Niveau 5 ème - Géologie externe : évolution des paysages

GEOLOGIE DU LIBAN
APP Monde “Jeunes géoscientistes
à l’école du terrain”
Stage du 15 au 17 avril 2013
Pierre JAUZEIN, IA IPR de SVT - AEFE
Laurence COMTE, Conseillère pédagogique SVT, AEFE Beyrouth.
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EXTRAITS DES PROGRAMMES
Niveau 5ème - Géologie externe : évolution des paysages
Objectifs scientifiques
Les élèves découvrent la structure superficielle de la planète Terre
et les phénomènes dynamiques externes.
Il s’agit de montrer que :
- des changements s’effectuent à la surface de la Terre ;
- le modelé du paysage s’explique principalement par l’action de
l’eau sur les roches ;
- la reconstitution de paysages anciens est rendue possible par
l’application du principe d’actualisme.
Objectifs éducatifs
Le paysage étudié, qui est un cadre de vie pour l'Homme, est aussi
soumis à son action. Il en exploite les ressources. Les phénomènes
qui s'y déroulent peuvent engendrer des risques pour l’Homme luimême.
Cette partie est l’occasion de réfléchir aux conséquences à plus ou
moins long terme de l’action de l’Homme sur les paysages en
recherchant une gestion durable de l’environnement géologique.
L’étude des fossiles prépare l’approche du concept d’évolution. La
classification amorcée en classe de sixième s’enrichit avec les
espèces fossiles rencontrées.
Capacités déclinées dans une situation
d’apprentissage
Les roches, constituant le sous-sol, subissent à
Observer, recenser et organiser des
la surface de la Terre une érosion dont l'eau est informations pour identifier les éléments
le principal agent.
significatifs du modelé dans un paysage local.
Les roches résistent plus ou moins à l'action de
Présenter ces informations sous une forme
l'eau.
appropriée.
Le modelé actuel du paysage résulte de l’action
Exprimer à l’écrit les résultats d’une
de l’eau sur les roches, du transport des
recherche sur le terrain.
particules et de leur accumulation sur place.
Formuler des hypothèses sur les effets de l’eau
La sédimentation correspond essentiellement au sur des roches.
dépôt de particules issues de l’érosion.
Participer à la conception d’un protocole et le
Les sédiments sont à l’origine des roches
mettre en œuvre afin de mettre en relation les
sédimentaires.
propriétés des roches et les modelés observés.
Les roches sédimentaires peuvent contenir des
Valider ou invalider les hypothèses formulées.
fossiles : traces ou restes d’organismes ayant
Mettre en œuvre un raisonnement pour
vécu dans le passé.
expliquer le modelé du paysage à partir des
Les observations faites dans les milieux actuels, observations et des expériences.
transposées aux phénomènes du passé, Participer à la conception et la mise en œuvre
permettent de reconstituer certains éléments d’une maquette modélisant le transport et le
paysages
anciens.
dépôt des particules.
des
Les roches sédimentaires sont donc des
Percevoir la différence entre réalité et
archives des paysages anciens.
simulation (modélisation) afin de réfléchir à la
L’action de l’Homme, dans son environnement
validité d’une maquette.
géologique, influe sur l’évolution des paysages.
Observer, recenser et organiser des
L’Homme prélève dans son environnement
informations relatives aux dépôts actuels.
géologique les matériaux qui lui sont
Formuler des hypothèses afin de relier les
nécessaires et prend en compte les
indices géologiques à un paysage ancien.
conséquences de son action sur le paysage.
Observer, recenser et organiser des
L’Homme peut prévenir certaines catastrophes
informations afin de déterminer un organisme
naturelles en limitant l’érosion.
fossile.
Connaissances
Observer, recenser et organiser des
informations afin de placer un organisme
fossile dans la classification.
Mettre en œuvre un raisonnement pour
décrire les conditions et le milieu de dépôt
d'un sédiment ancien.
Observer, recenser et organiser des
informations afin de comprendre la nécessité
d’exploitation de matériaux géologiques et de
percevoir les effets de cette exploitation sur
l’environnement.
Observer, recenser et organiser des
informations relatives au risque d’accidents
naturels (glissements de terrain, inondations,
effondrements, éboulements...).
2
Commentaires
La géologie étant une science de terrain, on
s’appuie sur un exemple local, à partir
d’observations de terrain.
L’étude de fossiles réalisée dans cette partie
prépare l’approche de la notion d’évolution
développée en classe de troisième.
