Formation sur la géologie - Commission scolaire des Draveurs

Formation sur la
géologie
Sc02-11
Mars 2009
Formation sur la géologie
Sc02-11
Bienvenue !
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Informations générales
Présentation des participants
Horaire
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Mise à niveau en géologie
La SAE sur les stromatolites
Activité d’apprentissage techno sur la clé
d’identification interactive des minéraux.
Le jeu de la planète bleue
Principaux constituants atomiques
de la Terre
Organisation de la matière dans la
croûte terrestre
Roches
Minéraux
Molécules
Atomes
La minéralogie

Définition : Domaine de la géologie
qui étudie la composition et les
propriétés physiques des minéraux et
leur formation.
Origine des minéraux

Cristallisation d’un liquide qui par
refroidissement passe de l’état
liquide à solide.
Origine des minéraux

Précipitation chimique
Les minéraux: description et identification
– Couleur (lorsque mouillée et au sec)
– Éclat (métallique, non métallique, vitreux, terreux, terne, lustré, etc)
– Densité (faible, moyenne ou forte) – reliée au poids (En général les roches
mafiques-foncées sont plus lourdes car elles contiennent du Fe et Mg)
– Propriétés optiques (opaque, translucide)
–Textures (grenue, microgrenue ou aphanitic) relié à la vitesse de
cristallisation
– Magnétisme (roches mafiques contiennent plus de minéraux susceptibles)
– Effervescence au HCl (acide) (calcite dans le calcaire)
– Dureté
–Trait (couleur différente de celle qui est présente e.g. olivine verte qui fait
un trait blanc; la pyrite jaune= trait noir)
–Forme cristalline (apparence): Halite (sel) est cubique, quartz est
hexagonal, etc.
–Clivage: plan de faiblesse des minéraux (mica- en feuillets…)
La dureté
La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable
d'un minéral à l'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d'autre
plutôt tendres, comme le talc. Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté
qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10.
Cette échelle a été construite par le minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se
nomme par conséquent l'échelle de Mohs

L’effervescence
2. Trait La couleur de la poudre du
minéral, obtenue avec une lime
ou en écrivant avec le minéral
sur de la porcelaine blanche non
vernie, est beaucoup plus stable
que celle des cristaux.
3. Éclat La façon dont la surface
d’un minéral réfléchit la lumière
du jour lui donne un éclat bien
particulier. L’éclat métallique de
l’argenterie est rare chez les
minéraux communs des roches.
• Le quartz a l’éclat du verre
brisé (vitreux) ;
• la hornblende, un minéral
noir ou vert foncé
appartenant au groupe de
amphiboles, a l’éclat du
verre (vitreux) ou de la soie
(soyeux).
4. Transparence Un minéral peut être
opaque ou on peut voir à travers
clairement (transparent) ou
indistinctement (translucide). Le
mica muscovite est transparent.
5. Clivage Certains minéraux se
cassent le long de surfaces planes
plus ou moins parfaites.
• La muscovite se clive
parfaitement en feuillets (dans
les roches ignées felsiques).
• Le feldspath se clive bien le
long de deux familles de plans
à peu près à angle droit (dans
les roches ignées felsiques).
• Le pyroxène se clive à 90
degrés (dans les roches ignées
mafiques).
• L’amphibole se clive à 120 et
60 degrés (dans les roches
ignées mafiques).
Le quartz n’a
pas de clivage!
Clivage (suite): Les pyroxènes (l’augite
est un exemple) se distinguent de leurs
cousines les amphiboles par l’angle
entre leurs deux familles de plans de
clivage. De plus, une des familles de
plans de clivage des amphiboles a un
éclat brillant caractéristique.
• Cassure Quand un minéral n’a pas de
plans de clivage ou qu’il se brise sans
suivre un de ces plans, la cassure peut
avoir un aspect particulier qui
caractérise ce minéral. Le quartz ne se
clive pas et il se casse en donnant une
forme conchoïdale (= comme une
conque, une coquille).
La minéralogie rejoint la pétrologie
La Pétrologie

Définition
La pétrologie est la science descriptive de
ces roches , de leurs origines et de leur
évolution
• Les roches de l’écorce terrestre sont
classées en trois grandes familles
distinctes :
 Les roches ignées (magmatiques)
 Les roches sédimentaires
 Les roches métamorphiques.
Qu’est-ce qu’une roche ?

