DOSSIER PEDAGOGIQUE Collèges et lycées La Géologie
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DOSSIER PEDAGOGIQUE Collèges et lycées La Géologie Edition 2006 Présentation du dossier pédagogique : Ce dossier pédagogique rassemble des documents et informations connus de la plupart des collègues enseignant au collège et utilisables dans le cadre de la mise en œuvre du nouveau ème programme de 5ème dès septembre 2006 puis progressivement en 4 en septembre 2007 et ème enfin à la rentrée 2008 en classe de 3 . Il sera d’ailleurs complété au fil de la parution successive des textes et compléments éventuels des futurs programmes modifiés . Il évoluera aussi pour proposer des pistes d’utilisation pour les lycées. Mais il présente surtout des observations réalisées sur le terrain (dans la carrière et ses alentours au cours du premier semestre de l’année 2006) susceptibles de déclencher un questionnement, de soulever des problèmes à résoudre avec les élèves . Le site géologique (statotype du coniacien) sera prochainement aménagé pour permettre l’accès au grand public et l’exploitation pédagogique par les scolaires, collégiens et lycéens … Certaines des observations saisies ici par l’instantané photographique ne pourront pas être retrouvées dans la carrière suite aux aménagements réalisés entre temps mais bien d’autres observations seront possibles et d’autres « images » pourront être capturées ! Une salle de travail sera mise à disposition, sur réservation, dans le cadre de la journée ème géologie 5 proposée en annexe puis progressivement pour les autres journées … Le programme des journées géologie sera adaptable selon les souhaits des collègues . Annie Tuleau du service éducatif discutera avec eux des démarches envisagées pour les différentes classes et étudiera les propositions formulées . Table des matières : Saint Césaire : Le paysage local actuel…………………………………... p. 3 Sous le paysage, des roches……………………………………………….. p. 8 Les roches de Saint Césaire………………………………………………… p. 13 Des propriétés différentes…………………………………………………… p. 19 L’action de l’eau sur les roches……………………………………………. p. 23 L’eau transporte les sédiments ……………………………………………. p. 30 … les sédiments se déposent ……………………………………………… p. 36 … et forment des roches sédimentaires …………………………………. p. 38 … qui contiennent des fossiles ……………………………………………. p. 44 … emprisonnés depuis combien d’années ? …………………………… p. 55 Une suite de paysages anciens reconstitués grâce aux roches de Saint Césaire. ………………….. ……………………………………………………. p. 61 La suite de l’histoire …jusqu’au paysage local actuel !........................ p. 62 La tectonique des plaques…………………………………………………... p. 70 St Césaire : Le paysage local actuel … Le village de St Césaire se situe à l’est de Saintes, sur la rive droite du Coran, affluent de la Charente, qui prend « ses sources multiples » quelques kilomètres plus au nord au niveau de « chez Boutinet », « chez Marmain » et de « chez Billon vers Fondouce » , la fontaine… et draine l’ensemble des eaux provenant d’un éventail ouvert au nord-nord-est. La vallée du Coran dont l’altitude est comprise entre + 6m et + 13m entaille du nord vers le sud le « plateau calcaire » qui culmine entre +70m et +80m aussi bien sur la rive droite que sur la rive gauche du ruisseau . L’arrivée à St Césaire par la route D138 rend bien compte de cet important dénivelé . Des points de vue (ici 70m) dominant la vallée du Coran permettent une observation des différents éléments du paysage et invitent à repérer: - les habitations du village surtout concentrées sur la rive droite - la vallée du Coran plus ou moins masquée par la végétation arbustive ou arborescente - la rive gauche élevée portant des cultures (Maïs, tournesol …) et quelques parcelles de vigne et un peu plus loin quelques habitations dispersées (chez Chabot). - en contrebas, aux abords du ruisseau, les bâtiments du paléosite étalent leur silhouette massive, géométrique et colorée … surplombant le gisement où furent découverts les restes de Pierrette : La roche à Pierrot . -les divers aménagements liés à l’exploitation du paléosite (chemins et route d’accès, parkings, terrains d’ateliers extérieurs …) -d’autres aménagements liés à l’exploitation actuelle de ressources géologiques par l’entreprise : La MEAC. - des traces d’exploitation ancienne à travers les carrières abandonnées entaillant largement la vallée du Coran. - sur le flanc de la rive droite, des affleurements « naturels » sont visibles entre les arbres et les habitations. Les bâtiments du Paléosite vus du haut de la carrière. Photo 2006. Le Paléosite est ouvert au public depuis fin mai 2005. La carrière qui présente le stratotype du coniacien sur une strate de turonien supérieur est en cours d’aménagement : sécurisation et réalisation d’un circuit de découverte et d’interprétation … Ci-dessous, repérage à partir d’une vue aérienne datant de 2003, (IGN, visu2D) du Paléosite, du gisement, du Coran et de la salle de travail : Ces divers éléments du paysage peuvent être repérés sur la carte topographique de Burie (ref : 1531E , iGN 1/25000 ) dont est tiré l’extrait présenté ci-dessous. Une carte topographique est « un modèle » orienté traduisant le relief (courbes de niveau + points cotés), l’hydrogéologie (sources, ruisseaux, fleuves, étangs … réservoirs), la végétation (bois, taillis, cultures, vignes…), l’occupation par l’homme (habitat + voies de communication, carrières …) d’une région. Elle est réalisée à partir d’une photographie aérienne prise à la verticale du terrain dont l’échelle dépend de la hauteur de vol et de la focale de l’objectif. Une première ébauche de la carte est tracée en observant les photographies aériennes en stéréoscopie. Des relevés topographiques effectués sur le terrain, des photos de détails invisibles sur les photos et le recueil de la toponymie permettent de compléter le travail. La carte est une image plane du terrain géométriquement exacte. En effet, la