Module geologie pour l_Ingénieur.ppt

Filière ingénieur: Bâtiment &Travaux Publics

Pr M. [email protected]

Rôle de la géologie en GC

La science des matériaux: Prospection de matériaux pour le Génie Civil

Géologie pour l’Ingénieur

Carrière pour matériaux de construction

Les risques naturels:

Séismes (Agadir 1960)

Glissements de terrains

Les ouvrages souterrains:

Tunnels , barrages …etc.

Plan du cours

Structures du globeGéodynamique interneGéodynamique externeEléments de géologie historiqueIdentification géologique des terrains

Roches sédimentaires Roches magmatiques Roches métamorphiques

Notions de tectonique : principaux types de mouvements de terrains

Cartographie géologiqueRisques naturels : Glissement de terrains


Définitions:Définitions:

La Géologie est la science qui traite de la constitution physique du globe terrestre.

Elle étudie les différentes couches, examine les changements qui s'y sont produits et cherche les causes qui ont pu agir….

Le Géologue est donc le petit bonhomme (avec un petit chapeau, des pataugas et un petit marteau) à la recherche des traces lui permettant de comprendre et d’analyser ces causes à toutes les échelles….


Structure du globe Structure du globe terrestreterrestre

Caractéristiques géométriques, physiques: Plusieurs caractéristiques (masse, diamètre…):

Pas directement mesurables Calculs basés sur des hypothèses


Structure du globe terrestre

Anciennes conceptions

17ème siècleLes eaux et les canaux souterrains fontcommuniquer les mers entre elles.

1665Le feu central et les canaux permettant la circulation de l'air qui lui est nécessaire.


ModélisationsModélisations ont permis de décrire la structure interne du globe:ont permis de décrire la structure interne du globe:

Structure du globe terrestre

1- Modèle sismologique:Établi par interprétation des données fournies par les

sismographes lors des enregistrements de séismes.

2- Modèle minéralogique:

Basé sur la Variation des minéraux avec la profondeur

déplacement les unes par rapport aux autres vitesse de l'ordre du cm/an


Surface du globe formée de plaques:

3- Modèle dynamique : théorie des plaques

Caractéristiques globales

Le globe:

pratiquement sphérique géoïde dimensions- rayon polaire (Rp ) = 6356,77 km- rayon équatorial (Re ) = 6378.16 km- rayon moyen (sphère de volume égal)= 6371 km

Rp

Re

Surface S ≈ 510 x 106 km2

Volume V ≈ 1,083 x 1012 km3

Masse M ≈ 5,975 x 1021 TMasse volumique moyenne = 5,52 T/m3


Géoïde


Le géoïde est le prolongement naturel de la surface Du niveau moyen de la mer, sous la masse continentale.

La terre n’est pas une sphère,On utilise une ellipsoïde pour la représenter,

Les cartes sont une représentation plane,La Terre a une forme beaucoup plus complexe (ellipsoïde, géoïde, …)Il faut effectuer une projection sur un plan ou une surface développable (cylindre,

cône, …)

Pour préciser une position il faut un ensemble d’informations (modèle, projection, système de coordonnées …)On pourra avoir :• Un ellipsoïde de référence.• Un géoïde (qui sert souvent seulement de référence pour les altitudes).• Un système de projection pour les cartes.• Un système de coordonnées.• Des principes de calcul, y compris les approximations à faire.

Ellipsoïde de référence

Structure interne


Structure interne de la Terre


La partie superficielle du globe réunissant la croûte et la partie supérieure du manteau est appelée lithosphère. Elle est divisée en plaques, les plaques lithosphériques ou plaques tectoniques. Les plaques tectoniques se déplacent les unes par rapport aux autres à une vitesse allant de quelques mm à quelques cm par an selon les plaques.

Les plaques tectoniques et leurs mouvements



Les mouvements de convection liés au flux de chaleur issu de l’intérieur du globe sont à l’origine du: glissement des plaques l’une contre l’autre, écartement ou convergence des plaques principales manifestations de l’activité interne de la Terre, les tremblements de terre et la majorité des éruptions volcaniques.

Ces mouvements sont aussi à l’origine de la formation des océans et des chaînes de montagne et expliquent que leur répartition à la surface du globe change progressivement au cours de l’histoire de la Terre.

La croûte océanique se forme au niveau d'une dorsale et disparait au niveau d'une zone de subduction



Frontières entre les plaques →>>>> Zones sismiques



Résumé


Géodynamique interneGéodynamique interne

La géodynamique interne La géodynamique interne s’intéresse aux processus internes de la processus internes de la planèteplanète ainsi qu’à leurs répercussions mécaniques en surface.leurs répercussions mécaniques en surface.

Les grands phénomènes géologiques comme les tremblements de terre, les volcans, la formation des océans et des grandes chaînes de montagnes sont expliqués par le modèle de la tectonique des plaques.

La dynamique des plaques résulte du flux thermique provenant de la chaleur dégagée par la désintégration des éléments provenant de la chaleur dégagée par la désintégration des éléments radioactifs radioactifs contenus dans les roches.

Cette énergie thermique est transformée en énergie thermique est transformée en énergie mécanique par des courants énergie mécanique par des courants de de convectionconvection

Géodynamique interne

Le visage actuelle de la terre ?Le visage actuelle de la terre ?

Est il toujours comme ça ?Est il toujours comme ça ?

A-t-il subit des changements au cours du temps ?A-t-il subit des changements au cours du temps ?

Alfred Wegener(1er novembre 1880 Berlin – mort en 1930)Doctorat en Astronomie et météorologie

Université Marbourg

Il rejette le modèle de l'époque expliquant la présence des montagnes et des océans par des plissements dus au refroidissement de la Terre.

