Cours 1 BAC SC EX (3) PDF

El Alaoui Unité 1 : Les phénomènes géologiques externes Chapitre I - Réalisation de la carte paléogéographique d’un bassin sédimentaire Introduction La paléogéographie reconstitue les paysages anciens en analysant les sédiments déposés dans différents milieux, qu'ils...

El Alaoui Unité 1 : Les phénomènes géologiques externes Chapitre I - Réalisation de la carte paléogéographique d’un bassin sédimentaire Introduction La paléogéographie reconstitue les paysages anciens en analysant les sédiments déposés dans différents milieux, qu'ils soient continentaux, marins ou mixtes. Ces sédiments, résultat de processus géologiques complexes, apportent des informations sur les événements passés. Le principe de l'actualisme, qui affirme que les lois géologiques actuelles étaient les mêmes dans le passé, permet de mieux comprendre et cartographier ces environnements anciens ➔ Quelles sont les conditions de sédimentation dans les milieux de sédimentation actuels? ➔ Comment peut-on reconstituer les paysages géologiques anciens à partir de l'étude des couches sédimentaires? ➔ Comment peut-on réaliser une carte paléogéographique d'un bassin sédimentaire? I - Etudes des sédiments 1) Etude granulométrique du sable Document 1 Un sédiment est défini comme un dépôt meuble laissé par les eaux, le vent et les autres agents de transport, et qui, d'après son origine, peut être marin, fluviatile, lacustre. Le tableau ci-contre donne la classification des sédiments. 1 El Alaoui 1) Quel critère utilisé pour classer ces sédiments? 1) Les sédiments présentés par le tableau sont classés en fonction de leur diamètre. Les sédiments grossiers sont des rudites, ceux ayant un diamètre moyen sont des arénites (sable) et les sédiments les plus fins sont des lutites (argile et limon). Document 2 L’analyse granulométrique du sable : La granulométrie d’un sédiment signifie la distribution des grains par taille Matériel: Échantillons de sable - colonne de tamis - tamiseuse - HCI- eau oxygénée - eau distillée. Étapes: ➔ Prendre un échantillon de sable. ➔ Laver le sable par l'eau pour se débarrasser de l'argile et du limon. ➔ Traiter le sable par l'HCI pour éliminer le calcaire, puis par l'eau oxygénée afin d’éliminer la matière organique. ➔ Rincer le sable puis le sécher. ➔ Déposer une quantité de 100 g de chaque échantillon de sable dans une colonne de tamis. ➔ Mettre à vibrer la colonne sur la tamiseuse pendant 10 min. ➔ Peser les fractions retenues par les tamis successifs. ➔ Présenter les résultats sous forme d’un tableau Résultat: 2  El Alaoui 1) Compléter le tableau ci-dessus 2) Tracer l’histogramme et la courbe de fréquence pour chacune des échantillons de sable. Voir (Figure 1) 3) Décrire la courbe de fréquence, puis conclure de degré d'homogénéité du chaque échantillon de sable. 4) Tracer les courbes cumulatives des trois échantillons de sable. Voir (Figure 2) 5) Déterminer Q1 et Q3 pour chacune des échantillons, puis calculer l’indice de Trask S. (fig 2) 6) Déterminer le degré du classement du sable en utilisant le tableau ci-dessous. 1) 3) E1 E2 3  El Alaoui E3 4) La courbe de fréquence E1 est unimodale et étroite, on conclut que le sable étudié est homogène et le courant est stable et moyen (dépôt des particules avec un diamètre moyen) La courbe E2 est bimodale et étalée, ceci signifie que le sable étudié est hétérogène et le courant dans cette région est dynamique (vagues, marrées). La courbe E3 est unimodale et étroite, donc ce sable est homogène ce qui indique que le courant est stable et faible (dépôt des particules fines). 5) 6) 4  El Alaoui D’après le tableau et l’indice de Trask calculé, le sable E1 a un bon classement, E2 a un mauvais classement alors que E3 a un très bon classement. 