Pour ĂŠclairer quelques notions de gĂŠologie Roger Chalot et Philippe Martin 2007
Foyer d’un séisme • Le foyer ou hypocentre est le lieu où se produit le premier ébranlement. • Le foyer est le lieu où la contrainte a été relâchée provoquant une déformation.
Contrainte 1 •
En géologie on parle plus couramment de contraintes tectoniques que de forces tectoniques.
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Une contrainte est «une pression orientée». Elle n’est en général pas perpendiculaire à la surface sur laquelle elle s’applique. Elle se décompose en une composante perpendiculaire à la surface et une composante tangentielle ou de cisaillement … comme pour un vecteur.
Contrainte 2 Les contraintes sont définies dans l'espace sous forme: * d'une sphère (cas de la P°lithostatique s'exerçant sur une roche située loin d'une zone de déformation = système de contraintes isotropes σ1=σ2=σ3) n’entraîne pas de déformation * d'un ellipsoïde de contraintes (cas d’une P° s'exerçant sur une roche située dans une zone active en compression ou distension ou cisaillement σ1>σ2≠σ3) entraîne une déformation
Séisme et faille • Lors d'un séisme, il y a toujours déplacement relatif de deux blocs de roches, qu'il soit dû à un re-jeu ou à la naissance d'une faille. • Cela se produit lorsque l'équilibre entre la résistance des roches et les contraintes tectoniques qui s'exerçaient sur elles est rompu ou lorsque l’élasticité de ces roches est dépassée.
Ondes sismiques 1 • Dans le globe terrestre, les ondes se propagent dans des milieux qui sont tous solides sauf le noyau externe. • Les ondes P (compression dilatation) se propagent dans tous les milieux, les ondes S (cisaillement) uniquement dans les solides.
Ondes sismiques 2 • Une onde est la propagation d’une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales ... c'est à dire une déformation. • Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. • Tout "ébranlement" dans le globe terrestre se déplace sous forme d’ondes.
Ondes sismiques 3 • Les rédacteurs du programme ont fait le choix de ne pas dire «les vibrations se propagent» mais au contraire «les déformations se propagent». • Cela correspond à la définition d’une onde qui est une déformation qui se propage (comme une vague de sillage par exemple).
Magma et lave • Le magma correspond à la partie de la matière en fusion qui n'a pas fait éruption (… qui n'est pas arrivée à la surface ou près de la surface). • La lave correspond à la partie de la matière en fusion qui fait éruption (coulées, bouchons, lacs, projections …).
Magma 1 • Le magma est de la matière minérale, de la roche silicatée (ou carbonatée) en fusion ; celle-ci est saturée d'éléments gazeux. • Le magma se forme « goutte par goutte » par fusion partielle de roches solides.
Magma 2
• Le drainage du magma conduit à des zones de stockage ou chambres magmatiques.
• Le magma y évolue en se différenciant. • Il se refroidit et commence à cristalliser. Les premiers cristaux formés tombent au fond de la chambre (= cumulats), le liquide restant change de composition.
Magma 3 • Lors de la cristallisation du magma, comme la fraction de liquide diminue et que la quantité de gaz contenu ne diminue pas ... le magma va se retrouver à un moment sursaturé en gaz et va bouillir: c’est une ébullition rétrograde. • Les gaz s’échappent : c'est un des phénomènes à l'origine des éruptions et de l'injection des filons.
