PARTIE 4 :
LES ROCHES

I] Qu’est ce qu’une roche

Une roche est tout matériaux constitutif de l’écorce terrestre. Les matières qui composent les roches sont dites minérales. Une roche est caractérisée par sa structure, sa composition minéralogique et chimique, et sa mise en place (formation).
Exemples de minéraux : Quartz, Mica, Feldspath…

Un minéral par définition doit être :

-Naturel
-Inorganique
-Un élément ou un composé plein
-Une composition définie
-Et doit avoir une structure en cristal interne régulière.

La pétrographie est la science consacrée à l’étude et à la description des roches formées, ou tout au moins recristallisées, à plus haute température, et où l’on trouve des minéraux très variés.

La pétrologie est la discipline qui étudie l’origine possible des roches.

 

II] Trois catégories de roches

-Les roches sédimentaires : roches issues de la cimentation d’un sédiment, déposé à la surface de la Terre, origine externe (Calcaire, Argile).

-Les roches ignées ou magmatiques : roches issues du refroidissement et de la solidification d’un magma (roche en fusion), origine interne (Basalte, Granite).

-Les roches métamorphiques : roches issues de la transformation d’une autre roche sous l’effet de la pression et de la température, en profondeur (Gneiss, Schiste).

1°/ Les roches sédimentaires

Elles se sont formées par accumulation de sédiments meubles, en général au fond de l’eau (mer, lac, lagune, delta) et parfois en milieu terrestre aérien (c’est le cas des anciennes moraines par exemple).

Les sédiments sont des dépôts naturels (continentaux ou marins) de substances minérales (débris de roches), ils résultent de l’érosion (altération et désagrégation de roches préexistantes) et peuvent sédimenter pour former des roches sédimentaires.

Les roches sédimentaires représentent 5% du volume de la croûte terrestre mais couvrent 75% de sa surface.

Ces dépôts sédimentaires sont ensuite transportés par les cours d’eau et/ou par le vent, pour finalement se déposer dans des bassins de sédimentation et former des roches sédimentaires. Ils subissent ensuite une compaction et une consolidation, la diagenèse, qui est le passage du sédiment meuble à une roche cohérente).

Processus conduisant à la formation de roches sédimentaires :

-Altération superficielle des matériaux qui produit des particules.
-Transport par les cours d’eau, le vent, la glace…
-La sédimentation qui fait que ces particules se déposent dans un milieu donné pour former un sédiment.
-La diagenèse qui transforme le sédiment en roche sédimentaire.

 

a.)    L’altération superficielle

Trois types de processus :

-Mécanique (physique). Il y a une désagrégation mécaniques des roches, l’action du gel/dégel, expansion de l’eau qui gèle dans les fractures et les ouvrent progressivement. Une action aussi mécanique des racines des arbres qui ouvrent les fractures.

-Chimique (altération). Il y a une altération chimique des roches, ainsi une altération de certains silicates par les eaux de pluie (les feldspaths) et transformation en minéraux des argiles (phyllosilicates) pour former des boues.

-Biologique (biochimie). Il y a une attaque biochimique des minéraux par des organismes. Certains lichens cherchent dans les minéraux les éléments chimiques dont ils ont besoin.

Ces actions peuvent être combinées (particules de toutes tailles). C’est le début du processus général de la sédimentation.

 

b.)    Le transport de particules

Trois principaux agents de transport :
-L’eau (le principal agent).
-Le vent (milieu sec).
-La glace (milieu froid).

Selon le mode et l’énergie du transport, le sédiment résultant aura des structures sédimentaires variées.

-Une stratification en lamelles, planaire, oblique ou entrecroisée.
-Granoclassement
-Marques diverses au sommet des couches

Le transport peut-être très long. Les roches sédimentaires héritent de ces structures. Toutes les particules vont se retrouver dans l’océan.

 

c.)    La sédimentation des particules

Il y a une accumulation dans les bassins de sédimentation puis dans les bassins marins éventuellement où elles vont ensuite se déposer. Les sédiments se déposent en couches successives dont la composition, la taille des particules, la couleur, etc. varient dans le temps selon la nature des sédiments apportées.

