Chapitre 1 : Les matériaux de l’écorce terrestre
1.1 Les Minéraux
A) Définition d’un minéral : Un minéral est une substance inorganique solide qui se présente sous forme d’un cristal ou d’un solide cristallin.
Un cristal est un corps solide (minéral naturel homogène) de
forme polyédrique, plus ou moins brillant, à structure
régulière et formé d'un assemblage ordonné d'un grand
nombre d‘atomes de molécules ou d’ions.
C)Aperçu général
Il existe plus de 4000 variétés de minéraux dans la nature,
mais seulement une douzaine de minéraux sont les plus
abondants La majorité des minéraux qui constituent la croûte
terrestre sont composés uniquement de huit (8) éléments
chimiques :
D)Caractéristiques des minéraux
Un minéral est caractérisé par ses propriétés physiques et
chimiques
Propriétés physiques des minéraux
✓Forme cristalline
✓ Magnétisme
✓ Dureté
✓Photoluminescence
✓ Couleur
✓ Radioactivité
✓ Ténacité
✓ Densité
✓ Éclat
✓Transparence
✓Clivage
✓ Cassure
✓ Trace ou trait
✓ Conductivité électrique
Propriétés chimiques des
minéraux
✓Composition chimique
✓ Solubilité
✓Effervescence
✓Transparence
✓Clivage
✓ Cassure
✓ Trace ou trait
✓ Conductivité électrique
Propriétés chimiques des minéraux
✓Composition chimique
✓ Solubilité
✓Effervescence
Propriétés physiques des minéraux
• Forme cristalline (système cristallin) La forme géométrique des
cristaux est définie par leur structure cristalline : minéraux dans
la nature sous forme de polyèdres
• Dureté: Résistance du minéral à se laisser rayer
• Couleur: En général, les minéraux présentent une grande
diversité de couleur
• Ténacité: Résistance au choc : minéraux fragiles, minéraux
friables.
• Densité: Rapport entre le poids du minéral et le poids du
volume d’eau qu’il déplace : poids par unité de volume
• Éclat: Aspect de la surface du minéral lorsqu’il réfléchit la
lumière : éclat métallique ou non métallique (vitreux, nacré, mat,
gras,…)
• Transparence: Propriété du minéral à laisser passer la lumière :
minéraux transparent, translucide ou opaque
• Clivage: Propriété du minéral de se casser selon des plans
déterminés : plans de faiblesse dans la structure cristalline du
minéral
• Cassure: Propriété du minéral de se casser, de se briser en
donnant des surfaces irrégulières : cassure conchoïdale
Propriétés physiques des minéraux
• Trace ou trait: Couleur de la poudre du minéral : trace laissée
par un minéral lorsqu’on le frotte sur une plaque de céramique
non émaillée
• Indice de réfraction: La réfraction est la déviation d’un rayon
lumineux qui passe d’un milieu à un autre
• Conductibilité électrique: Capacité d’un minéral de conduire
l’électricité : minéraux conducteurs et minéraux non conducteurs
• Magnétisme: Capacité de minéraux riches en fer à se faire
attirer par un aiman
t
• Photoluminescence: Émission de lumière lorsqu’un minéral est
éclairé par une lumière de forte énergie (rayons ultraviolets) par
exemple : calcite, fluorite
• Radioactivité: Quelques minéraux
émettent un rayonnement invisible: alpha, Bêta, gamma par
exemple : uraninite, thorite
Propriétés chimiques des minéraux
• Composition chimique: Éléments chimiques qui composent le
minéral
• Solubilité: Propriété d’un minéral à se dissoudre dans l’eau ou
dans un autre liquide (acide)
• Effervescence: Propriété de minéraux de la classe des
carbonates à réagir avec certains types d’acide (acide
chlorhydrique). Cette réaction produit un gaz carbonique
E)Composition chimique
Un minéral est défini par sa composition chimique et sa
structure cristalline.