Lave 1 • La lave est de la roche émise en fusion à l’état liquide ou pâteux par les volcans et donnant en général des projections et/ou des coulées d’extensions très variables. •
L’aspect des coulées dépend de: - La topographie - Le milieu de mise en place * à l’air libre: scoriacées, cordées, … * sous l’eau: hyaloclastites, pillows, … - La viscosité ( T°, composition chimique …% SiO2, richesse en volatils, …) - La vitesse de refroidissement
Lave 2 • • •
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Les projections sont des fragments de laves produits par l’activité explosive de certains cratères. Les granulométries vont des cendres (moins de 2mm) aux blocs (plus de 64mm) en passant par les lapilli (2 mm à 64mm). Les blocs projetés peuvent prendre des formes particulières et portent alors le nom de bombes (volume allant du dm3 au m3): bombes fuselées (lave fluide qui a tournoyé au cours de sa trajectoire et retombe à l’état quasi solide), en croûte de pain (retombée à l’état visqueux), en bouse de vache (retombées à l’état plastique) ... Le dégazage rend les projections vacuolaires ; ce qui leur vaut le nom de scories. Lors des explosions (nuées ardentes ou autres), ces éléments projetés sont qualifiés de pyroclastites ; en se soudant à chaud, elles forment des roches pyroclastiques. Les roches formées de lapilli et de cendres portent le nom de tufs, celles formées à partir des cendres sont des cinérites.
Répartition des volcans • •
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Autour du Pacifique, les volcans ne sont pas toujours installés sur des continents. Le long du continent américain, les volcans se superposent aux chaînes de montagnes ou cordillères. De l’autre côté du Pacifique, les reliefs sont moins élevés et les édifices volcaniques sont souvent en partie sous marins. Les volcans créent des reliefs ou se superposent à des reliefs déjà existants sur les continents.
La tectonique des plaques permet de comprendre la répartition des volcans (et des séismes). Les volcans sont principalement associés aux: - zones de subduction - grandes fractures du globe ou zones en extension (dorsales, rift africain, …)
Dorsale et rift • Éviter de parler de rift à propos des dorsales car ce n'est pas le cas général. La dorsale Pacifique (dorsale rapide) n'a pas de rift, mais au contraire une crête dans sa zone axiale. • Une dorsale lente a un rift. • Une dorsale rapide n’a pas de rift. • Le terme "Axe de la dorsale" est neutre et forcément juste.
Microscope polarisant 1 • Les lames minces ont une épaisseur de 30 microns. • Le polariseur est situé sous la lame. • Le second polariseur ou analyseur doit être placé entre la lame et l’œil. • Les deux polariseurs sont placés perpendiculairement l’un à l’autre de telle sorte qu’aucune lumière ne passe sans lame ou avec une lame de verre. Habituer les élèves à utiliser correctement le microscope polarisant.
Microscope polarisant 2 • Observer alternativement avec la lumière simplement polarisée et la lumière polarisée et analysée. • En LPNA = Lumière Polarisée Non Analysée, on peut principalement distinguer les minéraux colorés, les minéraux non colorés, les minéraux opaques, les clivages, le relief, la texture …
Microscope polarisant 3 •
En LPA = Lumière Polarisée et Analysée, le travail se fait avec des polariseurs croisés.
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En LPA, la texture apparaît plus clairement.
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La teinte des cristaux observés est caractéristique du minéral et de sa composition.
La teinte un critère d’identification •
La rotation de la lame entre des polariseurs croisés ne fait pas varier la teinte mais l’intensité lumineuse entre extinction et éclairement maximum.
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La rotation de l’analyseur souvent pratiquée à tort fait varier les teintes … c’est joli !! ... mais cela rend impossible l’utilisation scientifique de ce critère pour identifier le minéral.
Risques géologiques •
Bien que les risques miniers n’aient pas de rapport avec la géodynamique interne, ils sont responsables de fréquents séismes de faible magnitude dans notre région: (voir http://renass.u-strasbg.fr/) - Pendant l’exploitation, les risques sont surtout liés aux explosions (tirs de mines ou gaz prisonniers dans les roches ... Grisou ...). - Pendant et après l’exploitation, les «vides» créés par l’Homme (galeries ...) entraînent des effondrements dus aux relâchements de la pression lithostatique, à la circulation de l’eau, au vieillissement des boisages ...
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Les risques concernent aussi les glissements de terrain et les avalanches, inondations, etc ..., - Ces derniers risques sont bien plus fréquents que les éruptions volcaniques ou les séismes ravageurs. - Il serait dommage de passer encore à côté de ces risques trop rarement évoqués en classe.