carte est réalisée de telle façon que les positions respectives des objets à la surface de la terre et de leurs images sur la feuille de papier sont liées par une relation mathématique dont la propriété essentielle est de conserver les angles et d’altérer les longueurs et les surfaces … Les cartes à l’échelle 1 : 25000 sont imprimées en quatre couleurs conventionnelles aussi évocatrices que possibles - en vert, on représente la végétation (bois, broussailles, vergers, vignes, haies) et les limites de forêts domaniales ou de parcs naturels . - le bleu est réservé à l’hydrographie : ensemble des éléments concernant l’eau, qu’il s’agisse d’éléments ponctuels (sources, fontaines, puits…) , linéaires (cours d’eau, canaux, aqueducs …) ou zonaux (mers, lacs, glaciers …) - en orange, les courbes de niveau représentent de façon précise les formes du relief (orographie) et découpent le terrain en gradins par petits paliers d’altitude (de 10m en 10m). Une courbe sur cinq, plus épaisse, est cotée, les chiffres étant toujours dirigés vers le sommet. La couleur orange est en outre utilisée pour mettre en valeur les routes principales et les frontières . - le noir sert à la représentation du réseau des voies de communication (routes, chemins, voies ferrées), des constructions isolées ou groupées (affectées éventuellement de symboles distinctifs évocateurs), des limites administratives, éléments de planimétrie. Il est aussi destiné aux écritures des altitudes de certains points caractéristiques (arrondies au mètre), des chiffres de population des communes (en milliers d’habitants), des numéros de routes et, bien entendu, des noms de lieux ou toponymie. Légende de la carte topographique de Burie 1/25000. Sous le paysage, des roches Les anciennes carrières abandonnées présentent la nature du sous-sol sur plusieurs dizaines de mètres d’épaisseur sous la forme d’un affleurement en demi cercle largement ouvert face au bâtiment du paléosite : Photos prises en 2006. Photo prise en 2001 à la fin de la période d’exploitation. L’observation de cet affleurement permet de distinguer plusieurs couches superposées d’épaisseur variable constituées de roches différentes : - dans le fond de la carrière, le front de taille montre sur une épaisseur de douze mètres un calcaire blanc pur + ou - tendre en bancs massifs ou métriques dont la surface est ondulée et rubéfiée. Photo du 02 02 2006 photo prise en 2001. - au dessus d’un liseré discontinu d’argile glauconieuse, s’étalent mollement jusqu’à huit mètres de sables jaunâtres, verdâtres très faiblement argileux et glauconieux … parsemés de blocs de tailles variées décrochés des étages supérieurs. photo 2006 - la partie supérieure est constituée d’une falaise de 7 à 8 mètres formée d’un calcaire roux en un banc fracturé surmonté d’un calcaire blanc dur graveleux et glauconieux à entroques et ciment cristallin. Les bancs épais et massifs présentent d’importantes poches de dissolution remplies d’argile à silex (karst) séparant de gros blocs. - l’argile de décalcification est bien visible à l’arrière de ces blocs . - la couche la plus superficielle épaisse de 5 à 6 mètres est formée d’un calcaire plus tendre légèrement argileux et glauconieux qui se débite en plaquettes . photo 2006 La partie la plus propice à l’observation de ces différentes couches est celle située à gauche de l’affleurement, face au soleil de midi. Photo 2001. Les roches de Saint Césaire La récolte d’échantillons et l’étude plus précise de ces roches permettent de découvrir d’autres caractéristiques ; il faut prendre soin de recueillir dans cet affleurement à la fois des fragments restés en contact avec les agents atmosphériques et des morceaux fraîchement débités (cassés au marteau de géologue) . Observations des échantillons frais : Elle se fait d’abord à l’œil nu puis à la loupe à main voire à la loupe binoculaire : Roche calcaire inférieure : . . Calcaire très pur (99,80% de CaCO3) friable, parfois pulvérulent dont on sépare les cristaux de calcite entre les. doigts, blanc à beige clair selon les bancs. Sable jaunâtre,verdâtre : grains de taille moyenne à degré d’usure très élevé, ronds à 60%, de couleurs variées observé à la loupe . Echantillon observé sur place : sable jaune, verdâtre . Calcaire massif supérieur : Calcaire blanc dur à entroques et ciment cristallin. Roche superficielle plus tendre : calcaire légèrement argileux et glauconieux à lumachelle d’huître :Exogyra plicifera . Exogyra plicifera isolée de la gangue rocheuse Roche calcaire superficielle tendre : autres clichés… Roche argileuse superficielle : marron rougeâtre, ocre, fragile à grains fins . Des propriétés différentes La pétrographie étudie les roches et leurs propriétés qui sont déterminées par quelques manipulations : La cohérence : - la roche s’effrite entre les doigts : elle est friable. - la roche est constituée de grains séparés : elle est meuble. - la roche est solide, compacte : elle est cohérente. La dureté : Outils utilisés : lame de verre, lame d’acier . - la roche se raye facilement à l’ongle : elle est tendre. - la roche se raye difficilement au verre voire à l’acier : elle est dure. - la roche raye le verre voire l’acier : elle est très dure. La porosité : Matériel utilisé :bécher, (éprouvette graduée) , eau . - l’eau versée sur l’échantillon y pénètre : la roche est poreuse. - l’eau versée sur l’échantillon ne rentre pas : la roche n’est pas poreuse. La perméabilité : Matériel utilisé :flacon, entonnoir, filtre, (éprouvette graduée), eau .Prendre la précaution de creuser au préalable les échantillons compacts pour éviter les écoulements latéraux et utiliser le papier filtre pour éviter d’entraîner les échantillons meubles avec l’eau . - l’eau versée sur l’échantillon le traverse plus ou moins vite : la roche est plus ou moins perméable. - l’eau versée sur l’échantillon reste à sa surface : la roche est imperméable. La présence de carbonate de calcium (CaCO3) : Matériel