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Structure et dynamique de la Terre
Introduction-Notions sur les matériaux et le temps en géologie
Structure Interne: Approche géophysique- Modéle de Terre sismologique- Tomographie sismique: Image de la Terre 2D et 3D
Grands processus géodynamiques: Approche géophysique- Tectonique des plaques- Frontières de plaques
Histoire Géologique de la Bretagne
– p. 1
IntroductionLa Terre, machine dynamique
–> compréhension de transferts de matière pendant une certaine période de temps
–> 3 questions : Quoi? Quand? Où?
I - Les materiaux
- les minéraux et les roches
II - Le temps- les datations relatives et absolues
- le calendrier géologique
III - Conclusion
– p. 2
Les matériaux terrestresPlusieurs échelles du milliers de kilomètres à la taille des atomes
10 m6
10 m510 m3
10 m−3
10 m−5
10 m−9
10 m0
pli
minéraux
noyau
globe terrerstre
manteauocéan continent
lithosphère
réseau cristallin
schistosités
nappe de charriage
manteau
croute
croute
– p. 3
Le minéralLa composition chimique: nature des éléments chimiques du minéral(ex:Silicium Si, Oxygène O,...)
La structure atomique: arrangement des atomes entre eux (ex:structure cu-bique)
Identification des minéraux
couleur (Qz plusieurs couleurs), éclat (métallique ou non métallique)
trait sur porcelaine(hématite: trait brun rougeâtre)
dureté: de 1 (talc) à 10 (diamant) selon rayure faite par un ongle, une pièce,une lame ou du verre
densité: sel (2.1 g/cm3), or (19 g/cm3)
forme cristalline
clivage: calcite se débite selon certains plans, le Quartz sans clivage enmorceaux irréguliers
effervescence: identification des minéraux carbonatés (test à l’acide)
propriétés optiques: chaque minéral possède ses propriétés optiques– p. 4
Minéraux constitutifs de la croûteO 46.6%, Si 27.7% , Al 8.1%, Fe 5.0%, Ca, Na, K, Mg,...
⇒ 95% volume de la croûte composé de silicates SiO4
Structure de base des silicates: le tétraèdre
Les pyroxènes, chaîne simple de tétraèdre, 2 plans de clivage à angle droit
Les amphiboles, chaîne double, 2 plans de clivages à 60 et 120◦
Les micas, chaîne planaire, 1 plan de clivage
Les feldspaths, réseau à 3 dimension, 2 plans de clivages
Le Quartz, réseau à 3 dimensions, pas de clivage– p. 5
Minéraux constitutifs du manteauAbondance d’oxygène, de silicium, de fer et de magnésium dans le manteau
55% d’olivine avec pyroxènes, spinelles et grenat dans le manteau supérieur
65% d’oxydes ferro-magnésiens et de pérovskites dans le manteau inférieur
NOYAU constitué de fer et nickel
⇒ Pas que des minéraux silicatés sur Terre:- carbonates (ex:Calcite)- sulfates (ex:Gypse)- phosphates (ex:Apatite)- sulfures (ex:Pyrite)- oxydes et hydroxydes (ex:Spinelle)- tungstates (ex:Wolframite)- halogénures (ex: halite)- éléments natifs Au et Ag
– p. 6
Origine des Minéraux I
Cristallisation d’un liquide qui, par refroidissement, passe de l’état liquide àsolide
Cristallisation de vapeurs (cristallisation du soufre autour des fumerolles)
– p. 7
Origine des Minéraux II
Précipitation chimique à partir d’une solution sursaturée par rapport à unminéral. (ex: formations des agates, dépôts dans les cavernes et séquenceévaporitique)
Transformation (recristallisation) de minéraux existants en formes cristallinesdifférentes de l’original.
– p. 8
Du minéral à la roche
Le magma est à l’origine de la formation de la croûte terrestre. Il est la premièrephase du cycle.Trois grands types de roches:
Roche ignée: cristallisation du magma
Roche sédimentaire: cimentation des particules issues de l’érosion des rochesignées et métamorphiques
Roche métamorphique: transformation sous l’effet des hautes températures etpressions
– p. 9
Les Roches Ignées
Cristallisation fractionnée : cristallisation des silicates dans un magma se faitdans un ordre défini, produit des assemblages minéralogiques différents quicorrespondent aux 4 grands types de roches ignées
Extrusives ou intrusives: taille des minéraux issus d’un processus derefroidissement lent (cristaux grossiers, ex:intrusif dans la coûte) et rapide(petits cristaux, ex:volcans sous-marins)
Fusion partielle : si la température d’un matériel augmente, une partie va fondreet devenir liquide. Tous les minéraux ne fondent pas à la même température.exemple: magma ultramafique issu de la fusion partielle de la péridotite – p. 10
Les Roches Sédimentaires I
l’altération superficielle: mécanique (ex: gel/dégel), chimique (ex: silicateattaqué part les eaux de pluies) et biologique (ex: lichen)
le transport: eau (principalement), vent, glace. Figures spécifiques (ex:granoclassement)
la sédimentation: accumulation des particules dans un bassin, dépôt encouche successives: stratification.