Une roche désigne tout matériau solide et cohésif
constitué d’un assemblage de grains ou de
plusieurs minéraux en proportions variables, plus
rarement de matière minérale vitrifiée.
Le cycle pétrologique des roches
(formation, transformation et destruction)
Il faudra en premier déterminer si la roche
est ignée, sédimentaire ou métamorphique
Le cycle
pétrologiques
et la théorie
de la
tectonique
des plaques
•Le Magma

Le magma constitue le coeur
de ce diagramme car il en est
le point de départ et le point
d’arrivée du cycle. Le magma
est en fait de la roche qui
subit d’énorme pression ce
qui la rend extrêmement
chaude et de consistance
visqueuse. Celle-ci se
retrouve dans les profondeurs
de la terre et c’est lorsque
qu’elle est à la surface qu’on
lui donne le nom de lave. En
plus de former la croûte
terrestre, le magma est à
l’origine des roches ignées
(extrusives et intrusives)
•Les roches ignées



Elles proviennent, d'une masse en
fusion qui s'est ensuite solidifiée.
L’endroit et le moment où elles se
sont cristallisées leurs confèrent
différentes propriétés ce qui nous
permet de les subdiviser en 2
grandes classes soit:
A)Les roches ignées extrusives
B)Les roches ignées intrusives
La grosseur des grains et le
temps de refroidissement

Structure des minéraux des roches ignées
La dimension et l’arrangement des grains de
minéraux dépendent des conditions de
cristallisation : plus le refroidissement est lent,
plus les cristaux peuvent se développer.
Les roches extrusives (volcans) sont refroidis
rapidement donc les minéraux sont aphanitiques /
microcristallins / porphyrique.
Les roches intrusives (dyke, filons couches, stock,
plutons, batholithe) sont refroidis lentement donc
les minéraux sont grenue ou phanarétiques
•Cristallisation (exemple)


Solidification, c’est l’action de
se solidifier. Le passage direct
l’état liquide à l’état solide.
Cristallisation rapide
•Les Roches Ignées Extrusives

Ces roches sont formées par
un refroidissement rapide du
magma, lorsque celui-ci
atteint la surface. Les cristaux
n'ont donc pas le temps de se
développer et ils demeurent
petits ou sont absents. Ce
type de texture est appelé
aphanitique c'est-à-dire que
les cristaux sont inférieurs à 1
mm.
Obsidienne
Andésite
•Les Roches Ignées Intrusives

Elles se forment lorsque le
magma se refroidit
lentement à l'intérieur de la
croûte terrestre. Les
minéraux ont donc le temps
de cristalliser, ils deviennent
visibles à l'oeil nu. On dit de
ces roches qu'elles ont une
texture à grains grossiers.
Généralement à l’intérieur
de chambre magmatique,
Les roches ignées intrusives
peuvent être exposées à la
surface suite à l'érosion ou
au soulèvement de la croûte
terrestre.
Diorite
Granite
La pétrologie des roches sédimentaires

Les roches sédimentaires

Quelle que soit leur origine, la formation des
roches sédimentaires repose sur 3
principes:
• Mobilisation
• Transport et dépôt
• Diagenèse
Ils proviennent des sédiments ayant
subi la diagenèse
•Roches Sédimentaires



Les roches sédimentaires sont le résultat de 4
phases soit; l’altération, le transport, le dépôt et la
diagenèse.
Classement selon la taille des particules (la
granulométrie) et ensuite,par la composition de ces
roches.
Par contre, on distingue 3 grands groupes:
• Les roches sédimentaires d'origine détritique.
• Les roches sédimentaires d'origine chimique
orthochimiques
• Les roches sédimentaires d'origine chimique
allochimiques
Gypse
Orthochimiques



Détritiques (terrigènes): transport de matériaux
Orthochimiques : Précipitation dans un bassin.
Ex. : calcaire et évaporites
Allochimiques : Précipitation et transport
Exemples : coquillages et coquina
•Transport

Les résidus d’altération
résultant de la météorisation
peuvent être déplacés par
différents moyens ;
L’eau courante
Le vent
La gravité
La glace
Les Roches sédimentaires détritiques

Elles proviennent de dépôts
qui se sont déposés selon la
masse des débris, les plus
lourds (blocs, galets,
cailloux...) en premier, puis
les plus légers (sable,
poussière, argile, boue...).
Des particules plus petites
peuvent s'infiltrer entre les
plus grosses pour les
cimenter. On obtient ainsi
des conglomérats.
Conglomérat
Les Roches sédimentaires organique ou chimique

Elles sont formées par des
dépôts de substances
chimiques qui se sont
précipités ou encore par des
substances organiques tel des
algues microscopiques,
coraux, plantes, tourbes, bois
qui se sont déposées et
accumulées. Sous la pression
de l’eau ou des autres
sédiments, il y a eu
cimentation et création de
roches. Les principales formes
de combustible fossile sont en
fait des roches sédimentaires.
Limonite
Silex
EX: Orthochimiques sont les calcaires ayant précipités dans le bassin.
Allochimiques sont ceux qui sont formé par l’amalgation de fragments de
coquillages
Un autre exemple des allochimiques ce sont les sables des plages du Sud.