Il se base sur: Il se base sur: La concordance des côtes atlantiquesLa concordance des côtes atlantiques La ressemblance de la flores et de la faunes entreLa ressemblance de la flores et de la faunes entre

l’Amérique et l’Afrique; …l’Amérique et l’Afrique; …

Il rejette la théorie du géosynclinal; du paléontologue américain James Hall (1850)

La dérive des continents La dérive des continents d’d’Alfred WegenerAlfred Wegener

Alfred Wegener Alfred Wegener présente son idée de la dérive des continents en janvier 1912 (Théorie associant Géophysique, Géographie et Géologie), puis il la développe progressivement jusqu’à sa mort, en 1930 .

Le rejet de la théorie de WegenerLe rejet de la théorie de Wegener

1- 1- les mesures géodésiques de l’éloignement du Groenland les mesures géodésiques de l’éloignement du Groenland sont plus qu’incertaines,sont plus qu’incertaines, 2- 2- les ajustements entre continents sont imprécis et sans les ajustements entre continents sont imprécis et sans doute accidentels, doute accidentels, 3- 3- les ressemblances géologiques et paléontologiques ne sont les ressemblances géologiques et paléontologiques ne sont pas si évidentes,pas si évidentes,4- 4- Et que se passe-t-il sur le fond des océans avant les 200 Et que se passe-t-il sur le fond des océans avant les 200 derniers millions d’années ? derniers millions d’années ? 5-5- l’intensité des forces supposées est bien trop faible, la l’intensité des forces supposées est bien trop faible, la résistance du sima bien trop forte pour permettre un résistance du sima bien trop forte pour permettre un déplacement appréciable des continents.déplacement appréciable des continents.

Ce n’est qu’en 1922 que les géologues commencent à s’intéresser aux thèses de Wegener. Les détracteurs doutent du sérieux scientifique de Wegener et pour justifier leur rejet ils argumentent que:

En 1930, l’année de la mort de Wegener, sa théorie est écartée:

•soit parce qu'elle manque de solidité, •soit parce qu'elle est trop perturbante.

Après 1954

En 1954 les études sur le paléomagnétisme des roches de Keith Runcorn (1922-1995) et de Ted Irving (né 1927 à Born, England) permettent à la théorie de Wegener de revenir sur le devant de la scène.

Les études paléo magnétiquespaléo magnétiques montrent que la position du pôle de rotation n'est pas fixe à la la position du pôle de rotation n'est pas fixe à la surface du globesurface du globe mais qu'elle a évolué au cours des temps.

Hary Harmand Hess (officier marin géologue Américian, 1906-1969)

découvrira en 1960 l’expansion des fonds océanique découvrira en 1960 l’expansion des fonds océanique , ainsi les idées mobilistes pourront s’imposer et permettre d’aboutir à la formulation de la théorie de la tectonique des plaques.

Arthur Holmes ( 1890-1965; géologue anglais) Selon lui, le manteau terrestre contenait des cellules de convection le manteau terrestre contenait des cellules de convection dissipant la chaleur radioactive et amenant la croûte terrestre vers la dissipant la chaleur radioactive et amenant la croûte terrestre vers la surface.surface.

Le pas décisif fut franchi par Harry Hammond Hess en 1960,qui affirma que le manteau terrestre était animé de mouvements de le manteau terrestre était animé de mouvements de convectionconvection:

les dorsales mettaient en évidence les courants ascendants et les fosses océaniques les courants descendants.

La croûte océanique, créée au niveau des dorsales et enfouie au niveau des fosses océaniques, était continuellement recyclée alors que la croûte continentale, à cause de sa légèreté, était condamnée à dériver à la surface de la Terre.

Harry Hammond Hess

Le visage actuelle de la terreLe visage actuelle de la terre

- En 1967- En 1967: Xavier Le Pichon, divisa la surface du globe en divisa la surface du globe en 6 plaques lithosphériques6 plaques lithosphériques dont il détermina les frontières à partir de l’activité tectonique et calcula les pôles de rotation de leur mouvement relatif depuis 120 millions d’années.

Les plaques tectoniques selon le Pichon (1967)

Le visage de la terre au fil du tempsLe visage de la terre au fil du temps

1- Durant le Paléozoïque: Megacontinent

540 Ma

2- Depuis la fin du paléozoïque à l’actuel.2- Depuis la fin du paléozoïque à l’actuel.

EchelleEchelle des temps géologiquesdes temps géologiques

Les arguments de la dérive des continentsLes arguments de la dérive des continents

1- Les arguments morphologiques1- Les arguments morphologiques

2-Les arguments paléontologiques2-Les arguments paléontologiques

3- Les arguments structuraux3- Les arguments structuraux

4- Arguments climatiques4- Arguments climatiques

5- Les arguments du paléomagnétisme5- Les arguments du paléomagnétisme

1- Les arguments morphologiques1- Les arguments morphologiques::La cotes Est américaine et West africaine montre La cotes Est américaine et West africaine montre

des similitudes morphologique, et un parallélisme, avec des similitudes morphologique, et un parallélisme, avec un emboîtement.un emboîtement.

5 arguments de la dérive des continents.5 arguments de la dérive des continents. Certains arguments sont mis en place avant la théorie

de Wegener (arguments structuraux et paléontologiques) puis développés après,

D’autres sont mis en évidence après la théorie de Wegener (paléomagnétisme et expansion des océan).

2-Les arguments paléontologiques:2-Les arguments paléontologiques:Des fougères et des reptiles fossiles semblables

sont découvert sur des continents, actuellement éloignées, permettent de supposer leur positions les uns à coté des autres dans la passé.

Les arguments de la dérive des continentsLes arguments de la dérive des continents

Les arguments paléontologiques de la dérives des continentsLes arguments paléontologiques de la dérives des continents

La correspondance des structures géologiques entre La correspondance des structures géologiques entre l'Afrique et l'Amérique du Sud appuie l'argument de l'Afrique et l'Amérique du Sud appuie l'argument de WegenerWegener. . La situation géographique actuelle des deux continents La situation géographique actuelle des deux continents montrent la distribution des anciens blocs continentaux montrent la distribution des anciens blocs continentaux (boucliers) ayant plus de 2 Ga (milliards d'années). (boucliers) ayant plus de 2 Ga (milliards d'années).