2) Etude morphoscopique des sédiments a) Etude des grains de quartz Document 3 Dans le sable, on trouve de nombreux grains de quartz qui résistent à l'érosion, l'observation morphoscopique des ces grains à la loupe binoculaire, permet de déterminer les critères de forme et d'aspect de surface, qui reflètent leur histoire, et peuvent fournir des indices sur leur milieux de dépôt ainsi que sur l'agent et la durée de transport. On distingue trois types de grains de quartz: Les grains non usés : Les grains NU se caractérisent par leur forme anguleuse. Les arêtes, c'est-o-dire les parties saillantes des grains, ne présentent aucune trace de polissage ni d'arrondissement. Leur aspect de surface peut indifféremment être mat ou luisant Ces grains caractérisent les arènes, les transports dans des cours d'eau douce sur de très faibles distances, les dépôts glaciaires, etc. Les grains émoussés-luisants: Les EL présentent une dominance d'arêtes arrondies et peuvent parfois acquérir la forme de sphères presque parfaites. Leur aspect de surface est toujours très poli, brillant, luisant sous l'éclairage de la loupe binoculaire. Ils sont caractéristiques de longs transports en milieux aquatiques continentaux (rivières, fleuves), ou d'évolutions en milieux marins (plateau continental, plages, etc.). 5 El Alaoui Les grains ronds mats: Les RM, comme leur nom l'indique, ont une morphologie générale sub-sphérique pouvant parfois atteindre celle d'une sphère parfaite. Leur aspect de surface est toujours dépoli et mat. Ils sont caractéristiques d'une évolution en milieu éolien (transport par le vent), et essentiellement trouvés sur les dunes littorales et dans certains environnements désertiques 1) Sous forme d’un tableau, déterminer les caractéristiques des trois catégories de grains de quartz (aspect, agent et durée du transport, et le milieu de dépôt). Document 4 1) 6 El Alaoui 2) b) Etude des galets Document 5 Les galets, produits de l'érosion, sont transportés par divers agents tels que l'eau, le vent ou la glace. Leur étude morphoscopique, centrée sur leur degré d’arrondi et leur aspect, permet de retracer l’histoire de leur trajet. Les figures ci-dessous montre l’aspect des galets dans différents milieux de sédimentation: 7  El Alaoui II- Les figures sédimentaire : dynamique et agents du transport des sédiments 1) Dynamique et agents du transport des sédiments a) Les facteurs influençant le transport d’un sédiment Document 6 On dépose dans la partie supérieure de la gouttière (G), un mélange de 500g de sable, 500g de graviers et 500g de cailloux. On verse sur ces éléments une quantité d'eau par l'arrosoir (A). Le bassin (B) sous le bord inférieur de la gouttière, reçoit les éléments transportés par l'eau. Le tableau ci-contre montre, en grams, la quantité des sédiments collectés de deux manipulations effectuées pendant la même durée, avec l'utilisation d'un support (S) de hauteur (h) respectivement 30 cm et 50 cm. 1) Comparer les résultats obtenus des deux manipulations. 2) Conclure les facteurs influençant le transport des sédiments. 8 El Alaoui 1) On observe que la quantité des sédiments collectée pour un support de 50 cm d’hauteur est très importante (705g) par rapport à un support à 30 cm (372g). 2) La pente joue un rôle très important dans le transport des sédiments observé dans les deux manipulations. Cette dernière influence la vitesse et le débit d’eau qui traverse la gouttière. Plus la vitesse et le débit d’eau augmente, plus la charge des sédiments transportés est plus importante. b) La relation entre l’agent de transport et la taille des sédiments Document 7 1) En A la vitesse est de 100 cm/s, les particules de 0.1 de diamètre seront donc érodées. En B la vitesse est de 15 cm/s, les particules seront transportées En C la vitesse est de 2 cm/s, les particules vont donc se sédimenter. 