Roches sédimentaires
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1 INITIATION à LA GEOLOGIE D431 – 10L1 SOMMAIRE ROCHES IGNEES ................................................................................................................................................ 2 FORMATION DES ROCHES IGNEES, ORIGINE DES MAGMAS ............................................................................. 2 Vitesse de refroidissement ................................................................................................................ 2 Cristallisation fractionnée et suite de Bowen ................................................................................... 2 ROCHES MAGMATIQUES PLUTONIQUES (DE PROFONDEUR) : INTRUSIVES ...................................................... 3 ROCHES MAGMATIQUE VOLCANIQUES (DE SURFACE) : EXTRUSIVES ............................................................. 3 ACTIVITE MAGMATIQUE ................................................................................................................................ 4 ROCHES SEDIMENTAIRES ............................................................................................................................. 5 ORIGINE : SEDIMENTS DETRITIQUES ET SEDIMENTS CARBONATES ................................................................ 5 Origine détritique ............................................................................................................................. 5 Origine biologique............................................................................................................................ 5 FORMATION DES ROCHES DETRITIQUES ........................................................................................................ 5 Sédiments colloïdaux ........................................................................................................................ 5 Sédiments détritiques ........................................................................................................................ 5 Ions ................................................................................................................................................... 5 Transport et redéposition ................................................................................................................. 5 Diagénèse ......................................................................................................................................... 5 TYPES DE ROCHES DETRITIQUES ................................................................................................................... 6 FORMATION DES ROCHES CARBONATEES ...................................................................................................... 6 Précipitation chimique (plus rare) ................................................................................................... 6 Précipitation biochimique (le plus courant) ..................................................................................... 6 TYPES DE ROCHES CARBONATEES ................................................................................................................. 6 Calcaires .......................................................................................................................................... 6 Marnes .............................................................................................................................................. 6 Dolomies ........................................................................................................................................... 7 Formation des inclusions de silex..................................................................................................... 7 ROCHES METAMORPHIQUES ....................................................................................................................... 8 STRUCTURE SCHISTEUSE ET SEQUENCE METAMORPHIQUE ............................................................................ 8 Métamorphisme sur argiles .............................................................................................................. 8 Métamorphisme sur granites ............................................................................................................ 8 Métamorphisme sur roches carbonatées .......................................................................................... 8 TRANSFORMATIONS ENTRE LES 3 FAMILLES DE ROCHES, INTERPRETATION. ........................ 9 CYCLE DES ROCHES : LES ROCHES PASSENT D’UN ETAT A L’AUTRE .............................................................. 9 Métamorphisme (P et °T) ................................................................................................................. 9 Anatexie (T° > 800°C) ...................................................................................................................... 9 Érosion (eau, pluie, vent) ................................................................................................................. 9 Sédimentation (détritique, carbonatée) ............................................................................................ 9 Par exemple « cycle de vie » d’un granite ........................................................................................ 9 ROCHES METAMORPHIQUES ET MAGMATIQUES ............................................................................................ 9 LAVES .........................................................................................................................................................10 ROCHES SEDIMENTAIRES .............................................................................................................................10 GRANDS EVENEMENTS GEOLOGIQUES EN FRANCE .......................................................................... 