Une Comparaison des déformations tectoniques et des chaînes de montagnes montre une similitude entres les structures géologiques de la partie Est du continent Américain et la partie Ouest des continents africain et européen.

3- Les arguments structuraux:3- Les arguments structuraux:

* Appalaches (Est de l'Amérique du Nord), * Mauritanides (nord-est de l'Afrique) * Et Calédonides (Iles Britanniques, Scandinavie), aujourd'hui séparées par l'Océan Atlantique,

ne forment qu'une seule chaîne continue si on rapproche les continents à la manière de Wegener.

Les trois chaînes montrent des structures géologiques identiques et sont formées en même temps entre 470 et

350 Ma.

Les trois chaînes de montagnes:

Sur certaines portions des Sur certaines portions des continents actuels, des marques de continents actuels, des marques de glaciationglaciation datant d'il y a 250 Ma datant d'il y a 250 Ma indiquant que ces portions de indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par continents ont été recouvertes par une une calotte glaciairecalotte glaciaire. .

Le rassemblement des masses continentales donne un sens à la répartition de dépôts glaciaires,

ainsi qu'aux directions d'écoulement de la glace, relevées sur plusieurs portions de continents.

La répartition, selon la géographie actuelle montre les zones glaciées.

4- Arguments climatiques:

La compréhension du magnétisme terrestre a constitué un pas très important dans la formulation de la théorie de la tectonique des plaques.

Deux aspects du magnétisme retiennent l'attention:

le paléomagnétisme et les inversions du magnétisme terrestre.

La découverte de bandes d'anomalies magnétiques sur les planchers océaniques parallèles aux dorsales est venue cautionner la théorie de l'étalement des fonds océaniques de Hesse.

La Terre se comporte comme La Terre se comporte comme un barreau aimantéun barreau aimanté, dont l'axe des , dont l'axe des pôles magnétiques passe, actuellement, par un point situé au Canada, et pôles magnétiques passe, actuellement, par un point situé au Canada, et par un point dans l'hémisphère austral situé dans la Terre de Marie Byrd. par un point dans l'hémisphère austral situé dans la Terre de Marie Byrd.

5- Les arguments du paléomagnétisme:5- Les arguments du paléomagnétisme:

Si on positionne différemment les continents, on obtiens une concordance de position du pôle magnétique à l’époque considérée. C’est là la preuve du paléomagnétisme pour le déplacement des continents ou la dérive des continents.

Le déplacement apparent du pôle magnétique mesuré dans des roches localisées en différents points de la Terre. On remarque que les positions et les trajectoires ne concordent pas.

Le visage actuel de la terre Le visage actuel de la terre

-Les océans et les mers: 71% de la surface de la terre (361 M Km2)-La profondeur moyenne des océans: 3730m

-Profondeur maximale: 11035m (fosse Mariannes)-Volume des eaux sur la terre: 1,37 milliard Km3

-La surface totale de la terre: 508,450 M Km2)-Volume totale de la terre: 1,08321×1012 km³ -Masse de la terre: 5,9736×1024 kg -Les terres émergées: 29% de la surface de la terre (147,450M

Km2)-Continents+ Talus+Plate forme: 45% de la surface de la terre(228,800M Km2)-La hauteur max des continents: 8850 m Everest

-12 plaques tectoniques principales dont 6 sont plus 12 plaques tectoniques principales dont 6 sont plus importantes:importantes:

- Plaque eurasiatique- Plaque eurasiatique- Plaque africaine- Plaque africaine- Plaque américaine- Plaque américaine- Plaque pacifique- Plaque pacifique- Plaque australo-indiennne- Plaque australo-indiennne

- Plaques antarctique- Plaques antarctique

La dérive des continents à montrer que Les masses continentales flotteraient en se déplaçant à la manière d’un radeau à la surface de l’eau.

Le passage de l’asthénosphère à la lithosphère ne correspond pas à des Le passage de l’asthénosphère à la lithosphère ne correspond pas à des compositions chimiques différentes mais à des conditions physiques différents (t° compositions chimiques différentes mais à des conditions physiques différents (t° et pression). La température peut atteindre 1300°C au delà de 100 Km de et pression). La température peut atteindre 1300°C au delà de 100 Km de profondeur.profondeur.Plus t° augmente, la ductilité des roches augmente, plus la déformation des roches Plus t° augmente, la ductilité des roches augmente, plus la déformation des roches à l’état solide augmente. La déformation importante au niveau de l’asthénosphère à l’état solide augmente. La déformation importante au niveau de l’asthénosphère induit une facilité de déplacement des plaques.induit une facilité de déplacement des plaques.

Coupe de la croûte terrestre

La croûte continentale:La croûte continentale:

IL forme: Les chaînes de montagnes, plaines et plates formes Les chaînes de montagne les plus récentes (140 MA) . Les anciennes chaînes de montagnes (craton) ~570 MA) décapées par

l’érosion.

Nature de la lithosphère continentale:Nature de la lithosphère continentale:

Manteau supérieurManteau supérieur

Mohorovicic

Croûte inférieurCroûte inférieur

Croûte supérieurCroûte supérieur

Croûte superficielle

Péridots et Lerzolithes (Enclaves)Péridots et Lerzolithes (Enclaves)

Roches Métamorphiques (Granulites)Roches Métamorphiques (Granulites)Roches intrusives (Enclaves)Roches intrusives (Enclaves)10 à 15 Km de profondeurs10 à 15 Km de profondeurs

R. Métamorphiques + GranitoïdesR. Métamorphiques + Granitoïdes(Forages et géophysiques)(Forages et géophysiques)

R. Sédimentaires + R. Volcaniques4,5 Km (forages)

Conrad

Nature de la Lithosphère océaniqueLes structures et la nature de la lithosphère océanique sont déterminés par des méthodes géophysiques (sismiques réflexion et réfraction des ondes P et S.)