utilisé : soucoupe, pipette, acide chlorhydrique dilué. - Quelques gouttes d’HCl déposées sur l’échantillon déclenchent une effervescence plus ou moins prononcée (dégagement de bulles) : la roche contient plus ou moins de CaCO3. Ces propriétés peuvent être identifiées sur les 4 échantillons de roches présentes à l’affleurement dans la carrière de St Césaire. Les résultats peuvent être récapitulés dans un tableau cf page suivante . Propriétés des roches (tableau récapitulatif) . Roches propriétés Calcaire inférieur blanc à beige clair Sable jaunâtre à verdâtre Calcaire supérieur fin et dur Calcaire superficiel en plaquettes. Argiles superficielles Cohérence : -compacte -friable -meuble Dureté : -tendre -dure -très dure Porosité : -poreuse -non poreuse Perméabilité : -perméable -imperméable Présence de CaCO3 : -abondant -présent -absent. En fonction de leurs propriétés , les roches résistent plus ou moins à l’action des agents atmosphériques : eau, vent, différences de température et à l’action des êtres vivants . L’action de l’eau sur les roches Les observations comparatives des échantillons fraîchement cassés et des échantillons récoltés à la surface de l’affleurement permettent de repérer quelques uns des mécanismes érosifs dont l’eau est l’agent principal ainsi que l’observation de photos de la carrière prises juste après l’arrêt de l’exploitation et actuellement … Quelques pistes sont proposées ci-dessous : - couleur d’ensemble de l’affleurement en 2001 : blanc, beige clair. - couleur d’ensemble de la carrière en 2006 : jaune, ocre, rouge. L’eau a entraîné les argiles superficielles, qui se sont écoulées sur l’affleurement calcaire et l’ont recouvert de leur couleur ocre. Des blocs des bancs massifs supérieurs se sont plus ou moins largement fissurés, certains se sont même écroulés dans le banc de sable intermédiaire … L’eau tombe sur les flancs quasiment verticaux de la carrière et les observations suivantes sont listées de haut en bas : - fragmentation des plaquettes du calcaire argileux superficiel et entraînement vers les couches inférieures. - zone d’éboulement , parfois en forme d’entonnoir,de matériel fragilisé par les poches de dissolution dans la falaise de calcaire supérieur, décrochement et chute de blocs plus ou moins fissurés de différentes tailles dans le sable sous-jacent. - mise en relief dans cette même couche de portions de bancs plus massifs qui accusent de leur solidité entre les écoulements ravinés d’argiles rougeâtres. (dégagement par érosion différentielle) - sur la « marche » limitant le sommet du banc calcaire inférieur, la partie superficielle montre un calcaire devenu très friable dont les grains se désolidarisent facilement. - du sable emporté par l’eau s’est accumulé dans les petites cavités et constitue des boules gréseuses fragiles réunissant des grains de sables accessoirement et temporairement cimentés. - l’argile écoulé sur le sable s’est recroquevillé en séchant collant par-dessous les grains de sables soulevés et l’on observe des formations particulières « accusant » les fentes de dessication ou de retrait. Observées de plus près : - le sable forme parfois sous de petits fragments plus résistants tombés de la falaise calcaire supérieure de mini cheminées de fées ! (érosion différentielle) … comparables aux « vraies » cheminées de fées, observables ici au Maroc : - après d’abondantes précipitations, accumulation dans le bas de la carrière d’une couche de quelques centimètres d’argile rougeâtre imperméabilisant le fond et maintenant l’eau météoritique. Photo 2006. - Le long des écoulements, on distingue les couches d’argiles de teintes différentes superposées. L’eau entraîne donc plus ou moins efficacement les particules « arrachées » (ou sédiments) aux roches qui forment le sous-sol de ce paysage .Son action est ici facilitée et exacerbée par leur mise en contact direct avec les agents atmosphériques et ce le long de surfaces aux pentes abruptes obtenues lors de l’exploitation préalable de ces ressources géologiques dans la carrière. L’eau transporte les sédiments Le Coran qui coule au pied de l’abri sous roche où ont été découverts les restes de Pierrette s’avère présenter en modèle réduit tous les aspects relatifs au transport et au dépôt des sédiments par l’eau … Selon la période de l’année, le débit est très variable : - sècheresse … ? cm3/seconde - automne … ? cm3/seconde - printemps … ? cm3/seconde. Selon l’endroit d’observation dans le cours d’eau plutôt tortueux, le débit varie aussi mais à degré moindre. La couleur de l’eau et sa limpidité différent elles aussi selon le moment de l’observation témoignant ainsi de la variété des particules transportées. Le petit pont qui enjambe le Coran se situe à 24,50 m d’altitude. Le courant est orienté du Nord Nord Est vers le sud sud ouest et suit les courbures des rives. En aval du pont, sur la droite, deux petits bras masqués par la végétation du sous bois, confluent tandis qu’à l’arrière des ruines de l’ancien moulin, l’eau s’écoule plus paisiblement sur les bords de l’ancien lavoir puis passe sous le chemin pour rejoindre par la droite le Coran juste après le pont. A cet endroit on distingue la nature calcaire des rives du cru. Dans le Coran lui-même, les rives sont creusées par endroit, là où le courant est fort alors que des sédiments s’accumulent dans les zones de moindre débit. On remarque une importante accumulation de sable beige dont la taille des grains est moyenne. Ce sable forme même parfois des monticules à l’extérieur du cours d’eau sur sa rive droite. Il provient de la laverie à sable dont été dotée l’entreprise qui exploitait antérieurement le sable vert de la carrière (pour St Gobain … fabrication du verre des bouteilles de Cognac) et qui était située plus en aval sur la gauche de la route qui mène à Saint Bris des bois face à la pisciculture. rive concave : érosion … rides traduisant un fort courant . … et juste en face : rive convexe : sédimentation, accumulation de sables . Explications et modélisations : Au niveau de l’ancien lavoir, la faible épaisseur d’eau et l’irrégularité du lit permettent d’observer une sédimentation granoclassée selon la pente du fond et le débit aléatoire. Des végétaux recouvrent les principales excroissances du fond. Après le petit pont, lorsque toutes les eaux se sont réunies, les particules sédimentaires les plus grosses, surtout constituées de cailloux calcaires, se déposent là où le débit est fort et leur taille diminue progressivement des endroits les plus agités aux zones les plus calmes (des grains de sables grossiers puis moyens et fins jusqu’aux particules argileuses très fines mélangées à l’humus arraché au sol tapissant l’intérieur des berges). Le Coran emmène plus loin, dans ses eaux parfois tumultueuses, les particules solides (résultant de l’érosion des terrains situés plus en aval et sur son cours) de faible taille restées en suspension (là où le courant est assez puissant) et les substances dissoutes issues de l’altération chimique du sous sol traversé. Son cours rejoint la Charente (visible ci-dessous au niveau de Rochefort sur mer à marée basse)… en compagnie des eaux du Bourru coulant plus à l’ouest et les sédiments transportés jusque là continuent leur chemin pour aller rejoindre l’ océan Atlantique où... Les sédiments se déposent … (ici ou ailleurs) : vue aérienne de Port des barques . … dans des milieux particuliers propices à l’accumulation des particules solides (sédiments détritiques …terrigènes) ou/et à la précipitation des particules solubles (substances dissoutes) issues de l’érosion : les milieux de sédimentation surtout répartis sur la plate forme continentale (bordant les continents). L’étude des zones de sédimentation actuelles permet de comprendre les conditions de formation des roches sédimentaires anciennes. Elle utilise les images obtenues par les satellites et exploite les observations, les relevés et les échantillonnages effectués par les engins submersibles. …et forment des roches sédimentaires En effet, selon les conditions qui règnent dans la zone de dépôt des sédiments et la nature même de ces sédiments (apportés en quantité variable), les roches sédimentaires formées sont différentes et caractéristiques. Les conditions de température, l’épaisseur ou la transparence de l’eau (permettant ou non le passage de la lumière), son agitation déterminent le développement de populations d’êtres vivants variés ; ceux-ci peuvent intervenir directement ou indirectement dans la construction de roches sédimentaires dans lesquelles on les retrouve sous forme de fossiles. Les roches sédimentaires résultent de l’accumulation de particules solides hors de l’eau (sables) ou en milieu aquatique sous la forme d’une boue, de composition variant selon la nature des sédiments apportés, dont l’eau est progressivement expulsée et dont les éléments se retrouvent plus ou moins cimentés incluant les restes d’êtres vivants présents lors de leur formation. Ces derniers dont les conditions de vie sont plus ou moins strictes constituent parfois des indicateurs plus ou moins fiables des milieux de formation de ces roches. Très nombreux sont ceux qui participent directement à la formation même des roches (d’origine biologique) en précipitant, pour former leur squelette, leur test ou leur coquille le carbonate de Calcium dissout dans l’eau. Il peut s’agir d’êtres vivants de taille conséquente ou de minuscules animaux ou végétaux désignés par les termes de micro- voire de nanofossiles ! Des conditions particulières peuvent permettre la formation de roches sédimentaires par évaporation de l’eau contenant une grande concentration de substances dissoutes (évaporites comme le sel …) Ainsi, le faciès d’une roche (nature du sédiment = calcaire ou sable ou argile + associations de fossiles) permet de reconstituer la paléogéographie = géographie ancienne (évolution des environnements dans l’espace), la paléoécologie = écologie ancienne et la paléoclimatologie = climat ancien. De part leur mode de formation par la superposition d’accumulation de particules sédimentaires, les roches sédimentaires se présentent la plupart du temps sous la forme de strates (couches + ou – parallèles) superposées et fixent dans le temps leurs conditions de formation. Les fossiles qu’elles contiennent renseignent aussi sur la période de leur constitution (datation). Les roches de l’affleurement de St Césaire contiennent de nombreux fossiles identifiables qui ont permis de les dater et de proposer une explication quant à leurs conditions de formation donc d’aboutir à des reconstitutions des paléopaysages qui se sont succédés sur le site. Il faut pour cela admettre le principe d’actualisme :"Théorie postulant que les lois régissant les phénomènes géologiques actuels étaient également valables dans le passé" ….théorie de Lyell et Hutton . in Dictionnaire de Géologie, A.Foucault et J.-F.Raoult, Masson ed. Ce principe est admis depuis la fin du XIXème siècle . L' Écossais James Hutton (1726–1797) est considéré comme le père fondateur de la géologie moderne. En 1785, il présenta un article intitulé Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution and Restoration of Land upon the Globe qui fut publié en 1788 dans les "Transactions of the Royal Society of Edinburgh". Cet article, sous une forme pratiquement inchangée, constitue le premier chapitre de son ouvrage paru en 1795 en deux volumes, intitulé Theory of the Earth, with Proofs and Illustrations (Théorie de la Terre, avec Preuves et Illustrations). On peut considérer qu' il s' agit-là du premier traité moderne de géologie puisque Hutton y expose les principes d' uniformitarisme et de plutonisme. La nouvelle théorie géologique que Hutton propose implique que la Terre doit être bien plus vieille que ce qu' on supposait auparavant. En effet, le temps que les montagnes mettent à s’éroder, et le