cha­ lager Table des matieres aires 'cole 'e de PREFACE vii AVANT-PROPOS xv 1 Le partenariat geologie-ingenierie J.l 1.2 Domaines de la geologie de I'ingenieur 1.1.1 Construction d'ouvrages 1.1.2 Risques naturels 1.1.3 Ressources geologiques 1.1.4 Pollution de I' environnement Histoire de la geologie 2 La Terre dans I' espace 2.1 Le systerne solaire 2.1.1 Representations historiques 2.1.2 Structure generale 2.1.3 Revolution de la Terre Planetes telluriques 2.2.1 Atmospheres et hydrospheres 2.2.2 Geologie et activite geologique Planetes geantes Cornetes Meteorites 2.5.1 Meteorites pierreuses 2.5.2 Meteorites metalliques 2.2 2.3 2.4 2.5 .. . . .. .. . 3 La Terre dans Ie temps 3. J Mesure du temps en geologie...................................................................................................... 3.1.1 Methodes radiochronologiques 3.1.2 Methodes stratigraphiques 3.1.3 Methodes paleontologiques 3.1.4 Synthese des methodes de datation Debut de l'Univers et de la matiere 3.2.1 Nucleosynthese initiale 3.2.2 Phase stellaire................................................................................................................. 3.2.3 Accretion des planetes Voyage dans le temps: du Precambrien au Quatemaire............................................................... 3.3.1 Precambrien 3.3.2 Ere primaire (Paleozoique) 3.2 3.3 13 13 14 16 19 20 21 26 26 29 29 29 31 31 32 34 38 38 40 40 42 42 43 47 x GEOLOGIE: BASES POUR L'INGEN1EUR 3.3.3 3.3.4 3.3.5 Ere secondaire (Mesozoique) Ere tertiaire (Cenozoique) Ere quaternaire (Anthropozoique) . . . 50 52 54 6 LeI 6.1 Cor Ma: 6.2 4 La physique du Globe 4.1 Sismologie 4.1 .1 Mecanisme de la rupture 4.1.2 Les differents types d'ondes sismiques Lois de propagation des ondes 4.1 .3 4.1.4 Causes des seismes 4.1.5 Observation et traitement des signaux sismiques 4.1.6 Risque sismique 4.1.7 Prospection sismique Gravimetric 4.2.1 Rappel de mecanique 4.2.2 Notion de geoide 4.2.3 Mesure du champ gravifique et son traitement 4.2.4 Interpretation des anomalies 4.2.5 Principes de I'isostasie Densite des roches dans Ie globe 4.2.6 Magnetisrne 4.3.1 Causes du champ magnetique terrestre 4.3.2 Composantes du champ magnetique en un point de la surface de la Terre 4.3.3 Mesure du champ magnetique 4.3.4 Paleornagnetisme Geothermic 4.4.1 Transferts thermiques dans la Terre 4.4.2 Exploitation de l'energie geothermique 4.2 4.3 4.4 6.2. . . . . .. . . . . . . . . . .. . .. .. . . . .. .. 61 62 63 6.3 66 69 74 6.4 89 101 102 102 105 106 III 114 120 120 121 124 126 127 127 127 6.5 6.2. 6.2 Du 6.3 6.3 6.3 Ma 6.4 6.4 Pri 6.5 6.5 7 Le 7.1 7.2 Le At 7.= 7.= 7.: 7.: 7.3 Ea 7.: 7.: 129 7.: 5 Les mineraux constitutifs des roches 5.1 Approche cristaJlographique........................................................................................................ 5.1.1 Structure interne des mineraux 5.1.2 MorphoJogie des cristaux 5.1.3 Proprietes de cohesion 5.1 .4 Proprietes optiques des mineraux Approche geochimique 5.2.1 Silicates 5.2.2 Carbonates...................................................................................................................... 5.2.3 Sulfates 5.2.4 Phosphates...................................................................................................................... Halogenures 5.2.5 5.2.6 Sulfures 5.2.7 Oxydes et hydroxydes Determination pratique des mineraux.......................................................................................... 7.4 E:: 7.' 5.2 5.3 7., 7., 135 136 141 145 7.. 7. 7. 7. 148 151 152 162 163 164 165 167 167 169 7. 7. 7. 7.5 7. E TABLE DES MATIERES 50 52 54 61 62 63 66 69 74 89 101 102 102 105 106 III 114 120 120 121 124 126 127 127 127 129 6 Le magmatisme et les roches magmatiques 6.1 6.2 Composition des enveloppes de la Terre Magmatisme et tectonique des plaques 6.2.1 Histoire de la tectonique des plaques 6.2.2 Reconstitution par Ie paleomagnetisme 6.2.3 Relations possibles entre les plaques Du magma aux roches magmatiques 6.3.1 Processus de generation des magmas 6.3.2 Processus de solidification des magmas 6.3.3 Configurations magmatiques Manifestations magmatiques 604.1 Plutonisme et roches plutoniques................................................................................... 