Cours de géologie

Les magmas originent tous du manteau. Les roches magmatiques, issues de la cristallisation des magmas, devraient donc avoir toutes la même composition. Ça n'est pas le cas. Pourquoi? Pour bien répondre à cette question, il est essentiel de connaître deux processus importants: la cristallisation fractionnée et la fusion partielle.

Nous savons tous que la matière peut exister sous trois états, solide, liquide ou gazeux. La température et la pression sont les deux principaux facteurs qui règlent l'état sous lequel se trouve la matière. Le diagramme qui suit se nomme un diagramme de phases; c'est celui de l'eau. Il illustre de façon simple les relations entre états de la matière et température-pression.

Le tableau qui suit présente la proportion des éléments chimiques les plus abondants dans la croûte terrestre. On y voit que deux éléments seulement, Si et O, comptent pour près des trois quarts (74,3%) de l'ensemble des matériaux. Il n'est donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres ions et nommés silicates, compose à lui seul 95% du volume de la croûte terrestre. A noter que cette répartition n'est applicable qu'à la croûte terrestre. On considère que le noyau est composé presqu'uniquement de fer et de nickel, ce qui est bien différent de ce qu'on présente ici. Lors de la formation de la terre, les éléments légers, comme l'oxygène et le silicium ont migré vers l'extérieur, alors que les éléments plus lourds, comme le fer, se sont concentrés au centre.

Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux et qui deviennent des critères d'identification. Ces critères sont précieux, tant pour le spécialiste, que pour le collectionneur amateur. Ce qui attire d'abord l'oeil, c'est bien sûr la couleur et la forme cristalline des minéraux, mais il y a bien d'autres propriétés. Plusieurs de ces propriétés peuvent être observées sans l'aide d'instruments et sont d'une grande utilité pratique.

Encore un cran au-dessus des molécules, on a les minéraux. Ceux-ci sont constitués d'atomes et de molécules, et se définissent sur deux critères indissociables: la composition chimique et la structure atomique. En simplifiant, on peut dire que le minéral, c'est la matière ordonnée. Le minéral halite est un exemple simple qui illustre bien la dualité de la définition de l'espèce minérale. Sa composition chimique est NaCl, le chlorure de sodium (le sel de table!). Le minéral halite possède une structure atomique déterminée qu'on dit cubique. On l'appelle cubique parce que l'arrangement des atomes, en alternance régulière entre les Cl et les Na, forme une trame cubique comme le montre ce modèle (schéma de gauche).

Nous savons tous que les matériaux de notre planète sont constitués d'éléments chimiques, comme l'hydrogène, l'oxygène, le fer, le nickel, etc.... Il y en a 106 dans le tableau périodique des éléments de Mendeleef.

La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par le physicien-météorologue Alfred Wegener, pour tenter d'expliquer, entre autres, la similitude dans le tracé des côtes de part et d'autre de l'Atlantique, une observation qui en avait intrigué d'autres avant lui.

Azimut : angle, mesuré dans le sens horaire, entre un demi-plan vertical, contenant le méridien géographique et pris comme référence, et un autre demi-plan, vertical lui aussi, passant par l'objet dont on cherche l'azimut. Ces demi-plans sont issus d'un même point, celui où s'effectue la mesure. La valeur d'un azimut est comprise entre 0° et 360°.

Pour décrire la géométrie de structures tridimensionnelles complexes, le géologue doit pouvoir caractériser l'orientation dans l'espace de surfaces et de lignes, soit à partir de mesures à l'affleurement soit à partir de cartes géologiques.

La carte est une image réduite, plane et symbolique (= conventionnelle) utilisée pour représenter des données de caractères divers, réparties dans l'espace. La carte géographique couvre une vaste surface. Seuls les grands traits y sont représentés. La carte topographique, à l'inverse, couvre une portion assez faible de la surface terrestre et reproduit le plus grand nombre possible de détails de terrain.

Pour raconter l'histoire de la Terre et des planètes, il faut disposer de repères temporels ou, au moins, situer dans le temps, les uns par rapport aux autres, les objets ou les événements géologiques. Il est facile d'observer, au bord d'une route ou dans une carrière, des successions de roches de diverses natures éventuellement déformées ou cassées : telle roche est au dessus de telle autre, une faille recoupe tel ensemble de formations. Un des problèmes fondamentaux de la géologie est d'établir, à partir des relations géométriques observées entre ces roches, des relations temporelles, c'est à dire de construire une chronologie : cette roche s'est déposée après cette autre, la faille est postérieure aux formations recoupées…

Grâce aux fossiles et souvent en comparant la nature des formations rocheuses les unes aux autres, on peut les dater d'une façon relative. Il existe également des méthodes plus précises qui utilisent la radioactivité de certains éléments contenus dans les minéraux et les roches à dater. Ces éléments tels que le carbone, le potassium, l'uranium, le rubidium ou le thorium, par leur radioactivité, deviennent de véritables chronomètres. Ils nous dévoilent l'âge de la roche depuis sa formation.