GEOLOGIE DU LIBAN APP Monde “Jeunes géoscientistes à l’école du terrain” Stage du 15 au 17 avril 2013 Pierre JAUZEIN, IA IPR de SVT - AEFE Laurence COMTE, Conseillère pédagogique SVT, AEFE Beyrouth. 1 EXTRAITS DES PROGRAMMES Niveau 5ème - Géologie externe : évolution des paysages Objectifs scientifiques Les élèves découvrent la structure superficielle de la planète Terre et les phénomènes dynamiques externes. Il s’agit de montrer que : - des changements s’effectuent à la surface de la Terre ; - le modelé du paysage s’explique principalement par l’action de l’eau sur les roches ; - la reconstitution de paysages anciens est rendue possible par l’application du principe d’actualisme. Objectifs éducatifs Le paysage étudié, qui est un cadre de vie pour l'Homme, est aussi soumis à son action. Il en exploite les ressources. Les phénomènes qui s'y déroulent peuvent engendrer des risques pour l’Homme luimême. Cette partie est l’occasion de réfléchir aux conséquences à plus ou moins long terme de l’action de l’Homme sur les paysages en recherchant une gestion durable de l’environnement géologique. L’étude des fossiles prépare l’approche du concept d’évolution. La classification amorcée en classe de sixième s’enrichit avec les espèces fossiles rencontrées. Capacités déclinées dans une situation d’apprentissage Les roches, constituant le sous-sol, subissent à Observer, recenser et organiser des la surface de la Terre une érosion dont l'eau est informations pour identifier les éléments le principal agent. significatifs du modelé dans un paysage local. Les roches résistent plus ou moins à l'action de Présenter ces informations sous une forme l'eau. appropriée. Le modelé actuel du paysage résulte de l’action Exprimer à l’écrit les résultats d’une de l’eau sur les roches, du transport des recherche sur le terrain. particules et de leur accumulation sur place. Formuler des hypothèses sur les effets de l’eau La sédimentation correspond essentiellement au sur des roches. dépôt de particules issues de l’érosion. Participer à la conception d’un protocole et le Les sédiments sont à l’origine des roches mettre en œuvre afin de mettre en relation les sédimentaires. propriétés des roches et les modelés observés. Les roches sédimentaires peuvent contenir des Valider ou invalider les hypothèses formulées. fossiles : traces ou restes d’organismes ayant Mettre en œuvre un raisonnement pour vécu dans le passé. expliquer le modelé du paysage à partir des Les observations faites dans les milieux actuels, observations et des expériences. transposées aux phénomènes du passé, Participer à la conception et la mise en œuvre permettent de reconstituer certains éléments d’une maquette modélisant le transport et le paysages anciens. dépôt des particules. des Les roches sédimentaires sont donc des Percevoir la différence entre réalité et archives des paysages anciens. simulation (modélisation) afin de réfléchir à la L’action de l’Homme, dans son environnement validité d’une maquette. géologique, influe sur l’évolution des paysages. Observer, recenser et organiser des L’Homme prélève dans son environnement informations relatives aux dépôts actuels. géologique les matériaux qui lui sont Formuler des hypothèses afin de relier les nécessaires et prend en compte les indices géologiques à un paysage ancien. conséquences de son action sur le paysage. Observer, recenser et organiser des L’Homme peut prévenir certaines catastrophes informations afin de déterminer un organisme naturelles en limitant l’érosion. fossile. Connaissances Observer, recenser et organiser des informations afin de placer un organisme fossile dans la classification. Mettre en œuvre un raisonnement pour décrire les conditions et le milieu de dépôt d'un sédiment ancien. Observer, recenser et organiser des informations afin de comprendre la nécessité d’exploitation de matériaux géologiques et de percevoir les effets de cette exploitation sur l’environnement. Observer, recenser et organiser des informations relatives au risque d’accidents naturels (glissements de terrain, inondations, effondrements, éboulements...). 