La croûte océanique: Elle forme le fonds des La croûte océanique: Elle forme le fonds des océansocéans

Affleurement au voisinage des dorsale

Sédiments non consolidés en surface et semi-consolidés en profondeur et jusqu’à 0,5 Km d’épaisseur nulle au voisinagedes rides

4 à 5 Km d’épaisseur d’eau de mer

Lithosphère continentaleLithosphère continentale Lithosphère océaniqueLithosphère océanique

Épaisseur de la croûte

Épaisseur de la Lithosphère

Densité

Nature

Origine

35 Km 7 à 8 Km

- 100 Km

C.O. 2,9

+ 200 Km

Croûte Sup. 2,7

Croûte Inf. 2,9

Basaltes et Gabbro

Magma issu du Monteau

Croûte Sup. : Granites et Granitoïdes

Croûte Inf. : Granulites

Intrusion + recyclage duMatériel sédimentaire

Comparaison de la Lithosphère continentale et océaniqueComparaison de la Lithosphère continentale et océanique

Les Limites des plaques:Les Limites des plaques:

Plaque: C’est un morceau de l’écorce terrestre formé de terre émergée soit de terre immergée et parfois les deux. Elle est limitée soit par une zone de divergence soit par une zone de convergence ou zone transformante.

Trois types de limites:

1 - Dorsale océanique: zone de divergence, où se forme la croûte océanique.

2- Zone de subduction: zone de convergence, où il y a disparition de la croûte océanique.

3- Zone transformante: zone conservatrice le plus souvent associé aux zones de divergence.

Zone de divergenceZone de divergence

v v v v v v v v vvvvvvvvvv

Rift Dorsale

Croûte océanique (Basalte)Monteau supérieur

Asthénosphère

Plaque 1 Plaque 2

-L’âge de la croûte océanique augmente en s’éloignant de la dorsale,-Les dorsales océa. occupent plus de ¼ des fonds océaniques,-Les dorsales serpentent sur plus de 60 000km autour du globe,-Elles sont larges de 1 à 3 milles km et s’élève de 2000 m / plaines abyssales,-Le Rift de 20 à 50 Km de larges et délimité par des failles normales.

-L’écartement se compense par l’apparition de laves basaltique à l’axe de la -L’écartement se compense par l’apparition de laves basaltique à l’axe de la dorsale C’est L’accrétion ou l’expansion des fonds océaniquesdorsale C’est L’accrétion ou l’expansion des fonds océaniques

Le taux d’expansion : La dorsale atlantique: 2 à 4 cm/ an La dorsale pacifique: 20 cm / an

On observe aussi:On observe aussi:-l’absence des dépôts sédimentaires;-l’absence des dépôts sédimentaires;-flux de chaleur important;-flux de chaleur important;-anomalie gravimétrique négative.-anomalie gravimétrique négative.

Naissance d’une dorsale océaniqueNaissance d’une dorsale océanique d’un océan et d’une lithosphérique océaniqued’un océan et d’une lithosphérique océanique

Stade 1- un bombement thermique (point chaud) au niveau d’une portion de l’écorce terrestre Une déformation intenseÉtirement et amincissement crustal

Stade 2- Installation d’un fossé d’effondrement de 200Km de large (rift) mouvement horizontaux (Amincist et extension) Mouvement verticaux (bombement et affaissement)√ Comportent cassant au niveau de la croûte (faille)√ Comportement ductile au niveau du monteau sup.√ Haute température et basse pression

Stade 3- Cas possibles: Soit l’amincissement crustal se rompe et pas de rupture de la croûte ainsi on parle de: RIFT AVORTE; Ex: Haut Atlas Soit rupture de la croûte et la remontée des basaltes aboutit à la formation de la croûte océanique par un phénomène dite accrétion océanique.

Résultats: remontée de l’asthénosphère et diminution de la pression, fusion et formation du magma basaltique qui remonte en surface sous forme de volcans.

Les étapes du rifting

Croute

Monteau supéreiur

Monteau

Mécanisme du fonctionnement de la dorsaleMécanisme du fonctionnement de la dorsale

Origine du magma Les roches du monteau supérieur sont sèches;sèches; Pour avoirs une fusion il faut franchir le solidus le solidus Diminution de Pression abouti à la fusion; La fusion commence à -70 ou -60 Km; Une fusion de 15 à 20% est suffisante pour avoir des basaltes; moins denses et remontent rapidement et s’accumulent sous la croûte dans une chambre magmatique.

T°

P°SolidusSolidus

Liquide + Cristaux

Solide

Partie centrale de la dorsale (large d’environ 20Km)Partie centrale de la dorsale (large d’environ 20Km)::

- déformation intense;- déformation intense;- T° élevée;- T° élevée;- déformation ductile;- déformation ductile;- croûte récente.- croûte récente.

En s’éloignant de la dorsale:- Augmentation de l’âge de la croûte océanique;- Refroidissement plus long = épaississement;- Augmentation de la densité; - Diminution de la déformation.

La lithosphère océanique plus dense La lithosphère océanique plus dense s’enfonce dans le monteau s’enfonce dans le monteau Sous la lithosphère continentale :Sous la lithosphère continentale :-La croûte océanique la plus âgée à environ -La croûte océanique la plus âgée à environ 165 Ma165 Ma-Les plus âgées que ça ont disparu (enfoncé)-Les plus âgées que ça ont disparu (enfoncé)

La distensionLa distension

La distension à l’échelle du globe ( ex: rift valley Est africaine: kliminjaro): C’est une dépression dans la partie est africaine dans C’est une dépression dans la partie est africaine dans laquelle se localise des grands lacs. Ces dépression sont limité par des laquelle se localise des grands lacs. Ces dépression sont limité par des failles normalesfailles normales

Faille normale

Rift simpleRift simple


Graben asymétriqueGraben asymétrique


Rift sur décrochementRift sur décrochement

Bassin losangique

Faille décrochante

Ex. de rift sur décrochement:

Mer morte


les failles normalesles failles normales


Les Zones de convergence: Zone subductionLes Zones de convergence: Zone subduction

Le rayon de la terre étant plus au moins constant, la naissance de la croûte océanique au niveau des dorsales sera compensée par la disparition de cette croûte dans un autre endroit.