604.2 Volcanisme et roches volcaniques.................................................................................. Principales roches magmatiques 6.5.1 Classification 6.5.2 Determination par les methodes de terrain 6.3 604 6.5 7 Le cycle de I'eau 7.1 7.2 Les reserves d"eau et leurs echanges Atmosphere................................................................................................................... 7.2.1 Reservoir atmospherique 7.2.2 Effet de serre.................................................................................................................. 7.2.3 Precipitations atrnospheriques 7.204 Fractionnement des precipitations au sol....................................................................... Eaux de surface 7.3.1 Cours d"eau 7.3.2 Lacs......................................................................................................................... 7.3.3 Glaciers Eaux souterraines................................................................................................................... 704.1 Formes de porosite des terrains naturels 704.2 Ecou1ement des eaux dans les milieux geologiques 704.3 Quelques bases hydrodynamiques 70404 Application de la notion de perrneabilite aux terrains naturels 704.5 Exemple dapplication hydrodynamique a l'ecoulernent vers un puits 704.6 Bilan hydrologique des nappes souterraines 704.7 Captage des eaux souterraines 704.8 Effet du drainage et de I'irrigation 704.9 Gestion des eaux souterraines 704.10 Protection des eaux souterraines 704.11 Les eaux souterraines dans les ceuvres du genie civiL.................................................. Eaux des mers et des oceans 7.3 7A 135 136 141 145 148 lSI 152 162 163 164 165 167 167 169 7.5 xi 17l 173 173 176 179 181 181 181 186 192 192 194 203 203 205 208 210 210 210 213 216 219 219 231 236 244 244 246 247 250 251 255 255 257 258 260 263 285 XII GEOLOGIE: BASES POUR L'INGENIEUR 8 Le milieu sedimentaire continental 8.1 Generalites , , , ,., , 8.1.1 Erosion continentale.; ,., 8.1 .2 Sedimentation continentale Environnement des versants 8.2.1 Transport particulaire , , , ,............... 8.2.2 Transport en masse , , Environnement alluvial ,..................................................................................... 8.3.1 Transport solide en rivieres 8.3.2 Zones d' erosion torrentielle et en riviere ,., ,., , 8.3.3 Zones dalluvionnement. Environnement lacustre 8.4.1 Deltas 804.2 Fosses lacustres Environnement palustre 8.5.1 Marais de fond de depression 8.5.2 Marais de sources 8.5.3 Assainissement des marais Environnements boreal et polaire 8.6.1 Regions glaciaires ..... ,.................................................................................................... 8.6.2 Regions non englacees ,...................................................................... Environnement desertique , , , , ,.............. 8.7.1 Erosion eolienne et transport proche du sol................................................................... 8.7.2 Transport en suspension 8.7.3 L' eau dans les deserts 8.7 A Mesures de protection 8.2 8.3 804 8.5 8.6 8.7 9 Le milieu sedimentaire oceanique 9.1 Marge continentale 9.1 .1 Sedimentation detritique 9.1.2 Sedimentation biogene 9.1.3 Sedimentation hydrochimique Glacis et plaines abyssales 9.2.1 Sedimentation detritique 9.2.2 Sedimentation biogene 9.2.3 Sedimentation hydrochimique 9.2 293 293 293 297 297 301 309 309 310 311 316 316 319 321 321 322 322 325 325 330 334 334 336 336 338 ,..................................................... 342 343 356 359 362 362 363 366 10. 10. 10, 10. 10.3 lOA 11 ROI 10. 10. 10. Ro, 10. 10, 10. 10. 