Les roches sédimentaires
• Diagenèse

Il s’agit de la phase ultime du
phénomène sédimentaire : La
compaction et la
transformation d’un sédiment
en roche. Elle se fait par
• Transformation minérale :
Destruction de la matière
organique et dissolution des
squelettes remplacés par des
minéraux
• Compaction : Sous l’action de
la surcharge litho statique liée
à l’enfouissement des
sédiments
• La Cimentation : Le vides
seront remplis par des
éléments en solution ( Silice
ou carbonates en général)
•Diagenèse

La diagenèse c’est tous les processus
chimiques et mécaniques qui affectent un
dépôt sédimentaire après sa formation.
Les processus sont variés et complexes :
ils vont de la compaction du sédiment à
sa cimentation, en passant par la
dissolution, la recristallisation ou le
remplacement de certains minéraux.
La dénomination des sédiments et roches
sédimentaires se fait en deux temps.
D'abord selon la taille des particules (la granulométrie)
chez les terrigènes et les allochimiques. Deux tailles
sont importantes à retenir : 0,062 et 2 mm. La
granulométrie n'intervient pas dans le cas des
orthochimiques puisqu'il s'agit de précipités chimiques
et non de particules transportées.
Ensuite, on complète la classification par la
composition minéralogique. La composition des
particules des terrigènes se résume au quartz,
feldspath, fragments de roches (morceaux d'anciennes
roches qui ont été dégagés par l'érosion) et minéraux
des argiles (par exemple, les sables des plages de la
Nouvelle-Angleterre sont surtout des sables à
particules de quartz avec un peu de feldspaths). Quant
aux allochimiques, ce sont principalement des
calcaires, ce qui est réflété par le suffixe CAL dans le
nom. Les particules des allochimiques sont formées en
grande partie par les coquilles ou morceaux de
coquilles des organismes (calcite ou aragonite). Les
sédiments des zones tropicales sont surtout formés de
ces coquilles, comme par exemple les sables blancs
des plages du Sud! Chez les orthochimiques, le nom
est essentiellement déterminé selon la composition
chimique.
•Roches Métamorphiques

Roches résultant du processus de métamorphisme.
Les changements que subissent ces roches sont
essentiellement d’origine chimique. Il n’y pas
d’addition ou de soustraction de matière, à part
une faible quantité d’eau et de gaz carbonique.
•Métamorphisme
•Ensemble des phénomènes autant physique que
chimique qui donnent lieu à une altération des
roches ignées, sédimentaire ou métamorphique pour
en former des roches métamorphiques.
Ce processus se fait toujours à l'état solide. Les
principales formes de métamorphisme sont:
A)Le métamorphisme local
(contact)
B)Le métamorphisme régional
(dynamique)
c) D’impact (rare)
•Processus Métamorphique
Métamorphisme
Granite
Orthogneiss
Paragneiss
Gneiss
Schiste
Métamorphisme
Calcaire
Marbre
• Le Métamorphisme de contact
L’effet est de moins en moins
important au fur et à mesure
qu’on s’éloigne de la chambre.
Résultat du métamorphisme de
contact
•Cornéenne
•Le Métamorphisme

Ce type de métamorphisme
s’effectue à la base de roches
sédimentaires très épaisses.
La pression engendrée par le
poids fait augmenter la
température et change l’état
des roches en résulte souvent
du schiste ardoisier.
Schiste ardoisier
•Le Métamorphisme

Le métamorphisme
thermodynamique (causé par
la chaleur) se produit à la
base des plaques tectoniques.
En profondeur, les pressions
sont énormes et les
températures peuvent
atteindre jusqu’à 800 degrés
Celsius. Sous ces conditions,
les roches subissent des
modifications structurelles et
chimiques qui leur confèrent
de nouvelles propriétés nous
permettant de les classer
dans les roches
métamorphiques.
Le résultat de ce type de
métamorphisme est la
création de 3 type de
linéations soit:
•Le clivage ardoisier
•La schistosité
•gneissosité



Les gneiss (gneissosité) : Roches foliées
très communes dont les minéraux
essentiels sont le quartz, les feldspaths,
les micas (alternance de bandes claires et
foncées)
Ils peuvent provenir de roches
sédimentaires (paragneiss ) ou granitiques
(orthogneiss)
Les schistes : Roches d’origine
sédimentaire peu métamorphisées. (ex
Schistes ardoisiers)
Prêt pas prêt,
Paré pas paré,
J’y vais !



