GEOLOGIE BCPST 1et 2 TOUT-EN-UN - Dunod
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Sous la direction de P. PEYCRU, J.-F. FOGELGESANG, D. GRANDPERRIN ET C. PERRIER : B. AUGÈRE, J.-F. BEAUX, C. BECK, F. CARIOU, J.‑M. DUPIN, J.-L. SCHNEIDER, M. TARDY, C. VAN DER REST. GEOLOGIE BCPST 1et 2 TOUT-EN-UN 2e édition P00I-0IV-9782100726608.indd 3 18/04/2019 10:52
Conception et création de couverture : Hokus Pokus Créations Maquette intérieure : Yves Tremblay Nouvelle présentation, 2019 © Dunod, 2017 11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff ISBN 978-2-10-079624-3 P00I-0IV-9782100726608.indd 4 18/04/2019 10:52
Table des matières Remerciements XII Avant-propos XIII Présentation de l’ouvrage XV Tableau des compétences XX Chapitre 1 Structure de la planète Terre 1 1.1 La structure en enveloppes concentriques de la Terre 1 1.2 La Terre solide, un corps rocheux silicaté et métallique 6 1.3 Les enveloppes fluides de la Terre 16 Chapitre 2 La dynamique des enveloppes terrestres 21 2.1 La dynamique du manteau et de la troposphère, leur origine et leurs conséquences 21 2.2 La forme de la terre et ses enseignements sur la dynamique verticale de la lithosphère 29 TP1 Structure et dynamique du globe 37 1.1 Interprétation du géoïde 37 1.2 Anomalies gravimétriques et isostasie dans le cas d’une chaîne de montagnes 43 1.3 Connaître les hétérogénéités latérales au sein du manteau grâce à la tomographie sismique 46 1.4 Construction du géotherme 49 1.5 Exploitation de la carte du fond de l’océan Indien 53 V P00V-0XI-9782100726608.indd 5 21/04/16 17:27
Table des matières Chapitre 3 Les risques liés à la géodynamique terrestre 62 3.1 Aléas, enjeux, risques : des concepts aux réalités spatio-temporelles très diversifiées 62 3.2 Analyse de quelques situations et application des concepts 73 Chapitre 4 Les ressources géologiques 91 4.1 Analyser la répartition des ressources géologiques 91 4.2 Mettre en rapport l’objet géologique naturel et l’objet économique que constitue la ressource : caractérisation des gisements 99 4.3 Identifier quelques enjeux et problématiques associés à l’utilisation des ressources géologiques 111 Chapitre 5 La géologie, une science historique 116 5.1 La chronologie relative 116 5.2 La chronologie absolue 128 5.3 L’échelle chronostratigraphique : synthèse des méthodes de chronologie 135 TP2 La géologie, une science historique 142 2.1 Élaboration d’une chronologie relative régionale à partir d’une analyse cartographique 142 2.2 Repérage en carte et sur affleurements de limites stratigraphiques ; interprétation 145 Chapitre 6 La carte géologique 148 6.1 Les informations portées sur les cartes géologiques selon leur échelle 149 6.2 Les méthodes pour reconstituer la structure du sous-sol et la traduire en coupe géologique 154 6.3 D’autres usages des cartes géologiques : l’établissement de l’histoire d’une région, la confrontation aux cartes thématiques 169 6.4 Les SIG, systèmes d’information géographique et géoscientifique 173 Conclusion 175 VI P00V-0XI-9782100726608.indd 6 21/04/16 17:27
Table des matières TP3 Les cartes géologiques 178 3.1 Réalisation d’une coupe géologique en zone tabulaire 178 3.2 Réalisation d’une coupe géologique en zone plissée et reconstitution de l’histoire 180 Chapitre 7 Les modes d’expression des magmas 184 7.1 Du gisement à la roche : analyser, identifier et classer les roches magmatiques 184 7.2 Dater les roches magmatiques 192 7.3 Comprendre le dynamisme de mise en place 193 7.4 Reconnaître des associations magmatiques temporelles et spatiales 199 Chapitre 8 Les processus fondamentaux du magmatisme 204 8.1 La production des magmas primaires 204 8.2 L’évolution des liquides 238 TP4 Magmatisme 266 4.1 Reconnaître à l’échelle macroscopique ou microscopique quelques roches magmatiques 266 4.2 Détermination en carte de l’âge d’un événement plutonique : exemple du granite du Huelgoat 268 4.3 Usage d’isochrones pour dater des roches magmatiques et approcher leur origine 269 © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit. Chapitre 9 Modelés des paysages et transferts de matériaux en surface 272 9.1 L’impact des facteurs lithologiques, structuraux et climatiques sur les paysages 273 9.2 Les processus et les caractères de l’altération chimique 282 9.3 L’érosion et l’entraînement des produits ; l’influence de l’homme 298 VII P00V-0XI-9782100726608.indd 7 21/04/16 17:27
Table des matières Chapitre 10 La sédimentation des particules et des solutés 307 10.1 La sédimentation détritique ; ses caractères en fonction du milieu de dépôt 307 10.2 La sédimentation des solutés : sédiments carbonatés, sédiments siliceux, évaporites 329 Chapitre 11 Bassins sédimentaires et formation des roches 349 11.1 Du sédiment à la roche : la diagenèse 350 11.2 Organisation des corps sédimentaires au sein d’un bassin 357 11.3 Bassins sédimentaires et contextes géodynamiques 376 TP5 Le phénomène sédimentaire 386 5.1 Analyse du modelé d’un paysage en terrain cristallin 386 5.2 L’érosion en bassin sédimentaire : les gorges de la Jonte (Causses) 387 5.3 Analyse de figures sédimentaires permettant de reconstituer les caractéristiques d’un paléoenvironnement : les grès triasiques du Morvan 388 5.4 La sédimentation océanique ; exemple du Pacifique central 390 5.5 Les modalités de remplissage du Bassin parisien lors du Mésozoïque à partir de l’étude de sa bordure septentrionale 392 5.6 Analyse de la subsidence de quelques bassins sédimentaires 395 5.7 Analyse de la diagenèse des carbonates ; exemple des stylolithes 397 Chapitre 12 Déformations des matériaux de la lithosphère 400 12.1 Rhéologie de la lithosphère 400 12.2 Sismogenèse 415 12.3 Les objets de la déformation 427 Chapitre 13 Les transformations minérales du métamorphisme 442 13.1 Les associations minéralogiques indicatrices de pression et de température 442 13.2 Distribution spatiale des roches métamorphiques et variations temporelles des associations minéralogiques 461 VIII P00V-0XI-9782100726608.indd 8 21/04/16 17:27