10. Le Pre II. II. II. 11.2 Ty II II 11 11.3 Pri II 11 11 11 II 11 11.4 Di 11.1 12 L: 12.1 c I: I: 10 La diagenese et les proprietes des roches sedimentaires 10.1 Processus de la diagenese 10.1,1 Compaction 10.1.2 Cimentation , ,.., ,.., , ,., 10,1.3 Modifications mineralogiques legeres 10.2 Roches detritiques. ,., , , 12.2 , ,., , ,., , , , , , , , " , , , ,... 371 371 ,......... 372 374 , , 375 12.3 RI I: I: D I: I: I: TABLE DES MATIERES 293 293 293 297 297 301 309 309 310 311 316 316 319 321 321 322 322 325 325 330 334 334 336 336 338 342 343 356 359 362 362 363 366 10.3 lOA 372 374 375 Conglomerats Gres Microgres Argilites biogenes Roches carbonatees Roches siliceuses Combustibles fossiles..................................................................................................... hydrochimiques Dolornie primaire Gypse et anhydrite Roches a halite........................ Roches a potasse Cornieules 11 Le metamorphisme 11.1 1104 Processus de transformation 11.1.1 Modifications mineralogiques 11 .1 .2 Transformations chimiques 11.1.3 Transformations mecaniques Types de metamorphisme 11.2.1 Metamorphisme regional 11.2.2 Metamorphisme de contact 11.2.3 Metamorphisrne cataclastique Principales roches metamorphiques et leurs proprietes 11.3.1 Sequence pelitique (ou argilo-quartzeuse) 11.3.2 Sequence quartzo-feldspathique 11 03 03 Sequence carbonatee...................................................................................................... 11 03 A Sequence calcaro-pelitique .. 1103.5 Sequence mafique 1103.6 Sequence ultramafique Determination des roches magrnatiques, sedirnentaires et metamorphiques 12 La tectonique 12.1 Contraintes mecaniques dans Ie sous-sol... 12.1.1 Definition physique 12.1.2 Etat de contrainte dans les milieux geologiques Relations contraintes-deforrnations 12.2.1 Essais en Iaboratoire 12.2.2 Deformations des roches observees sur Ie terrain Deformations cassantes 12.3.1 Diaclases 12.3.2 Failles 12.3.3 Caracterisation des discontinuites d'un massifrocheux 11 .2 11.3 12.2 371 371 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.204 Roches 10.3.1 10.3.2 10.3.3 Roches 1004.1 1004.2 1004.3 100404 1004.5 12.3 xiii 375 376 378 378 380 380 385 388 392 392 392 394 395 395 398 398 400 401 403 404 404 406 407 407 411 413 413 415 415 419 419 421 422 423 435 436 436 437 440 xiv 12,4 12.5 12.6 GEOLOGIE: BASES POUR L'INGENIEUR Deformations ductiles "", 12,4.1 Generalites sur les plis 12,4.2 Plis concentriques 12,4.3 Plis similaires 12,4 ,4 Nappes de recouvrement du premier genre Representation et traitement geometrique des elements structuraux 12.5.1 Cartographie des elements structuraux 12.5.2 Outils de traitement geornetrique 12.5.3 Projection stereographique Un modele tectonique: les Alpes 12.6.1 Jura 12.6.2 Plateau molassique 12.6.3 Prealpes 12.6,4 Hautes Alpes calcaires 12.6.5 Massifs cristallins externes 12.6.6 Les nappes internes 12.6.7 Deformations actuelles 13 L'alteration 13.1 Processus d'alteration 13.1.1 Processus thermiques 13.1.2 Processus physico-chimiques Catalogue des terrains sensibles a l' alteration Distribution de l'alteration en profondeur Consequences pour I'ingenieur 13,4.1 Effets sur Ies proprietes mecaniques 13,4.2 Effets sur les proprietes hydrogeologiques Depistage de I' alteration 13.2 13.3 13,4 13.5 . . . . .. . .. . . . . . . . . . . 443 443 447 449 450 451 451 452 453 460 462 462 463 463 464 464 464 . . . .. .. 469 470 476 483 484 486 487 489 494 . .. .. . BIBLIOGRAPHIE....................................................................................................................... 497 INDEX 505 INDEX DES LIEUX 519 Avan Si ce Ii rale de Lai d'enseigne les conditi tion heterc correspon: dite qui fai II a servi d bre d'exer ponsables un «vrai Ii qui rri'ont faculte En prise a ete M.Olivie Le Lal veritable 1 gieuse co] dant du cc tion a inc! rna plus v en y appo ont ete en tographie ment les j une des c Le gn la fois ge gne ce Ii' bles coqi Dessauge principal Je rei illustratir mon coli Bgger qr su faire I logie. La IT decouve contexte nombrei