Les zones de divergences où les plaques s’écartent sont compensées par des zones de divergence où les plaques se rapprochent, ces zones sont dites: ZONE DE SUBDUCTION.ZONE DE SUBDUCTION.

Croûte océanique sous la croûte océanique Croûte océanique sous la croûte continentaleCroûte océanique sous la croûte continentale

Schéma d’une Zone de convergenceSchéma d’une Zone de convergence

Croûte océanique

Prisme d’accrétion

Sédiments

Bassin marginal L’arc volcanique La fosse océanique

Le Plan de BénioffPlaque chevauchantePlaque chevauchante(croûte continentale)(croûte continentale)

Plaque chevauchée(croûte continentale)

Le raccourcissementLe raccourcissement

Chaînes intracontinentalesChaînes intracontinentales

C’est une chaîne de montagne qui se forme l’intérieur d’une plaque tectonique

Exemple: le Haut Atlas Central

1

3

2

à remplissage sédimentaire

Les différentes limites de plaques sur la terreLes différentes limites de plaques sur la terre

Carte géologique simplifiée du Nord du Maroc

La lithosphère océanique est étudiée grâce aux observations directes en submersibles, aux forages rapportant des échantillons de roches et aux méthodes fondées sur l’étude de la propagation d’ondes sismiques (réflexion et réfraction).

Son épaisseur: -moyenne = 7 km, -varie en fonction de sa distance par rapport à la dorsale. -Quasi nulle au niveau de la dorsale, -elle peut atteindre 100 km dans ses parties les plus âgées.

Composition de la lithosphère océaniqueComposition de la lithosphère océanique

La lithosphère océanique est composée de trois couches rocheuses sur lesquelles s’accumulent les sédiments.

Les basaltes à l’affleurement et les gabbros plus profondément composent la croute oéanique.

Une couche de péridotites est présente, sous le Moho, dans la partie la plus profonde de la lithosphère océanique.


Les roches de la croûte océanique, basaltes et gabbros sont des roches magmatiques particulières.

Ce sont des roches sombres contenant des pyroxènespyroxènes noirs, des feldspaths plagioclasesdes feldspaths plagioclases et un peu d’olivine.olivine.

Le basalte homogène contient du verre et de petits cristaux: il a une structure microlithique, contrairement au gabbro dont les cristaux visibles à l’œil nu, forment une structure grenue.


Basaltes

Basalte au microscope



Gabbros

Au microscope


Péridotites

Qu’est-ce qu’une roche ? Qu’est-ce qu’un minéral ?

Un minéral est une « espèce chimique naturelle se présentant le plus souvent sous la forme d’un solide cristallin » , les minéraux étant les unités élémentaires constitutives des roches.

Un minéral est une « espèce chimique naturelle se présentant le plus souvent sous la forme d’un solide cristallin » , les minéraux étant les unités élémentaires constitutives des roches.

Quartz

Une rocheroche est un assemblage assemblage massif de minéraux massif de minéraux (rarement un seul) et présentant une certaine homogénéité statistique.

Une rocheroche est un assemblage assemblage massif de minéraux massif de minéraux (rarement un seul) et présentant une certaine homogénéité statistique.

Granite

Minéraux et roches

(Quartz)(Quartz)

(Quartz, Biotite ou muscovite, orthoclase, plagioclase)(Quartz, Biotite ou muscovite, orthoclase, plagioclase)

(Quartz, mica, plagioclase)(Quartz, mica, plagioclase)

R. MétamorphiqueR. Métamorphique

R. Plutonique R. Plutonique

R. SédimentaireR. Sédimentaire

Il existe plus de 4000 minéraux mais, heureusement une douzaine de minéraux sont abondants.

La plupart des minéraux qui constituent la croûte terrestre sont constitués de seulement 8 éléments8 éléments:- l'oxygène (46.5% de la croûte environ), - le silicium (28% de la croûte) ,- l'aluminium (8%) , le fer (5%) , - le calcium (3.5%), le sodium (3%) , - le potassium (2.5%%) - et le magnésium (2%).

Minéraux et roches

Ces atomes (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg) se regroupent et se combinent pour former des minéraux.

Par exemple: Par exemple: le diamant, un minéral, est constitué d'atomes de Carbone solidement attachés les uns aux autres.

Le quartz est constitué uniquement de la molécule SiO4 et l'arrangement forme une structure en 3 dimension très solide.

Le minéral pyrite (ressemble à de l'or) est constitué d'atomes de fer et de sulfure.