Table des matières TP6 Déformations et métamorphisme 475 6.1 Fracturation des roches et pression de confinement 475 6.2 Profil rhéologique de la lithosphère océanique 476 6.3 Reconnaissance de roches métamorphiques 476 6.4 Étude du massif de l’Agly 478 6.5 Détermination d’une histoire tectonique à partir de l’étude de 4 échantillons 482 6.6 Exploitation de données illustrant un métamorphisme de contact 485 Chapitre 14 L’océan 490 14.1 Structuration verticale de la lithosphère océanique 491 14.2 Structuration verticale de la lithosphère océanique et fonctionnement des dorsales 497 14.3 L’évolution minéralogique de la croûte océanique au contact de l’eau de mer 503 14.4 Évolution thermomécanique de la lithosphère océanique et subduction 508 14.5 La disparition de la lithosphère océanique : les marges actives 510 14.6 Les transitions océan-continent : les marges passives 515 14.7 Le couplage océan-atmosphère 520 Chapitre 15 Une chaîne de montagnes : les Alpes franco-italo-suisses 530 © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit. 15.1 La structuration de l’édifice alpin : les grands ensembles lithostructuraux de la chaîne 531 15.2 Identification d’une phase d’ouverture dans l’histoire de la chaîne 540 15.3 Identification de subductions dans l’histoire de la chaîne 552 15.4 Identification de la collision dans l’histoire de la chaîne 557 15.5 Intégration de diverses informations permettant de reconstituer l’histoire géodynamique de la chaîne 571 IX P00V-0XI-9782100726608.indd 9 21/04/16 17:27
Table des matières TP7 Structuration de l’édifice alpin 578 7.1 Comment repérer une faille inverse au niveau d’un paysage ? 578 7.2 La demi-fenêtre d’Embrun et la reconnaissance d’une nappe de charriage (région d’Embrun et du lac de Serre-Ponçon) 581 7.3 La Carte de Gap au 1/250 000 et l’architecture des nappes de charriage de flysch à helminthoïdes 582 Chapitre 16 Étude de quelques grands ensembles structuraux français 587 16.1 Délimitation des grands ensembles lithostructuraux métropolitains 587 16.2 Les massifs anciens 591 16.3 Les ensembles lithostructuraux récents autres que les alpes 601 16.4 Les bassins sédimentaires 605 16.5 Les îles océaniques françaises 621 TP8 Étude de quelques grands ensembles structuraux français : les massifs anciens 636 8.1 Schéma structural d’une partie du Massif armoricain 636 8.2 Coupe géologique sur la feuille de Condé-sur-Noireau à 1/50 000 637 8.3 Schéma structural à partir de la feuille de Falaise à 1/50 000 640 8.4 Histoire géologique de la limite orientale du Massif armoricain 641 TP9 Un bassin sédimentaire : le fossé rhénan 644 9.1 Identification des caractéristiques d’un bassin à partir de la carte au millionième 644 9.2 Structure du rebord occidental du fossé 646 9.3 Analyse de la structure profonde du fossé rhénan à partir de données géophysiques 648 9.4 L’histoire du fossé rhénan à partir de l’analyse de ses sédiments 651 X P00V-0XI-9782100726608.indd 10 21/04/16 17:27
Table des matières Fiches méthode 657 1. Lire une carte géologique 657 2. Identifier le pendage d’un plan en carte 658 3. Réaliser une coupe géologique à main levée 662 4. Construire un schéma structural 665 5. Analyser une photographie de paysage 667 6. Identifier à l’œil nu les minéraux des roches magmatiques 670 7. Identifier à l’œil nu des roches magmatiques 672 8. Identifier à l’œil nu des roches sédimentaires 676 9. Identifier à l’œil nu des roches métamorphiques 680 Glossaire 683 Bibliographie 691 Index 693 © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit. XI P00V-0XI-9782100726608.indd 11 21/04/16 17:27
Remerciements La rédaction de cet ouvrage a bénéficié de contributions, de conseils et de critiques constructives de la part de nombreux chercheurs et universitaires. Que soient ici chaleureusement remerciés celles et ceux qui nous ont permis de mener à bien ce projet, tout particu- lièrement : Falk AMELUNG, Professeur, department of Marine Christian NICOLLET, Professeur à l’Université Blaise Geosciences. RSMAS/MGG, Université de Miami ; Pascal, Clermont-Ferrand Pierre BOIVIN, Chargé de recherche honoraire, Univer- Gwenn PÉRON-PINVIDIC, Professeur, Geological Sur- sité Blaise Pascal, Clermont-Ferrand ; vey, Trondheim, Norvège ; Daniel BRETON, Professeur de BCPST 2 au lycée Joffre Bernard PLATEVOET, Maître de conférences à l’Uni- de Montpellier ; versité de Paris-Sud ; Benjamin BRIGAUD, Maître de conférences à l’Uni- Jean-Claude PONS, Maître de conférences honoraire à versité de Paris-Sud ; l’Université de Bordeaux 1 ; Jean-Paul CADET, Professeur émérite, Université Pierre Marina RABINEAU, Chercheur au CNRS-UMR 6538, et Marie Curie (Paris VI) ; Domaines océaniques : Transferts sédimentaires ; Eric CALAIS, directeur du département de géologie de Satish SINGH, Professeur à l’Institut de Physique du l’ENS d’Ulm ; Globe de Paris ; Anny CAZENAVE, Chercheur au Laboratoire d’Études Matthieu SYLVANDER, Sismologue, Réseau de Sur- en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) veillance Sismique des Pyrénées, IRAP/Observatoire CNES & Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse ; Midi-Pyrénées/Université Paul Sabatier, Toulouse ; Georges CEULENEER, Géologue, Président de IODP- Michel TESSON, Professeur à l’Université de Perpi- France, Géosciences Environnement Toulouse (GET), gnan ; Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse ; Isabelle THINON, Chef du projet « Projet RGF - Plateau Jean-François DECONINCK, Professeur à l’Université Continental » au BRGM ; de Bourgogne ; Matthieu EMOND, Professeur de physique-chimie au Frédéric Simien et Emeline Canizares du BRGM lycée Ste Geneviève de Versailles ; (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) ; Nathalie FEUILLET, Physicienne Adjointe à l’Institut Clara Cardenas