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La pétrologie (ou « science des roches ») s'intéresse aux mécanismes (physiques, chimiques et biologiques) qui sont à l'origine de la formation et de la transformation des roches. De par sa démarche phénomènologique, la pétrologie se démarque de la pétrographie, discipline qui se préoccupe de décrire les roches (en termes de structures, textures, compositions...) et les relations de ces roches avec leur environnement géologique.
Du fait de la nature des phénomènes impliqués, on peut parler non pas d'une mais de trois disciplines pétrologiques :
- la pétrologie magmatique (parfois aussi dénommée pétrologie « cristalline ») : elle s'intéresse aux roches d'origine magmatique ;
- L'histoire de la formation d'une roche d'origine magmatique peut être très complexe : elle débute par la genèse d'un magma (schématiquement, un liquide produit de la fusion de roches préexistantes) et se poursuit par la cristallisation progressive de ce magma, étape pendant et après laquelle se déroulent maintes transformations chimiques. Par abus de langage, on restreint souvent l'usage du terme « pétrologie » à la seule discipline de la pétrologie magmatique.
- la pétrologie sédimentaire : elle s'intéresse aux mécanismes présidant à la formation des roches sédimentaires, d'où son autre dénomination de sédimentologie.
- la pétrologie métamorphique : elle se donne pour objectif la compréhension des transformations qui conduisent à la formation de roches métamorphiques, telles que les schistes ou les gneiss. À l'origine simples roches magmatiques ou sédimentaires, ces roches métamorphiques ont connu, lors d'une période d'enfouissement à grande profondeur dans la croute terrestre, les « méfaits » d'une longue exposition à de fortes pressions et à de hautes températures. En vertu de quoi, leur textures, leur minéralogie, leur chimie aussi, ont pu connaître de profondes transformations.
Ces trois champs d'études se distinguent nettement par les outils et méthodes qu'ils mettent en œuvre. Divers logiciels de systématisation et de simulation permettent une approche dynamique générale, mais les études de terrain sont variées. Globalemenent, elles s'appuient toutes sur des approches pétrographiques et puisent largement dans les outils, méthodes et concepts proposés par d'autres sciences (aux premiers rangs desquelles la chimie, la chimie organique, la physique, la physicochimie, l'analyse numérique, etc.) et plus particulièrement des géosciences (géochimie, géodésie, géophysique, minéralogie).
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