Les minéraux peuvent être composés d'un seul élément
chimique :
Exemples : - Graphite ( C) - Diamant ( C )
Les minéraux peuvent être composés de plusieurs éléments
chimiques.
Exemples : - Amazonite (KAlSi 3 O
8
)
- Chalcopyrite (CuFeS 2 )
F)Structure cristalline
La structure cristalline (structure d'un cristal) d’un minéral
correspond à l'arrangement des atomes dans le cristal selon un
espacement et une symétrie bien définis.
Le graphite est un minéral
constitué d'atomes de carbone
qui se présentent sous forme
de couches ou de feuillets
hexagonaux non compacts.
La structure cristalline définie la forme géométrique
d’un cristal.
Graphite
Lorsque les cristaux ont des formes géométriques bien définies,
on dit qu’ils sont automorphes.
Dans la nature, les cristaux (minéraux) se forment dans des
conditions qui ne permettent pas toujours un développement
parfait de leur forme cristalline.
En effet, les cristaux peuvent être gênés dans leur croissance par
des cristaux voisins déjà formés. Par conséquent ils ne présentent
pas de formes géométriques bien définies : ils sont dits
xénomorphes.
Dans certains cas, les minéraux ne présentent aucune forme
cristalline; ils sont dits amorphes.
Exemples : cristaux amorphes de quartz
G)Dureté des minéraux
La dureté d’un minéral est déterminée par sa résistance à se
faire rayer.
H)Système cristallin
Un système cristallin est un classement des cristaux sur la base de
leurs éléments caractéristiques de symétrie : axe, centre, plan.
La croissance
des
cristaux se fait
suivant des lois
de
géométrie
simple
caractérisées
par
sept systèmes
La forme primitive du minéral est un cube : un prisme droit à 6 faces
égales
Système quadratique (trétragonal)
La forme primitive du minéral est un prisme droit à base carrée
La forme primitive du minéral est un prisme droit à base rectangulaire.
La forme primitive du minéral est un prisme droit à base hexagonale.
La forme primitive du minéral est le rhomboèdre : un prisme oblique dont
les six (6) faces sont des losanges égaux.
La forme primitive du minéral est un prisme oblique à base losangique
La forme primitive du minéral est un prisme oblique à base losangique
Généralement, lorsque les
cristaux se développent sans
contrainte dans la nature ils
vont prendre la forme d’un
des sept systèmes cristallins
originels de base.
Conclusion : Ce sont les variations de la vitesse de croissance d’un cristal en fonction de la direction qui sont responsables de la forme cristalline des minéraux
Classification des minéraux
La classification des minéraux correspond à une répartition des espèces
minérales basées notamment sur la composition chimique des minéraux.
On distingue neuf classes de minéraux :
- Classe I : Éléments natifs
- Classe II : Sulfures
- Classe III : Halogénures
- Classe IV : Oxydes
- Classe V : hydroxydes
- Classe VI : Carbonates
- Classe VII : Sulfates
- Classe VIII : Phosphates
- Classe IX : Silicates
Classification des minéraux
Classe I : Éléments natifs
Les éléments natifs sont des minéraux formés d’un seul élément
chimique. Les éléments natifs ont un grand rôle économique.
Exemples : or (Au), diamant (C), graphite (C), platine (Pt),
argent (Ag), cuivre (Cu)
Les sulfures sont des minéraux formés d’un ou plusieurs métaux
combinés à du soufre (S).
Exemples : pyrite (FeS2
), chalcopyrite (CuFeS2
), galène (PbS)
Les halogénures (chlorures (Cl-
) et fluorures (F-
)) sont des minéraux
formés d’un ou plusieurs métaux ou métalloïdes combinés à l’élément
chlore ou fluor.
Exemples : sel gemme (NaCl), sylvite (KCl), fluorine (CaF2
)
Les oxydes (O2-
) sont des minéraux formés d’un ou de plusieurs métaux
combinés à de l’oxygène.