Sont exclus :
- la description pour elle-même des paysages,
l'explication globale du paysage choisi, l'étude
typologique des paysages ;
- l'étude détaillée des processus de
fossilisation ;
- l'étude pour elle-même des roches et de
leurs
propriétés ;
- l'étude pour elle-même de cartes ;
- l'étude de la formation d’un matériau et de son
exploitation ;
- l’altération chimique des roches ;
- la notion de cycle sédimentaire ;
- la recherche de corrélations régionales dans
la
reconstitution
de paysages.
Thèmes de convergence : développement
durable, sécurité
Niveau 1ère S : Thème 2-A tectonique des plaques et géologie appliquée
L’objectif est de montrer que le modèle de la tectonique des plaques présente un intérêt appliqué. Sans chercher à donner une
vision naïve selon laquelle toute application géologique pratique nécessite les concepts de la tectonique des plaques, on
choisira un exemple permettant de montrer que, parfois, ce modèle permet de comprendre les conditions d’existence d’une
ressource exploitable.
L’exemple sera choisi de façon à introduire quelques idées concernant une histoire sédimentaire compréhensible dans le
cadre du modèle de la tectonique des plaques.
Deux possibilités sont proposées, l’une d’approche locale, l’autre plus globale. Le professeur choisira de traiter au moins l’une
de ces deux approches.
Deuxième possibilité : tectonique des plaques et ressource locale
Un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte
Recenser, extraire et organiser des informations
proche de l’établissement scolaire. Son étude (nature,
notamment lors d’une sortie sur le terrain.
gisement) permet de comprendre que ses conditions
d’existence peuvent être décrites en utilisant le cadre
général de la tectonique des plaques.
Objectif et mots clés. Il s’agit de montrer l’intérêt local et
concret du modèle. Tout exemple de matériau géologique
d’intérêt pratique peut être retenu.
[Limites. Aucune connaissance spécifique n’est attendue.]
Niveau TS : Thème 1-B-4 La disparition des reliefs
Tout relief est un système instable qui tend à disparaître aussitôt qu'il se forme. Il ne s'agit évidemment pas ici d'étudier
de façon exhaustive les mécanismes de destruction des reliefs et le devenir des matériaux de démantèlement, mais
simplement d'introduire l'idée d'un recyclage en replaçant, dans sa globalité, le phénomène sédimentaire dans cet
ensemble.
Connaissances
Capacités, attitudes
Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs Recenser, extraire et organiser des données de
moins élevés que les plus récentes. On y observe à terrain entre autres lors d'une sortie.
l'affleurement une plus forte proportion de matériaux
transformés et/ou formés en profondeur. Les parties Exploiter des données cartographiques.
superficielles des reliefs tendent à disparaître.
Altération et érosion contribuent à l'effacement des Utiliser des images ou des données satellites pour
reliefs.
qualifier et éventuellement quantifier l'érosion d'un
Les produits de démantèlement sont transportés sous massif actuel (ordre de grandeur).
forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau,
jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se Établir un schéma bilan du cycle des matériaux de la
déposent (sédimentation).
croûte continentale.
Des phénomènes tectoniques participent aussi à la
disparition des reliefs. L'ensemble de ces phénomènes
débute dès la naissance du relief et constitue un vaste
recyclage de la croûte continentale.
Objectifs et mots-clés. Il s'agit de montrer que les chaînes
de montagnes sont des systèmes dynamiques et
disparaissent. Comme les matériaux océaniques, la
lithosphère continentale est recyclée en permanence. Les
mécanismes sont cependant différents, ce qui explique
que la croûte continentale puisse conserver les roches les
plus anciennes de la Terre.
(Collège. L'eau, agent principal d'érosion, transport,
sédimentation ; sédiments, roches sédimentaires.)
[Limites. Aucun exemple précis n'est imposé par le
programme. La diagenèse n'est pas au programme.]
Pistes. Approches quantitatives : flux sédimentaire,
réajustements
isostatiques,
vitesse
d'érosion.
Convergences. Géographie : altération-climat.
3
SORTIE GEOLOGIQUE FEYTROUN – MAYROUBA
Localisation
4
Site 1 : Faitroun
Carte géologique du secteur de Faitroun (Dubertret, L. 1945a. Carte géologique de Beyrouth (50.000ème).
Ministère des Travaux Publics, Beyrouth.)
Paysage karstique
Niveaux : 5ème – Terminale S
5
6
7
Site 2 : entre Mayrouba et Afqa
Carte géologique du secteur au Nord de Mayrouba et Faraya (Dubertret, L. 1945a. Carte géologique de Qartaba
(50.000ème). Ministère des Travaux Publics, Beyrouth.)