2 Commentaires La géologie étant une science de terrain, on s’appuie sur un exemple local, à partir d’observations de terrain. L’étude de fossiles réalisée dans cette partie prépare l’approche de la notion d’évolution développée en classe de troisième. Sont exclus : - la description pour elle-même des paysages, l'explication globale du paysage choisi, l'étude typologique des paysages ; - l'étude détaillée des processus de fossilisation ; - l'étude pour elle-même des roches et de leurs propriétés ; - l'étude pour elle-même de cartes ; - l'étude de la formation d’un matériau et de son exploitation ; - l’altération chimique des roches ; - la notion de cycle sédimentaire ; - la recherche de corrélations régionales dans la reconstitution de paysages. Thèmes de convergence : développement durable, sécurité Niveau 1ère S : Thème 2-A tectonique des plaques et géologie appliquée L’objectif est de montrer que le modèle de la tectonique des plaques présente un intérêt appliqué. Sans chercher à donner une vision naïve selon laquelle toute application géologique pratique nécessite les concepts de la tectonique des plaques, on choisira un exemple permettant de montrer que, parfois, ce modèle permet de comprendre les conditions d’existence d’une ressource exploitable. L’exemple sera choisi de façon à introduire quelques idées concernant une histoire sédimentaire compréhensible dans le cadre du modèle de la tectonique des plaques. Deux possibilités sont proposées, l’une d’approche locale, l’autre plus globale. Le professeur choisira de traiter au moins l’une de ces deux approches. Deuxième possibilité : tectonique des plaques et ressource locale Un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte Recenser, extraire et organiser des informations proche de l’établissement scolaire. Son étude (nature, notamment lors d’une sortie sur le terrain. gisement) permet de comprendre que ses conditions d’existence peuvent être décrites en utilisant le cadre général de la tectonique des plaques. Objectif et mots clés. Il s’agit de montrer l’intérêt local et concret du modèle. Tout exemple de matériau géologique d’intérêt pratique peut être retenu. [Limites. Aucune connaissance spécifique n’est attendue.] Niveau TS : Thème 1-B-4 La disparition des reliefs Tout relief est un système instable qui tend à disparaître aussitôt qu'il se forme. Il ne s'agit évidemment pas ici d'étudier de façon exhaustive les mécanismes de destruction des reliefs et le devenir des matériaux de démantèlement, mais simplement d'introduire l'idée d'un recyclage en replaçant, dans sa globalité, le phénomène sédimentaire dans cet ensemble. Connaissances Capacités, attitudes Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs Recenser, extraire et organiser des données de moins élevés que les plus récentes. On y observe à terrain entre autres lors d'une sortie. l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Les parties Exploiter des données cartographiques. superficielles des reliefs tendent à disparaître. Altération et érosion contribuent à l'effacement des Utiliser des images ou des données satellites pour reliefs. qualifier et éventuellement quantifier l'érosion d'un Les produits de démantèlement sont transportés sous massif actuel (ordre de grandeur). forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se Établir un schéma bilan du cycle des matériaux de la déposent (sédimentation). croûte continentale. Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs. L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale. Objectifs et mots-clés. Il s'agit de montrer que les chaînes de montagnes sont des systèmes dynamiques et disparaissent. Comme les matériaux océaniques, la lithosphère continentale est recyclée en permanence. Les mécanismes sont cependant différents, ce qui explique que la croûte continentale puisse conserver les roches les plus anciennes de la Terre. (Collège. L'eau, agent principal d'érosion, transport, sédimentation ; sédiments, roches sédimentaires.) [Limites. Aucun exemple précis n'est imposé par le programme. La diagenèse n'est pas au programme.] Pistes. Approches quantitatives : flux sédimentaire, réajustements isostatiques, vitesse d'érosion. Convergences. Géographie : altération-climat. 3 SORTIE GEOLOGIQUE FEYTROUN – MAYROUBA Localisation 4 Site 1 : Faitroun Carte géologique du secteur de Faitroun (Dubertret, L. 1945a. Carte géologique de Beyrouth (50.000ème). Ministère des Travaux Publics, Beyrouth.) Paysage karstique Niveaux : 5ème – Terminale S 5 6 7 Site 2 : entre Mayrouba et Afqa Carte géologique du secteur au Nord de Mayrouba et Faraya (Dubertret, L. 1945a. Carte géologique de Qartaba (50.000ème). Ministère des Travaux Publics, Beyrouth.) 