Exemple : magnétite (Fe3O4
), corindon (Al2O3
), rutile (TiO2
)
Les hydroxydes (OH-
) sont des minéraux constitués d’une combinaison
d’eau et d’oxydes métalliques.
Exemple : goetite (FeO(OH)), brucite (Mg(OH)2
)
Les sulfates (SO4
)
2-
, sont des minéraux constitués d’une combinaison de
soufre et d’oxygène avec un ou plusieurs métaux ou métalloïdes.
Exemples : gypse (CaSO4 2H2O), barytine (BaSO4
)
On inclut dans cette classe les chromates (CrO4
)
2-
, les molybdates (MO4
)
2-
et les tungstates (WO4
)
3-
Les carbonates (CO3
)
2-
sont des minéraux constitués d’une
combinaison de carbone et d’oxygène avec un ou plusieurs métaux ou
métalloïdes.
Exemples : calcite (CaCO3
), sidérite (FeCO3
), dolomite (CaMgCO3
)
On inclut dans cette classe les nitrates (NO3
)
- et borates (BO3
)
2-
Les phosphates (PO4
)
3-
sont des minéraux constitués de phosphore et
d’oxygène combinés avec un ou plusieurs métaux ou métalloïdes.
Exemples : apatite (Ca5
(PO4
)3
(OH,Cl,F)), monazite ((Ce,La,Y,Th)PO4
)
On inclut également dans cette classe les arséniates (AsO4
)
3-
et les vanadates (VO4
)
3-
.
Les silicates (SiO4
)
4-
sont des minéraux qui combinent le silicium et
l’oxygène avec un ou plusieurs métaux ou métalloïdes.
Les silicates représentent 90 % en poids de l'écorce terrestre.
Exemples : quartz (SiO2
), sillimanite (Al2SiO5
), microcline (KAl2SiO5
)
Les roches
Définition de roche
Une roche est un matériau solide formé en général d’un assemblage
de minéraux.
Les roches sont constituées de minéraux tandis que les minéraux sont
constitués d'éléments chimiques
Une roche peut être constituée de plusieurs minéraux.
Exemple : Granite
- Quartz (QZ)
- Plagioclase (FK)
- Feldspath potassique (FK)
- Biotite (BO)
- Hornblende (HB)
Une roche peut être monominérale, c’est-à-dire formée d’un seul minéral
Exemple : marbre = calcite
quartzite = quartz
Il existe trois grandes catégories de roche :
✓ Roches magmatiques (roches ignées)
✓Roches sédimentaires
✓Roches métamorphiques
Roches magmatiques
Les roches magmatiques (ou roches ignées) comprennent les roches intrusives et
les roches extrusives.
1)Roches intrusives ou plutoniques
Les roches intrusives ou roches plutoniques se forment à partir d’un
magma qui refroidit lentement à de grandes profondeurs (30 à 35 km) sous la croûte
terrestre
En conséquence, les cristaux ont le temps de bien se former et la roche
présente une texture grenue.
Exemples : granite, gabbro
2)Roches extrusives ou volcaniques
Les roches extrusives ou roches volcaniques
sont issues d’un magma qui refroidit
rapidement à la surface de la croûte terrestre.
En conséquence, les cristaux n’ont pas le temps
de bien se former et la roche est à grain très fin.
Exemples : basalte, rhyolite, andésite
Les roches sédimentaires proviennent de l'accumulation de
sédiments (boue, sable, gravier) qui se déposent en couches dans un bassin de
sédimentation.
Les roches sédimentaires sont des roches qui se forment à la surface
de la croûte terrestre.
Ce sont des roches qui résultent de la compaction et de la
cimentation de boues, de sables, de graviers ou de fossiles.
Selon le mode de formation des roches sédimentaires on distingue :
✓Roches sédimentaires détritiques
✓Roches sédimentaires chimiques et biochimiques
Les roches sédimentaires détritiques
: roches qui proviennent de
l’érosion de roches préexistantes continentales (roches plutoniques, roches
volcaniques, roches métamorphiques ).
