. En remontant les ruisseaux, nous avons trouvé une séquence typique de grenats, de staurolites et de cyanites apparaissant les uns après les autres dans les roches, qui passaient ainsi d’un aspect ardoisé à un magnifique micaschiste.

Travailler dans une forêt aussi dense exigeait une planification minutieuse et une bonne connaissance de la faune locale. Nous emportions avec nous à chaque randonnée un spray anti-ours et des clochettes, qui nous permettaient d’avertir les ours de notre présence, mais le seul ours que nous avons vu est resté à distance, visible depuis notre voiture.

Labrador City — Roches à haute pression dans la province de Grenville 

Après une semaine passée au Cap-Breton, nous avons mis le cap vers le nord, en direction de Labrador City, au cœur de la province de Grenville, un terrane métamorphique classique, c’est-à-dire une vaste région composée de roches qui partagent la même histoire ancienne. Ici, le paysage cache les racines anciennes de l’orogenèse grenvillienne, une chaîne de montagnes massive formée il y a plus d’un milliard d’années lors de l’assemblage du supercontinent Rodinia.

En utilisant la même stratégie d’échantillonnage systématique, nous avons collecté des métapélites sur un gradient métamorphique. Dans la province de Grenville, les roches métamorphiques conservent des traces d’un enfouissement inhabituellement profond et, à certains endroits, de conditions proches de la fusion partielle. Malgré les longues journées et la difficulté de se déplacer sur un terrain isolé, nous avons été récompensés par un ensemble d’échantillons variés et précieux sur le plan scientifique.

Le travail sur le terrain au Labrador a nécessité une planification logistique plus importante. Les affleurements étaient dispersés et souvent cachés sous une forêt boréale dense, nous nous sommes donc appuyés sur des cartes géologiques, des images satellites et des pistes forestières pour localiser les sites appropriés. Notre échantillonnage s’est concentré sur les sédiments métamorphiques, qui conservent des traces d’enfouissement profond et des premiers stades de fusion partielle. Dans la magnifique forêt du Labrador, les moustiques et les moucherons ont constitué un défi constant, nous obligeant à utiliser des filets de protection pour la tête pendant notre travail.

En plus de collecter des roches, nous avons également visité une mine de fer voisine, la plus grande mine à ciel ouvert du Canada, où l’on extrait le minerai à partir d’anciennes formations ferrifères rubanées. Cette journée nous a rappelé l’importance du travail des géologues qui ont découvert et cartographié ces zones, essentielles à la production de métaux critiques pour l’humanité. 

Du terrain au laboratoire — Quelle est la prochaine étape ?

De retour à l’Université de Lausanne, nous passons à la phase suivante de la recherche. Les échantillons que nous avons prélevés sur le terrain seront étudiés au microscope, puis analysés avec divers instruments. Notre objectif est de déterminer la composition totale de la roche et les compositions spécifiques des minéraux en particulier en certains éléments dits volatiles et qui peuvent abaisser la température de fusion des roches. Ces données nous permettront de reconstituer les conditions de pression et de température auxquelles les roches ont été soumises, affinant ainsi les modèles thermodynamiques. Ce travail met notamment en lumière la manière dont les fluides et les éléments volatiles sont libérés ou séquestrés lors de la formation des chaînes de montagnes, un aspect important pour notre compréhension des processus de transformation et des cycles d’éléments dans la croûte profonde.

Leçons tirées du terrain

Cette campagne sur le terrain nous a rappelé que la recherche géologique nécessitait une bonne organisation, tant pour les participants que pour la collecte d’échantillons de roches. Elle a exigé une organisation minutieuse, une grande capacité d’adaptation, un travail en équipe quotidien et une attention particulière à la sécurité, tout en parcourant des paysages isolés et magnifiques. Plus important encore, elle a fourni une collection exceptionnelle d’échantillons et d’observations géologiques qui alimenteront nos recherches pendant de nombreuses années. Après trois semaines passées dans la nature sauvage du Canada, nous sommes revenus inspirés par les paysages, la géologie et les histoires que ces roches anciennes sont prêtes à raconter.