de la CCGM (Commission de la Carte de Physique du Globe de Paris ; Géologique du Monde) ; Anne JURAS, Professeur de SVT au lycée P. Picasso de La société Vermilion Energy, Parentis-en-Born. Fontenay-sous-Bois ; Nos remerciements s’adressent aussi à l’équipe édito- Yves LAGABRIELLE, Directeur de recherches au riale, Emmanuelle Chatelet et Eric d’Engenières qui CNRS, Géosciences Rennes UMR 6118 Université ont à nouveau largement collaboré à la réalisation de Rennes 1 ; cet ouvrage. Jean-Marc LARDEAUX, Professeur, Université de Nice Les questions, les difficultés et les idées de nos étudiants Sophia-Antipolis ; ont nourri notre réflexion. Nous souhaitons que cet Yves LE BISSONNAIS, Directeur de recherche, ouvrage constitue un outil efficace pour leur formation. LISAH, INRA de Montpellier ; Enfin, nous n’oublions pas nos proches, qui cette fois Gianreto MANATSCHAL, Professeur de tectonique encore, ont accepté patiemment l’intrusion de notre acti- IPGS – EOST ; vité professionnelle dans la vie familiale. XII P0XII-0XX-9782100726608.indd 12 21/04/16 17:29
Avant-propos Le manuel « Géologie Tout-en-Un 1re et 2e années BCPST » a été rédigé par une équipe composée de professeurs de classe préparatoire BCPST et d’universitaires. Il présente de nombreuses nouveautés par rapport à l’édition précédente. S’il garde une structure comparable à celle du manuel antérieur, cet ouvrage est proposé en quadrichromie dans son intégralité. Les schémas, originaux, sont ainsi davantage mis en valeur et leur lecture est plus agréable et plus facile. Les clichés photographiques ainsi que les extraits de cartes sont tous disposés au fil du texte du chapitre ou du TP. L’option choisie, pour l’ensemble de l’ouvrage, est de proposer de nombreux exercices, utilisant des documents variés, dont de nombreux extraits de cartes, en accord avec les nouvelles modalités des épreuves écrites et orales des concours. La présentation du programme est également nouvelle. Chacun de ses items est claire- ment affiché au début du paragraphe de cours ou du TP qui l’illustre. Il apparaît dans un cartouche sur fond coloré, portant la mention « Connaissances clés » ou « Capacités exigibles ». La présentation du cours est différente. Chaque point important du programme est abordé sous la forme d’applications (exercices d’analyse de documents comportant un énoncé suivi d’un corrigé) précédées éventuellement de notions initiales exposant les connaissances nécessaires pour la résolution des applications et suivi d’un bilan qui résume les idées importantes dégagées de l’analyse des documents et propose une géné- ralisation. Les compétences mises en jeu pour chacun de ces exercices sont indiquées dans un encadré. Elles reprennent le libellé de celles qui figurent dans l’introduction du programme. Les « liens » avec d’autres chapitres ou avec d’autres disciplines, mentionnés dans le programme, sont repris et parfois complétés, sous la forme d’un encadré à la fin du cours. Les travaux pratiques, exposés à la suite de la partie de programme qu’ils illustrent, présentent des applications complémentaires. Un glossaire en fin d’ouvrage regroupe les définitions de termes essentiels. Les rabats de couverture permettent au lecteur de trouver des documents généraux utiles dans les divers domaines du programme dont : l’essentiel de la légende de la carte de France au millionième, un extrait de cette carte relatif aux Alpes Occidentales, une échelle stratigraphique… XIII P0XII-0XX-9782100726608.indd 13 21/04/16 17:29
• Avant-propos Divers points, déjà présents dans les ouvrages précédents, ont été repris. La page d’en- trée de chapitre comporte le plan et l’introduction rédigée conformément aux attentes exposées dans les comptes rendus de concours. Le texte, aéré, présente une marge consé- quente où sont indiqués les renvois vers d’autres chapitres. La partie « Réviser » regroupe un résumé général, « l’essentiel », une figure de synthèse, les mots-clés et une rubrique de mise en garde sur les erreurs à ne pas commettre. Diverses « Fiches méthodes » rela- tives à l’analyse d’un document, d’un échantillon… sont également proposées. Les auteurs XIV P0XII-0XX-9782100726608.indd 14 21/04/16 17:29
PRÉSENTATION DE L’OUVRAGE > Le cours Les ressources Chapitre 4 géologiques Introduction es des enveloppes terrest res Plan exploite des substances extrait lles. Qu’il s’agisse d’eau Depuis toujours, l’homme nature Analyser la répartition hère : ce sont des ressources s, des matières issues de mines 4.1 et notamment de la lithosp captée à partir de source à des ressources dans le sous-s ol ou sont nécess aires douce puisée géologiques s d’énergie, ces ressources géologiques ou de carrières, ou de source industrie). t s et ses activités (agriculture, oitation ou de leur utilité 4.2 Mettre en rappor l’homme pour ses besoin , de leur mode d’expl l’objet géologique leur nature ères Au-delà de la diversité de sont toutes extraites de « gisements » dont les caract naturel et l’objet rces économique que pour l’homme, ces ressou posent questions : par l’homme et com- rces géologiques exploitées : constitue la ressource ales ressou • Quelles sont les princip caractérisation à la surface de la Terre ? des gisements ment sont-elles réparties elles sont extraites et en quoi les ères des gisements dont conditionnent-elles leur exploi - 4.3 Identifier • Quels sont les caract relatives à ces gisements quelques enjeux connaissances géologiques et problématiques tation par l’homme ? és à leur exploitation ? associés à l’utilisation les grands enjeux et les problématiques associ et • Quels sont iques ité des ressources géolog des ressources manière succincte la divers lent Après avoir présenté de conséquences qui y en décou géologiques rons leur répartition et les re non de leur usage, nous étudie utilisation. Nous présenterons ensuite, de maniè quant aux modalités de