2) Pour un courant de vitesse égale à 100 cm/s, le diamètre maximal des particules qui peuvent être transportées est 10 mm. c) Mode de transport des sédiments Document 8 9  El Alaoui Les mouvements des sédiments dans les cours d'eau varient en fonction de la taille et de la densité des particules. Deux modes de transport sont observés : ➔ Transport par suspension: les particules fines (argiles, colloïdales, parfois limons) transportées sans toucher le fond, grâce aux conditions d'écoulement favorables. ➔ Transport dans le fond: les particules plus grossières qui, à cause de leur densité et de la vitesse du courant, se déplacent en glissant, roulant ou par saltation (par bonds) sur le fond du lit du cours d'eau. 2) Les figures sédimentaires Document 9 Le document présente des photos de quelques figures sédimentaires: 10 El Alaoui 1) Dégager les conditions de sédimentation qu’on peut retirer de chacune des figures sédimentaires ci-dessus. Les figures sédimentaires sont des structures qui s'observent sur les roches sédimentaires. Les rides (Ripple marks) : Elles sont liées à l'écoulement d'un fluide (eau ou vent) sur les sédiments détritiques. Lorsque l’écoulement est unidirectionnel on obtient des rides asymétriques par contre si le courant est bidirectionnel on obtient des rides symétriques. Les fentes de dessiccation : Ce sont des fissures s'ouvrant dans un sédiment fin qui se dessèche. Elles marquent dans un sédiment ancien une période d'émersion et un climat aride. La stratification entrecroisée : C'est une organisation litée avec des fines couches obliques par rapport aux joints de stratification. Cette stratification apparaît dans des zones où les conditions hydrauliques varient lors de la sédimentation, comme les rivières (alternance de crues et décrues). Les terriers : Abri souterrain creusé par un animal dans la terre. Ces traces constituent des indicateurs de l'activité des organismes lors de la sédimentation (indicateurs d'environnement). Les figures sédimentaires peuvent donc constituer un important indicateur des conditions qui dominaient dans des milieux sédimentaires anciens. Document 10 La figure ci-dessous représente les différents types de sédimentation dans un milieu désertique. Les flèches montrent la direction du vent. 11 El Alaoui 1) En exploitant les figures ci-dessus, montrer les facteurs responsables des formes de sédimentation dans le milieu désertique. 1) Direction et vitesse du vent : Le vent joue un rôle déterminant dans la forme des dunes. Les vents unidirectionnels et constants créent des dunes en croissant (barkhanes), tandis que des vents variables ou multidirectionnels favorisent des dunes en étoile ou en forme complexe. La vitesse du vent affecte également la taille et la mobilité des dunes. Topographie locale : La forme du terrain influe sur la manière dont le sable s'accumule. Dans des régions avec des pentes, des dépressions ou des obstacles naturels, les dunes peuvent prendre des formes allongées, paraboliques ou irrégulières. III- Les conditions de sédimentation dans les milieux de sédimentation anciens 1) Les milieux de sédimentation continentaux Document 11 12 El Alaoui 1) Dégager sous forme d’un tableau les caractéristiques des différents milieux de sédimentation (caractères du milieu, caractères des sédiments et les conditions de sédimentation) 13 El Alaoui Document 12 14  El Alaoui 1 )Dégager les caractéristiques du milieu fluviatile, ses éléments sédimentaires et ses conditions de sédimentation. 2) Les milieux de sédimentation intermédiaires Document 13 Le lagune est un plan d’eau littoral de faible profondeur, séparé de la mer par un cordon littoral constitué 15  El Alaoui essentiellement de sables fins. Ce plan d’eau est alimenté par l’eau de mer grâce à une ou plusieurs ouvertures étroites et par les eaux douces continentales issues des bassins versants. Les lagunes sont soumises à une forte évaporation qui favorisent le dépôt des sédiments carbonatés et des particules détritiques (sable à granulométrie très variable), et en manque d’apport latéral, l’eau se concentre jusqu’à la formation des cristaux de gypse, calcite et de sel qui tombent au fond (Les évaporites). 