Exemples : argilite, grès, conglomérat
:
roches qui résultent de la précipitation d’une solution chimique ou de
l’accumulation de débris de squelette d’organisme (fossiles) et de la
transformation de matière végétale.
Exemples : calcaire, dolomie, gypse, charbon
Une roche métamorphique est une roche formée par la
recristallisation (et généralement la déformation) de roches sédimentaires ou de
roches magmatiques sous l’effet de la température et de la pression qui
augmentent avec la profondeur dans la croûte terrestre.
Les roches métamorphiques peuvent se former également au contact de
roches plutoniques et de roches sédimentaires.
Exemples : gneiss, paragneiss
Chapitre 2 : Géodynamique externe
I. GÉODYNAMIQUE EXTERNE
I.1 DEFINITIONS
La dynamique externe de la terre, ou la géodynamique externe, concerne
l'évolution dynamique de la surface de la Planète.
L'eau, la glace, le vent, sculptent les surfaces continentales
Les paysages obtenus reflètent la nature, la composition et l'architecture
des formations géologiques.
Les continents s'aplanissent et tendent vers un niveau de base, celui des
océans.
Si les processus d'érosion dominent les continents, ce sont plutôt les
processus de la sédimentation qui prévalent dans les océans.
Il existe un lien certain entre :
➢géodynamique interne
➢et géodynamique externe
la dynamique reliée à la tectonique des plaques vient souvent rajeunir
les reliefs des continents; la topographie des océans et son évolution sont aussi
tributaires de la tectonique des plaques.
On appelle souvent la terre, la planète bleue. Cela n'est pas étonnant,
car comme le montre la coupe ci-dessous, les océans couvre 71% de la surface de
la planète.
II. AGENTS DE LA GEODYNAMIQUE EXTERNE
II.1. L’EAU
La circulation annuelle de l'eau constitue le plus grand déplacement
d'une substance chimique à la surface de la Planète.
Le ruissellement des eaux continentales transfère les produits de
l'altération physique et chimique vers les océans.
La figure qui suit présente le cycle complet (externe et interne) de l'eau
à l'échelle du globe terrestre tout entier
Sur cette figure, les boîtes représentent les réservoirs, les flèches bleues les flux du cycle externe, et les flèches rouges les flux du cycle interne.
Selon les conditions de température et de pression, l'eau se retrouve sous
trois états: solide, liquide et vapeur.
Le cycle externe est celui qui est observable directement.
L'énergie solaire transforme l'eau liquide en vapeur. L'évaporation se fait
principalement au-dessus des océans (84%). Les vents et autres mouvements de
l'atmosphère redistribue la vapeur d'eau;
celle-ci retombe sous forme de pluie qui, au niveau des continents,
ruisselle et retourne à l'océan.
L'eau (liquide et solide) constitue l'agent essentiel de l'altération et la
désagrégation des roches de la croûte terrestre et contribue ainsi au recyclage de
plusieurs éléments.
Le cycle interne est celui qui concerne la circulation de l'eau entre l'océan,
la lithosphère et l'asthénosphère.
Un important volume d'eau s'infiltre dans les pores et les fractures de la
couverture sédimentaire sur la lithosphère; on évalue à 330.106 km3 ce réservoir.
Un autre volume important d'eau s'infiltre dans les fractures de la
lithosphère.
On n'a qu'à penser à ce système de pompage que constituent les sources
hydrothermales au niveau des dorsales médioocéaniques.
Cette eau est un agent fort efficace de l'altération chimique des basaltes
océaniques, modifiant les propriétés physico-chimiques et la composition de la
croûte océanique et contribuant à la composition chimique de l'eau de mer.
La subduction de la lithosphère dans l'asthénosphère introduit aussi de
l'eau dans cette dernière.
Les minéraux du manteau même contiennent une énorme
quantité d'eau.
Ensemble, lithosphère et asthénosphère contiennent un volume d'eau
évalué à 400.106 km3
.