leur ents et aborde rons quelques-uns stive, les caract ères généraux de leurs gisem tion, dont la conna is- exhau leur forma géodynamiques expliquant illustrerons enfin quelques des grands mécanismes che et leur exploitation. Nous s sance conditionne leur recher à l’exploitation de ces ressources. problématiques et enjeux liés Les connaissances clé CES GÉOLOGIQUES ARTITION DES RESSOUR 4.1 ANALYSER LA RÉP Connaissances clés tres solides de très nomb reuses ressources les enveloppes terres s. Ces inégalités L’homme puise dans ais, ressources énergétique de nombreux : eau, matériaux, miner locales et à inégalement réparties l’activ ité humaine aux conditions tion de conduisent à une adapta échanges planétaires. Capacités exigibles lité des disponibilités locales. des ressources et l’inéga ➥ Montrer la diversité inégalité sur l’activité humaine. de conséquences de cette é ; dans la mesure du ➥ Montrer l’existence le précis n’est impos exigible. Aucun exemp leur présentation Aucune exhaustivité n’est contexte régional. Seule le, certai ns exemp les seront pris dans le possib attendue. très globale pourra être les Les capacités exigib ition, nous les r le problème de leur répart de ces ressources et aborde ressources énergétiques, les ressources Pour présenter la diversité les fiée en trois catégories : classerons de manière simpli . 91 douce non énergétiques, et l’eau 03/06/15 08:45 dd 91 P091-115-9782100726608.in is bles structuraux frança quelques grands ensem Chapitre 16 • Étude de du volcan) le s qui retombent tout autour sur plusieurs heures de ponce particulière- émissions à la verticale et population entraîne un risque la fréquence reux et la forte densité de de rend particulièrement dange x de risques volcaniques sont retenus en fonction lieu tous les dix à ment élevé. Ainsi trois niveau : (1) les risques fréquents et modérés, qui ont ons omagmatisme de et de l’intensité des érupti le volcan (ex. du phréat relativement localisés sur l’effet destructeur est foncti on de la cinquante ans, et qui sont ; (2) les risques forts, dont mille ans (éruptions pliniennes ou la Soufri ère en Guade loupe) cent et la fréquence oscille entre s majeurs relevant d’éruptions qui sur- distance au volcan et dont par ex.) ; (3) les risque mble de l’île, monta gne Pelée affecte r l’ense péléennes de la es et qui peuvent plusieurs milliers d’anné Voir chapitre 3, viennent à intervalles de application 3.6 surtout si sa taille est modes te. llance volcan ologiq ue permanente qui fait appel requiert une survei tique, gravimé- La prévision à court terme géophysiques (surveillance sismologique, magné des La prévention à la conjonction de métho (analyse des gaz et des eaux).visant à réduire , therm ique, géodé sique…) et géochimiques des aména gemen ts trique nce, et sur d’alerte, de plans d’urge repose sur divers niveaux la vulnérabilité des lieux. (b) Des renvois ponctuels (a) 3 4 en marge aux autres e 2 parties du programm 1 site en Martinique ; gne Pelée et son dôme d’andé Figure 16.27 (a) La montades éruptions de type plinien (nappe de ponces). s (b) un exemple de dépôt tion totale de la ville de St Pierre ; elle provoqua fut à l’origine de la destruc lahar (cendres et ponces (a) L’éruption de mai 1902 ; (b) 1- lits de cendres et lapillis ; 2- dépôt de nes les boulets de canon des la mort de 28 000 person ont été occasionnés par nappe de ponces (les trous ique au XIXe, à une époque où St Pierre en était de coulée boueuse) ; 3- reconq uérir la Martin nt de navires anglais qui tentaie coulée de ponces . ;4 – la capitale économique) ; ch. 15. ; ch. 12 ; ch. 13 ; ch. 14 ➥➥ Cours➥: ch. 3 ; ch. 6 Liens TP8 et TP9. ➥➥ TP➥: TP3, TP6, TP7, Les liens avec les autres chapitres et TP 632 03/06/15 08:47 dd 632 P587-635-9782100726608.in P0XII-0XX-9782100726608.indd 15 21/04/16 17:29
PRÉSENTATION DE L’OUVRAGE > Les applications Chapitre 2 Les notions initiales : sein des enveloppes fluides gradient thermique au 2.1.2 Conséquence d’un du manteau et de la troposphère à l’origine re les mouvements convectifs ur requises pour résoud d’un transfert de chale l’application Capacités exigibles e du globe. sources de chaleur intern gazeux atmosphé- ➥ Citer les principales lliques ou du mélange des péridotites mante ➥ Relier les propriétés convection. rique à l’existence d’une un gradie nt géoth ermique. de données adéquates, ➥ Construire, à l’aide erme. ➥ Commenter un géoth Notions initiales les : la conduction et la convection des rt thermique sont possib par échange Deux modalités de transfe se réalise de proche en proche ction,, le transfert thermique vitesses d’agitation sont différentes sans matériaux. Par conduction ue entre particu les voisines dont les de type diffus if et concerne d’énergie cinétiq rt l de la matiè re. La conduction est un transfe mouvement globa ctifs, le avant tout la lithosphère. transferts thermiques condu ée au cours L’application est intégr sont également l’objet de par des mouve- Alors que leurs constituants et la troposphère sont tous deux animés en plus manteau infralithosphérique matière. Les transferts ation des ement globa l de la ments de convection c’est-à -dire à la mise en mouv au sein de chacune de ces enveloppes sont beaucoup plus efficaces est rendue avec en marge l'in dic thermiques ainsi réalisés nt. L’animation convective compétences associées rts conductifs qui les affecte e considérée et la différence de tempé- Voir TP4, § TP1.4, et s’ajoutent aux transfe de la couch du fl uide, l’épais seur igh rend compte question 6 possible par la nature le somm et de la couch e. Le nombre de Rayle ments base et mouve rature qui existe entre la thosphérique, l’idée de cter. Pour le manteau infrali Voir TP1 de cette aptitude à conve raphie sismique. par les données de la tomog § TP1.3 convectifs est corroborée es Le bilan résume les idé que ment atmosphér ique dans l’océan Pacifi