8 9 Arrêt 1 : 10 Arrêt 2 : 11 Arrêt 3 : 12 Arrêt 4 : 13 Arrêt 5 : 14 Arrêt 6 : 15 Annexe 1 : Clé de détermination simplifiée des roches (d’après manuel SVT 5ème, Magnard) friable peu friable 16 Lignite Annexe 2 : Comportement des roches vis à vis de l’eau Matériel à disposition : récipient à fond plat, pissette d’eau, échantillons de chaque roche, pelle, entonnoir, un peu de coton, flacon d’eau ayant traversé le sol ou a défaut d’eau acidifiée, cale. Cette roche peut-elle contenir de l’eau - est elle poreuse ? La porosité est la propriété d’un corps de pouvoir contenir un fluide (gaz ou liquide) à l’intérieur d’interstices : les pores Cette roche peut-elle être traversée par l’eau – est elle perméable ? La perméabilité est la propriété d’un corps de pouvoir se laisser traverser par un fluide (gaz ou liquide). Cette roche peut-elle être fragmentée par l’eau – est elle désagrégeable ? Tu réalises place l’échantillon dans le récipient à fond plat. verse de l’eau de manière régulière à la surface de l’échantillon. Tu observes -> tu conclues l’eau pénètre dans la roche -> la roche est poreuse. place un morceau de coton au fond de l’entonnoir. dispose l’échantillon sur le coton. verse suffisamment d’eau à la surface de l’échantillon afin de pouvoir vérifier que l’eau le traverse ou non. l’eau traverse la roche -> la roche est perméable place l’échantillon de roche dans le récipient. arrose l’échantillon avec un jet de la pissette suffisamment fort. de petits fragments de roche se séparent de l’échantillon -> la roche est désagrégée par l’eau La roche peut être constituée d’éléments assemblés de manière plus ou moins cohésive, si l’eau désagrège les éléments c’est que le « ciment » qui les soudait a été détruit par l’eau. Cette roche peut elle être dissoute par l’eau ? l’eau ne traverse pas la roche -> la roche n’est pas perméable. la roche reste compacte -> la roche n’est pas désagrégée. place l’échantillon de roche dans la cuvette. arrose-le abondamment. Dans cette expérience on utilisera de l’eau acidifiée, cette acidification est une conséquence du passage de l’eau à travers l’atmosphère ou/et la couche de sol qui recouvre les roches, cette acidification accélère les processus chimiques qui pourraient, certes, se réaliser mais plus lentement. Les éléments de cette roche peuvent ils être mobilisés par l’eau ? l’eau ne pénètre pas dans la roche -> la roche n’est pas poreuse. la roche se creuse avant de se fragmenter et/ou la couleur de l’eau change. -> la roche est dissoute par l’eau. la roche n’est pas affectée par l’eau -> l’eau ne dissout pas la roche. place l’échantillon de roche à l’une des extrémités du récipient. incline ce dernier en plaçant une cale à l’extrémité où est placé l’échantillon, vérifie que l’angle permette le ruissellement de l’eau et des fragments de roches mais n’entraine pas la mise en mouvement de l’échantillon. arrose l’échantillon avec un jet de la pissette suffisamment fort et soutenu. 17 des éléments de roches sont emportés par le courant d’eau -> l’eau mobilise les éléments. la roche n’est pas affectée par l’eau -> l’eau n’a pas d’effet. Annexe 3 : Quelques éléments pour comprendre le karst Document 1 : Modifié d’après http://www.geowiki.fr Définitions : Lapiez On dit aussi lapiaz, lapié ou karren (dans le Jura). Ce sont des rigoles de dissolution plus ou moins parallèles, tracées sur les sols calcaires par l’action de l’eau (ruissellement) (éventuellement complétée par les alternances de gel et de dégel. La roche est comme déchiquetée, dentelée, avec des aspérités coupantes parfois, des trous, des crevasses, des rainures… Quand les résidus insolubles (principalement minéraux argileux et oxydes de fer) s'accumulent sous forme d'argile rouge dite de décalcification (à l’origine des sols rouges méditerranéens type Terra Rossa) s'accumulent dans les creux du lapiaz, une végétation peut s'y installer. Dans le cas contraire, le lapiaz est complètement stérile. En climat tropical, les eaux pluviales plus chaudes, plus abondantes et plus acides lors de la traversée des sols exacerbent le processus : les lapiaz fortement attaqués se transforment en un réseau serré d'aiguilles rocheuses séparées par des vides profonds de plusieurs dizaines de mètres rendant le terrain impraticable même à pied. Paysage ruiniforme