PARTIE 5 :
La Géomorphologie

 

I] Définition :

La géomorphologie est la science des formes du relief terrestre et des processus. En quelques mots : description, nature, origine, classification, changements, évolution des formes, mécanismes du changement.
Le géomorphologue s’intéresse à l’ensemble des formes de la surface topographique qui s’expliquent par l’action de l’érosion.

Le relief et, dans une moindre mesure, le modelé, sont sous le contrôle partiel de la géologie. Il y a là plusieurs facteurs explicatifs :
-Les types de roches (magmatiques, sédimentaires, métamorphiques)
-Les propriétés mécaniques (aptitude à la déformation).
-La tectonique à l’origine de la déformation (plissement, fracturation).

Le relief est aussi modelé à l’interface (atmosphère, hydrosphère, biosphère et volcanisme).

 

II] L’érosion et ses processus

Il y a une réunion de divers phénomènes qui aboutissent à une modification des reliefs par enlèvement des terrains existants.

 

A) Différents agents d’érosion

-La gravité, un agent morphologique : chutes de blocs, éboulements, glissements, et le moteur de l’écoulement fluvial et glaciaire (énergie cinétique). C’est un facteur contrôlant le transport et la sédimentation.
-L’eau, un élément qui contrôle tout : action chimique (altération, dissolution), ruissellement (décapage, ravinement), cours d’eau (transport par les torrents, rivières et fleuves), mer (érosion et transport par les vagues et courants marins).
-La glace.
-Le vent.

 

B) Processus d’érosion en 3 phases

1°/ La météorisation

Ensemble des mécanismes conduisant au morcellement et à la dissociation de la roche-mère, sans en modifier la composition chimique et minéralogique.

-Désagrégation mécanique :
Thermologie (Température nuit/jour).
Gelifraction (cycles gel/dégel).
Végétation (racines).
Hydratation et cristallisation de sels.

-Altération chimique
Elle résulte de l’altération entre une solution d’attaque (eau) et les phases constitutives de la roche mère qui ne sont pas en équilibre thermodynamique à la surface du globe. Elle aboutit à la mise en solution ou à la précipitation des ions initialement à la roche mère.

 

2°/ Le transport

Il est lié à la gravité, l’air, l’eau et la glace.
-Tout d’abord lié à la gravité avec des phases d’écroulement ou d’avalanche.
-En présence d’eau : descente sur un versant de matériaux boueux ramollis par l’augmentation de leur teneur en eau liquide.
-Ruissellement.
-Transport de solides fluviatiles.
-Lié à la glace.
-Lié au vent.

3°/ Le dépôt

-Des microformes et des macroformes.

Tout le matériel transporté s’accumule dans un bassin de sédimentation, ultimement le bassin marin, pour former un dépôt. Les sédiments se déposent en couches.

 

Conclusion : Le géomorphologue travaille à de multiples échelles temporelles : temps géologiques (évolution des formes structurales), temps séculaires etc...

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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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PARTIE 2 :
Qu’est ce que l’environnement ?

 

I] Evolution des concepts géographiques

-Milieu : moitié du lieu « se trouve à mi-distance » (Brunet). Utilisé comme cadre de vie (milieu physique, urbain). Dans le langage courant plutôt synonyme d’espace.

-Milieu naturel : Ensemble des éléments de la nature (climat, sols, eaux superficielles et souterraines, pentes, végétation, faune) présents et associés en un lieu autour de lui.

-Environnement : « Autour de ce qui nous environne et agit plus ou moins sur nous » (Brunet). Peu qualifier des éléments naturels, matériels (ponts, équipements), les personnes (leurs activités). Jusqu’en 1992.

-Environnement naturel : Regroupe les eaux, l’air, la végétation, les sols, le relief. L’approche sociale apparaît de plus en plus dans le concept environnement.

 

II] Perception systémique de l’environnement

Dans le concept d’environnement, la notion de système est bien présente, l’environnement est perçu comme « un milieu physique perçu par l’homme, les groupes sociaux et les sociétés humaines » (A Dauphiné, 1979). L’environnement est donc un système vivant ou du moins en équilibre.

Si un élément du système évolue, c’est tout le système qui est modifié d’ou la notion de système en équilibre instable ou système métastable : le géosystème.

Pédosphère : étude des sols.
Lithosphère : étude des roches et reliefs.
Falaise : utilisation uniquement en milieu littoral.