Application 2.2 Fonctionne Compétences 1.1, 2.1 et 2.2 importantes dégagées A A par l'analyse des documents D Y D X A A rces géologiques Chapitre 4 • Les ressou délit. importantes parisien est l’une des plus sables albiens du Bassin tion non autorisée est un D Remarque : la nappe des . Elle couvre près sédimentaires en France tables dans les bassins (à rapporter au A des nappes exploi 400 milliards de m d’eau 3 A 2 contient approximativement et 25 milliards de de 100 000 km , proche entre 20 d’eaux souterraines en France prélèvement annuel total la vitesse de 2 m/an. 2 W/m m3), et l’eau s’y écoule à 20 100 180 60 140 220 -20 (b) © Dunod. Toute reproduc (a) moyennes en juillet (a) ; carte des Bilan et généralisation tout constitués net au niveau du Pacifique du Pacifique en juillet (b). res alluviaux sont avant FIGURE 2.1 Bilan radiatif ues (en hPa) dans la région s sédimentaires et les aquifè dans lesquelles l’eau peut circuler sur des pressions atmosphériq : 1000 ; orange : 995 ; Les aquifères des région 1010 ; vert : 1005 ; jaune s poreuses et perméables de formations sédimentaire : foncé : 1015 ; bleu clair (b) Violet : 1020 ; bleu pointillés : équateur. ités et des lone ; D : dépression. En de grandes distan ces. es et les gneiss ont des poros rouge : 990 ; A : anticyc 23 lines telles que les granit leur capacité de À l’opposé, les roches cristal seule la fracturation de ces roches contribue à es et souvent limité. perméabilités très limité raines avec un débit r des eaux souter en eaux sou- contenir et de laisser circule répartition des ressources en grande partie l’inégale de cumuls de Ces différences expliquent entre régions bénéficiant continents et notamment 03/06/15 08:52 terraines à la surface des ables. ci sont pro- précipitations sembl nt plus élevée que celles- eaux souterraines est d’auta ue. Dans les régions sédimentaires, dd 23 De plus la température des ermiq P021-036-9782100726608.in ence d’un gradient géoth fracturation) des aquifères fondes en lien avec l’exist des roches ou à leur (liée à la nature usages domes- la porosité et la perméabilité chaudes et plus ou moins profondes pour des eaux est particulière- des enveloppes terrestres permettent d’exploiter des . Dans les secteurs où le gradient géothermique s propriétés Chapitre 2 • La dynamique tiques (chauffage notamment) magmatisme, ou de l’hydrothermalisme, ces même relatio n avec du es utilisa bles, entre autres, le flux thermique ment élevé en oup plus chaud le flux solaire absorbé et des eaux souterraines beauc de Bouillante, figure 4.8). if net (= différence entre (figure 2.1a). permettent de récupérer ent 1. Commentez le bilan radiat e de la Terre) au niveau de l’océan Pacifique en juillet tricité (exem ple du gisem phériques sur la pour la production d’élec émis vers l’espace à la surfac ons et celles de basses pressions atmos bilan radiatif pressi 2. Localisez les zones de hautes uez le lien entre les pressions mesurées le et Nord expliq carte de la figure 2.1b et Anse à sable terrestre (figure 2.1a). du sud-est vers le inter-tropicale soufflant Morne Machette Desmarais très réguliers de la zone e Nord. Les (0,84 Ma) (0,6 Ma) Les alizés sont des vents sud-ouest dans l’hémisphèr pression uest en hémis phère Sud et du nord-est vers le d’air des zones de haute centrale géothermique nord-o en déplaçant les masses Morne Lézard libren t les pressi ons (0,7 Ma) vents rééqui ) Marsolle Infiltration pressi on (§ 2.1.3b le long du trait de vers celles de basse s d’air de la troposphère Pointe (1 Ma) Courbaril eau de pluie ment convectif des masse Faille 0 3. Schématisez le mouve à Lézard (0,6 Ma) Machette Infiltration Gradient coupe X - Y (figure 2.1b). superfi cielles . eau de mer géothermique puits nt les masses d’eau ue au niveau de Les vents de surface pousse Faille d'exploitation ciels dans l’océan Pacifiq MER DES CARAIBES 500 élevé des courants marins superfi Marsolle 4. Quelle est la direction (160°C/km Centrale géothermique Réchauffement environ) l’équateur ? de Bouillante 1 000 de l'eau au contact d’autre de rial. Il diminue de part et des roches fracturées Corrigé ent positif au niveau équato fois plus faible. 1 500 1. Le bilan radiatif est fortem e vers le sud atteignant une valeur plus de 10 r de la mise en l’équateur vers le nord commcrée un déséquilibre thermique qui est le moteu Roches chaudes Faille Profondeur Cette répartition hétérogène de la troposphère. Descoudes (> 250°C) Muscade celles où de l’air (0,6 Ma) (en m) d’air mouvement des masses 0,5 km A sur la figure 2.1b) sont sol et horizon d'altération fractures du ons (= anticyclones notés ons (= dépres- 2. Les zones de hautes pressi la Terre contrairement aux zones de basses pressi ascendantes. édifices volcaniques milieu rocheux de descend vers la surface 2.1b) au niveau desqu elles les masses d’air sont équatoriale sources d'eaux récents sable côtier (failles, diaclases) sions notées D sur la figure à monter en altitude. C’est la situation de la zone : c’est une chaudes failles principales tend L’air chaud, moins dense, . L’air se réchauffe et monte puits de production roches magmatiques radiatif très fortement positif le bilan radiatif faible expliq une ue la caractérisée par un bilan Au contraire, vers les pôles, vertical : c’est région de basses pressions. dernier tend à descendre vers la surface de la Terre puits de production e rature de l’air. Ce tation géothermiqu faible tempé ues. incliné, dévié géologiques locales et exploi zone de hautes pressi ons atmos phériq (figure 2.2). Les alizés dans cet hémis phère FIGURE 4.8 Caractéristiques » sur le site de Bouillante (Guadeloupe). de cellules de convection la zone de hautes pressions i.e. le point de « haute énergie 3. L’atmosphère est le siège uest et déplacent l’air de vont du sud-est vers le nord-o ons i.e. le point Y. X vers la zone de basses pressi st vers le sud-ou est et dans l’hémisphère en hémisphère Nord du nord-e ils poussent les masses d’eau superfi- 104 4. Les alizés se dirigent uest (figure 2.2). Ainsi, Voir chapitre 14 Sud du sud-est vers le nord-ol’équateur. tà cielles de l’est vers l’oues 03/06/15 08:56 courant à haute altitude l'air se refroidit dd 104 P091-115-9782100726608.in air chaud air froid qui monte qui descend au-dessus de au niveau des l'équateur tropiques cellule de convection O l’application faibles Le corrigé détaillé de S N pressions Y : entre 1 005 et E vent de surface = alizé 1 010 hPa fortes pressions X : plus de 1 020 hPa l’hémisphère Sud. convection de l’air dans Figure 2.2 Une cellule de 24 03/06/15 08:53 dd 24 P021-036-9782100726608.in P0XII-0XX-9782100726608.indd 16 21/04/16 17:29