8
9
Arrêt 1 :
10
Arrêt 2 :
11
Arrêt 3 :
12
Arrêt 4 :
13
Arrêt 5 :
14
Arrêt 6 :
15
Annexe 1 : Clé de détermination simplifiée des roches (d’après manuel SVT 5ème, Magnard)
friable
peu friable
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Lignite
Annexe 2 : Comportement des roches vis à vis de l’eau
Matériel à disposition : récipient à fond plat, pissette d’eau, échantillons de chaque roche, pelle, entonnoir,
un peu de coton, flacon d’eau ayant traversé le sol ou a défaut d’eau acidifiée, cale.
Cette roche peut-elle
contenir de l’eau - est elle
poreuse ?
La porosité est la propriété
d’un corps de pouvoir
contenir un fluide (gaz ou
liquide) à l’intérieur
d’interstices : les pores
Cette roche peut-elle être
traversée par l’eau – est
elle perméable ?
La perméabilité est la
propriété d’un corps de
pouvoir se laisser traverser
par un fluide (gaz ou liquide).
Cette roche peut-elle être
fragmentée par l’eau – est
elle désagrégeable ?
Tu réalises
 place l’échantillon dans le récipient
à fond plat.
 verse de l’eau de manière régulière
à la surface de l’échantillon.
Tu observes -> tu conclues
 l’eau pénètre dans la roche
-> la roche est poreuse.
 place un morceau de coton au fond
de l’entonnoir.
 dispose l’échantillon sur le coton.
 verse suffisamment d’eau à la surface
de l’échantillon afin de pouvoir vérifier
que l’eau le traverse ou non.
 l’eau traverse la roche
-> la roche est perméable
 place l’échantillon de roche dans le
récipient.
 arrose l’échantillon avec un jet de
la pissette suffisamment fort.
 de petits fragments de roche
se séparent de l’échantillon
-> la roche est désagrégée par
l’eau
La roche peut être
constituée d’éléments
assemblés de manière plus
ou moins cohésive, si l’eau
désagrège les éléments
c’est que le « ciment » qui
les soudait a été détruit par
l’eau.
Cette roche peut elle être
dissoute par l’eau ?
 l’eau ne traverse pas la roche
-> la roche n’est pas
perméable.
 la roche reste compacte
-> la roche n’est pas
désagrégée.
 place l’échantillon de roche dans la
cuvette.
 arrose-le abondamment.
Dans cette expérience on
utilisera de l’eau acidifiée,
cette acidification est une
conséquence du passage de
l’eau à travers l’atmosphère
ou/et la couche de sol qui
recouvre les roches, cette
acidification accélère les
processus chimiques qui
pourraient, certes, se
réaliser mais plus lentement.
Les éléments de cette
roche peuvent ils être
mobilisés par l’eau ?
 l’eau ne pénètre pas dans la
roche
-> la roche n’est pas poreuse.
 la roche se creuse avant de se
fragmenter
et/ou la couleur de l’eau
change.
-> la roche est dissoute par
l’eau.
 la roche n’est pas affectée par
l’eau
-> l’eau ne dissout pas la
roche.
 place l’échantillon de roche à l’une
des extrémités du récipient.
 incline ce dernier en plaçant une
cale à l’extrémité où est placé
l’échantillon, vérifie que l’angle
permette le ruissellement de l’eau
et des fragments de roches mais
n’entraine pas la mise en
mouvement de l’échantillon.
 arrose l’échantillon avec un jet de
la pissette suffisamment fort et
soutenu.
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 des éléments de roches sont
emportés par le courant d’eau
-> l’eau mobilise les éléments.
 la roche n’est pas affectée par
l’eau
-> l’eau n’a pas d’effet.
Annexe 3 : Quelques éléments pour comprendre le karst
Document 1 :
Modifié d’après http://www.geowiki.fr
Définitions :
Lapiez
On dit aussi lapiaz, lapié ou karren (dans le Jura). Ce sont des rigoles de dissolution plus ou moins
parallèles, tracées sur les sols calcaires par l’action de l’eau (ruissellement) (éventuellement complétée
par les alternances de gel et de dégel. La roche est comme déchiquetée, dentelée, avec des aspérités
coupantes parfois, des trous, des crevasses, des rainures…
Quand les résidus insolubles (principalement minéraux argileux et oxydes de fer) s'accumulent sous
forme d'argile rouge dite de décalcification (à l’origine des sols rouges méditerranéens type Terra
Rossa) s'accumulent dans les creux du lapiaz, une végétation peut s'y installer. Dans le cas contraire, le
lapiaz est complètement stérile.