temps que mettent les sédiments à former de nouvelles roches sous la mer, qui à leur tour seront soulevées et émergées, ne peut pas se chiffrer en millénaires, mais doit se compter en dizaines ou centaines de millions d' années. Hutton fut sans conteste un brillant chercheur, mais il exposa ses idées par écrit de manière trop confuse et trop compliquée pour que son génial ouvrage fût immédiatement compris. C' est son ami, le mathématicien écossais John Playfair (1748–1819), qui en fit un exposé clair et accessible à un large public dans son livre Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth, paru en 1802. C' est grâce à ce digest de Playfair que la théorie de Hutton fut connue et finalement acceptée par un nombre croissant de géologues, parmi lesquels figurera l' Écossais Charles Lyell. Les successeurs de Hutton furent connus sous l' appellation de plutonistes, car ils pensaient que les roches étaient formées par un dépôt de laves produites sous terre dans des volcans. Ils s' opposaient en cela aux neptunistes qui pensaient que les roches s’étaient formées dans un grand océan dont le niveau baissait au cours du temps. Bien que défendant pour l' essentiel des thèses neptunistes, Georges Cuvier (1769–1832) et Alexandre Brongniart (1770–1840) postulèrent en 1811 eux aussi un âge très grand pour la Terre. Leur théorie fut inspirée par la découverte de Cuvier de fossiles d’éléphants à Paris. Pour étayer leur thèse, ils formulèrent le principe stratigraphique selon lequel des couches géologiques superposées représentent une succession dans le temps. Toutefois, il convient de noter qu' ils ne furent pas les premiers à énoncer le principe fondamental de la stratigraphie, puisqu' ils furent, apparemment à leur insu, devancés par William Smith (1769–1839) qui dessina quelques-unes des premières cartes géologiques et commença l’ordonnancement des couches géologiques d’Angleterre et d’Écosse en examinant les fossiles qui y étaient contenus. Charles Lyell (1797–1875) Sir Charles Lyell (1797–1875) publia la première édition de ses Principes de Géologie en 1830, qu’il mit à jour par de nouvelles éditions jusqu’à sa mort en 1875. Il pensait à raison que les processus géologiques étaient lents et avaient eu lieu pendant toute l’histoire de la Terre, et se poursuivaient de la même manière à l’heure actuelle. Cette théorie, l' actualisme, est à opposer au catastrophisme selon lequel les caractéristiques terrestres ont été formées et ont évolué grâce à une suite d' événements catastrophiques. Bien que les observations contredisent cette idée, les créationnistes refusent toujours maintenant de réfuter les écrits bibliques. Il est à noter que les travaux de Lyell, et les principes de chronologie relative bien connus et bien développés à l' époque, ont conduit Charles Darwin (1809–1882) à publier en 1859 son ouvrage monumental, et crucial pour les idées philosophiques, intitulé The Origin of Species (L' origine des espèces) et plus tard, en 1871, son non moins important ouvrage concernant les ancêtres de l' humanité (The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex). L' observation de fossiles au sommet des Andes et à leur base poussa cet auteur à s' interroger sur la suite des événements qui avaient bien pu mener à cette répartition disparate. Au XIXe siècle, la géologie se pencha donc sérieusement sur l’épineuse question de l’âge de la Terre. Les estimations oscillèrent entre à peine cent mille ans jusqu' à plusieurs milliards d’années. La communauté géologique a pu, cependant, s' entendre sur le fait que la Terre devait au moins avoir plusieurs centaines de millions d' années. A cette époque les physiciens, et en particulier le très influent Lord Kelvin, n' acceptaient guère cette estimation. En effet, utilisant les lois de la thermodynamique, Lord Kelvin avait calculé que la Terre, en se refroidissant graduellement depuis sa formation, devait avoir tout au plus cinquante mille ans. Ce résultat est inattaquable si l' on omet de considérer, comme Kelvin le fit, des sources d' énergie internes à la Terre autres que la chaleur résultant de la contraction gravifique. C' est la découverte de la radioactivité, en 1896, par Henri Becquerel et Pierre et Marie Curie qui fit changer les choses et mit les estimations des physiciens de l' âge de la Terre en accord avec celles des géologues, en les précisant plus tard bien davantage que ne le permettent la stratigraphie. La paléoécologie (paléo = ancien) se base fréquemment sur l' écologie des espèces actuelles pour reconstituer un paléoenvironnement. Un tel raisonnement implique d' admettre que les espèces considérées vivent actuellement dans le même milieu que par le passé. L' hypothèse formulée doit être testée par confrontation avec les autres indices dont on dispose (minéralogiques, lithologiques...)Certaines espèces peuvent alors être considérées comme des témoins de milieux de sédimentation : on parle alors de fossiles de faciès. …qui contiennent des fossiles… Photos des fossiles et situation dans les différentes strates de l’affleurement . Strate calcaire inférieure : Strate de sable intermédiaire : Strate de calcaire compact supérieur se débitant en plaquettes dans la zone superficielle : Pour déterminer les noms et la classification de ces fossiles, on utilise, une clé de détermination simplifiée : Les fossiles de Saint-Césaire : Cardium Mollusques Gastéropodes Actéonelles : (Actéonella crassa) Coelentérés Bryozoaires, Anthozoaires : Hexacoralliaires, Polypiers coloniaux Turonien supérieur : calcaire inférieur. + Photos 9, 10 p 273 Rudistes Hippurites (requieni) Radiolites (sauvagesi) Echinodermes : Crinoïdes : pentacrinus Vertébrés : poissons (Sélaciens) Dents de scapanorhynchus raphiodon Coniacien inférieur (sables) Brachiopodes Articulés Coniacien moyen Rhynchonella ou cyclothyris vespertilio Mollusques : Bivalves Exogyra Echinodermes : Oursin réguliers Oursin irréguliers Coelentérés