Ce paysage, typique des régions karstiques présente un aspect de ruines (d’où son nom). Il s’agit de formes dues à l’érosion. L’action de l’érosion est inégale, les roches les plus résistantes (aux agressions physiques ou chimiques) formeront des reliefs alors que les roches les moins résistantes disparaîtront et formeront des parties en creux. Dolines Ce sont des dépressions en entonnoir, plus ou moins arrondies de la surface dans laquelle le calcaire a été dissout par l’eau de pluie, provoquant l’affaissement du sous-sol. Les argiles de décalcification (résidus de la dissolution chimique du calcaire) s’accumulent au fond de ces dolines, retenant l’eau et rendant ces surfaces fertiles et cultivables. Si le fond de la doline continue à se creuser, on peut avoir formation d’un gouffre ou aven. Lorsque plusieurs dolines se réunissent, on parle d'ouvala. 18 Avens Ce sont des gouffres caractéristiques des régions karstiques. Ils sont le plus souvent formés par l’effondrement de la voûte d’une cavité souterraine au cours de la dissolution du calcaire. Un aven communique généralement avec une grotte souterraine et tout un réseau de galeries. La résurgence Après avoir traversé un massif calcaire à travers fissures, failles, galeries…. L’eau finit par ressortir à l’air libre à un niveau inférieur. Cette sortie d’eau, fréquente dans les paysages karstiques est appelée résurgence. Document 2 : Processus chimique de dissolution de la roche par l’eau L’eau (de pluie) va se charger de dioxyde de carbone (CO2). Celui-ci provient en partie de l’atmosphère mais majoritairement du dioxyde de carbone contenu dans le sol et qui, lui, est d’origine biogénique (respiration des êtres vivants ou décomposition de la matière organique). La réaction chimique est la suivante : 2H2O + 2CO2 ⇄ 2 H2CO3 (acide carbonique) ⇄ 2H+ + 2 HCO3 - (ion hydrogénocarbonate) La combinaison du CO2 et de l'eau donne donc naissance à l'acide carbonique (H2CO3), un acide faible (ph6 environ) qui peut solubiliser la calcite (ou un autre carbonate): H2CO3+ CaCO3 →Ca++ + 2 HCO3Globalement, on peut résumer ces réactions ainsi : CO2 (dioxyde de carbone) + H2 O + CaCO3 (carbonate de calcium) → Ca2+ + 2HCO3- (hydrogénocarbonate) Document 3 :Processus chimique de formation des concrétions Lorsque l’eau qui a circulé dans le sous-sol en se chargeant d’ions Ca2+ débouche dans une cavité souterraine, un phénomène inverse de la dissolution va se produire : la précipitation du carbonate de calcium ou calcification. Cette réaction peut s’écrire ainsi : Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + CO2 + H2O Cette réaction se produit lorsque l’eau perd une partie de son dioxyde de carbone (dégazage) ou si une partie de l’eau s’évapore (évaporation). Les ions calcium précédemment en solution vont précipiter en se transformant en carbonate de calcium. Il se forme une concrétion. C’est ce qui se produit lorsqu’après avoir circulé dans la roche, l’eau se retrouve dans une cavité aérienne (grotte, galerie..). La baisse de pression favorise le dégazage du dioxyde de carbone et l’évaporation de l’eau. Le carbonate de calcium précipite et se cristallise en calcite ou aragonite. Un certain nombre de facteurs peuvent influer sur le mécanisme dissolution-transportcalcification : • La vitesse de circulation de l’eau dans le massif : si la circulation de l’eau est trop rapide, la dissolution sera moindre et la formation des concrétions de même. Cette vitesse dépend de la porosité et de la perméabilité de la roche (nature de la roche, taille des fissures….) mais aussi du climat (abondance ou rareté des précipitations). • La température de l’eau : une eau froide favorise la dissolution mais réduit la calcification. Pour une eau chaude, ce sera l’inverse. • La présence ou l’absence en surface d’un couvert végétal et donc d’humus, augmente la quantité de dioxyde de carbone présent dans le sol et donc l’acidité de l’eau d’infiltration. 