En climat tropical, les eaux pluviales plus chaudes, plus abondantes et plus acides lors de la traversée
des sols exacerbent le processus : les lapiaz fortement attaqués se transforment en un réseau serré
d'aiguilles rocheuses séparées par des vides profonds de plusieurs dizaines de mètres rendant le terrain
impraticable même à pied.
Paysage ruiniforme
Ce paysage, typique des régions karstiques présente un aspect de ruines (d’où son nom). Il s’agit de
formes dues à l’érosion. L’action de l’érosion est inégale, les roches les plus résistantes (aux agressions
physiques ou chimiques) formeront des reliefs alors que les roches les moins résistantes disparaîtront et
formeront des parties en creux.
Dolines
Ce sont des dépressions en entonnoir, plus ou moins arrondies de la surface dans laquelle le calcaire a
été dissout par l’eau de pluie, provoquant l’affaissement du sous-sol. Les argiles de décalcification
(résidus de la dissolution chimique du calcaire) s’accumulent au fond de ces dolines, retenant l’eau et
rendant ces surfaces fertiles et cultivables.
Si le fond de la doline continue à se creuser, on peut avoir formation d’un gouffre ou aven.
Lorsque plusieurs dolines se réunissent, on parle d'ouvala.
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Avens
Ce sont des gouffres caractéristiques des régions karstiques. Ils sont le plus souvent formés par
l’effondrement de la voûte d’une cavité souterraine au cours de la dissolution du calcaire. Un aven
communique généralement avec une grotte souterraine et tout un réseau de galeries.
La résurgence
Après avoir traversé un massif calcaire à travers fissures, failles, galeries…. L’eau finit par ressortir à l’air
libre à un niveau inférieur. Cette sortie d’eau, fréquente dans les paysages karstiques est appelée
résurgence.
Document 2 : Processus chimique de dissolution de la roche par l’eau
L’eau (de pluie) va se charger de dioxyde de carbone (CO2). Celui-ci provient en partie de
l’atmosphère mais majoritairement du dioxyde de carbone contenu dans le sol et qui, lui, est
d’origine biogénique (respiration des êtres vivants ou décomposition de la matière organique).
La réaction chimique est la suivante :
2H2O + 2CO2 ⇄ 2 H2CO3 (acide carbonique) ⇄ 2H+ + 2 HCO3 - (ion hydrogénocarbonate)
La combinaison du CO2 et de l'eau donne donc naissance à l'acide carbonique (H2CO3), un acide faible
(ph6 environ) qui peut solubiliser la calcite (ou un autre carbonate):
H2CO3+ CaCO3 →Ca++ + 2 HCO3Globalement, on peut résumer ces réactions ainsi :
CO2 (dioxyde de carbone) + H2 O + CaCO3 (carbonate de calcium) → Ca2+ + 2HCO3- (hydrogénocarbonate)
Document 3 :Processus chimique de formation des concrétions
Lorsque l’eau qui a circulé dans le sous-sol en se chargeant d’ions Ca2+ débouche dans une cavité
souterraine, un phénomène inverse de la dissolution va se produire : la précipitation du carbonate
de calcium ou calcification.
Cette réaction peut s’écrire ainsi :
Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + CO2 + H2O
Cette réaction se produit lorsque l’eau perd une partie de son dioxyde de carbone (dégazage) ou si
une partie de l’eau s’évapore (évaporation). Les ions calcium précédemment en solution vont
précipiter en se transformant en carbonate de calcium. Il se forme une concrétion. C’est ce qui se
produit lorsqu’après avoir circulé dans la roche, l’eau se retrouve dans une cavité aérienne (grotte,
galerie..). La baisse de pression favorise le dégazage du dioxyde de carbone et l’évaporation de
l’eau. Le carbonate de calcium précipite et se cristallise en calcite ou aragonite.
Un certain nombre de facteurs peuvent influer sur le mécanisme dissolution-transportcalcification :
• La vitesse de circulation de l’eau dans le massif : si la circulation de l’eau est trop rapide, la
dissolution sera moindre et la formation des concrétions de même. Cette vitesse dépend de
la porosité et de la perméabilité de la roche (nature de la roche, taille des fissures….) mais
aussi du climat (abondance ou rareté des précipitations).
• La température de l’eau : une eau froide favorise la dissolution mais réduit la calcification.
Pour une eau chaude, ce sera l’inverse.
• La présence ou l’absence en surface d’un couvert végétal et donc d’humus, augmente la
quantité de dioxyde de carbone présent dans le sol et donc l’acidité de l’eau d’infiltration.
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Document 4 : Erosion karstique (http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm)
En terrain calcaire, l'usure et la dissolution par les eaux de ruissellement forment les lapiez, structures verticales
suivant les lignes de plus grande pente. Les eaux courantes peuvent former des cupules de dissolution.