1 )Dégager les caractéristiques du milieu lagunaire, les caractéristiques des sédiments et ses conditions de sédimentation. Document 14 La plage est un dépôt sédimentaire meuble, elle se rencontre là où les vagues et les courants littoraux n’ont plus assez d’énergie pour transporter les sédiments de taille supérieure à la vase. La granulométrie des sédiments d’une plage est gouvernée par trois facteurs essentiels qui sont : les sources de sédiments, le niveau d’énergie des vagues, la pente générale du plateau sur lequel la plage s’est constituée. Sur les plages, le sable est bien trié à grains de quartz émoussés luisants, et peut être riche en fragments de coraux, de gastéropodes, de galets et de coquilles brisées rejetés du large par la houle. 1 )Dégager les caractéristiques du milieu littoral, les caractéristiques des sédiments et ses conditions de sédimentation. 16 El Alaoui 3) Le milieu de sédimentation marin Document 15 La sédimentation marine dépend indirectement des mêmes conditions que la sédimentation continentale, mais elle est surtout liée, d’une part, à l’hydrosphère et à tous les phénomènes associés (vagues, courants, marées, etc.) et, d’autre part, au relief océanique qui permet d’identifier plusieurs milieux de sédimentation. 1) Déterminer les différents milieux de sédimentation marine. Le milieu marin est subdivisé en plusieurs zones selon le relief, la profondeur des eaux, et les caractéristiques biologiques et dynamiques qui règnent, on trouve ainsi : ➔ La zone littorale. ➔ Le plateau continental. ➔ Le talus continental et son glacis. ➔ La plaine abyssale avec les fonds marins. Document 16 17  El Alaoui IV- Les conditions de sédimentation dans un milieu ancien : bassin des phosphate du Maroc 1) Les caractéristiques des gisements phosphatés du Maroc Document 17 Le Maroc contient 75% des réserves mondiales en phosphate qui se répartissent dans plusieurs endroits appelées gisements (figure 1). Ces gisements se trouvent à une profondeur de 100 à 160 m sous différentes formes (sable phosphaté, silex phosphaté et calcaire phosphaté). La figure 2 représente la série phosphatée de Ouled Abdoun à Khouribga distribuée selon une colonne stratigraphique. 1) Citer les principaux gisements de phosphate au Maroc 2) En exploitant la figure 2, citer les principales formations rocheuses associées au phosphate de 18  El Alaoui Khouribga. 3) Montrer la période géologique au cours de laquelle les couches de phosphate se sont formées dans le bassin de Khouribga. 1) Les principaux gisements du phosphate au Maroc sont : Ouled Abdoun, Gantours, Meskala et Boukraa. 2) Le phosphate de Khouribga est associé avec plusieurs roches sédimentaires tels que : l’argile, le silex, marne, grès et le gypse. 3) Les couches de phosphate de Khouribga ont commencé à se former vers la fin du Maastrichtien jusqu’au Yprésien durant une période de 12 millions d’années. 2) Nature et composition des roches phosphatée au Maroc Document 18 Le tableau ci-dessous montre les fossiles (êtres vivants ayant vécu dans le passé) identifiés dans la sédimentation phosphatée de Ouled Abdoun. 19 El Alaoui 1) En exploitant le tableau, décrire les conditions de la sédimentation phosphatée de Ouled Abdoun. Les fossiles présents dans les gisements de phosphate de Ouled Abdoun sont des êtres vivants marins ayant vécus dans de faibles profondeurs soumises à l’action des vagues avec de l’eau tempérée à chaude. Ceci prouve que Ouled Abdoun était une zone pélagique tempérée à faible profondeur submergée par l’eau marin il y a 65 millions d'années. Ces conditions ont favorisé la sédimentation du phosphaté au Maroc. 