Le thème environnement est très large (climatologie, tourisme, environnement, aménagements…), un concept systémique au carrefour de plusieurs approches.

 

III] Exemples de système environnementaux

L’environnement : notion complexe, qui s’applique à différents milieux physiques fonctionnant en systèmes. Développement durable sur la protection à long terme.

De nombreux systèmes environnementaux : les zones humides, les littoraux, la haute-montagne, les espaces protégés, les paysages de bocage, les bassins versant… Il y a plus de 1500 parcs nationaux dans le monde, avec en plus les parcs naturels régionaux et les réserves naturelles ainsi que les acquisitions foncières du conservatoire littoraux.

Les intérêts sont : paysage spécifique, un écosystème à comprendre, une organisation du milieu physique (eau, climat, végétation).

Le Vercors a pour caractéristiques d’avoir peu d’écoulement d’eau superficielle, il y a donc de nombreuses rivières souterraines, la formation de gouffres et grottes ainsi que la présence du roche poreuse avec des Lapiaz.

Pour aller plus loin :

-PNR du Vercors : parc-du-vercors.fr

-PNR Chartreuse : www.parc-chartreuse.net

-Les Parcs naturels nationaux : www.skieur0206.kazeo.com/-Les-parcs-nationaux
 

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Objectifs : Sa familiariser avec les formes et les reliefs, le vocabulaire, et le commentaire topographique. Une vue du milieu géographique (naturel et physique) et de la géographie environnementale (climatologie, hydrologie, glaciologie, biogéographie …).
 

PARTIE 1 :
Initiation à la géographie « physique » ou environnementale

 

La Terre est la 3eme planète du Soleil et la 5eme plus grosse. Les astronomes utilisent l’unité astronomique (u.a) compte tenu de la distance, ordre de 150 millions de km (distance terre-soleil : une unité astronomique).

La composition moyenne de la Terre : 34,6 % de fer, 29,9 % d’oxygène, 15.2 % de silicium et 12,7 % de magnésium. C’est le corps le plus dense du système solaire (des telluriques : planète rocheuse # Gazeuse).

Les planètes se déplacent sur un même plan appelé écliptique (trajectoire à peu près circulaire) en 1 an pour la Terre (durée d’une révolution : tour complet d’une planète autour du soleil, et une rotation : rotation d’une planète sur elle même (jour/nuit)).

Chaque astre à un axe de rotation. L’inclinaison de l’écliptique de la Terre est d’environ 25°27 minutes par rapport à l’équateur céleste (inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport à la normale au plan de son orbite. Latitude au pôle Nord : 90° Nord, au Sud : 90° Sud, et 0° à l’Equateur.

Elle possède des enveloppes fluides : atmosphère et hydrosphère, et la vie : biosphère et pédosphère.
Elle a aussi des interactions : géosystèmes, écosystème, anthroposystème (système humain).

Les enveloppes internes et externes de la Terre sont : la Graine, le noyau externe, l’asthénosphère, la lithosphère, la biosphère).

La Terre est divisée en plusieurs couches (internes) qui possèdent des propriété chimiques et sismiques différentes.
De 0 à 40 km : la croûte.
De 40 à 400 km : le manteau supérieur.

 

Source du schéma : www2.ggl.ulaval.ca

 

Aller plus loin :

-"La structure interne de la Terre", article de cours à l'université Laval, www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque

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PARTIE 2 :
La naissance de nos continents

 

I] La tectonique des plaques

1°/ Etude des structures acquises par les roches après leur formation.

La tectonique est la science des déformations de l’écorce terrestre.

 

2°/ La naissance de nos continents

A) Histoire d’un modèle, la tectonique des plaques

Une plaque tectonique : C’est une plaque lithosphérique, qui est un volume rigide peu épais par rapport à sa surface constituant l’enveloppe la plus externe et rigide de la Terre solide.

La lithosphère : C’est l’enveloppe superficielle de la Terre solide, rigide vers l’extérieure, plastique à la base (environ 600 à 800°C en moyenne, 1300°C à la base).
L’asthénosphère : C’est la partie ductile du manteau terrestre, directement situé.

 

B) La théorie des translations continentales de Wegener

Il propose la théorie de la dérive des continents. Toutes les terres émergées étaient regroupées à la fin de l’ère primaire en un super continent appelé la Pangée. Les continents actuels proviendraient de la fracturation de la Pangée.