chapitre > À la fin de chaque rces géologiques Chapitre 4 • Les ressou Réviser répar- ressources inégalement r avec : Une partie pour révise terrestre de très nombreuses tiques. L’homme extrait de la croûte des minerais, ainsi que des ressources énergé L’essentiel ties : de l’eau, des matér iaux, près de leur gisem ent (eau, énergie e elles sont utilisées au plus planétaires re ➥ le résumé du chapit Alors que certaines d’entr à de nombreux échanges t des autres donnent lieu géothermique), la plupar m, minerais et parfois même granulats). (pétrole, gaz, charbon, uraniu objet géologique dis- Quel que soit la ressou rce, elle est toujou rs extraite d’un gisement, ales : perméabilité pour les aquifères et les roches réservoirs au clarke des ➥ les pièges à éviter posant de propriétés origin en général très supérieure d’hydrocarbures, teneur anormalement élevée et pour les minerais. Ces propri étés peuve nt permettre à certains (techniques ➥ les mots-clés substances considérées contextes technologique son exploitation dans des ie la res- moments la rentabilité de (valeur à laquelle se négoc loitation) et économique de prospection et d’exp bles. ents (contextes source) favora iques relatives aux caractéristiques des gisem es à consti- Les connaissances géolog res des terrains propic localisation, natures et structu sans cesse les méthodes d’exploita- géodynamiques de leur etc.) permettent d’optimiser ction de nouveaux gisements. tuer de bons gisements, la prospe connus et d’affiner ts éven- tion des gisements déjà re en considération les impac de les ttent également de prend yer Ces connaissances perme sur l’environnement, d’essa ressource et de ces exploitations notamment la tuels de ces recherches ppeme nt durable en préservant d’un dévelo inscrire dans le cadre vitale qu’est l’eau. rces et gisements. évoluer au • Ne confondez pas ressou s d’un gisement peuvent Attention conditions économique qu’il peut le • N’oubliez pas que les gisement a pu être rentable, ne plus l’être, et des tech- cours du temps et qu’un ution de la valeur du produit exploité ou l’évol redevenir en relation avec niques d’extraction. miner ais métall iques (et autres produits ec l’exploitation des tués de nouveaux gisem ents : les • Pensez au fait qu’av terres rares), se sont consti pour les- semblables comme les résidus de transformation) ormés (produits usagés, en place. stocks de métaux transf peuve nt être développées ou mises s de recycl age quels des action Mots-clés • Géothermie • Mine • Aquifère • Minerai • Gisement • Nappe • Clarke • Granulat • Carrière • Matériau • Combustible fossile 114 03/06/15 08:58 dd 114 P091-115-9782100726608.in Figure de synthèse croûte zone continentale polaire zone océanique tem péré e chaleur interne troposphère par radioactivité se Une figure de synthè A lithosphère D A : anticyclone sur l'ensemble d manteau D : dépression supérieur manteau s tro g du chapitre convectif pic zo d : dorsale ne ale s : subduction manteau sè pc : point chaud ch inférieur g : effet gravitaire e A mouvement du matériel g mantellique au niveau des d dorsales humide et équat zone tropicale gradient d'énergie solaire reçue par D unité de surface noyau oriale pc g A e èch ica ne le s zo p tro g D la chaleur : s modes de transfert de croûte conduction A e p éré convection tem atmosphérique ne zo zone convection polaire mantellique enveloppes terrestres. Énergie et dynamique des 36 P0XII-0XX-9782100726608.indd 17 21/04/16 17:29
PRÉSENTATION DE L’OUVRAGE illustrés > Des TP richement TP 1 TP 4 s et isostasie Anomalies gravimétrique 2 3 1 TP1.2 e de montagnes 4 5 Compétences dans le cas d’une chaîn 2 3 (b) 1 1.1, 2.1 et 2.3 (a) Capacités exigibles de remobiliser les acquis du lycée. ents géophysiques permettant ➥ Étudier des docum é ont conduit à champ de pesanteur calcul sur une carte de pesanteur mesuré et le er peuvent être reportées Les écarts entre le champ tion. Les anomalies de Bougu différents calculs de correc ou sur une coupe. métropolitaine de Bouguer en France principales des anomalies 1. Décrivez les variations (figure TP1.6). plagioclase amphibole microlites et verre 1 2 3 (d) LPA (c) 1 mm ées à l’œil nu (a à c) roches magmatiques observ LPA. Figure TP4.1 Quelques ant (d), en ou au microscope polaris cristaux prédo- e et deux types de phéno rs microlitique porphyriqu quelconques, sont typiques du quartz ; (b) La texture est toujou es éclat vitreux, gras, et cassur tase colorée, rouge brique minent ; les uns (n° 1) à sont inclus dans une mésos e tient ici au fait qu’ils tes) ; ce sont des leur couleur sombr clivés (surfaces brillan sont d’un blanc rosé et bien (n° 2) ; les autres (n° 3) te. roche est donc une rhyoli e. Les minéraux majoritaires feldspaths potassiques. La ; sa textur e est grenu ent cristallisée par consé- délit. délit. (c) Cette roche est totalem maclés Carlsbad ; il s’agit saumon, bien clivés et sont entourés de petits cristaux gris à éclat (n° 1) sont de teinte rose tion non autorisée est un tion non autorisée est un sont iques de type orthose. Ils sous forme de quent de feldspaths potass La troisième phase cristalline (n° 3) se présente roche soit de quartz . de la biotite. Cette vitreux (n° 2) tes), typiques bien clivées (surfaces brillan petites tablettes noires très e à biotite. roche est par conséquent un granit par une textur e micro litique porphyrique de caractérise mésostase (d) Cette lame mince se clases et amphiboles. La es de Bouguer (© BRGM , 2009). cristaux de deux types, plagio anomalies gravimétriqu volcanique, riche en phéno minéralogie est celle d’une andésite. © Dunod. Toute reproduc © Dunod. Toute reproduc FIGURE TP1.6 Carte des proportion de dans les Alpes. Une est riche en microlites. Cette ce que confirment la faible . Le quartz Paradis sont situés Voir chapitre 7, fait d’une roche intermédiaire atique s de la Vanoise et du Grand (figure TP1.7). application 7.6 2. La teneur en silice est le alcalins, signes d’une certaine différenciation magm être attribuée Le Briançonnais, les massif les anomalies de Bouguer à travers cette région MgO et la teneur notable en sition chimique peut ainsi établi compo campagne de mesures a ne peut pas être présent en conséq uence. Cette ) soit à la roche (d) de la figure TP4.1. Voir chapitre 7, lent plutonique, la diorite 43 figure 7.5 à une andésite (ou à son équiva 267 03/06/15 09:00 03/06/15 09:01 dd 43 dd 267 P037-061-9782100726608.in P266-271-9782100726608.in s > Des fiches méthode eils Fiche 6 s co ns qui regroupent de Fiche 2 • Identifier le penda ge d’un plan en carte d’un plan en carte amphibole 2 Identifier le pendage plagioclase pyroxène (c) pyroxène olivine ou péridot (b) du verticale » indique le sens (a) tale du plan ; la barre « en du pendage d’un plan t correspond à la valeur 1. Définition et mesure pendage ; le chiffre adjoin aison. grande degrés du pendage ou inclin fait la ligne de plus Le pendage est l’angle que horizontal. Les surfaces figure 1b, l’azimut de la barre « horizontale » est surface avec un plan Sur la et celui de la barre pente d’une ement N-E) variée : surfaces délimitant N 30° (ou approximativ ge géologiques sont de nature surfaces de stratification, chiffre 50 désigne le penda s ou « verticale » N 120° ; le en des couches sédimentaire t préfère à l’expression , plans de schistosité... Dans en degrés. L’usage couran s aux principaux points surfaces de rupture ou failles e surface à un plan, trois directi on le recour 1 cm chaqu degrés d’une qui est l’indication la mesure où on assimile ce ; ce sont : le sens du penda ge quartz biotite musco vite repérer dans l’espa cardinaux. Pour nt. La données permettent de le désignation S-E convie ad orthose maclée Carlsb (f) le du plan dont la valeur déterminante, la simple défini- plagioclase quartz • la direction de l’horizonta t au Nord géographique tation de ce plan est en (e) orthose notation finale de l’orien (d) angulaire mesurée par rappor l’azimut ; tive la suivan te : N 30-50°SE. tue forme dans le sens horaire consti carte du pendage sous direction de la ligne de plus Toutefois le report en • le sens du pendage, atique (il ne concerne jamais vers le bas ; d’un T n’est pas systém n’apparait qu’en grande pente, orientée un les failles par exemp le) et surtou t il ou inclinaison, angle dans • la valeur du pendage avec le plan horizontal quelques endroits. r plan vertical de cette ligne er d’autres outils pour estime ). Il importe donc de dispos (angle exprimé en degrés ontale le pendage sur l’intégralité d’une carte. les directions de l’horiz Sur le terrain (figure 1a), l’aide age en l’abse nce pente sont obtenues à 3. Détermination du pend plan de macle et de la ligne de plus grande hori- plan de clivage fournit l’azimut de toute d’indication s (photo c : B. Platevoet). d’une boussole : sa lecture sens ux des roches magmatique t au Nord (mesure dans le ue des principaux minéra zontale du plan par rappor d’y retran cher) 90° ◗ La règle du V rela- FIGURE 1 Aspect macroscopiq horaire) et il suffit d’y ajoute r (ou consiste à analyser les de la ligne de plus grande pente. Le moyen le plus simple niveau pour obtenir la direction les tracés des courbes de à elle déterminée à l’aide d’un tions géométriques entre stratigraphiques (traits minéra ux des roches magmatique s. L’inclinaison est quant des contou rs des unités tification des principaux degrés également. et ceux de failles (traits noirs épais) . TABLEAU 1 Les critères d’iden clinomètre et exprimée en noirs fins) ou des plans effet Quartz Micas s entre ces traces sont en Feldspaths symbole T Les rapports géométrique . Pyroxène Amphibole 2. Report sur carte ; le du pendage et de sa valeur Critères Olivine blanc nacré de schisto sité), caractéristiques du sens que ces tracés sont tout noire blanc voire rosé translucide, (muscovite) ou (ou de plans s ton gris fumé, C’est au passage des vallée du pendage (horizontal, noir Lorsqu’il s’agit de strates jaune-vert (orthose) ou noir (biotite) ; sur la carte sous forme d’un ment révélateurs Couleur-éclat éclat métallique verdâtre (pla- éclat vitreux les mesures sont reportées barre partic ulière 2. éclat vitreux éclat métallique associé (figure 1b) ; la vertical ou oblique) comm e le montre la fi gure parfois gioclase) symbole T et d’un chiffre la direction de l’horizon- tablettes « horizontale » représente aiguilles prismes xénomorphe hexagonales prismes trapus ou lattes souvent phique Forme en grains ou baguettes N magnétique - N géogra (b) N géographique D > Dacier D < Dongle D > Dacier (a) D ≥ Dacier D ≥ Dacier horizontale D > Dacier clivages 30° Dureté D quelconque du plan (2 familles clivages plus ou très nets délit. 30° 120° (craquelures) (azimut N30) quelconque (2 familles moins nets Cassure de clivages de clivages (craquelures) tion non autorisée est un à 90°)* à 120°)* boussole 120° – – – macle de Carls- – (macle possible) bad (orthose) Macle ou multiple 50 plan horizontal lan inclinaison (plagioclase) p clinomètre ligne de plus du tale 0° 90° grande pente difficile ; pyroxènes est très © Dunod. Toute reproduc on (azimut N120) nu entre amphiboles et ho riz * la distinction à l’œil déterminant. e en LPNA et LPA est seul l’examen microscopiqu ligne de plus grande pente T (b). sur carte par le symbole ge d’une couche (a) et report 671 FIGURE 1 Relevé du penda 658 03/06/15 09:02 03/06/15 09:02 dd 671 P657-682-9782100726608.in dd 658 P657-682-9782100726608.in P0XII-0XX-9782100726608.indd 18 21/04/16 17:29