Minéraux et roches

Minéraux et roches

Permettant la formation des sels de Na

MAGMATISME ET MAGMATISME ET ROCHES MAGMATIQUESROCHES MAGMATIQUES

Géodynamique interne

Notion de magmaNotion de magma Classification et nomenclature des R. magmatiquesClassification et nomenclature des R. magmatiques Volcanisme et roches volcaniquesVolcanisme et roches volcaniques Roche plutoniquesRoche plutoniques Roches filoniennesRoches filoniennes

I- Notion de magmaI- Notion de magma

MAGMATISME ET ROCHES MAGMATIQUESMAGMATISME ET ROCHES MAGMATIQUES

Un magma est un liquide naturel, silicaté (riche en Si), de haute TUn magma est un liquide naturel, silicaté (riche en Si), de haute T(> 600 °C)(> 600 °C).. Il prend naissance en profondeur et donne par solidification des roches Il prend naissance en profondeur et donne par solidification des roches

magmatiques.magmatiques. Un tel liquide est directement observable au niveau des volcans actifsUn tel liquide est directement observable au niveau des volcans actifs

I.1- Définition I.1- Définition


I.2- Genèse du magma I.2- Genèse du magma La fusion d’une roche peut former un magma.Cette fusion est contrôlée par la P et TLe degré est la vitesse de fusion est contrôlée par la nature chimique initiale de la roche

En Profondeur, Le gradient géothermique est de 15°C/km , Le gradient géothermique est de 15°C/km

1000 à 2000°C 1000 à 2000°C à des profondeurs de 100 à 200kmà des profondeurs de 100 à 200km

Les conditions physiques de la genèse du magma sont maximale au niveau de la lithosphère.Selon le lieu de fusion partielle, le magma peut être de nature acide (riche en silice SiO2) ou basique (pauvre en silice)

Résidu solide

Bain fondu

Solide à composition moins basique

Solide à composition Plus basique


I.3- Différenciation du magmaI.3- Différenciation du magma

Le magma formé en profondeur, monte vers la surface , s’accumule au niveau de la croute dans des poches appelées chambres magmatiques

Ce déplacement enregistre un changement des conditions physico-chimiques Et le magma se divise en parties chimiquement et minéralogiquement différentes:

On dit que le magma subit une On dit que le magma subit une différenciation différenciation

Perte progressive de la chaleur à travers les parois de la chambre magmatique

Refroidissement du magma >>>>>>>formation des cristaux: CristallisationCristallisation

Cristallisation des minéraux à des moments successifs = processus de Cristallisation fractionnéeCristallisation fractionnée

Selon la vitesse de refroidissement du magma, deux états de cristallisation sont distingués >>>Deux grands types de roches:Deux grands types de roches:** Cristallisation lente et complète: Roches plutoniquesRoches plutoniques** Cristallisation rapide et incomplète : Roches volcaniquesRoches volcaniques


ConclusionConclusion

La solidification d’un magma produit des roches dont l’aspect et la nature dépendent de plusieurs facteurs:-Le lieu de genèse -Le degré de la fusion partielle-Le degré de la cristallisation-La vitesse de refroidissement

L’interaction de ces différents facteurs en proportions variables, donne naissance à une multitude de roches magmatiques


II- Classification et nomenclature des roches magmatiquesII- Classification et nomenclature des roches magmatiques

Classification basée sur le chimisme

8 principaux constituants des roches magmatiques: SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, et K2O

La silice représente 35 à 75% de la roche magmatique: 4 grandes catégories de roches magmatiques selon leur teneur en silice:

SiO2 > 65% : roches acides 65% > SiO2 > 55% : roches intermédiaires 55% > SiO2 > 45% : roches basiques 45% > SiO2 : roches ultrabasiques

Classification basée sur la minéralogie

Les minéraux des roches magmatiques sont de 2 types: - minéraux clairs ( ex: quartz, feldspaths, feldspathoïdes…)- et minéraux colorés (ferromagnésiens) (ex: oxydes de fer, péridots, pyroxènes…)


Selon le % des minéraux colorés / composition totale de la roche, la couleur de la roche varie: 3 groupes:-Roches clairs ou leucocrates (Roches clairs ou leucocrates (0 à 35% de minéraux colorés0 à 35% de minéraux colorés))-Roches moyennement clairs ou mésocrates ( Roches moyennement clairs ou mésocrates ( 35 à 55% de minéraux colorés35 à 55% de minéraux colorés))-Roches sombres ou mélanocrates (Roches sombres ou mélanocrates (plus de 55% de minéraux colorésplus de 55% de minéraux colorés))


Classification basée sur la texture

Dans une roche magmatique, les minéraux sont agencés selonun modèle hiérarchique imposé par les lois de la cristallisation. Cette organisation des minéraux les un / autres est appelée TEXTURE TEXTURE

Deux grandes catégories:

Roches à texture texture holocristallines:holocristallines: les roches sont totalement formées de cristaux, on distingue deux classes:R. à texture grenue (grains superposés de diam > 1mm) R. à texture microgrenue (diam < 1mm)

Granite1- Quartz2- Biotite3- Plagioclase4- Orthose

Roches à texturetexture hypocristallines: (à la fois cristaux de petite taille visibles à œil nu + une patte non cristallisée appelée verre)

Selon la dominance de l’une ou de l’autre portion , on distingue:

R. à texture microlitiquemicrolitique: cristaux de petite taille (microlites) dispersé dans un fond vitreux.R. À texture vitreuse vitreuse ou hyaline: presque entièrement constituées du verre.

Texture microlitiqueTexture microlitique (Basalte)(Basalte)

Nomenclature des roches magmatiquesNomenclature des roches magmatiques

Les roches sont composées de minéraux qui n’ont pas tous la même signification vis-à-vis de la détermination.

Minéraux cardinauxMinéraux cardinaux: mx dont la présence est indispensable pour définir une roche. (Qz, Feldspaths et FeldspathoïdesQz, Feldspaths et Feldspathoïdes)Minéraux essentielsMinéraux essentiels : mx qui s’ajoutent aux mx cardinaux, leur présence permet d’ajouter un qualificatif à la roche (Biotite, amphiboles, pyroxène et olivineBiotite, amphiboles, pyroxène et olivine).

La combinaison des:-critères minéralogiques (composition en mx cardinaux et essentiels)-Du degrés de saturation-Et de la texturePermet de proposer une nomenclature simplifiée des R. magmatique

Nomenclature des R. magmatiquesNomenclature des R. magmatiquesM

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NB: NB: Pour les roches à texture microgrenue, on ajoute le préfixe micro à la roche ayant la même composition minéralogique et à texture grenue.

