La géologie, science qui étudie la Terre, s'intéresse à sa formation, son évolution, sa composition et les phénomènes qui s'y déroulent. Elle englobe plusieurs domaines, notamment la géodynamique, la sismologie, la volcanologie, le paléomagnétisme, et l'étude de l'environnement de la vie. Au cœur de cette discipline se trouve l'étude des couches géologiques, des strates de roches ou de sédiments déposées au fil du temps, chacune racontant une partie de l'histoire de notre planète.
Les Couches Géologiques : Archives du Temps
Une couche géologique est une strate de roches ou de sédiments déposée au fil du temps, formant une séquence distincte dans le sous-sol. Ces couches se créent en réponse à différents processus géologiques, comme l’érosion, le dépôt de sédiments, les éruptions volcaniques, ou encore les changements climatiques et environnementaux. Les géologues utilisent ces informations pour reconstruire les événements et conditions anciennes.
En pratique, les couches géologiques sont classées en unités nommées (par exemple, formation, membre, ou lit), et chacune correspond à une période géologique ou à un type de sédimentation. En stratigraphie, on applique plusieurs principes de base qui permettent de connaître simplement l’âge relatif des couches les unes par rapport aux autres. Ce sont des notions à connaître impérativement. Certains de ces principes ont été développés dès le 17ème ou 18ème siècle, notamment par le scientifique danois Sténon. L’un des principes les plus importants en stratigraphie (mais aussi dans d’autres domaines de la géologie) est le principe d’actualisme (ou d’uniformitarisme) qui dit que ‘le présent est la clé pour comprendre le passé’.
Principes Fondamentaux de la Stratigraphie
Pour déchiffrer l'histoire enregistrée dans les couches géologiques, les géologues s'appuient sur des principes fondamentaux :
Principe de superposition : Les strates sont superposées dans l’ordre chronologique de leur dépôt : « toute couche sédimentaire est plus récente que celle qu’elle recouvre ». La couche la plus basse est donc la plus ancienne, et celle qui se trouve au-dessus est nécessairement plus récente.
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Principe de continuité latérale : Initialement, les dépôts sédimentaires s’étendent latéralement dans toutes les directions. Donc une couche aura le même âge et le même faciès sur toute son étendue, par exemple sur une carte géologique (= la même épaisseur, le même type de roche). Exception à ce principe : passage de faciès, diachronisme.
Principe d'identité paléontologique : Deux couches ou deux séries de couches sédimentaires de même contenu paléontologique en fossiles stratigraphiques (et de lithologie différente ou pas) ont le même âge.
Principe de recoupement : Une figure ou une couche qui en recoupe une autre est nécessairement plus récente. Ce principe peut être utilisé pour étudier tout type de roche.
Principe d'inclusion : Des débris de roche plus ancienne peuvent être inclus dans une roche plus récente mais le contraire est impossible. Autre illustration du principe d'inclusion : un bloc rocheux se trouve complètement coincé à l'intérieur d'un tronc d'arbre (le bois épouse complètement les contours du bloc).
Les Temps Géologiques : Une Chronologie Profonde
Les temps géologiques sont divisés en ères, qui elles-mêmes sont subdivisées en étages. La Terre s'est formée il y a environ 4,6 milliards d'années.
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Prégéologique : Cette période est appelée Prégéologique. La Terre se forme vers 4, 5 milliards d'années ; elle est alors constamment bombardée par des objets (météorites, comètes…) venus de l'espace car le Système solaire n'est pas encore bien réglé. Ceci dure jusqu'à environ 3, 8 milliards d'années, moment où l'écorce terrestre est enfin presque figée. La Terre prend alors sa forme actuelle bien que la pluie de météorites ne soit pas éteinte ; la première atmosphère se forme.
Précambrien : Le Précambrien correspond à la formation des reliefs géologiques les plus anciens connus aujourd'hui. Il y a séparation des continents. C'est aussi durant cette période qu'apparaissent et se développent les premières formes de vie.