Bryozoaires, Anthozoaires : polypiers … emprisonnés depuis combien d’années ? Ces différents fossiles ont permis de dater les différentes strates superposées dans l’affleurement de ST Césaire … Ainsi, la strate de calcaire inférieur est datée du Turonien supérieur, la strate de sable vert du Coniacien inférieur, la strate de calcaire massif supérieur très fissuré est datée du Coniacien moyen , la couche de calcaire plus superficielle débitée en plaquettes du Coniacien supérieur et enfin les argiles très colorées en surface proviennent de la décalcification du calcaire Santonien dont il reste très peu d’échantillon ici et se sont formées à l’ère Tertiaire . L’extrait de la carte géologique de Saintes au 1/50000 proposé ci-dessous permet de retrouver les indications portées sur la coupe stratigraphique : L’utilisation d’une échelle des temps géologiques s’avère indispensable pour situer ces différents étages dans le temps qui s’expriment en millions ou en milliers d’années : Ere Quaternaire ou actuelle : Ere tertiaire : Millions d' années Ere Période Quaternaire 2 Pliocène 6 Principaux évènements Plaisancien Zancléen Tortonien Miocène CENOZOIQUE ( Tertiaire ) Oligocène Eocène Paléogène Paléocène Plissements Homo sapiens Glaciations Homo habilis Messinien Néogène 23 27 34 Epoque Serravallien Langhien Burdigalien Aquitanien Chattien Stampien Bartonien Lutétien Yprésien Thanétien Dano-Montien Préhominiens Formation de la mer Rouge Alpin tardif Alpes Subduction de l' Inde sous l' Asie Anthropoïdes Séparation de l' Australie de l' Antarctique Epanouissement des Mammifères Alpin moyen Pyrénées Ere secondaire : Millions d' années r Période Epoque 88 95 107 114 119 Berriasien 130 140 MEZOZOIQUE Plantes à fleurs Portlandien Formation de Kimméridgien l' Atlantique ( Secondaire ) Oxfordien Sud Callovien Bathonien Oiseaux Dogger Bajocien Jurassique Aalénien Malm 181 Toarcien Lias 204 Pliensbachien Sinémurien Hettangien Rhétien 220 Premiers Mammifères Keuper Muschelkalk 245 Plissements Fin des Maestrichtien Dinosauriens Campanien et Santonien des Supérieur Coniacien Ammonites Turonien Primates Cénomanien Formation Autriche de Crétacé Albien l' Atlantique Aptien Nord Barrémien Inférieur Hauterivien Valanginien 65 72 83 150 Principaux évènements Trias Buntsandstein Fin de la Pangée Alpin Précoce Ere Primaire : Millions d' années Ere primaire Période Permien 290 320 Carbonifère 360 375 Dévonien 385 PALEOZOIQUE ( Primaire ) 400 Silurien 418 425 438 Epoque Thurringien Saxonien Autunien Stephanien Westphalien Namurien Viséen Tournaisien Famennien Frasnien Givétien Couvinien Emsien Siegenien Gedinnien Ludlovien Wenlockien Llandovérien Ashgillien Caradocien Ordovicien 470 495 Cambrien Llandeilien Llanvirnien Arénigien Trémadocien Potsdamien Acadien Géorgien Principaux évènements Premiers Dinosaures Glaciation Conifères Plissements Apalaches Asturies Reptiles Hercynien Insectes Amphibiens Bretagne Acadie Fougères Poissons osseux Ardennes Plantes terrestres Ecosse Glaciation Poissons cuirassés Calédonien Baïkal Animaux à coquille Une suite de paysages anciens reconstitués grâce aux roches de Saint Césaire L’application du principe d’actualisme permet quant à lui de fournir des informations concernant les conditions qui régnaient lors de la formation des sédiments qui ont conduit au dépôt des roches sédimentaires observées ici . En utilisant toutes ces informations, il est possible de reconstituer les différents paysages qui se sont succédés à Saint Césaire entre 90 et 85 ? millions d’années. Ces paléopaysages seront visibles sur la table d’orientation disposée face à la carrière .Des reconstitutions paléogéographiques ont été possibles pour cette période sur toute la région : La suite de l’histoire … Mais l’histoire géologique de Saint Césaire ne s’arrête pas là ! La transgression atteint son « maximum » du Santonien au Campanien tandis que l’ouverture de l’océan Atlantique (amorcée depuis – 180 millions d’années) se poursuit au large établissant progressivement dans notre région une marge océanique passive aux abords du golfe de Gascogne en formation. Puis la mer se retire définitivement de la région de Saint Césaire , on parle de régression marine , de nombreuses espèces animales et végétales « disparaissent » partout à la surface de la terre (crise crétacé-tertiaire). On passe de l’ère secondaire à l’ère tertiaire il y a 65 millions d’années (MA). Représentation planisphérique depuis 195 MA (début du Jurassique) jusqu’à 94 MA(début du Crétacé supérieur… Quelques explications (site ENS de Lyon) guidées par l’histoire des sciences : Les prémices d’une tectonique globale e 1 A la fin du XIX siècle, Eduard SUESS fait entrer les sciences de la Terre dans une ère nouvelle en développant une vision globale de la tectonique de surface et en cherchant à faire ressortir les traits fondamentaux de la planète. Il observe des analogies de faunes et de flores fossiles entre des régions aujourd' hui séparées par des océans et remarque que celles-ci sont inexplicables si l' on n' admet pas l' existence de liaisons intercontinentales : l' isolement génétique aurait nécessairement abouti à de profondes divergences. Il en déduit que les continents étaient autrefois beaucoup plus étendus et qu' ils se sont effondrés en leur milieu pour former les bassins océaniques. Marcel BERTRAND, en 1887, affirme lui aussi que l' Amérique du Nord et l' Europe formaient autrefois un seul continent qui s' est effondré en son centre pour constituer l' Atlantique. 2 L' unité des deux blocs continentaux est démontré, le croît-il, par le prolongement des chaînes européennes (chaînes calédonienne, hercynienne et alpine) sur le continent américain. Les mêmes faits (analogies des faunes et des flores fossiles, analogies des côtes américaines et européennes) seront repris par Wegener mais avec une autre interprétation. Emile HAUG considère de son côté en 1900 que les chaînes de montagnes se forment uniquement le long de bandes étroites (les géosynclinaux) intercalées entre des unités continentales stables. 