Formes de dissolution par les eaux courantes et de ruissellement. A: vue générale de la paroi calcaire surplombant
la rivière Fitzroy (Australie); la partie inférieure (blanche) est régulièrement inondée par les crues de la rivière,
alors que la partie supérieure est toujours exondée. Des formes de dissolution différentes en résultent: lapiez (B)
verticaux dans la partie supérieure de la paroi et cupules (C) dans la partie inférieure.
Les relations entre les formes aériennes et souterraines sont souvent très complexes. On peut prendre
en exemple l'évolution d'une grotte.
Evolution d'une grotte. A: développement d'un conduit souterrain en zone noyée. La géométrie du
conduit est typiquement elliptique. B: baisse du niveau de l'eau et passage au stade de "rivière
souterraine". Des spéléothèmes peuvent se développer dans la cavité dénoyée. L'absence de pression
hydrostatique et la dissolution verticale le long des fractures provoque la chute de blocs et le
développement de la cavité vers le haut. Des sédiments peuvent se déposer dans la rivière souterraine.
C: le toit de la grotte s'est effondré et donne naissance à un gouffre. Des coulées de boue peuvent se
mettre en place.
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Document 5 : Composition d’une eau captée en massif karstique : Massif des Bornes et des Aravis
(Savoie et Haute-savoie - Alpes – France)
http://www.rhone-mediterranee.eaufrance.fr/docs/dce/MES_V1/6112%20FIC.pdf
Elément Teneur
(mg.L-1)
Ca
30-60
Mg
0,3-5
K
0,1-1
HCO3
100-230
SO4
3,6-10
Cl
1-2
NO3
0,05
Document 6 : Caractéristiques physico-chimiques des eaux pluviales
http://www.oieau.org/documentation/IMG/pdf/eau_pluviale.pdf
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Annexe 4 : Quelques éléments sur la sédimentation et la formation des roches sédimentaires
Document 1 : Profil de côte (geowal)
Document 2 : schéma simplifié du transect d’une plateforme carbonaté. (ac-Nancy)
Document 3 : cimentation des éléments figurés (en rose) et bathymétrie (geowal)
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Document 4 : diagramme de Hjulström.
http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm
La granulométrie des particules sédimentaires a donc une influence majeure sur leur transport (et sur leur vitesse
de sédimentation). Ces relations sont synthétisées par le diagramme de Hjulström (Fig. IV.6). Ce graphe
(essentiellement basé sur des expériences en laboratoire) montre la vitesse minimale d'un courant nécessaire
pour mobiliser, transporter et déposer des grains de quartz de granulométrie variable. Si l'on examine d'abord la
partie supérieure de ce graphe (érosion des particules), la portion de la courbe représentant l'érosion des
particules moyennes à grossières (sable fin à galets) semble logique: la vitesse du courant nécessaire pour
mobiliser des grains augmente avec leur granulométrie. Pour les particules fines, par contre, la courbe montre
une augmentation de la vitesse du courant avec la diminution de la granulométrie. Ce comportement paradoxal
est la conséquence de la cohésion élevée des particules fines, surtout liée à un effet électrostatique. La partie
inférieure du graphe montre la relation entre la granulométrie des particules et la vitesse du courant lors de leur
dépôt.
23
Document 5 : Les figures de stratifications
http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm
Le litage ("bedding") est l'expression de la stratification à l'échelle du banc (cm et plus) tandis que la
lamination représente la stratification à l'échelle du mm et en deçà, au sein des bancs. Litage et
lamination sont produits par des changements plus ou moins périodiques dans la sédimentation
(variations de la granulométrie, de la composition des sédiments). Les contacts entre lamines
successives peuvent être progressif, net ou érosif.
Litage et lamination horizontale dans les sables et les grès
Les sables à stratification plane parallèle sont constitués de lamines pratiquement horizontales de
quelques mm à 2 cm d'épaisseur. La lamination y est l'expression de différences granulométriques ou
minéralogiques (exemple des lamines de minéraux denses). Ces laminations peuvent être faiblement
inclinées en raison d'une paléopente douce; elles peuvent aussi être séparées entre elles par de très
faibles discordances angulaires. Ces laminations planes sont engendrées par les allées et venues des
vagues ("wash and backwash") dans les environnements de plages exposés. L'arrivée d'une vague
s'accompagne d'un apport sédimentaire qui se dépose lors de son retrait sous forme de lamination à
granoclassement inverse.
Stratifications planes sur une plage, mises en évidence le long de la berge d'un chenal. Actuel, Santa
Cruz, Californie, USA.