Ère Primaire (Paléozoïque) : Ensuite vient l'ère primaire ou Paléozoïque (-540 à -245 millions d'années). Les continents que nous connaissons commencent à se former. Dans l'atmosphère est apparu l'oxygène grâce à la photosynthèse des premiers végétaux. Le climat commence à ressembler au nôtre. Le monde animal se développe sérieusement et se complexifie. Les premiers poissons apparaissent. Les amphibiens commencent à sortir des océans permettant aux grands reptiles de prendre possession des continents. Les insectes se développent.
Ère Secondaire (Mésozoïque) : L'ère secondaire ou Mésozoïque (-245 à -65 millions d'années) connaît un climat, pour l'ensemble de la Terre, de type tropical. Les océans sont encore chauds (22°C). L'ère secondaire est divisée en trois étages : au Trias apparaissent les dinosaures et les mammifères, au Jurassique apparaissent les ancêtres des oiseaux, tandis que le Jurassique représente l'apogée des dinosaures et des fougères géantes.
Ère Tertiaire (Cénozoïque) : L'ère tertiaire ou Cénozoïque (-65 à -1, 8 millions d'années) commence avec la crise dite du Crétacé-Tertiaire vers 65 millions d'années qui voit la disparition de 80 % des espèces vivantes. Au Paléocène et à l'Eocène se développent les mammifères primitifs ainsi que les arbres et plantes que nous connaissons maintenant. Les singes apparaissent à l'Oligocène, les ancêtres des chevaux et des éléphants au Miocène ainsi que les Australopithèques. Au Pliocène, le climat océanique se fixe en France tandis que l'Homo habilis apparaît.
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Ère Quaternaire : L'ère quaternaire ne se distingue pas géologiquement de l'ère tertiaire. Elle n'est caractérisée que par l'évolution des Hominidés.
La Structure Interne de la Terre : Un Modèle en Couches
La Terre est constituée de cinq couches que l’on peut rassembler en trois structures principales :
Le noyau : Situé au centre de la Terre, il occupe 17 % de la planète. Formé de fer mélangé à un peu de nickel, c’est la partie la plus chaude du globe. Le noyau interne est l’élément le plus dense, et sa température peut dépasser 6 000 °C. On estime son épaisseur à 1 200 km. Quant au noyau externe, il a une forme liquide à cause de sa température de 3 800 °C. Cette couche est animée par des cellules de convection qui créent des courants électriques donnant naissance au champ magnétique terrestre ;
Le manteau : Il est constitué à la fois de roches solides (sous la croûte terrestre) et de roches en fusion (proches du noyau). Moins chaud que le centre de la Terre, il atteint tout de même les 1 000 °C et représente 81 % du volume de la planète. On distingue le manteau inférieur, qui est la partie la plus visqueuse, car formée de roches en fusion (appelées magma), et qui entoure le noyau ; et le manteau supérieur qui est essentiellement solide. Il est situé directement sous la croûte terrestre, et son épaisseur varie entre 550 et 700 km ;
La croûte terrestre : Il s’agit de la partie externe de la Terre, celle que l’on connaît le mieux puisque c’est là que les humains, la faune et la flore évoluent. Principalement constituée de roches solides, elle ne représente que 2 % du volume de la planète. Elle se divise elle aussi en deux parties superposées :
La croûte continentale qui correspond aux continents émergés que l’on connaît. Elle est essentiellement granitique et sa surface est de 15/20 °C. Quant à son épaisseur, elle est variable à cause des reliefs qui la constituent. Elle peut être de 15 km sous les plaines à plus de 70 km sous les chaînes de hautes montagnes ;
La croûte océanique qui correspond au fond des océans et qui a une épaisseur d’environ 10 km. En profondeur, elle peut atteindre les 1 000 °C. Elle est constituée de roches basaltiques et est plus dense que la croûte continentale.
Croûte Terrestre et Plaques Tectoniques
Les plaques tectoniques sont l’un des éléments principaux de la croûte océanique puisque c’est leur mouvement qui la produit. Ces plaques bougent à 2 500 km au fond des océans. Lorsqu’elles divergent (qu’elles s’écartent), elles créent des failles qui sont comblées par du magma, formant des dorsales océaniques. Ces chaînes montagneuses sous-marines peuvent atteindre 1 000 à 2 000 km de largeur et s’étendent sur une longueur totale de plus de 64 000 km.