Cahier de l’élève pg 5
Les origines des cercles incrustés
dans la roche.
Survol de la documentation sur le
sujet.
La SAE sur les stromatolites



Une SAE en 1 année du 2e cycle.
Univers « Terre et espace » du
programme SET.
Évaluation de la compétence 2
(problématique) et 3.
Le programme…
Les concepts du programme
Les volets…
Mise en situation
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
La région de l’Outaouais recèle de nombreux trésors géologiques
qui sont les vestiges de millions d’années de vie et de
bouleversements de la croûte terrestre. De sa formation jusqu'à
nos jours, la structure géologique de notre région a subi de
multiples changements. Certaines traces de ces changements
demeurent encore visibles aujourd’hui. Il suffit de bien observer
notre environnement pour y retrouver des fossiles, des minéraux
ou des roches qui témoignent d’activités géologiques survenues il
y a des milliards d’années.
Certaines connaissances en géologie te permettront de réaliser
que notre région possède un patrimoine géologique intéressant et
parfois inattendu. De plus, la compréhension de la structure du sol
t’amènera à comprendre plus facilement certaines problématiques
liées à la construction de maisons et de routes. Rappelle-toi qu’en
2008 des maisons de la rue Lafrance à Gatineau ont dû être
déménagées à cause de l’instabilité du sol!
Tâche complexe


Nous te proposons d’agir comme expert-conseil d’une
compagnie œuvrant dans le domaine du développement
durable. La CCN (Commission de la capitale nationale)
t’engage pour faire une étude portant sur une section des
berges de la rivière des Outaouais, qui présente d’étranges
formes circulaires incrustées dans la roche. Une rumeur
veut que ces formes circulaires soient des stromatolites.
L’étude devra permettre aux membres du comité de
comprendre l’origine de ces cercles, leur formation et leur
importance géologique. S’il y a lieu, précise de quelle façon
la CCN pourrait mettre en valeur le site. Suite à ton
rapport, le comité se prononcera sur la pertinence de
préserver ou non ce site géologique.
Allez chers experts, sachez expliquer ce mystère s’il
en est un!
Mandat de l’élève
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Les élèves doivent :
Cerner le problème.
S’approprier les concepts touchés par l’étude sur les stromatolites.
Les élèves doivent former des équipes de 2 personnes et se
réunir pour compléter les activités d’apprentissage.
Préciser leur mandat à la suite d’activités d’apprentissage.
Produire un rapport qui précisera au comité :
La nature du phénomène qui a engendré les cercles incrustés
dans la roche.
Le temps géologique où l’organisme a vécu.
Le milieu de vie de l’organisme vivant.
Les causes de la disparition de cet organisme vivant à cet endroit.
La nature du substrat rocheux où le fossile se trouve.
Donner votre opinion sur la nécessité de préserver ou non ce site
géologique.
Si vous recommandez de préserver le site, préciser de quelle
manière.
Différentes façons d’administrer
cette SAE


Les cartes d’exploration et les
activités d’apprentissage, permettent
de présenter la SAE de différentes
façons aux élèves.
Il est possible d’ajuster le travail
demandé en fonction des capacités
que l’on désire développées chez les
élèves.
Différenciation pédagogique
Les temps géologiques

Cahier de l’élève pg 6
http://www.fossiles.qc.ca/
Les temps géologiques
Le vivant à cette époque
Le milieu de vie de l’organisme
Pangee.mov
Les causes de la disparition de
l’organisme vivant
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
Ouverture de l’Atlantique
Séparation de la Pangée
• Graben d’Ottawa-Gatineau
Formations rocheuses qui
composent notre région
Les formations rocheuses du
précambrien

Identifie les échantillons de :
•
•
•
•
Granite
Quartzite
Gneiss
Marbre
Les formations rocheuses du
précambrien
Représentation des roches du
précambrien en stratigraphie
Les formations de l’Ordovicien

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
Le calcaire
Le grès
Le shale
Les formations rocheuses de
l’Ordovicien
La représentation stratigraphique
des formations rocheuses de
l’ordovicien
Les formations rocheuses du
Quaternaire
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
L’argile
Le sable
Le tilt glacière
Les formations rocheuses du
Quaternaire
La représentation stratigraphique
des formations rocheuses au
Quaternaire
Bibliographie
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1- Géopanorama de la région d’Ottawa-Gatineau,
Commission géologique du Canada
http://geoscape.nrcan.gc.ca/ottawa/time_f.php.
2- Centre thématique fossilifère du Lac Témiscamingue :
http://www.fossiles.qc.ca
3- Landry B. et Mercier M., Notions de géologie, Modulo
éditeur, 1984, 437 pp.
4- Cours de pétrologie et identification des roches Pawel
Olejczyk ...
www.geog.umontreal.ca/donnees/geo2182/Automne2008/
petrologie3.ppt
5- Site web de géopédia encyclopédie :
http://www.geopedia.fr/
Clé d’identification interactive des
minéraux



Canevas de la tâche
Cahier de l’élève
Exemple d’objets interactifs