Les stratifications obliques et entrecroisées
Les stratifications obliques et entrecroisées ("cross-stratifications") sont des structures internes aux dépôts. Les
premières sont obliques par rapport au pendage moyen de la surface de stratification et les secondes sont
également obliques et de plus se recoupent mutuellement. Cette dernière caractéristique permet de les utiliser
comme critère de polarité.
24
- La formation des stratifications obliques
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOMImg259-2009-01-19.xml
Les stratifications obliques sont créés par des courants de direction constante.
Elles peuvent être soit des remplissages de mini-talus progradants, soit de mini-chenaux, soit toute combinaison
des deux phénomènes.
Un courant d'eau assez rapide (flèche bleue) coulant sur un substratum quelconque (pavés beiges) peut
transporter du sable (1). Celui-ci ne peut se déposer là où le courant est trop rapide. En arrivant dans une zone
plus profonde limitée par un talus, la vitesse du courant diminue ; la puissance du transport diminue aussi et il se
dépose une couche de sable (pointillé grossier). Cette couche de sable tapisse la pente du talus et forme donc une
couche oblique (2). Si le phénomène dure longtemps, il peut se déposer de nombreuses couches obliques (2 à 6).
Si l'énergie du milieu baisse, il n'y aura plus d'arrivée de sable (7). Il pourra alors se déposer des couches
horizontales « normales » (8 et 9). De nombreuses variantes peuvent compliquer ce scénario très simple.
- Les stratifications en arêtes de poisson ("herringbone crossbedding").
http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm
Elles sont caractérisées par la superposition de lamines obliques
de sens opposé (Fig. V.11). Cette structure est produite surtout
dans les tidal flats par les inversions périodiques des courants de
marée. On observe souvent une surface de réactivation qui
entame les lamines obliques antérieures (cette surface est
produite au moment où le courant change de direction).
Figure V.11: stratification en arêtes de
poisson.
25
Document 6 : Critères biologiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977)
26
Document 7 : Critères dynamiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977)
27
Document 8 : Critères physico-chimiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977)
28
Document 9 : Critères de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977)
29
Document 10 : Signification des faciès
http://pedagogie.ac-montpellier.fr/disciplines/svt/sitvarmer/Niveaumer2002/annex2.htm
Lithofaciès
- On trouve des boues calcaires dans tous les domaines au dessus de -4000 m.
- Mais un gravier (donnant un conglomérat) ou un sable (donnant un grès) cimenté par du calcaire ne sera
possible qu'à proximité du littoral.
- La présence de chenaux et de stratifications entrecroisées indique un milieu deltaïque.- Une marne (argile + calcaire) peut indiquer le plateau continental, mais si elle contient des éléments
détritiques (sable) c'est un indice de la proximité du littoral.
- De même la présence de glauconie, minéral verdâtre qui se forme sur le plateau continental à proximité
du littoral, est un indicateur de milieu.
- La présence de lignite résulte de la transformation d'une masse importante de débris végétaux et
témoigne d'une végétation luxuriante dans des conditions marécageuses (dépôts deltaïques) sous climat
chaud et humide.
Biofaciès et lithofaciès : indicateurs de milieux
Plateforme carbonatée
MILIEUX
Milieu récifal
Dépôts littoraux et deltaïques
(plateau continental)
calcaires, calcaires gréseux,
calcaires gréso-glauconieux
LITHOFACIES
calcaires et calcaires gréseux sables, grès avec chenaux et
à débris de rudistes et parfois stratifications entrecroisées,
récifs.
bancs de lignite.
Inocérames, bivalves, oursins, Rudistes, Nérinées,
gastéropodes, ammonites
Bivalves; Brachiopodes...
BIOFACIES
Débris végétaux, pollens.
Mollusques saumâtres ou
d'eau douce.
Indicateurs climatiques
INDICES
CLIMAT
Faciès récifaux
Lignite
(Rudistes, Nérinées)
Mer chaude
marécages,
végétation
luxuriante, climat
humide.
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Ampleur des dépôts
détritiques et faciès
deltaïques
Phénomènes d'altération
(croûtes et cuirasses
ferrugineuses, paléosols
kaoliniques...)
Précipitations
importantes et forte
érosion des massifs
Conditions lessivantes et
hydrolysantes (climat
chaud et humide)
Annexe 5 : Quelques éléments pour comprendre l’altération du basalte
Extrait de http://pedagogie2.ac-reunion.fr/svt/siteapoi/apoi5/frame_accueil5.htm
Fiches : Avec le temps le basalte se transformer en terre (auteur : Philippe Mairine) et Porosité,
perméabilité en grand et en petit chez les basaltes (auteur : Jean-Luc Cheverry)
Documents photographiques : Ile de La Réunion
Remarque : Le terme « gratons » est l’appellation réunionnaise pour les laves aa qui se distinguent des
laves pahoehoe qui ont une surface lisse ou plus ou moins plissées, mais d'un seul tenant.