19 Document 4 : Erosion karstique (http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm) En terrain calcaire, l'usure et la dissolution par les eaux de ruissellement forment les lapiez, structures verticales suivant les lignes de plus grande pente. Les eaux courantes peuvent former des cupules de dissolution. Formes de dissolution par les eaux courantes et de ruissellement. A: vue générale de la paroi calcaire surplombant la rivière Fitzroy (Australie); la partie inférieure (blanche) est régulièrement inondée par les crues de la rivière, alors que la partie supérieure est toujours exondée. Des formes de dissolution différentes en résultent: lapiez (B) verticaux dans la partie supérieure de la paroi et cupules (C) dans la partie inférieure. Les relations entre les formes aériennes et souterraines sont souvent très complexes. On peut prendre en exemple l'évolution d'une grotte. Evolution d'une grotte. A: développement d'un conduit souterrain en zone noyée. La géométrie du conduit est typiquement elliptique. B: baisse du niveau de l'eau et passage au stade de "rivière souterraine". Des spéléothèmes peuvent se développer dans la cavité dénoyée. L'absence de pression hydrostatique et la dissolution verticale le long des fractures provoque la chute de blocs et le développement de la cavité vers le haut. Des sédiments peuvent se déposer dans la rivière souterraine. C: le toit de la grotte s'est effondré et donne naissance à un gouffre. Des coulées de boue peuvent se mettre en place. 20 Document 5 : Composition d’une eau captée en massif karstique : Massif des Bornes et des Aravis (Savoie et Haute-savoie - Alpes – France) http://www.rhone-mediterranee.eaufrance.fr/docs/dce/MES_V1/6112%20FIC.pdf Elément Teneur (mg.L-1) Ca 30-60 Mg 0,3-5 K 0,1-1 HCO3 100-230 SO4 3,6-10 Cl 1-2 NO3 0,05 Document 6 : Caractéristiques physico-chimiques des eaux pluviales http://www.oieau.org/documentation/IMG/pdf/eau_pluviale.pdf 21 Annexe 4 : Quelques éléments sur la sédimentation et la formation des roches sédimentaires Document 1 : Profil de côte (geowal) Document 2 : schéma simplifié du transect d’une plateforme carbonaté. (ac-Nancy) Document 3 : cimentation des éléments figurés (en rose) et bathymétrie (geowal) 22 Document 4 : diagramme de Hjulström. http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm La granulométrie des particules sédimentaires a donc une influence majeure sur leur transport (et sur leur vitesse de sédimentation). Ces relations sont synthétisées par le diagramme de Hjulström (Fig. IV.6). Ce graphe (essentiellement basé sur des expériences en laboratoire) montre la vitesse minimale d'un courant nécessaire pour mobiliser, transporter et déposer des grains de quartz de granulométrie variable. Si l'on examine d'abord la partie supérieure de ce graphe (érosion des particules), la portion de la courbe représentant l'érosion des particules moyennes à grossières (sable fin à galets) semble logique: la vitesse du courant nécessaire pour mobiliser des grains augmente avec leur granulométrie. Pour les particules fines, par contre, la courbe montre une augmentation de la vitesse du courant avec la diminution de la granulométrie. Ce comportement paradoxal est la conséquence de la cohésion élevée des particules fines, surtout liée à un effet électrostatique. La partie inférieure du graphe montre la relation entre la granulométrie des particules et la vitesse du courant lors de leur dépôt. 23 Document 5 : Les figures de stratifications http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm Le litage ("bedding") est l'expression de la stratification à l'échelle du banc (cm et plus) tandis que la lamination représente la stratification à l'échelle du mm et en deçà, au sein des bancs. Litage et lamination sont produits par des changements plus ou moins périodiques dans la sédimentation (variations de la granulométrie, de la composition des sédiments). Les contacts entre lamines successives peuvent être progressif, net ou érosif. Litage et lamination horizontale dans les sables et les grès Les sables à stratification plane parallèle sont constitués de lamines pratiquement horizontales de quelques mm à 2 cm d'épaisseur. La lamination y est l'expression de différences granulométriques ou minéralogiques (exemple des lamines de minéraux denses). Ces laminations peuvent être faiblement inclinées en raison d'une paléopente douce; elles peuvent aussi être séparées entre elles par de très faibles discordances angulaires. Ces laminations planes sont engendrées par les allées et venues des vagues ("wash and backwash") dans les environnements de plages exposés. L'arrivée d'une vague s'accompagne d'un apport sédimentaire qui se dépose lors de son retrait sous forme de lamination à granoclassement inverse. Stratifications planes sur une plage, mises en évidence le long de la berge d'un chenal. Actuel, Santa Cruz, Californie, USA. Les stratifications obliques et entrecroisées Les stratifications obliques et entrecroisées ("cross-stratifications") sont des structures internes aux dépôts. Les premières sont obliques par rapport au pendage moyen de la surface de stratification et les secondes sont également obliques et de plus se recoupent mutuellement. Cette dernière caractéristique permet de les utiliser comme critère de polarité. 