Certains de ces sommets affleurent à la surface de l’eau et forment des îles. C’est par ce phénomène que l’Islande et l’archipel portugais des Açores sont nés. Étant donné leur création, ces territoires sont constitués de roches volcaniques comme le basalte, le trachyte ou encore la lave.
Dynamique Terrestre et Formation des Reliefs
L’expansion océanique est le phénomène de création de nouvelle croûte océanique au niveau des dorsales. Une dorsale est une chaîne de montagnes sous-marines située à la frontière de deux plaques qui s’écartent (divergence).
La subduction est le phénomène où une plaque océanique, plus dense que la plaque voisine, plonge sous celle-ci et retourne dans le manteau. La subduction est souvent associée à la formation de volcans.
La collision est la rencontre de deux plaques continentales après la disparition complète d’un océan par subduction. Un cycle orogénique est un cycle géologique complet qui inclut l’ouverture d’un océan par expansion, sa fermeture par subduction, puis la collision des continents et la formation d’une chaîne de montagnes.
Les rifts sont des bassins d’effondrements (aussi appelés grabens) caractérisés par des failles, et sont le lieu d’une remontée du manteau. En remontant, le manteau asthénosphérique pousse le manteau lithosphérique à s’étirer et s’amincir, tandis que la croûte continentale se facture et un fossé d’effondrement se forme. Lorsque le manteau monte à son plus haut niveau, un magma apparaît dû à l’augmentation de température et une baisse de pression, engendrant alors une fusion partielle des péridotites (roches du manteau). La lave issue du magma au niveau du rift amorce alors la formation d’une nouvelle croûte océanique, et l’apparition d’une dorsale.
En s’éloignant de plus en plus de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et se densifie (dû au refroidissement et à l’hydratation des roches) jusqu’à dépasser la densité de l’asthénosphère. Étant plus dense, la lithosphère finit par plonger dans l’asthénosphère, conduisant au phénomène de subduction.
L'Érosion : Sculpteur de Paysages
L’érosion est la destruction progressive des roches de surface par des agents naturels comme l’eau et le vent. L’érosion comprend deux phénomènes successifs, dont l’altération physique (après le ruissellement de l’eau et de la pluie, les roches se fissurent (diaclase) et finissent par se casser), et l’altération chimique (où une hydrolyse des roches se produit dans les diaclases).
Cartographie Géologique : Lire le Paysage
La carte géologique est un outil essentiel pour représenter les différentes couches d'informations géologiques. Elle superpose des informations de natures différentes, permettant une reconstitution de l'histoire géologique de la surface terrestre.
Types de Cartes Géologiques
- Cartes géologiques et minières : Elles repèrent les différents types de roche.
- Cartes à différentes échelles : Des cartes au 1/1 000 000 à des cartes plus détaillées.
Informations Représentées
Les cartes géologiques présentent des informations supplémentaires sous forme d'aires colorées et de figurés, indiquant les failles, les chevauchements, les plis et autres structures géologiques.
Exemples de Cartes
- La carte géologique du monde, éditée par la Commission de la Carte Géologique du Monde (CCGM / CGMW).
- Les cartes OneGeology, offrant un équivalent numérique de la carte du monde.
Provinces Magmatiques et Tectonique des Plaques
Les provinces magmatiques continentales cartographiées portent aussi l’âge de leur mise en place. Elles peuvent être liées à la remontée d'un panache mantellique, soumis à une large fusion partielle par décompression. Ces provinces peuvent faciliter ensuite l'ouverture océanique à leur niveau.
Les marges continentales peuvent être classées en différents types :
- Marge non-volcanique.
- Marge volcanique à sous-placage magmatique et épanchements volcaniques.
Subduction et Arcs Volcaniques
Plusieurs subductions sont associées à une plaque sus-jacente portant un large bassin, souvent immergé. On remarque que tous les arcs volcaniques ne sont pas de même nature. Certains arcs volcaniques sont calco-alcalins.
Collision Continentale et Formation des Chaînes de Montagnes
La convergence provoque une compression générale, menant à la formation de chaînes de montagnes. Les zones de collision impliquent la rencontre de deux lithosphères continentales.
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