Ex. Granite >>>>>>>>>>>>>>>>microgranite Diorite >>>>>>>>>>>>>>>microdiorite

VOLCANISME ET ROCHES VOLCANIQUESVOLCANISME ET ROCHES VOLCANIQUES

Un volcan est un lieu naturel où les produits magmatiques arrives à la surface de l’écorce terrestre et produisent des roches volcaniques.

L’édifice volcanique comporte :Un cône structuré à l’aide du matériel émis au niveau d’un orifice appelé Cratère. Ce cratère communique vers la profondeur par une cheminée avec un réservoir de magma appelé Chambre magmatique

Une activité volcanique émis 3 types de produits :

1- des produits gazeux : 0,5 à 1% de la masse totale du matériel émis.

2- des Produits solides: la détente des gaz des magma permet la projection des produits solides obtenus par destruction des parois et du bouchon de la cheminé, ou par solidification des portions du magma en air. (blocs, bombes, lapillis, les cendres…etc)Les projections volcaniques solides se déposent à la surface du sol et forment des roches volcaniques appelées Dépôts pyroclastiques

3- des produits liquides:: laves qui s’écoulent du cratère et des fissures à haute T , sous formes visqueuses laves qui s’écoulent du cratère et des fissures à haute T , sous formes visqueuses ou fluides.ou fluides.La solidification des laves donne naissance à des roches volcaniques à texture La solidification des laves donne naissance à des roches volcaniques à texture microlitique et vitreuse . Ex. Basalte, rhyolite, andesite…ectmicrolitique et vitreuse . Ex. Basalte, rhyolite, andesite…ectBasalte et andesites <<<<<<<98% des roches volcaniquesBasalte et andesites <<<<<<<98% des roches volcaniques

Roches plutoniquesRoches plutoniques

Les plutons sont des corps magmatiques mis en place en profondeur dans la croute(2 à 50 km).Le magma accumulé dans des poches subit une cristallisation lente et complète.Les R. plutoniques, appelées roches intrusives, sont des roches magmatiques à texture grenue et à composition chimique et minéralogique variable .

On distingue:R. Plutoniques acides R. Plutoniques acides (ex.granite) : - se sont des roches sursaturées, acides, leucocrates, à texture grenue et à composition minéralogique formée de Qz, Fd alcalins et de biotite- Les granites sont toujours liés aux continents- Les granites représentent presque la totalité des roches plutoniques (95%)-Leurs équivalents volcaniques sont des Rhyolite

GraniteRhyolite

R. Plutoniques basiques R. Plutoniques basiques (ex. Gabros) : -Se sont des roches saturées, basiques, mésocrates, à texture grenue et à composition minéralogique formée de Plagioclases basiques, de pyroxène et de rare olivine.- Leur équivalents volcanique des basaltes.

Roches filoniennesRoches filoniennes

Un filon est une lame de roche magmatique d’épaisseur réduite (qq dizaines de cm à qq km)Et de longueur souvent kilométrique.Il résulte d’un remplissage par le magma d’une fracture.Les roches ainsi formées, sont généralement caractérisées par une texture microgrenue.

METAMORPHISME ET ROCHES METAMORPHIQUESMETAMORPHISME ET ROCHES METAMORPHIQUES

Géodynamique externe


La partie solide la plus superficielle de la Terre a reçu le nom de lithosphère et se compose de matériaux nommés roches qui sont constitués d’assemblages d’espèces chimiques naturelles se présentant le plus souvent sous la forme de solides cristallins, les minéraux.

Géodynamique externeGéodynamique externe

Géodynamique externeGéodynamique externe

La géodynamique externe étudie la structure et l'évolution La géodynamique externe étudie la structure et l'évolution des des enveloppes enveloppes externes de la Terre.externes de la Terre.

Elle étudie tous les phénomènes dissipant une énergie qui provient, Elle étudie tous les phénomènes dissipant une énergie qui provient, plus ou moins directement, du rayonnement solaire. plus ou moins directement, du rayonnement solaire.

L’enveloppe superficielle solide de la Terre, la L’enveloppe superficielle solide de la Terre, la lithosphèrelithosphère, est , est entourée de plusieurs enveloppes fluides. L’entourée de plusieurs enveloppes fluides. L’hydrosphèrehydrosphère est l’enveloppe est l’enveloppe liquide recouvrant près de 60% de la surface du globe et l’liquide recouvrant près de 60% de la surface du globe et l’atmosphèreatmosphère est est l’enveloppe gazeuse entourant la planète. Grâce à ces deux enveloppes, la vie l’enveloppe gazeuse entourant la planète. Grâce à ces deux enveloppes, la vie a pu se développer sur la Terre et former une quatrième enveloppe a pu se développer sur la Terre et former une quatrième enveloppe superficielle, une enveloppe vivante : la superficielle, une enveloppe vivante : la biosphèrebiosphère. Atmosphère et . Atmosphère et hydrosphère sont des enveloppes dynamiques à l'équilibre fragile. Il est hydrosphère sont des enveloppes dynamiques à l'équilibre fragile. Il est intéressant de comprendre leurs mécanismes de déplacements et de intéressant de comprendre leurs mécanismes de déplacements et de transferts physico-chimiques afin de prévoir les éventuelles conséquences transferts physico-chimiques afin de prévoir les éventuelles conséquences sur l'évolution de l'environnement planétaire.csur l'évolution de l'environnement planétaire.c


Lithosphère : C’est la partie superficielle de la Terre. Regroupant la croûte et la partie superficielle du manteau, elle est caractérisée par ses propriétés mécaniques (solide et cassante) et thermiques (propagation de chaleur par conduction). Elle est constituée d'un certain nombre de plaques tectoniques qui se déplacent les unes par rapport aux autres.

Hydrosphère : Enveloppe externe d'une planète ou d'un satellite qui regroupe l'eau sous ses états liquide, solide ou gazeux.