3 La déformation tectonique se confine donc dans des endroits précis du globe, ce qui formera plus tard une des bases de la théorie de la tectonique des plaques. La distribution des roches volcaniques à la surface de la Terre est également l' objet de spéculations. Partez !!! Ces différentes études définissent un contexte dans lequel l' hypothèse de la dérive des continents de Wegener peut s' inscrire La dérive des continents de Wegener Alfred WEGENER présente son idée de la dérive des continents en janvier 1912, puis il la développe progressivement jusqu’à sa mort, en 1930. Il n’est pas le premier à supposer une translation continentale : Owen (1857), Snider-Pellegrini (1858), Fisher (1882), Pickering (1907), Baker (1912) et surtout Taylor (1910) ont émis avant lui des idées mobilistes mais le titre de "père de la dérive" lui revient indiscutablement car il est le premier à étayer son hypothèse par un nombre considérable de "preuves" émanant de sources très diverses pour en faire une théorie scientifique cohérente. Alfred Wegener (1880-1930) (in A. Wegener, Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, Braunschweig, F. Vieweg & Sohn, 1929) Wegener affirme que les continents, constitués de sial reposent sur un substratum de sima plus dense qui affleure directement au niveau des océans. Les continents, autrefois réunis en une seule masse continentale nommée Pangée, se sont dispersés pour atteindre leur position actuelle en fendant le sima qui les entoure. Les idées nouvelles sont de remplacer les continents intermédiaires affaissés de Suess par une translation continentale et de faire intervenir la théorie de l' isostasie. Les thèses de Wegener apparaissent comme un bouleversement radical des conceptions géologiques classiques. Reconstitution de la dérive des continents selon Wegener Wegener présente plusieurs arguments, certains anciens, d' autres nouveaux, en faveur de sa théorie : • la correspondance entre les formes des continents. Il ne s’agit pas uniquement de l’emboîtement géométrique des pièces d’un même puzzle car d’un continent à l’autre, ce sont également les formations géologiques qui se poursuivent de manière très satisfaisante. • Les analogies des faunes et des flores fossiles qui imposent des liaisons intercontinentales. • Les traces glaciaires qui ne peuvent se comprendre que si les continents du Gondwana ont été autrefois réunis. • L’ampleur des déformations tectoniques observés dans les chaînes de montagnes qui nécessitent des mouvements tangentiels très importants. • Les échanges de signaux horaires entre des stations radiotélégraphiques du Groenland et de l’Europe qui semblent indiquer une évolution dans la différence des longitudes. La continuité des structures géologiques d' un continent à l' autre selon Alexandre Du Toit (1927). Les traces de la glaciation permocarbonifère sur les continents actuels. La formation des montagnes par la collision de deux continents selon Emile Argand (1924). Ses visions sont prophétiques. Les forces de la dérive La théorie de la dérive est grandiose mais une difficulté essentielle demeure : la sismologie a démontré au e début du XX siècle que le globe est solide, comment les continents peuvent-ils se déplacer au sein d’un milieu solide ? En s’appuyant sur les mouvements isostatiques, Wegener explique que la couche de sima tout en étant solide peut présenter un comportement fluide. Si les mouvements verticaux sont possibles, pourquoi les mouvements horizontaux seraient-ils exclus ? Wegener envisage quatre forces susceptibles de jouer un rôle moteur : • • • • La force d' Eötvös provient de ce que le centre de gravité G du continent est distinct du centre d' action P de la force d' Archimède et qu' à l' intérieur d' une Terre ellipsoïdale, la direction de la pesanteur s' écarte de la normale à la surface : le poids g du continent et la poussée d' Archimède a (inverse du poids j du matériau déplacé) donnent naissance à une résultante e dirigée vers l' équateur. la force d’Eötvös qui est une conséquence de la théorie de l’isostasie sur une Terre aplatie et qui pousse les continents vers l’équateur, les forces de précession et les frictions des marées qui poussent les continents vers l’ouest, et l’attraction directe entre les continents. Ces forces sont excessivement faibles (la force d’Eötvös, de loin la plus importante, a une amplitude qui ne dépasse pas trois millionième de celle de la pesanteur), mais parce qu’elles agissent constamment dans la même direction et avec la même intensité, Wegener affirme qu’elles peuvent produire des déplacements importants. Le rejet de la théorie de Wegener Ce n’est qu’en 1922 que les géologues commencent à s’intéresser aux thèses de Wegener. Passée la réserve du début, les hostilités deviennent de plus en plus virulentes. Les détracteurs doutent du sérieux scientifique de Wegener et pour justifier leur rejet ils argumentent que les mesures géodésiques de l’éloignement du Groenland sont plus qu’incertaines, que les ajustements entre continents sont imprécis et sans doute accidentels, que les ressemblances géologiques et paléontologiques ne sont pas si évidentes et qu’il est bien téméraire de vouloir prouver l’existence d’un ancien continent unique en cherchant à raccorder les moraines glaciaires… Et que se passe-t-il sur le fond des océans et avant les 200 derniers millions d’années, Wegener n’en dit rien et ces deux lacunes ont certainement joué un grand rôle dans le rejet de sa théorie. Mais les détracteurs trouvent leurs objections les plus fortes dans le mécanisme invoqué pour rendre compte des mouvements : l’intensité des forces supposées est bien trop faible, la résistance du sima bien trop forte pour permettre un déplacement appréciable des continents. Le chef de fil des négateurs absolus est Harold JEFFREYS (1891-1989). Il 5 