([lastupdate]) Cours du vendredi 29 novembre 2013, dernier jour du module d’introduction …. déjà ??!!! Je me réjouis beaucoup, parce que la Terre est vraiment un cruc fascinant […]

géologie * intro



illustration geologie 640x340

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Cours du vendredi 29 novembre 2013, dernier jour du module d’introduction …. déjà ??!!!

Je me réjouis beaucoup, parce que la Terre est vraiment un cruc fascinant !!!
Une question que je poserai à l’intervenant, sauf s’il aborde cela pendant son intervention : anthropocène ? … ou pas ?

 

Notes et schéma

PLAN du cours

Fonctionnement de la planète Terre > structure interne, tectonique des plaques > reliefs positifs (montagnes) : formation par la tectonique des plaques ou par le volcanisme)

Les roches (magmatiques – sédimentaires – métamorphiques)
Détermination des roches

L’échelle des temps géologiques

Fonctionnement géologique de la planète Terre

Structure interne

basset geologie Terre structure interne

  • Le noyau est très dense. Bcp de Fe et un peu de Ni.
  • Le manteau est constitué de roches riches en Fe et Mg (un peu moins dense que le noyau9
  • La croûte : épaisseur variable > chaînes de montagnes (Alpes = env 60km, Himalaya = 90km, Paris = 30km, océans = qques km). Faible épaisseur par rapport au tout. Volume : moins de 1% du volume de la planète, mais partie la plus intéressante. Bcp moins d’éléments lourds comme le Fe et le Mg.

C’est leur composition chimique qui distingue ces trois parties.

Dans la croûte, on distingue sur la base de la composition chimique
> continentale (roche : le granit) et
> océanique (roche : le basalte).
L’épaisseur et la densité sont différentes (la croûte continentale est moins dense) ainsi que leur âge.
Les plus anciennes roches sont situées dans la croûte continentale alors que dans la croûte l’océanique les roches ne sont pas plus vieilles de 200 mio d’années, à cause des processus de la tectonique des plaques et en constant renouvellement (océanique). Les plus anciennes ont env. 4 mia d’années. On a trouvé des minéraux qui sont encore plus vieux : 4.2-4.3 mia d’années.

Pour le géologue, la limite entre les deux types de croûte n’est pas la même que pour le géographe (la côte) :
le géologue : continent > plateforme continentale > talus continental > croûte océanique
le géographe : la plage > le bord de l’eau > la mer/l’océan

basset geologie limite croute continentale-oceanique

Selon l’état de la matière (solide/liquide), il y a d’autres distinctions :
> noyau interne : roches solides à 4000-5000°C < ce n’est pas un magma
> noyau externe : roches liquides < le seul véritable magma mais ce magma ne joue aucun rôle dans le volcanisme de la Terre (trop éloigné et trop dense : le Fe liquide ne pourrait pas remonter à la surface).

Mais les volcans ?
l’asthénosphère (manteau supérieur, partie inférieure) + la lithosphère (croûte + partie supérieure du manteau supérieur)
Dans l’asthénosphère, les roches ont la propriété d’être un peu fondues, un peu liquides (max 30%). Ce qu’on appelle les plaques tectoniques, c’est la croûte + la lithosphère qui reposent sur des roches un tout petit peu liquide. C’est dans l’asthénosphère que se forment les matières que les volcans rejettent (à env. 100km de la surface).

Forage humain réalisé : max 15km

Technique des géophysiciens : utilisation des ondes sismiques, provoquées par les tremblements de terre. En analysant les ondes enregistrées des gros tremblements de terre (depuis l’invention du sismographe… courant du XXe siècle). Limites entre les parties (Lehmann, Gutenberge et Moho).
Techniques de sismic reflection (sans tremblements de terre, ondes provoquées).

 

Les plaques tectoniques

Sous l’effet de la tectonique des plaques, la lithosphère bouge > plaques tectoniques ou lithosphériques.

basset geologie tectonique plaques
Il faut ajouter à cela des microplaques entre la plaque africaine et la plaque eurasienne (Méditerranée). Ces pièces de puzzle bougent à raison de qques cm par année. Processus géologiques très lents, mais ‘on a le temps’ !!!
Par contre, l’humain a eu une représentation fixiste de la planète, jusque dans les années 60 (vision dynamique) sauf Alfred Wegner (début du XXe). Il n’y a pas que les continents qui bougent, les océans aussi : une plaque tectonique est composée de continent et d’océans.
le 99% des tremblements de terre se produisent SUR les limites de plaque.

Une grande partie de l’activité de la planète se passe sur les limites de plaque > trois types de mouvement

  • dorsale océanique : limite de plaques divergentes (elles s’éloignent l’une de l’autre)
  • subduction : limite où une des plaques passe sous l’autre
  • faille transformante : ni éloignement, ni subduction, mais coulissement des plaques l’une contre l’autre

 

Carte des fonds océaniques (sans l’eau ^^)

Carte_des_fonds_Oceaniques gde
cliquez sur l’image pour l’agrandir – photo grande taille, magnifique !