Atmosphère : L'atmosphère est l'enveloppe gazeuse entourant certains astres. Sur Terre, elle fait 700 kilomètres d’épaisseur et est divisée en quatre couches : troposphère, stratosphère, mésosphère et ionosphère (de la plus basse à la plus haute altitude).

Biosphère : Partie du système terrestre dans laquelle la vie s'est développée. Elle est composée de la grande variété d'organismes et d'espèces vivantes qui forment la diversité des écosystèmes.


Les enveloppes de la Terre


Les enveloppes de la Terre

AtmosphèreHydrosphère

Lithosphère

Biosphère

La structure interne de la Terre

La lithosphère:Composée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur.

Différencier roches et minéraux

Les roches ont différentes composantes observables, différentes couleurs

Les minéraux sont composés de cristaux

Les matériaux de notre planète sont constitués d'éléments chimiques, comme l'hydrogène, l'oxygène, le fer, le nickel, etc.... Il y en a 106 dans le tableau périodique des éléments de Mendeleev

Université de la Réunion – IUT de Saint Pierre

Les minéraux L'atome consiste en un noyau central composé de protons

(charges positives) et de neutrons (aucune charge), entouré d'électrons (charge négative) qui gravitent autour du noyau. Toute la masse est concentrée dans le noyau, les électrons ayant une masse négligeable. La masse atomique d'un atome est donc donnée par la masse du noyau, soit le nombre de protons + le nombre de neutrons. Chaque atome possède un numéro atomique qui est donné par le nombre de protons.

Les minéraux Les édifices cristallinsLes édifices cristallins

Si on monte d'un cran dans l'organisation de la matière, il y a les molécules qui sont formées d'un assemblage d'atomes qui sont liés entre eux par deux principaux types de liens:

les liaisons ioniques les liaisons covalentes.

Les minéraux

Le lien ionique est assuré par un transfert d'électron(s) d'un atome à l'autre. Si l’on examine l'exemple du sel (NaCl) : le transfert d'un électron du sodium (Na) au chlore (Cl) produit une molécule stable, le chlorure de sodium (NaCl), dans lequel les atomes sont sous leur forme ionique (les ions Na+ et Cl-).

Les minéraux

Dans le lien covalent, les atomes s'unissent par partage d'électrons.

C'est le cas, par exemple, des gaz hydrogène (H2), Oxygène (O2) et chlore

(Cl2).

Les minéraux

Encore un cran au-dessus des molécules, on a les minéraux. Ceux-ci sont constitués d'atomes et de molécules, et se définissent sur deux critères indissociables:

La composition chimique la structure atomique.

En simplifiant, on peut dire que le minéral, c'est la matière ordonnée. Le minéral halite est un exemple simple qui illustre bien la dualité de la définition de l'espèce minérale. Sa composition chimique est NaCl, le chlorure de sodium (le sel de table!). Le minéral halite possède une structure atomique déterminée qu'on dit cubique. On l'appelle cubique parce que l'arrangement des atomes, en alternance régulière entre les Cl et les Na, forme une trame cubique

En réalité, les ions sont tassés les uns sur les autres, mais conservent toujours la même structure.

Les minéraux

La forme géométrique des cristauxLa forme géométrique des cristaux Les mailles et les réseaux

La cristallographie est la science qui étudie les cristaux :

Les formes des cristaux ne sont pas quelconques. L'existence de ces formes est liée au fait que dans certains cas, les minéraux ont suffisamment d'espace autour d'eux pour croître et prendre des formes qui leur sont propres. Ces formes macroscopiques traduisent le fait que les atomes sont arrangés à l'échelle microscopique.

1ere Partie - Les minéraux

La maille est l'enveloppe du plus petit parallélépipède de matière cristallisée conservant toutes les propriétés géométriques, physiques et chimiques du cristal et contenant suffisamment d'atomes pour respecter sa composition chimique. Pour construire un volume de cristal.

On va en fait empiler des volumes élémentaires; cette répétition s'appelle le réseau cristallin

Les minéraux

Les sept systèmes cristallinsLes sept systèmes cristallins

On distinguera 7 systèmes cristallins (Pas un de plus pas un de moins…) conditionnés par les relations de symétries de la maille cristalline et l’organisation des réseaux cristallins :

CUBIQUE

HEXAGONALORTHOROMBIQUE QUADRATIQUE

MONOCLINIQUETRICLINIQUE

RHOMBOHEDRIQUE

Les sept systèmes cristallinsLes sept systèmes cristallins

1ere Partie - Les minéraux

Tous les minéraux de la création auront des formes rapportées à l’un de ces systèmes : Ex :

Le Quartz est rhomboédrique Le diamant est cubique Le saphir est cubique L’émeraude est héxagonale……

Les minéraux

Les principaux minéraux de l’écorce Les principaux minéraux de l’écorce terrestreterrestre

Toutes les roches présentes sur la planète sont constituées d’assemblages minéraux dont les caractéristiques retracent l’histoire de cristallisation. Les modes de cristallisation dépendent en effet des conditions physico-chimiques qui règnent au moment de la mise en place des roches.

Les minéraux

Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux.

Couleur Éclat Densité Propriétés optiques Dureté

La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable d'un minéral à l'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d'autre plutôt tendres, comme le talc. Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10. Cette échelle a été construite par le minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par conséquent l'échelle de Mohs

Diamant

Marbre

GneissPyrite

Roches

Une roche est composée de différents minéraux rassemblés. Ce rassemblement peut avoir lieu lorsqu'un magma refroidit et que différents types de minéraux s'y cristallisent. Lorsque le refroidissement est terminé, on a une mosaique de cristaux imbriqués les uns dans les autres. C'est le cas des roches volcaniques.

Les Roches

Le gneiss est composé de quartz, de feldspaths (orthoclase, plagioclase) et de mica.

Dans d'autres, des cristaux peuvent se former dans l'eau et tomber sur le fond ou ils s'accumulent et se compactent:C'est le cas des roches sédimentaires comme le calcaire.

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