calcule que les forces supposées ont une amplitude 2,5 10 fois trop faible pour mouvoir et déformer les blocs continentaux et pour lui la théorie des translations est "out ou the question". Harold Jeffreys (1891-1989) En 1930, l’année de la mort de Wegener, sa théorie est écartée. Les forces avancées apparaissent entièrement inadéquates, et puisque aucun mécanisme satisfaisant n’existe pour déplacer les continents, les continents n’ont pas pu dériver ! Mais l’absence d’un mécanisme plausible n’explique certainement pas tout. Car lorsque Holmes présente en 1928 un mécanisme beaucoup plus satisfaisant en invoquant les courants de convection, il n’est pas suivi et l’hypothèse de la dérive n’est pas reconsidérée. Finalement, ce sont sans doute les réticences à abandonner les anciennes connaissances et à changer radicalement de cadre interprétatif qui n’ont pas permis de suivre les visions pourtant si fécondes de Wegener. Il était trop tôt pour que le mobilisme à une échelle globale puisse être reconnu. La théorie de Wegener après 1930 Après 1930, la théorie des translations acquiert un statut particulier. Rejetée par la majorité, elle ne disparaît pas pour autant des spéculations géologiques et continue d’être exposée dans les ouvrages scientifiques mais sans provoquer de nouveaux débats. Il faut attendre 1954 et les études sur le paléomagnétisme des roches de Keith Runcorn et de Ted Irving pour qu’elle revienne sur le devant de la scène. Les études paléomagnétiques montrent que la position du pôle de rotation n' est pas fixe à la surface du globe mais qu' elle a évolué au cours des temps. Cette migration polaire n’est pas identique lorsqu’elle est déterminée par rapport à l’ un ou l’autre des continents mais les écarts sont annulés si l’on suppose un mouvement relatif entre les blocs continentaux. Les études paléomagnétiques apportent donc une nouvelle "preuves" des translations continentales et surtout elles permettent de reconstituer les dérives avant les 200 derniers millions d' années. Elles relancent pour un temps la théorie de Wegener, sans toutefois arriver à ébranler le scepticisme des opposants qui, cette fois, même en doute la qualité des Courbes de dérive du pôle pour l' Europe et l' Amérique (in C. mesures. Allègre, L' écume de la Terre, Paris, Fayard, 1983, p.76 ; d' après K. Runcorn) La dérive des continents telle que l’avait imaginée Wegener et fondée sur la seule observation des continents continue donc d’être rejetée. La géologie des fonds océaniques n' étant toujours pas prise en compte, il était encore trop prématuré de vouloir développer une théorie qui puisse reprendre ou remplacer celle de Wegener. Ce n’est que lorsque Hess découvrira en 1960 l’expansion des fonds océanique que les idées mobilistes pourront s’imposer et permettre d’aboutir à la formulation de la théorie de la tectonique des plaques. Bibliographie V. Deparis et H. Legros, Voyage à l’intérieur de la Terre. De la géographie antique à la géophysique actuelle. Une histoire des idées, Paris, CNRS Editions, 2000. Benoît Urgell .Janvier 2002 LA TECTONIQUE DES PLAQUES La surface de la Terre est constituée de plaques indépendantes qui dérivent en glissant les unes contre les autres. Pourquoi ce mouvement ? La désintégration des roches radioactives situées au centre de la Terre produit de la chaleur. Cette chaleur monte par endroit à la surface de la Terre (dorsales) et forme, sous l’effet du refroidissement, de grandes plaques dont l’épaisseur varie entre 10 et 100 km. Dans d’autres zones, la matière froide tend à redescendre (zones de subduction). Les plaques en surface sont alors entraînées des dorsales vers les zones de subduction. Ce mouvement, appelé tectonique des plaques, provoque au fil du temps la dérive des continents. Notre Terre n’a pas toujours été telle que nous la voyons aujourd’hui : depuis le début de la formation des continents, vers 4 milliard d’années, la croûte continentale s’est à la fois développée et déplacée sur la surface du globe. Vers 650 millions d’années, elle forme un mégacontinent appelé Rodinia. Puis au cours des temps géologiques, ce continent s’est disloqué et les masses continentales ont dérivé, pour se regrouper à nouveau et former un nouveau mégacontinent, la Pangée, il y a 250 millions d’années. La collision des masses continentales provoquent alors la formation de la chaîne de L’Oural. Il y a 250 millions d’années, la Pangée se disloque à son tour, ouvrant peu à peu les océans et individualisant nos continents. Les terres émergées subissent les effets de l’érosion … tout au long de l’ère tertiaire et les « contrecoups » déjà ressentis pendant le crétacé de l’orogenèse pyrénéenne résultant de la rotation puis de la remontée de la plaque ibérique sur la plaque européenne . Ces mouvements provoquent des flexures, déterminant l’installation de synclinaux alternant avec des anticlinaux et provoquent quelques cassures sous la forme de failles plus ou moins marquées. Au quaternaire, l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires facilite le tracé du réseau hydrographique. Les eaux s’écoulant des terres plus élevées vers l’océan en privilégiant les passages plus aisés dans les axes des synclinaux creusent progressivement la roche calcaire dessinant les vallées que nous observons aujourd’hui. Tous ces évènements sont repérables sur la carte géologique de Saintes au 1/50000 et relatés dans la notice qui l’accompagne. Les quelques schémas qui suivent, extraits de Saintes 2000 ans d’histoire, traduisent la formation des la vallée de la Charente dont le Coran qui coule à Saint Césaire est un affluent . Quelques étapes de la formation des structures géologiques de notre région schématisées par des blocs diagrammes extrais de « Saintes, 2000 ans d’histoire ». extrais de « Saintes, 2000 ans d’histoire ». La carte géologique simplifiée de la Charente maritime permet de repérer ci-dessous les principaux éléments structuraux :