Le tableau suivant permet de comparer le volume des divers réservoirs d'eau
dans les deux cycles
Compte tenu que la surface des océans est de 3,6.108 km2 , si toute la glace stockée dans les calottes glaciaires et les glaciers fondait, la montée du niveau marin serait de 120 mètres; si le quart seulement du réservoir de glace fondait, la montée serait de 30 mètres.
a. Les eaux de ruissellement
Le schéma qui suit présente de façon simple le bilan hydrique de la surface terrestre.
On y voit que moins de 7% de l'eau du cycle total est disponible pour modeler les
continents par ruissellement, mais il s'agit d'un agent très efficace.
C'est bien connu, les eaux de ruissellement creusent les vallées. La profondeur, la
largeur et les formes de ces dernières se modifient avec le temps. Les schémas qui
suivent illustrent ces modifications.
Le stade de jeunesse d'une vallée fluviale se caractérise par du creusement qui
conduit à la formation d'une vallée étroite en forme de V; les reliefs sont
accentués le long du cours d'eau et on retrouve chutes, cascades et rapides.
A l'étape de la maturité, le cours d'eau aplanit ses reliefs et diminue son gradient de pente; il commence alors à éroder latéralement, élargissant la vallée et créant, par ses dépôts, une plaine d'inondation. Cette dernière se construit par l'apport constant de sédiments issus de l'érosion en amont et par l'épandage dans la vallée de ces sédiments durant les périodes de débordement dues aux crues.
Le stade de vieillesse de la vallée est atteint lorsque celle-ci est beaucoup plus large que les plus larges méandres du cours d'eau.
A noter que les tributaires du
cours d'eau principal contribuent eux aussi à aplanir les reliefs adjacents.
Le schéma qui suit illustre comment agissent les processus d'érosion et de dépôt dans
un cours d'eau méandrique.
Dans un méandre (profils du haut et du bas), l'érosion se fait sur la rive concave, à pente raide, là où la vitesse du courant est la plus grande, alors que le dépôt se fait sur l'autre rive, convexe, là où la vitesse du courant est plus faible, formant une terrasse alluviale (ou barre de méandre). Le couple érosion-dépôt entraîne une migration latérale du méandre, causant un élargissement de la vallée au stade de maturité et une remobilisation des sédiments au stade de vieillesse de la vallée.
B/ L'action du vent
Le vent constitue un facteur important d'érosion et de transport des
sédiments à la surface de la planète. Il est particulièrement actif dans les régions
sèches où la végétation est quasi-absente, comme les déserts. Les régions
désertiques, qu'on définit comme les régions qui recoivent moins de 20 cm de
précipitations/an, couvrent près du tiers de la surface terrestre. Les grands déserts du
monde (Sahara, Kalahari, Gobi, les déserts d'Australie) se trouvent entre les latitudes
10° et 30° de part et d'autre de l'équateur.
Ces régions sont constamment sous des conditions de haute pression atmosphérique où descend l'air sec, ce qui est aussi vrai pour les régions polaires qui sont aussi considérées comme désertiques compte tenu qu'elles reçoivent moins de 20 cm/an de précipitations (en équivalent pluie). La répartition des déserts est déterminée par la circulation atmosphérique qui, elle, dépend de la radiation solaire
L'air chauffé dans les régions équatoriales a tendance à monter. Il se crée donc à l'équateur, un flux d'air ascendant qui détermine une zone de basse pression: le creux équatorial. Arrivé dans la haute atmosphère plus froide, cet air ascendant très humide condense et forme les nuages et pluies de la zone équatoriale. L'air se débarasse donc de son humidité; il s'assèche. Il redescend au niveau des latitudes 30° , sous forme d'un air très sec, pour former une zone de haute pression. Ce couple ascension-descente forme une cellule de circulation atmosphérique, la cellule tropicale. Ceci engendre une autre cellule atmosphérique, la cellule tempérée qui crée, autour des latitudes 60° , des courants ascendants. Plus vers les pôles, les cellules polaires vont ramener dans les cercles polaires de l'air sec. Il en résulte que les régions qui se situent à la hauteur des latitudes 30° et 90° , dans les deux hémisphères, sont balayées par de l'air sec.