Voir aussi Fonds des 3 océans mondiaux (ressource scolaire)

fonds oceaniques noms

la dorsale océanique : grande structure de 60’000km de long (volcans + montagnes sous-marines = dorsales océaniques) = usine à fabriquer de la croûte (du plancher) océanique
Islande et triangle des Afars (au nord de Djibouti, dorsale dans la Mer Rouge – pour les géologues, elle est un océan qui est en train de s’ouvrir) : on peut marcher à pied sec sur la dorsale océanique
la dorsale Atlantique est relativement lente (Islande) : 1-2 cm par année
dans le Pacifique Est, vitesse d’écartement jusqu’à 18cm par année (vitesse moyenne calculée sur plusieurs mio d’années)
ça progresse par crises sismiques (dernière fois en Islande à la fin du XVIIIe siècle).
zone assez large – env. 10km : zone d’effondrement = Graben = rift (on ne peut pas mettre un pied sur une plaque et l’autre sur une autre plaque)
exploration des fonds marins (dorsales océaniques) dans les années 70 : coulées de lave basaltique (laves en coussins)

Fonctionnement d’une dorsale océanique
Sous la dorsale, flux de roches chaudes qui remontent et qui vont venir fondre dans l’asthénosphère juste sous la dorsale. Courants ascendants de convection sous la dorsale.
Le moteur, c’est la chaleur interne de la planète > dynamique
Eléments radioactifs dans les roches (pas stables à l’état naturel > se transforment > produisent de la chaleur) —> système de refroidissement de la planète, c’est des courants de convection (principalement dans l’asthénosphère).
En montant, les roches se refroidissent et fondent (parce que moins de pression, fusion partielle de péridotites) et une partie va réussir à passer entre deux plaques et passer dans une chambre magmatique (cristallisation partielle du magma) dont une toute petite partie va réussir à passer à la surface (éruption volcanique) pour combler le vide dans la zone d’effondrement.

(croûte océanique)
Basalte
Complexe filonien (les filons, les dykes)
Gabbro massif
Cumulat lité
(limite de Moho)
Péridotite

p7 Naissance d’un océan
exemple tout récent : la Mer Rouge (10 mio d’années) – la péninsule arabique s’est détachée de l’Afrique
on crée un océan en cassant en deux un continent

Les plus vieilles roches océaniques ont env. 200 mio d’années.

Mais la Terre n’est pas en expansion. Formation de 4-5 km de dorsales océaniques par année, il faut que cela soit compensé ailleurs > zone de subduction : tremblements de terre très puissants (parfois associés aux tsunamis) et volcanisme en bordure de plaque continentale (max 15% du volcanisme.
C’est toujours la plus dense qui va sous la plus légère : c’est toujours la plaque océanique qui passera sous la plaque continentale (plus légère). > ça crée une fosse océanique (la zone de subduction proprement dite)

Subduction entre deux plaques océaniques (bcp dans le Pacifique) > fosses océaniques
le Pacifique va se fermer, et l’Atlantique s’ouvre.

Plusieurs types de subduction > p9 et ss.

Subduction océan-océan : c’est l’âge de la plaque qui fait la différence de densité (la plus vieille est la plus dense). En s’éloignant de la dorsale, la plaque se refroidit = se densifie : on peut avoir des subductions spontanées.
Elles peuvent être forcées quand deux plaques convergent.
80-90% des tsunamis sont liés à des subductions océan-océan (80% dans le Pacifique) : déclenchement par tremblements de terre (par la subduction), effondrements, etc

Subduction océan-continent > p11
Le morceau d’océan peut être rattaché à un continent qui se rapproche et peut se faire engager dans la subduction mais très rapidement elle va bloquer (la partie déjà dessous va se séparer et la partie au-dessus > collision continentale) > peut former des montagnes (Cordillères des Andes)

Collision continentale > formation des Alpes, de l’Himalaya (collision Inde-Asie)
tous les reliefs positifs dus à la tectonique des plaques sont dus à la convergence (subduction ou collision).
Le magma n’est pas le même (composition) dans les subductions que dans les dorsales océaniques > nature des deux croûtes différentes.