La morphologie des coulées aa correspond à un amoncellement de blocs décimétriques à métriques. Cette
morphologie a pour origine une viscosité plus grande de la lave, plus grande que dans le cas de la morphologie
pahoehoe. La surface de la coulée est déjà (relativement) solidifiée, alors que l'intérieur, déjà bien visqueux, coule
et se déforme encore. Alors, la surface solide se casse en de multiples blocs sous l'effet des mouvements internes
à la coulée, et ces blocs roulent les uns sur les autres. En résulte cette morphologie caractéristique.
(http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img224-200802-04.xml)
Document 2 : coulée massive de Basalte au fond de la rivière des Remparts
31
Document 3 : modélisation de l’effet du refroidissement et de la solidification d’un matériau fluide :
Surface de caramel solidifié
Document 4 : surface d’une coulée massive un peu érodée
Comme le caramel, quand un basalte massif se solidifie, il se
« rétracte » car le volume du solide est inférieur à celui
du liquide correspondant. Des fentes « de retrait », plutôt
verticales, perpendiculaires aux surfaces de refroidissement
(air et sol) découpent la coulée massive sur toute son
épaisseur. Celle-ci est aussi cassée par des fissures
horizontales.
Ces cassures découpent le basalte en « cubes » irréguliers.
Sur ce document, on observe l'intersection des fentes
verticales avec la surface.
32
Doc 5 : Analyses d'eaux et de basaltes
Pour les basaltes altérés : Matière organique contenue dans un basalte très altéré : 15 g / 100 g
ions
f er
s odium
magnésium
calcium
aluminium
s ilice
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Foc Foc
0
1,62
1,17
2,30
0
0,00
Pluie Baril 130m
0
5,93
0,37
0,56
0
0,00
Pluie Baril 1200
0
2,13
0,38
0,62
0
0,00
Moyenne des pluies
0
3,23
0,64
1,16
0
0,00
Casala (Riv. des Remparts)
0
5 ,73
2 ,81
3 ,85
0
5 4,44
C ap Blanc (Riv. Langevin)
0
8 ,56
3 ,80
4 ,48
0
7 8,51
G abriel (Plaine des Grègues)
0
6 ,62
7 ,01
8 ,87
0
2 6,87
oxydes de
fer
ox
sodium
ox
magnésium
ox
calcium
ox
aluminium
silice
Laves non altérées
g /100g
g /100g
g /100g
g /100g
g /100g
g/100g
Lave de 1981
1 1,36
2 ,75
7 ,10
1 1,70
1 4,70
4 8,40
S te Rose 1977
1 3,62
1 ,80
2 4,20
7 ,20
9 ,00
4 2,50
47,80
N om
Relevés de pluies
Sources
Analyses de roches
sommet
Laves très altérées (moyenne)
12,03
oxydes de
fer
2 ,75
7 ,50
11,10
oxydes
(sodium
+
magnésium + calcium + ...)
14,70
ox
aluminium
35
10
30
silice
10
Document 6 : L’altération du basalte
- L'eau qui imprègne les roches réagit chimiquement avec celles-ci ; par exemple le fer du basalte donne
un hydroxyde de fer comparable à la rouille.
- L'altération commence là où sont en contact l'eau et la roche, c'est-à-dire au niveau des fissures. Les
faces du "cube" sont moins vite détruites que les arêtes ou les sommets. Le cube de roche solide s'arrondit (doc
6a) : c'est « l'altération en boules ». sont moins vite détruites que les arêtes ou les sommets. Le cube de
roche solide s'arrondit (doc 6a) : c'est « l'altération en boules ».
- Pour pourrir un basalte massif et le transformer en terre sur plusieurs mètres d'épaisseur, il faut environ
300 00 ans à La Réunion.
Boule de basalte peu altérée
Boule de basalte très altérée
33
Annexe 6 : Compléments sur l’altération des roches silicatées
Document 1 : L’altération différentielle des roches silicatées
D’après http://planet-terre.enslyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img151-2006-02-27.xml
L'eau, acide car chargée de CO2 dissous, d'acides humiques … attaque les silicates situés dans et sous le
sol. Il y a substitution partielle de certains cations des minéraux par des ions H + (hydrolyse), et mise en
solution de ces cations dans l'eau. Cela se traduit par deux phénomènes :
1. Un départ des ions mis en solution, parce que solubles dans les eaux aux conditions de la
surface. Parmi les éléments majeurs, ce sont principalement les ions calcium, magnésium,
sodium, potassium et fer ++ qui sont mis en solution, ainsi qu'une partie de la silice.