11 PRECAMBRIEN : OROGENESE CADOMIENNE .................................................................................................11 ÈRE PRIMAIRE : OROGENESES CALEDONIENNE ET HERCYNIENNE : MASSIF CENTRAL..................................11 ÈRE SECONDAIRE : TRANSGRESSIONS + OROGENESE PYRENEENNE ..............................................................11 ÈRE TERTIAIRE : OROGENESE ALPINE + VOLCANS DU MASSIF CENTRAL .....................................................11 ÈRE QUATERNAIRE : GLACIATIONS ..............................................................................................................11 2 ROCHES IGNEES FORMATION DES ROCHES IGNEES, ORIGINE DES MAGMAS Roches issues de l’anatexie (= fusion magmatique, > 800°C). - Remontées de magmas profonds, du manteau : ° Extrusives : roches volcaniques, dorsales, refroidissement plus rapide. ° Intrusives : roches qui ne parviennent pas en surface, refroidissement plus lent. - Fusion sous l’effet de P et de °T : rencontre de plaques tectoniques (collisions, subductions). Deux phénomènes sont conjoints lors du refroidissement des roches : Vitesse de refroidissement Plus élevée pour les roches extrusives que pour les intrusives. Cette vitesse conditionne le degré de cristallisation et la taille des cristaux. Cristallisation fractionnée et suite de Bowen Au fur et à mesure de la montée du magma et de son refroidissement, il passe de l’état liquide à l’état solide. Les silicates cristallisent à tour de rôle selon leur température de solidification, ce qui appauvrit progressivement la roche en silice, et (par soustraction) l’enrichit en Fe, Mg, … selon une séquence définie (suite de Bowen, cf figure). La composition du magma change donc progressivement. La composition d’une roche ignée dépend donc de la composition initiale du magma, et en grande partie de sa vitesse de remontée et de refroidissement Donc : le refroidissement modifie la composition des roches. la vitesse de refroidissement conditionne le degré de cristallisation. P.ex : basaltes et gabbros ont la même composition, mais les gabbros sont plus cristallisés. Les basaltes sont extrusifs alors que les gabbros sont intrusifs, donc refroidis plus lentement, ce qui laissent aux cristaux le temps de se former. Figure : Séquence de cristallisation fractionnée de Bowen ; minéraux et roches correspondantes Deux archétypes : 3 ROCHES MAGMATIQUES PLUTONIQUES (DE PROFONDEUR) : INTRUSIVES Riches en SiO2 (silice), magmas acides magmas granitiques : - plus visqueuses remontée lente refroidissement lent roches de profondeur. - cristaux formés roche grenue - pauvre en Fe, Al, etc. couleur claire roche type : roches granitiques. Magmas formés au niveau du manteau. ROCHES MAGMATIQUE VOLCANIQUES (DE SURFACE) : EXTRUSIVES Pauvres en SiO2 (silice), donc basiques magmas basaltiques : - moins visqueuses remontée rapide refroidissement rapide roches de surface : laves - pas/peu de cristaux formés, structure homogène. roches types : roches basaltiques. Magmas formés au niveau de la croûte terrestre. Résumé : plus une roche est foncée, plus sa teneur en Fe et Mg… est élevée, plus sa teneur en silice est basse, plus elle est alcaline, plus la lave dont elle provient est fluide. Figure : familles de roches ignées selon leur composition. Noter les familles de roches extrusives (en vert : rhyolitu, andésite, …) et les familles de roches intrusives (granite, diorite) de même composition. C’est le degré de cristallisation qui les différencie. Les premières sont refroidies lentement dans la chambre magmatique, les secondes sont remontées en surface (volcanisme…) et refroidies plus rapidement, donc moins cristallisées. 4 ACTIVITE MAGMATIQUE Figure : séquence ophiolitique en relation avec l’activité de la chambre magmatique Figure : types d’activité volcanique : d’arc insulaire, d’arc continental, de point chaud. 5 ROCHES SEDIMENTAIRES ORIGINE : SEDIMENTS DETRITIQUES ET SEDIMENTS CARBONATES Issues de la déposition et accumulation de résidus minéraux dans l’eau (marge littorale, mer, lacs). Deux origines : Origine détritique Érosion de roches (eau, gel, vent) roches composites. NB : l’érosion, un granite se décompose en quartz (silice pure arène granitique = sables) feldspath (alumino-silicates hydratés argiles) et micas (noir = biotite ; blanc = muscovite). Origine biologique Dépôts de tests d’organismes marins roches carbonatées FORMATION DES ROCHES DETRITIQUES Les produits d’érosion prennent différentes formes : Sédiments colloïdaux Sédiments détritiques grains de minéraux ± grossiers (sables de quartz…) Ions (Ca++, Si++, Cl-, Na+) Transport et redéposition L’eau transporte ces éléments. Plus son énergie est élevée, plus elle transporte des éléments grossiers. Perte d’énergie de l’eau sédimentation selon le coefficient de sédimentation tri des éléments au fur et à mesure de la perte de compétence de l’eau. Les éléments détritiques sédimentent en premier. Diagénèse Diagénèse : cimentation des sédiments. Forme une roche cohérente et homogène (éléments de même taille, car triés). La teneur en eau baisse les ions précipitent et forment un ciment. Figure : formation des roches sédimentaires 6 TYPES DE ROCHES DETRITIQUES Sédiment détritique non cohérent Argile Arène siliceuse (sable de quartz) Graviers : anguleux (faible transport) arrondis (érodés) diamètre ø < 50 µm ø < 2mm ø > 2mm Roche cohérente argilite grès brèche poudingue Le grès signale une ancienne plage (le quartz est trop lourd pour être transporté au large). FORMATION DES ROCHES