Les premiers noyaux continentaux > p14
depuis env 1 mia d’année état quasi stable 1/3 continent 2/3 océans

Les failles transformantes
> article sur Planet°Terre : Les failles transformantes : définition, géométrie et illustration
– la faille de San Andreas (1906 destruction de San Francisco) : elle décale l’axe de la dorsale océanique dans le Golfe de Californie
– une faille en Turquie qui détruira Istanbul

La faille de San Andreas : en fait plusieurs failles

 

75% volcanisme sur les dorsales océaniques > nous est inaccessible (trop profond > ça ne génère rien en surface)
15% est dû aux subductions : volcanisme explosif, et souvent en bordure de continents
pas d’éruption volcanique sur les failles transformantes
mais phénomène de points chauds (10% du volcanismes) : anomalies thermiques qui se développent à l’intérieur de la planète et qui provoquent du volcanisme au milieu de plaques tectoniques (ex. type : Hawaï, Galapagos, Islande, Yellowstone) – carte p6

76% des séismes sont générés au niveau des subductions > Japon, Indonésie et tout autour du Pacifique
10% au niveau des collisions, 3% au niveau des failles
1% sur le domaine intraplaque
10% sur les dorsales océaniques (mais sous-estimé car pas de mesures)

 

Forces motrices de la tectonique des plaques > p16

Chaleur (courants de convection) : ancienne hypothèse
système de refroidissement de la planète Terre
mais tous les modèles physiques montrent que c’est pas possible

Deux autres forces
quand ça pousse sous une dorsale océanique : effet de gravité (poussée à la dorsale)
dans l’Atlantique

la plaque qui plonge en profondeur, les minéraux qui forment cette plaque deviennent de plus en plus denses et ça l’enfonce et ça tire la plaque encore en surface (la poussée de la plaque subductée)
c’est la subduction qui est la force motrice (Pacifique)

La tectonique explique tous les grands composants de notre relief > vision cohérente de notre planète Terre, dynamique depuis env. 50 ans.

 

Suisse : Jura, Plateau Suisse et Alpes < tectonique des plaques appliquée

Tout est lié aux Alpes.
Il y a 250 mio d’années (début de l’ère secondaire, l’ère des dinosaures), sur Terre il n’y avait qu’un continent (regroupement de tous les continents) = la Pangée et tout autour un énorme océan (la Pantalassa) = début de l’histoire des Alpes et fin de l’histoire des montagnes de la période précédente. Forces de distorsion sous cette grande plaque continentale.
Dans notre région, ça a commencé à s’étirer > rift (effondrement) > cassure : au début, séparation Afrique-Europe > océan alpin (qui n’existe plus) dont l’eau recouvrait une partie de l’Afrique du Nord et une grande partie de l’Europe occidentale qui n’avait aucun relief. Au fond de cet océan, dépôt de sédiments > couches partout. – 200 mio à – 100 mio d’années
Mais à -100 mio d’années, le mouvement s’est inversé, les deux continents se sont rapprochés et la subduction s’est faite sous le continent africain > refermement de l’océan > collision continentale > formation des Alpes (-40 mio d’années)
formation de reliefs > précipitations + érosion > apport de débris rocheux au Nord (plateau suisse) et au Sud (plaine du Pô) > formation de molasse (max 40 mio d’années)
mais la compression de l’Afrique a commencé à se faire sentir au delà du Plateau (-10 mio d’années)  > plissement simple en ‘tôle ondulée’ > formation du Jura : chaîne de montagnes jeune et éphémère
(sommets plus doux parce que plus éloignés du lieu de la collision)

Les roches qui constituent l’écorce terrestre sont des assemblages de minéraux (un minéral est toujours un assemblage d’éléments chimiques)
> trois types de roches dans la nature : roches ignées (= magmatiques : roches plutoniques (des profondeurs), p. ex. granit = refroidissement lent en profondeur / roches volcaniques, ex. obsidienne = refroidissement rapide à la surface)
roches sédimentaires : les calcaires (se déposent par couches)
roches métamorphiques : roches qui dans son histoire (des 2 premiers types) qui enfouies en profondeur par processus géologiques (ex. subduction) et avant de fondre, elle va se transformer (ex. granit > gneiss / calcaire > 300° pendant 10 mio d’années > marbre)

Jura, deux types de roches dont une seule est visible, calcaires (âge Jurassique = env -150 mio d’années)
et un assemblage calcaire-argile > les marnes (ne se voit pas)

Dans la molasse (un ensemble de roches), roches sédimentaires détritiques (car c’est la ‘poubelle’ des Alpes) : un sable déposé qui devient le grès (sandstone) > construction des vieilles villes du Plateau suisse / conglomérats

Dans les Alpes, du granit (roche magmatique) mais aussi des calcaires et des marnes (qui sont passées sous la molasse > nord des Alpes, reliefs calcaires) / aussi roches métamorphiques (gneiss) mais plutôt au sud (versant sud entre Martigny et Brig) et des roches métamorphiques feuilletées (schiste < rien à voir avec les gaz de schiste).

Age de la formation de la roche / Age de la formation du relief

 

Gaz de schiste : aller chercher le pétrole dans la roche-mère, et non comme jusqu’à maintenant dans la roche-réservoir (plus proche de la surface).



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