24 - La formation des stratifications obliques http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOMImg259-2009-01-19.xml Les stratifications obliques sont créés par des courants de direction constante. Elles peuvent être soit des remplissages de mini-talus progradants, soit de mini-chenaux, soit toute combinaison des deux phénomènes. Un courant d'eau assez rapide (flèche bleue) coulant sur un substratum quelconque (pavés beiges) peut transporter du sable (1). Celui-ci ne peut se déposer là où le courant est trop rapide. En arrivant dans une zone plus profonde limitée par un talus, la vitesse du courant diminue ; la puissance du transport diminue aussi et il se dépose une couche de sable (pointillé grossier). Cette couche de sable tapisse la pente du talus et forme donc une couche oblique (2). Si le phénomène dure longtemps, il peut se déposer de nombreuses couches obliques (2 à 6). Si l'énergie du milieu baisse, il n'y aura plus d'arrivée de sable (7). Il pourra alors se déposer des couches horizontales « normales » (8 et 9). De nombreuses variantes peuvent compliquer ce scénario très simple. - Les stratifications en arêtes de poisson ("herringbone crossbedding"). http://www2.ulg.ac.be/geolsed/processus/processus.htm Elles sont caractérisées par la superposition de lamines obliques de sens opposé (Fig. V.11). Cette structure est produite surtout dans les tidal flats par les inversions périodiques des courants de marée. On observe souvent une surface de réactivation qui entame les lamines obliques antérieures (cette surface est produite au moment où le courant change de direction). Figure V.11: stratification en arêtes de poisson. 25 Document 6 : Critères biologiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977) 26 Document 7 : Critères dynamiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977) 27 Document 8 : Critères physico-chimiques de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977) 28 Document 9 : Critères de caractérisation des milieux de dépôts (Elf-Aquitaine, 1977) 29 Document 10 : Signification des faciès http://pedagogie.ac-montpellier.fr/disciplines/svt/sitvarmer/Niveaumer2002/annex2.htm Lithofaciès - On trouve des boues calcaires dans tous les domaines au dessus de -4000 m. - Mais un gravier (donnant un conglomérat) ou un sable (donnant un grès) cimenté par du calcaire ne sera possible qu'à proximité du littoral. - La présence de chenaux et de stratifications entrecroisées indique un milieu deltaïque.- Une marne (argile + calcaire) peut indiquer le plateau continental, mais si elle contient des éléments détritiques (sable) c'est un indice de la proximité du littoral. - De même la présence de glauconie, minéral verdâtre qui se forme sur le plateau continental à proximité du littoral, est un indicateur de milieu. - La présence de lignite résulte de la transformation d'une masse importante de débris végétaux et témoigne d'une végétation luxuriante dans des conditions marécageuses (dépôts deltaïques) sous climat chaud et humide. Biofaciès et lithofaciès : indicateurs de milieux Plateforme carbonatée MILIEUX Milieu récifal Dépôts littoraux et deltaïques (plateau continental) calcaires, calcaires gréseux, calcaires gréso-glauconieux LITHOFACIES calcaires et calcaires gréseux sables, grès avec chenaux et à débris de rudistes et parfois stratifications entrecroisées, récifs. bancs de lignite. Inocérames, bivalves, oursins, Rudistes, Nérinées, gastéropodes, ammonites Bivalves; Brachiopodes... BIOFACIES Débris végétaux, pollens. Mollusques saumâtres ou d'eau douce. Indicateurs climatiques INDICES CLIMAT Faciès récifaux Lignite (Rudistes, Nérinées) Mer chaude marécages, végétation luxuriante, climat humide. 