PRÉSENTATION DE L’OUVRAGE ts de carte > De nombreux extrai u de Recherches Des cartes du Burea 16 Minières Chapitre Gé olo TP giq ues 2 et affleurements ième (© BRGM, 2003). TP2.2 Repérage en carte et sur es ; interprétation Compétences 2.1 et 3.1 de limites stratigraphiqu du bassin. (a) Massif des Bornes pour visualiser l’ensemble B Cs/C7 ique de la France au million n3 5 n1-2 n4-6/nU A texte. L’échelle a été réduite eN 2 (b) n ; extrait de la carte géolog Massif du Vercors ; bordure est s décrits dans le n4-5U n1 1 4 n2 d’ensemble du Bassin parisie n3 la carte renvoient aux secteur 7 9 (c) Massif du Dévoluy ; n4-5U 3 bordure ouest n3 C6-7 n2 n1 Figure 16.9 Organisation Les numéros portés sur délit. 100 km délit. tion non autorisée est un tion non autorisée est un 6 8 e 000 dans l’arc alpin extern © Dunod. Toute reproduc cartes géologiques au 1/250 Figure TP2.3 Extraits de y ; (b) et (c) Valence - © BRGM, 1980). © Dunod. Toute reproduc ((a) Annec Berriasien, r, correspondant aux étages du Crétacé inférieu formations sédimentaires sont regroupés sous l’indice n1, n2, et n3 désignent des a, les niveaux n1 et n2 faciès dit respectivement (sur le site ien caractérisée ici par le Valanginien, et Hauterivien ion d’âge Barrémien-Apt tien ; eN désigne nU désignent une format du Campanien/Maastrich n1-2) ; n4-5U, n4-6 ou désignent des format ions nnées sont marines. 607 a) et c6-7 (site c) roches sédimentaires mentio « Urgonien » ; Cs/c7 (site e (Priabo nien). Toutes les 145 la base de l’étage e7 de l’Éocèn 03/06/15 09:05 03/06/15 09:04 dd 607 P587-635-9782100726608.in dd 145 P142-147-9782100726608.in ission Des cartes de la Comm TP 1 s Gé olo giq ues du Monde des Carte ique du globe TP 1 • Structure et dynam délit. tion non autorisée est un © Dunod. Toute reproduc 55 2 (© CCGM, 2004). rale de l’océan indien, feuille 54 Figure TP1.18 Carte structu 03/06/15 09:03 dd 54-55 P037-061-9782100726608.in P0XII-0XX-9782100726608.indd 19 21/04/16 17:29
Tableau des compétences Il s’agit des compétences à acquérir telles qu’elles sont indiquées dans le programme officiel. Au cours de l’ouvrage, en regard de chaque exercice, sont indiquées les compétences mobilisées. 1. Compétences qui relèvent de la capacité à analyser 2.2.7 analyser les résultats de façon critique une situation et poser une problématique (sources d’erreur, incertitudes, précisions) 2.2.8 proposer des améliorations de l’approche 1.1 Conduire une analyse de situation par une démarche expérimentale de type « diagnostic » 2.3 Annoncer et décrire des perspectives nouvelles 1.1.1 recueillir, exploiter, analyser et traiter des infor- 2.3.1 explorer, faire preuve de curiosité et d’ouver- mations ture d’esprit 1.1.2 observer et explorer 2.3.2 apporter un regard critique 1.1.3 analyser et hiérarchiser 2.3.4 développer une pensée autonome 1.1.4 organiser et proposer une démarche diagnostic 1.1.5 présenter la démarche 3. Compétences qui relèvent de la communication 1.2 Poser une problématique et du réinvestissement 1.2.1 identifier le problème sous ses différents aspects, dans son environnement technique, 3.1 Construire une argumentation scientifique en articu- scientifique, culturel lant différentes références 1.2.2 développer une pensée autonome 3.1.1 maîtriser les connaissances scientifiques relevant du champ disciplinaire et d’autres 2. Compétences qui relèvent de la capacité disciplines, ainsi que les concepts associés à résoudre une problématique par l’investigation 3.1.2 identifier une question dans un contexte et l’expérimentation posé 2.1 Conduire une démarche réflexive d’investigation 3.1.3 intégrer différents éléments, les hiérarchiser, les articuler, les mettre en perspective, appor- 2.1.1 mobiliser les connaissances scientifiques perti- ter un regard critique nentes pour résoudre le problème, du champ 3.1.4 structurer un raisonnement et maîtriser des disciplinaire ou d’autres disciplinaires relations de causalité 2.1.2 identifier les différentes approches et concepts 3.1.5 construire une démonstration en suivant une dans le traitement d’une question progression logique 2.2.3 structurer un raisonnement et maîtriser des 3.1.6 construire une argumentation écrite comme relations de causalité orale 2.1.4 construire une démonstration en suivant 3.1.7 maîtriser des techniques de communication d’une progression logique (synthèse, structure, clarté de l’expression, 2.1.5 maîtriser la méthode exploratoire, le raison- maîtrise du langage en particulier scienti- nement itératif fique) 2.2 Conduire ou analyser une expérimentation 3.2 Organiser une production écrite 2.2.1 déterminer les paramètres scientifiques perti- 3.2.1 s’exprimer correctement à l’écrit nents pour décrire une situation expérimen- 3.2.2 appuyer son propos sur des représentations tale 2.2.2 évaluer l’ordre de grandeur des phénomènes graphiques appropriées et de leurs variations 3.3 Structurer et présenter une communication orale 2.2.3 élaborer un protocole expérimental 3.3.1 s’exprimer correctement à l’oral 2.2.4 réaliser une manipulation 3.3.2 appuyer son propos sur des supports gra- 2.2.5 mettre en œuvre des règles de sécurité et de phiques appropriés déontologie 3.3.3 convaincre 2.2.6 effectuer des représentations graphiques et 3.3.4 s’adapter au contexte de la communication, présenter les résultats savoir dialoguer XX P0XII-0XX-9782100726608.indd 20 21/04/16 17:29
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