Selon Wegener, les déformations de la lithosphère sont reliées aux forces internes de la terre. Ces déformations se traduisent par le découpage de la lithosphère en un certain nombre de plaques rigides qui bougent les unes par rapport aux autres en glissant sur l’asthénosphère.
Les déformations (raccourcissements et extensions) se manifestent surtout aux limites des plaques.
Le parallélisme des lignes côtières entre d’une part les Amériques et d’autre part l’Europe-Afrique fait suggérer à Wegener que ces deux ensembles constituaient deux morceaux d’un même bloc.

 

C)  L’après Wegener

D’autres auteurs proposent ou complètent sa théorie avec la fracturation de la croûte continentale en plusieurs morceaux qui auraient dérivés.

Hypothèse du « double tapis roulant » des fonds océaniques :
Vine et Mathews suggèrent que la croûte océanique basaltique, se forme régulièrement au niveau des dorsales, ce planché océanique est donc en perpétuel expansion à la manière d’un double tapis roulant.

 

D) La dérive des continents

La répartition de certains fossiles (fossiles de plantes et d’animaux terrestre datant de 240 à 260 milliards d’années) sur les continents actuels suggère qu’autrefois tous ces continents n’en formaient qu’un, la Pangée, présentant ainsi des aires de répartition cohérentes.
Il existe une concordances entres les cotes et entre les structures géologiques à l’intérieure des continents.

Il existe 8 plaques tectoniques principales :
-La plaque Nord Américaine
-La plaque Sud Américaine
-La plaque Antarctique
-La plaque Eurasienne
-La plaque Africaine
-La plaque Australienne/Indienne
-La plaque Nazca (océan Pacifique orientale adjacent à l’Amérique du Sud)
-La plaque Pacifique (majeure parie de l’océan Pacifique)

Il existe aussi environ 20 plaques plus petites.

 

3°/ La structure interne de la Terre

La discontinuité de Mohorovicic (MOHO) marque un contraste de densité entre la croûte terrestre et le manteau.

  
  

4°/ Lithosphère océanique et lithosphère continentale

-La lithosphère océanique prend naissance au niveau des dorsales océaniques, s’épaissit par vieillissement en s’éloignant de celles-ci avant de se consumer dans les zones de subduction.
Profondeur moyenne des océans : 3730 m (11 038 m dans la fosse des Mariannes).
Roches associées : Basaltes, Ophiolites, Péridotites. Densité forte (3,3).

-La lithosphère continentale comprend les terres émergées (29%), les plates-formes et les talus continentaux sous-marins, soit 45% de la surface de la Terre solide.
L’épaisseur est plus importante (environ 35 km), la densité est elle plus faible (3,2), et l’age plus ancien.
Roches associées : Sédimentaires et Volcaniques, boucliers : Granite et Gneiss.

L’ouverture d’un océan :

 

5°/Les limite et frontières :

A) Frontières divergentes : limites constructives

B) Frontières convergentes : limites destructives

C) Limites conservatrices : frontières transformantes
Glissement le long de failles. Exemple de la faille de San Andreas

Source du schéma : www2.ggl.ulaval.ca

Les conséquences du mouvement des plaques sont les séismes et le volcanisme.

Différenciation de reliefs et des substrats :
-Paysages spécifiques : volcans, fossés, montagnes, plaines, plateau…
-Diversité des roches, des sols et des végétaux.
-Une érosion différentielle.

 

II] Mécanisme et distribution spatiale des séismes

1°/ Définition :

Un séisme ou tremblement de terre se traduit en surface par des vibrations du sol. Il provient de la fracturation des roches en profondeur. Celle-ci est due à l’accumulation d’une grande énergie qui se libère, créant des failles, au moment où le seuil de rupture mécanique des roches est atteint.

Il y a des origines différentes :
-Tectoniques : séismes les plus dévastateurs (secousses, raz de marré…).
-Volcanique.
-Humaine : remplissage de retenues de barrages, exploitation des sous-sols, explosion dans les carrières.

Environ 90% des séismes sont localisés au voisinage des limites des plaques tectoniques.

 

Webographie :

-"De la Dérive des Continents à la Tectonique des Plaques", article du CBGA, www.cbga.net

-"La tectonique des plaques", article de Multimania, www.membres.multimania.fr/volcanogeol

-"La dérive des continents de Wegener", article de Planete Terre Lyon, www.planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre

-"Histoire de la théorie de la tectonique des plaques", article de Planete Terre Lyon, www.planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre

 

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