30 Ampleur des dépôts détritiques et faciès deltaïques Phénomènes d'altération (croûtes et cuirasses ferrugineuses, paléosols kaoliniques...) Précipitations importantes et forte érosion des massifs Conditions lessivantes et hydrolysantes (climat chaud et humide) Annexe 5 : Quelques éléments pour comprendre l’altération du basalte Extrait de http://pedagogie2.ac-reunion.fr/svt/siteapoi/apoi5/frame_accueil5.htm Fiches : Avec le temps le basalte se transformer en terre (auteur : Philippe Mairine) et Porosité, perméabilité en grand et en petit chez les basaltes (auteur : Jean-Luc Cheverry) Documents photographiques : Ile de La Réunion Remarque : Le terme « gratons » est l’appellation réunionnaise pour les laves aa qui se distinguent des laves pahoehoe qui ont une surface lisse ou plus ou moins plissées, mais d'un seul tenant. La morphologie des coulées aa correspond à un amoncellement de blocs décimétriques à métriques. Cette morphologie a pour origine une viscosité plus grande de la lave, plus grande que dans le cas de la morphologie pahoehoe. La surface de la coulée est déjà (relativement) solidifiée, alors que l'intérieur, déjà bien visqueux, coule et se déforme encore. Alors, la surface solide se casse en de multiples blocs sous l'effet des mouvements internes à la coulée, et ces blocs roulent les uns sur les autres. En résulte cette morphologie caractéristique. (http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img224-200802-04.xml) Document 2 : coulée massive de Basalte au fond de la rivière des Remparts 31 Document 3 : modélisation de l’effet du refroidissement et de la solidification d’un matériau fluide : Surface de caramel solidifié Document 4 : surface d’une coulée massive un peu érodée Comme le caramel, quand un basalte massif se solidifie, il se « rétracte » car le volume du solide est inférieur à celui du liquide correspondant. Des fentes « de retrait », plutôt verticales, perpendiculaires aux surfaces de refroidissement (air et sol) découpent la coulée massive sur toute son épaisseur. Celle-ci est aussi cassée par des fissures horizontales. Ces cassures découpent le basalte en « cubes » irréguliers. Sur ce document, on observe l'intersection des fentes verticales avec la surface. 32 Doc 5 : Analyses d'eaux et de basaltes Pour les basaltes altérés : Matière organique contenue dans un basalte très altéré : 15 g / 100 g ions f er s odium magnésium calcium aluminium s ilice mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Foc Foc 0 1,62 1,17 2,30 0 0,00 Pluie Baril 130m 0 5,93 0,37 0,56 0 0,00 Pluie Baril 1200 0 2,13 0,38 0,62 0 0,00 Moyenne des pluies 0 3,23 0,64 1,16 0 0,00 Casala (Riv. des Remparts) 0 5 ,73 2 ,81 3 ,85 0 5 4,44 C ap Blanc (Riv. Langevin) 0 8 ,56 3 ,80 4 ,48 0 7 8,51 G abriel (Plaine des Grègues) 0 6 ,62 7 ,01 8 ,87 0 2 6,87 oxydes de fer ox sodium ox magnésium ox calcium ox aluminium silice Laves non altérées g /100g g /100g g /100g g /100g g /100g g/100g Lave de 1981 1 1,36 2 ,75 7 ,10 1 1,70 1 4,70 4 8,40 S te Rose 1977 1 3,62 1 ,80 2 4,20 7 ,20 9 ,00 4 2,50 47,80 N om Relevés de pluies Sources Analyses de roches sommet Laves très altérées (moyenne) 12,03 oxydes de fer 2 ,75 7 ,50 11,10 oxydes (sodium + magnésium + calcium + ...) 14,70 ox aluminium 35 10 30 silice 10 Document 6 : L’altération du basalte - L'eau qui imprègne les roches réagit chimiquement avec celles-ci ; par exemple le fer du basalte donne un hydroxyde de fer comparable à la rouille. - L'altération commence là où sont en contact l'eau et la roche, c'est-à-dire au niveau des fissures. Les faces du "cube" sont moins vite détruites que les arêtes ou les sommets. Le cube de roche solide s'arrondit (doc 6a) : c'est « l'altération en boules ». sont moins vite détruites que les arêtes ou les sommets. Le cube de roche solide s'arrondit (doc 6a) : c'est « l'altération en boules ». - Pour pourrir un basalte massif et le transformer en terre sur plusieurs mètres d'épaisseur, il faut environ 300 00 ans à La Réunion. Boule de basalte peu altérée Boule de basalte très altérée 33 Annexe 6 : Compléments sur l’altération des roches silicatées Document 1 : L’altération différentielle des roches silicatées D’après http://planet-terre.enslyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img151-2006-02-27.xml L'eau, acide car chargée de CO2 dissous, d'acides humiques … attaque les silicates situés dans et sous le sol. Il y a substitution partielle de certains cations des minéraux par des ions H + (hydrolyse), et mise en solution de ces cations dans l'eau. Cela se traduit par deux phénomènes : 1. Un départ des ions mis en solution, parce que solubles dans les eaux aux conditions de la surface. Parmi les éléments majeurs, ce sont principalement les ions calcium, magnésium, sodium, potassium et fer ++ qui sont mis en solution, ainsi qu'une partie de la silice. 