2. Ce qui n'est pas exporté, principalement l'aluminium, le fer+++ et une partie de la silice se
réorganise pour former un nouveau réseau cristallin stable aux conditions de la surface, le plus
souvent pour former des phyllosilicates hydratés, dont les plus connus sont les argiles
Document 2 : Hydrolyses, résistance de s minéraux à l’altération et minéraux formés
(adapté d’après http://www.u-picardie.fr/~beaucham/mst/alter.htm)
L'hydrolyse est totale lorsque le minéral est détruit en plus petits composés possibles ( hydroxydes,
ions). L'hydrolyse est partielle lorsque la dégradation est incomplète et donne directement des
composés silicatés (argiles).
Lorsque les nouveaux minéraux argileux sont formés à partir des micas (muscovites, biotites et
chlorites), le réseau cristallin est plus ou moins conservé, on parle de transformation. Lorsqu'ils sont
formés à partir de silicates qui ne sont pas en feuillets (feldspaths, amphiboles, olivine...), le réseau
cristallin du minéral d'origine est complètement détruit, on parle de néoformation.
* Muscovite
Elle est assez stable. Sa fragmentation donne des petites paillettes de même composition chimique
appelées séricite. Son altération chimique se fait par perte progressive d'ion K+; elle donne de l'illite,
puis des argiles de 2 types selon les conditions de drainage du milieu: la kaolinite en milieu lessivé, les
smectites en milieu confiné.
Schématiquement:
34
* Feldspaths
Leur altération est comparable à celle de la muscovite
Cas d'un feldspath sodique, l'albite:
Na Al Si 3 O 8 + 8 H 2 O -------> Al (OH) 3 + 3 H 4 SiO 4 + Na+ OH albite + eau ------------------------> gibbsite + acide silicique + ions
précipité +solution de lessivage
* Biotite
Sa résistance à l'altération dépend de la teneur de Fe++ dans le cristal; son état d'altération est exprimé
par la quantité de K+ extraite du réseau. La biotite peu oxydée (surtout à Fe ++) est très altérable et se
comportent comme les autres minéraux ferro-magnésiens (pyroxènes...); elle donne en particulier des
vermiculites et smectites et de l'oxyde ferrique qui précipite. La biotite plus oxydée (Fe +++ surtout) est
plus stable.
* Autres ferromagnésiens
Leur altération est semblable à celle de la biotite peu oxydée; ils donnent des vermiculites, des
smectites, des chlorites ou des argiles magnésiennes si le milieu est trés confiné.
Résistance d'un minéral à l'altération
L'énergie de liaison varie selon le type d'ions concernés. Le K+ est faiblement lié à l'oxygène, le Fe++ et le
Mg++ le sont moyennement; le Si4+ établit au contraire des liaisons très fortes. On comprend ainsi que le
quartz, tectosilicate ne comportant que des liaisons fortes entre le silicium et l'oxygène, résiste mieux à
l'altération; l'olivine en revanche, contenant des cations moins liés (Fe++ et Mg++) a un réseau cristallin
plus fragile.
GOLDICH (1938) a établi l'ordre de résistance des minéraux à l'altération:
Labile olivine ...................................................................plagioclases Ca
augite .............................................plagioclases Ca-Na
hornblende ................plagioclases Na-Ca
biotite .........plagioclases Na
feldspaths K
muscovite
Résistant ............................................quartz
Cet ordre évoque les suites de BOWEN (suite de cristallisation des minéraux lors du refroidissement d'un
magma): ce n'est pas un hasard. Dans un magma, l'olivine cristallise à haute température, elle est donc
particulièrement instable dans les conditions de surface; elle est la plus labile. Le quartz, en revanche est
formé à une température moins élevée, il est plus stable.
35
Solubilité des ions
Le lessivage des ions dans le sol dépend de leur solubilité.
Figure 4: classification de Goldschmidt.
Annexe 7 : Histoire géologique du Liban – Origine des grès – Lien avec la tectonique
Diaporama Isabelle Veltz « EVOLUTION PALEOENVIRONNEMENTALE DE LA BORDURE PERI-TETHYSIENNE DU
GONDWANA » présenté lors du stage du PRF de mai 2011 disponible sur le site www.svt-liban.com
36
Annexe 8 : Synthèse de la stratigraphie du Liban par Walley (2001)
37
38