C'est pourquoi on y retrouve les grandes zones désertiques, non pas à
l'équateur, comme on pourrait le penser puisqu'il y fait le plus chaud, mais autour
des latitudes 30°. Il peut sembler paradoxal de qualifier les cercles polaires de
déserts, mais effectivement, même s'il y fait froid, ce sont des déserts où les
précipitations sont minimes.
Dans les déserts, l'agent principal d'érosion et de transport des matériaux
est le vent. Si le vent peut agir si efficacement pour éroder et transporter les
particules, c'est qu'il n'y a ni humidité, ni végétation pour retenir celles-ci et les
stabiliser. Le vent qui balaie la surface du sol entraîne donc facilement ces
particules. Les particules sont transportées selon trois modes.
Les plus grosses se déplacent par roulement ou glissement (traction) à la surface du sol, sous l'effet de la poussée du vent ou des impacts des autres particules. Les particules de taille moyenne (sables) se déplacent par bonds successifs (saltation). Les particules très fines (poussières) sont transportées en suspension dans l'air (loess), souvent sur de très grandes distances. Il en résulte deux structures importantes des déserts : les pavements de désert et les champs de dunes.
Le vent entraîne les particules de la taille des sables, mais n'a pas l'énergie nécessaire pour soulever ou rouler les plus grosses particules. Ainsi, ces plus grosses particules se concentrent progressivement à mesure de l'ablation des sables pour former finalement une sorte de pavement qui recouvre les sables et les stabilise, ce qui, par exemple, permet aux véhicules robustes de rouler aisément.
Les sables transportés par le vent s'accumulent sous forme de dunes.
Ces dernières se déplacent, sous l'action du vent, par saltation des
particules sur le dos de la dune; elles viennent se déposer sur le front de la dune,
soit par avalanche, soit parce qu'elles sont piégées par le tourbillon que fait le vent à
l'avant de la dune. C'est ce qui cause la structure interne en laminae parallèles
inclinées qui indiquent le sens du déplacement de la dune.
Quelques photos illustrant les pavements de désert et champs de dunes
Pavement de désert (appelé "reg" au Sahara) issu de la concentration des
grosses
particules (centimétriques) suite au balayage des sables par le vent
Les sables arrachés au reg par le vent finissent par se déposer et former des dunes,
d'abord isolées comme ici. Région de Taghit, Grand Erg occidental, Sahara
algérien.
Puis, les dunes s'agglomèrent pour constituer des amoncellements de sable
impressionnants qui lors des grandes tempêtes peuvent couper les pistes en peu de
temps. Région de Taghit, Grand Erg occidental, Sahara algérien.
Chapitre 2 : Géologie historique
III / Stratigraphie et chronologie
A / Unités Lithostratigraphiques
L’unité de base est la formation (unité lithologique cartographiable).
Un ensemble de formations constitue un groupe et la formation est subdivisée
en membres composés de strates (bancs ou couches).
On appelle couche ou strate la plus petite division lithologique,
limitée par deux surfaces parallèles son épaisseur est de l’ordre du mètre.
On
appelle toit d’une couche le sommet de la couche ou sa limite supérieure, le
mur étant sa partie basale ou sa limite inférieure. Ces deux surfaces,
généralement parallèles peuvent, sous l’action de l’érosion, être recoupées par la
surface topographique, ces intersections sont appelées des contours géologiques
et elles limitent l’affleurement de la couche (ou la partie d’une couche visible en
La formation : est l’unité stratigraphique de base, souvent représentée
dans les cartes géologiques à moyenne échelle (1 /25000 à 1/100000). Sont
épaisseur peut varier du mètre au Kilomètre et les critères lithologiques qui
permettent d’individualisées une formation par rapport a une autre varient suivant
les régions et suivant les âges. La formation est membres. (Tab1)
Echelle stratigraphique
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