• Dépôts sédimentaires stratifiés
• Les roches sédimentaires issues de ces dépôts composent les paysages stratifiés (sous formes de strates).

C’est le cas du bien connu Grand Cayon au Colorado.

      

Bryce Canyon	Bryce Canyon	Monument Valley

d.)    La diagenèse : transformation d’un sédiment en roche

Les processus de diagenèse sont très variés et complexes.

Le processus de diagenèse :
-Compaction du sédiment
-Phases de dissolution
-Phases de recristallisation ou de remplacement de minéraux
-Cimentation du sédiment

 

PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES ROCHES SEDIMENTAIRES :

-Roches formées de grains agglomérés et/ou cimentés.
-Disposés en couches superposées (1^er concept de datation : il s’agit du principe de Steno).
-Présentant souvent des traces de l’environnement de dépôts sous forme de figures de sédimentation : rides de courant, stratifications.
-Contenant parfois des fossiles et des micro fossiles (qui permettent d’ailleurs de dater l’age des strates).

Lyell propose la règle des recoupements, un corps rocheux qui en recoupe un autre est nécessairement plus jeune que celui qu’il recoupe.

 

On compte trois types d’activités géologiques qui contribue à la formation de roches sédimentaires :

• Les roches détritiques qui sont formées par l’érosion, le transport et le dépôts de débris de roches et de minéraux. Elles sont classées en fonction de la taille des particules qui la compose.
  -Terrigènes : si dépôt sédimentaire (Calcaire, Sable, Grès).
  -Pyroclastiques : si dépôts de matériaux volcaniques (Tufs).
• Les roches organogènes qui sont formées sous l’effet ou par dépôts liés à l’activité biologique (Calcaire, Coquilliers, Pétrole).
  -Roches construites
  -Roches bio-détritiques
  -Roches précipitées par l’action du plancton (Craie).
  -Par l’accumulation de matières organiques (Tourbe, Charbon).

• Les roches hydrochimiques qui sont formées par évaporation ou précipitation de sels (Gypse, Sel gemme).

Les roches détritiques sont classés en fonction de la taille des particules qui la compose.
Elles sont formées par l’activité biologique :

-Roches construites (Calcaire récifaux)

-Roches bio détritiques

-Roches précipitées par l’action du plancton (Craie)

-Par l’accumulation de matière organique (Tourbe, Charbon).

 

2°/ Les roches magmatiques

Roches cristallisées : roches formées de minéraux imbriqués.
Texture homogène : cristaux de taille régulière et répartis de façon homogène.

On distingue les roches magmatiques :

Par l’assemblage de minéraux qui les composent : par exemple le Granite (quartz + orthose + biotite.

Par leur composition chimique

Par leur texture (grain) : la taille et l’abondance de ces cristaux déterminent des texture différentes :

-Texture grenue : Il n’y a que des gros cristaux visibles à l’œil nu.

-Texture microgrenue : Il n’y a que des petits cristaux visibles à l’œil nu.

-Texture microlitique : la roche n’est pas entièrement cristallisée. On trouve quelques gros cristaux, beaucoup de petits invisibles à l’œil nu qui sont contenus dans un verre. Le verre correspond à la phase liquide d’un magma ayant solidifiée très rapidement sans pouvoir former des minéraux. C’est donc un mélange d’espèces minérales non cristallisées. Les roches possédant cette texture se sont généralement formées près de la surface terrestre.

-Texture vitreuse : Il n’y a pas de cristaux, ce n’est que du verre. Ces roches sont le plus souvent des laves ayant refroidi très rapidement (dans l’eau par exemple). On peut toutefois y observer des pseudo cristaux.

 

Deux grands types de roches magmatiques :

Les roches volcaniques (de Vulcain, dieu du feu), roches éruptives, effusives ou laves. Exemple : le basalte, rhyolite.
-Roches superficielles formées par épanchement et projections de magmas à la surface.
-Refroidissement rapide.
-Cristallisation très fine (cristaux visibles à la loupe).