2. Ce qui n'est pas exporté, principalement l'aluminium, le fer+++ et une partie de la silice se réorganise pour former un nouveau réseau cristallin stable aux conditions de la surface, le plus souvent pour former des phyllosilicates hydratés, dont les plus connus sont les argiles Document 2 : Hydrolyses, résistance de s minéraux à l’altération et minéraux formés (adapté d’après http://www.u-picardie.fr/~beaucham/mst/alter.htm) L'hydrolyse est totale lorsque le minéral est détruit en plus petits composés possibles ( hydroxydes, ions). L'hydrolyse est partielle lorsque la dégradation est incomplète et donne directement des composés silicatés (argiles). Lorsque les nouveaux minéraux argileux sont formés à partir des micas (muscovites, biotites et chlorites), le réseau cristallin est plus ou moins conservé, on parle de transformation. Lorsqu'ils sont formés à partir de silicates qui ne sont pas en feuillets (feldspaths, amphiboles, olivine...), le réseau cristallin du minéral d'origine est complètement détruit, on parle de néoformation. * Muscovite Elle est assez stable. Sa fragmentation donne des petites paillettes de même composition chimique appelées séricite. Son altération chimique se fait par perte progressive d'ion K+; elle donne de l'illite, puis des argiles de 2 types selon les conditions de drainage du milieu: la kaolinite en milieu lessivé, les smectites en milieu confiné. Schématiquement: 34 * Feldspaths Leur altération est comparable à celle de la muscovite Cas d'un feldspath sodique, l'albite: Na Al Si 3 O 8 + 8 H 2 O -------> Al (OH) 3 + 3 H 4 SiO 4 + Na+ OH albite + eau ------------------------> gibbsite + acide silicique + ions précipité +solution de lessivage * Biotite Sa résistance à l'altération dépend de la teneur de Fe++ dans le cristal; son état d'altération est exprimé par la quantité de K+ extraite du réseau. La biotite peu oxydée (surtout à Fe ++) est très altérable et se comportent comme les autres minéraux ferro-magnésiens (pyroxènes...); elle donne en particulier des vermiculites et smectites et de l'oxyde ferrique qui précipite. La biotite plus oxydée (Fe +++ surtout) est plus stable. * Autres ferromagnésiens Leur altération est semblable à celle de la biotite peu oxydée; ils donnent des vermiculites, des smectites, des chlorites ou des argiles magnésiennes si le milieu est trés confiné. Résistance d'un minéral à l'altération L'énergie de liaison varie selon le type d'ions concernés. Le K+ est faiblement lié à l'oxygène, le Fe++ et le Mg++ le sont moyennement; le Si4+ établit au contraire des liaisons très fortes. On comprend ainsi que le quartz, tectosilicate ne comportant que des liaisons fortes entre le silicium et l'oxygène, résiste mieux à l'altération; l'olivine en revanche, contenant des cations moins liés (Fe++ et Mg++) a un réseau cristallin plus fragile. GOLDICH (1938) a établi l'ordre de résistance des minéraux à l'altération: Labile olivine ...................................................................plagioclases Ca augite .............................................plagioclases Ca-Na hornblende ................plagioclases Na-Ca biotite .........plagioclases Na feldspaths K muscovite Résistant ............................................quartz Cet ordre évoque les suites de BOWEN (suite de cristallisation des minéraux lors du refroidissement d'un magma): ce n'est pas un hasard. Dans un magma, l'olivine cristallise à haute température, elle est donc particulièrement instable dans les conditions de surface; elle est la plus labile. Le quartz, en revanche est formé à une température moins élevée, il est plus stable. 35 Solubilité des ions Le lessivage des ions dans le sol dépend de leur solubilité. Figure 4: classification de Goldschmidt. Annexe 7 : Histoire géologique du Liban – Origine des grès – Lien avec la tectonique Diaporama Isabelle Veltz « EVOLUTION PALEOENVIRONNEMENTALE DE LA BORDURE PERI-TETHYSIENNE DU GONDWANA » présenté lors du stage du PRF de mai 2011 disponible sur le site www.svt-liban.com 36 Annexe 8 : Synthèse de la stratigraphie du Liban par Walley (2001) 37 38