la diagenèse: processus chimiques et mécaniques affectants un dépôt sédi-mentaire après sa formation qui vont de la compaction du sédiment à sa ci-mentation, en passant par des phases de dissolution, de recristallisation ou deremplacement de certains minéraux. – p. 11
Les Roches Sédimentaires II3 sources:
terrigène: érosion des continents
allochimique (essentiellement calcaire):particules issues du bassin desédimentation: coquilles et/oufragments
orthochimique: précipités chimiquesdans le bassin de sédimentation ou àl’intérieur du sédiment durant la dia-genèse
Nom des roches:
taille des particules pour terrigène etallochomiques
composition minéralogique
– p. 12
Les Roches Métamorphiques IRoches ignées ou sédimentaires sous hautes températures et/ou pressions
2 processus:
1- métamorphisme de contact: se produit dans la roche encaissante au contactd’intrusifs par transferts de chaleur
– p. 13
Les Roches Métamorphiques II
2- métamorphisme régional et foliationmétamorphique: importantes pressions ettempératures. C’est le métamorphisme dechaîne de montagne.
développement de minéraux ditsmétamorphiques et d’une foliation (cristauxaplatis et étirés)
métamorphisme de choc : chute de météoritesavec températures et pressions bien plusélevées
détermination du niveau de pression ettempérature à partir des assemblagesminéralogiques présents
– p. 14
La séquence géologique
Le temps est matérialisé par l’empilement des couches géologiques
stratification des roches sédimentaires témoin du temps nécessaire pour queles sédiments se déposent
roches intrusives: témoin d’événements ponctuels plus courts
discordance: témoin du temps où les dépôts ont été érodés
– p. 16
Datation relative IÉtablissement de l’âge des couches l’une par rapport à l’autre. 2 méthodes :physique et paléontologique
Méthodes physiques de datation relative.
principe de l’horizontalité primaire descouches sédimentaires et principe desuperposition.⇒ couche 4 plus jeune que la 3, elle
même plus jeune que la 2, ...
Règle de recoupement: un corps rocheux quien recoupe un autre est nécessairement plusjeune que celui qu’il recoupe
– p. 18
Datation relative II
discordance d’érosion: contact irrégulier entre masseintrusive et couches sédimentaires
discordance angulaire: séquence de formation de ladiscordance
⇒ dépôt, plissement, érosion et nouveau dépôt– p. 19
Datation relative IIIMéthodes paléontologiques de datation relative
datation par les fossiles
plusieurs méthodes:- la méthode des fossiles pilotes utilise des fossiles à courte durée de vie- la méthode des assemblages fossilifères basée sur des fossiles trouvés
ensemble dans une couche sédimentaire, témoin d’un époque précise. Aucunfossile pris individuellement n’aurait pu fournir un âge aussi précis.
- la méthode des lignées évolutives, similaire à la méthode des assem-blages mais avec des fossiles d’un même groupe biologique.
⇒ Établissement d’une échelle relative des temps géologiques par les paléonto-logues.⇒ Aucun temps exprimé en nombre d’années
– p. 20
Datation AbsolueLa datation radiométrique
développé au début du 20eme après la découverte de la radioactivité par Pierreet Marie Curie
principe: certains éléments chimique ont la propriété de se désintégrer. Encalculant le temps qu’a mis une certaine portion d’un élément contenu dans unminéral à se désintégrer, on obtient l’âge de formation de ce minéral
dépend de la demie-vie de l’élément radioactif: temps nécessaires pour que lamoitié de l’élément initial soit désintégré
exemple: demie-vie de 238 U est de 4.5 milliards d’année, demie-vie du 14 Cest de 5730 années
⇒ Choisir son élément radioactif en fonction de l’objet à dater si plus vieux que75000 ans il est inutiles d’utiliser le 14 C car il n’en restera qu’en très faible quantité.
– p. 21
Calendrier géologique
Avec la datation radiométrique, on aobtenu des âges absolus.
Les ères géologiques ne sont pas dedurées égales: prédominance duprécambrien avec 90% de tout le tempsgéologique (peu de fossiles auprécambrien).
hadéen : mal connu car pas de vestigerocheux. Il commence à 4.03 Milliardsd’années parce que c’est la plus vieilleroche terrestre connue.
– p. 22
Conclusion
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
10
−10 −9 −8 −7 −6 −4−5 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 710
continentaleFranceMont Blanc
de la Terrediamètreminéral ammonite
cristallinemaille
TAILLES échelle logarithmique (m)
(milliers de km)échelle linéaire
⇒ Dimension, temps et matériaux: 3 notions importantes en géologie
– p. 23
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