Les roches plutoniques (de Pluton, dieu des enfers), intrusives, où le refroidissement s’effectue en profondeur.
-Roches profondes.
-Refroidissement très lent.
-Cristallisation grossière.

Roches magmatiques :	Roches volcaniques	Roches plutoniques
Refroidissement :	Rapide.	Lent.
Solidification :	Epanchement et projections de magmas à la surface.	Solidification du magma en profondeur.
Texture :	Microlitique (cristaux très petits).	Grenue (gros cristaux).
Exemple :	Basalte, Andésite.	Granite, Diorite.

 

	Roche acide	>	Roche basique
Origine extrusive	Rhyolite	Andésite	Basalte
Texture microlitique	Cristaux peu ou pas visibles ni identifiables à l’œil nu
Origine intrusive	Granite	Diorite	Gabbro
Texture grenue	Cristaux visibles et identifiables à l’œil nu

 

 

3°/ Les roches métamorphiques

Roches produites à partir de roches ignées ou sédimentaires qui ont été enfouies à de grandes profondeurs sous la surface terrestre, modifiées par les hautes pressions et le températures rencontrées, et qui sont remontées à la surface de la Terre.

Le métamorphisme est l’ensemble des changements intervenant à l’état solide dans la composition minérale d’une roche soumise à des conditions différentes de celles où elle s’est formée.

-Facteurs du métamorphisme :
-Température : Gradient géothermique, friction, proximité d’un corps magnétique, juxtaposition de températures différentes.
-Pression : Lithostatique (lié à l’enfouissement) et pression fluide, contrainte des tectoniques.
-Nature des fluides

-Manifestation du métamorphisme : des déformations :
-En profondeur : apparition de plans de schistosité puis de plans de foliation quand des espèces minérales nouvelles se concentrent suivant ces plans.
-Minéraux néoformés.
-Présence ou absence d’orientation préférentielle selon les conditions de pression.
-Déshydratation et décarbonatation.

-Les métamorphismes :
-Métamorphisme d’impact : causes : chutes de météorites, présence de quartz clivé.
-Métamorphisme de contact : causes : présences d’un corps magnétique, haute température, faible gradient de pression (les faciès des cornéennes).
-Métamorphisme général : Causes : gradient de pression moyen à élevé, gradient géothermique. Implication de toute une région. Cadre orogenèse. Caractéristiques : roches foliées et quelques fois non (Massif Central ou Ecosse).

-Les roches métamorphiques :
Elles résultent de la transformation (métamorphisme) d’autres roches dans les profondeurs de l’écorce terrestre, sous l’effet de conditions de chaleur et de pression différentes de celles de leur naissance. Les roches ont changé de forme et d’aspect. Ces transformation ont lieu par recristallisation, à l’état solide et grâce à la présence d’eau. Les nouveaux minéraux se forment par combinaisons chimiques.

 

CARACTERISTIQUES PRINCIPALES :
-Roches cristallisées, formée de minéraux.
-Texture orienté « à plan » et/ou selon une direction préférentielle.
-Débit schisteux, en feuillets parallèles.
-Schistosité, plans de clivage parallèles.
-Foliation, débit en grandes plaques parallèles (roches massives comme les gneiss).

 

III] Le cycle des roches :

Le cycle de la roche représente l’interaction des processus internes (endogènes) et externes (exogène) de la Terre. Il décrit notamment le processus de transformation de chacun des trois principaux types de roches (roches sédimentaires, métamorphiques et magmatiques) en roches de l’un ou l’autre des deux autres types, voir en roches d’un type spécifique différent.

-Les sédiments compactés, cimentés et parfois recristallisés forment des roches sédimentaires.
-Les roches soumises a de fortes chaleurs et pressions formes des roches métamorphiques.
-Les roches issus du refroidissement puis de la solidification du magma forment des roches magmatiques (ou ignées).

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