CARBONATEES Mini 50% de CaCO3 (calcaire). Les carbonates réagissent à HCl (sauf la dolomie, riche en Mg). Précipitation chimique (plus rare) Stalagtites, stalagmites Précipitation biochimique (le plus courant) Des micro-organismes marin forment des tests à partir du calcaire dissous dans l’eau. À leur mort les test donnent lieu à des couches sédimentaires : - Calcaires récifaux (polypiers = corail) - Calcaires oolythiques (particules roulées par les vagues s’enveloppent de calcaire). - Craies : accumulations à faible profondeur de coccolithes (micro-phytoplancton recouvert de plaques calcaires). Coccolytes TYPES DE ROCHES CARBONATEES Calcaires Craies, calcaires récifaux, calcaires oolythiques. Cf plus haut. Marnes Mélange de calcaire et d’argile. Si elle contient du sable : marne gréseuse. (ex : marne prise entre un grès issu de l’arène granitique et un calcaire. La marne est constituée du mélange de calcaire issu du sédiment supérieur et d’argile issu des aluminosilicates du granite). 7 Dolomies Contiennent Mg2+. CaMgCO3. Pas d’effervence à HCl. Origine mal connue. Formation des inclusions de silex Silex inclus dans une gangue de calcaire : les squelette siliceux (éponges…) inclus dans le calcaire se dissolvent, l’eau d’infiltration s’enrichit en silice. À saturation, la silice précipite dans les fissures et les comble. 8 ROCHES METAMORPHIQUES STRUCTURE SCHISTEUSE ET SEQUENCE METAMORPHIQUE Les roches métamorphiques sont issues de la transformation à l’état solide d’une roche à P et T° très élevés, en souvent lors d’une orogenèse. Sous l’effet de P se forme un structure en feuillets (schistosité) Selon l’intensité et la durée du métamorphisme, schistosité plus ou moins grande séquence métamorphique. La séquence dépend de la composition de départ. Figure : formation de la foliation métamorphique Métamorphisme sur argiles Argile ardoise (schisteux, se délite) schistes (se délite peu) micaschiste (schiste folié, avec quartz et micas blanc) gneiss leptynite Métamorphisme sur granites Selon la composition de départ : - granite gneiss (feldspath folié et micas noir) - granite leptynite (feldspath et quartz, sans micas noir) Métamorphisme sur roches carbonatées Calcaire marbre. Figure : produits du métamorphisme de différentes roches. 9 TRANSFORMATIONS ENTRE LES 3 FAMILLES DE ROCHES, INTERPRETATION. CYCLE DES ROCHES : LES ROCHES PASSENT D’UN ETAT A L’AUTRE Métamorphisme (P et °T) Lié à l’orogenèse Anatexie (T° > 800°C) Lié à l’orogenèse, à l’activité tectonique et au volcanisme. Érosion (eau, pluie, vent) Liée au climat Sédimentation (détritique, carbonatée) Liée à la présence d’eau (transgressions, lacs, mers). Recouvre les couches anciennes. Par exemple « cycle de vie » d’un granite Formation du granite : magma acide en profondeur orogenèse : le granite est ramené près de la surface érosion de surface : découvre le granite érosion : l’hydrolyse du granite libère une arène granitique : sable de silice et alumino-silicates la transformation des produits d’érosion donnera des grès (sédimentation des grains de quartz) et des argiles (alumino-silicates hydratés). L’argile pourra subir le métamorphisme séquence de métamorphisme croissant : schiste gneiss leptynite anatexie de la leptynite au cours d’une orogenèse : réinitialisation d’un cycle. Figure : cycle des roches, passage d’un type de roche à l’autre ROCHES METAMORPHIQUES ET MAGMATIQUES Les deux types sont généralement formés lors d’une orogenèse, et associés. Témoins de la présence passée d’une chaîne de montagnes. Plus l’érosion est avancée (pénéplainaison), plus le granit apparaît en surface. montagnes jeunes : surtout les roches métamorphiques affleurent. montagnes anciennes : le granite affleure de plus en plus. 10 LAVES Témoins de la présence de phénomènes extrusifs (volcanisme, marge active dykes, necks). Assez rares en F. ROCHES SEDIMENTAIRES Témoins de transgressions marines. Réparties dans de grands bassins. Situations observables : Les sédiments recouvrent les roches granitiques et métamorphiques, cela traduit : - une sédimentation succédant à une pénéplainaison. Les sédiments ne recouvrent pas les roches granitiques et métamorphiques, cela traduit : - une sédimentation succédant à une pénéplainaison, mais suivie d’une nouvelle érosion. - une orogenèse plus récente que la sédimentation. - une orogenèse plus ancienne que la sédimentation, mais vu l’altitude, les montagnes n’ont pas été recouvertes. 11 GRANDS EVENEMENTS GEOLOGIQUES EN FRANCE PRECAMBRIEN : OROGENESE CADOMIENNE On en trouve des traces en Bretagne ÈRE PRIMAIRE : OROGENESES CALEDONIENNE ET HERCYNIENNE : MASSIF CENTRAL Calédonnienne : transformation de la Bretagne, formation du Massif Central. Collision entre les plaques américaine et européenne avant la formation de l’Atlantique. Hercynienne : remanie le Massif Central. ÈRE SECONDAIRE : TRANSGRESSIONS + OROGENESE PYRENEENNE Grandes transgressions marines, paroxysme au Jurassique. Formation d’une grande partie des bassins sédimentaires observables. L’Espagne percute la France, la France se fâche encore : formation des Pyrénées. ÈRE TERTIAIRE : OROGENESE ALPINE + VOLCANS DU MASSIF CENTRAL Collision entre l’Afrique et l’Europe. Début des activités volcaniques du Massif Central : formation du Puy-de-dôme et des MontDore. Nouvelles transgression : formation des craies du bassin parisien. ÈRE QUATERNAIRE : GLACIATIONS Alternance de phases glaciaires et interglaciaires : modelage du paysage actuel. Formation de la chaîne des Puys (Massif Central). La surrection des Alpes continue, en même temps que leur érosion intense. Résumé : Cadomienne-calédonienne-hercynienne-pyrénéenne-alpine Massif Central, transgressions, Pyrénées, Alpes, volcans, transgressions, glaciations.