3) Les conditions de la sédimentation phosphatée Document 19 1) Montrer, selon la théorie de KAZAKOV, l’importance des courants UPWELLING dans la formation des sédiments phosphatés du Maroc. Selon la théorie de Kazakov, les courants upwelling jouent un rôle clé dans la formation des sédiments phosphatés au Maroc. Ces courants font remonter des eaux froides et riches en phosphate depuis les profondeurs, créant des conditions favorables à la précipitation des carbonates et à la saturation en phosphore. Cela permet le développement d’algues et de plancton, attirant une faune qui, en se décomposant après sa mort, enrichit encore le milieu en phosphore. Ce processus mène finalement au dépôt des sédiments phosphatés. 4) Reconstitution de la paléogéographie des bassins phosphatés du Maroc Document 19 20 El Alaoui Deux théories principales ont été avancées concernant la paléogéographie des bassins de phosphate du Maroc : Boujo (1976) et Salvin : Ces auteurs proposent un système de golfes issus de l’océan Atlantique, séparés, comprenant notamment un golfe au nord où s'est formé le gisement de phosphate de Ouled Abdoun. Trappe (1989) et Herbig : Ils suggèrent une extension marine connectée à l’Atlantique, passant par le centre et l’ouest du Maroc. Dans cette hypothèse, la répartition des gisements de phosphate s'explique par la présence de fonds peu profonds propices au dépôt, ainsi que de hauts-fonds moins favorables à la sédimentation. 21 El Alaoui Chapitre II - Reconstitution de l’histoire géologique d’une région sédimentaire tabulaire La stratigraphie, ou l'étude de la succession des couches rocheuses d'une région, permet aux géologues de reconstituer les événements géologiques ayant façonné cette région au fil du temps. Cette discipline repose sur des principes fondamentaux, connus sous le nom de principes stratigraphiques, qui permettent d'interpréter les strates et de déduire l'âge relatif des formations géologiques. Questions: Quels sont les méthodes et principes employés par les géologues pour établir cet âge relatif? Comment ces principes peuvent-ils être appliqués à la reconstitution de l'histoire géologique d'une région? Et enfin, sur quelles bases repose la création d'une carte géologique et d'une coupe géologique? I-Les principes stratigraphiques et la datation relative des formations géologiques 1) Les principes de stratigraphie Document 1 : Principe de superposition 22 El Alaoui Document 2 : Principe de continuité 23 El Alaoui 3) Le principe de continuité en stratigraphie indique que les couches sédimentaires se déposent de façon continue sur de grandes distances, sauf en cas d'obstacle. Document 3 : Principe de recoupement et d’inclusion 1) Donner l’ordre chronologique des évènements ayant affectés la région. 2) Que stipule le principe d’inclusion et le principe de recoupement. ➔ Dépôt des couches sédimentaires (ordre chronologique) : - Marne → Marne bleue → Calcaire lacustre → Calcaire → Dolomite → Argile. ➔ Phase de compression : - Le plissement affecte les couches jusqu'à l'argile, indiquant que la compression est postérieure au dépôt de l'argile. ➔ Intrusion du pluton granitique : - La série sédimentaire est métamorphisée autour du pluton, donc le pluton est post-sédimentaire et post-compression. 24  El Alaoui ➔ La faille : - La faille recoupe la série sédimentaire et le pluton, donc elle est postérieure aux deux. ➔ Formation du filon: - Le filon, non déformé, est donc postérieur au pluton granitique. ➔ Érosion et dépôt du grès : - Une période d’érosion affecte les strates ; le grès la recouvre et n’est pas affecté par le plissement ni par la faille, donc il s'est déposé après. ➔ Inclusions dans le grès : - Le grès contient des galets de roches antérieures, confirmant qu’il est plus récent. 2) Principe de recoupement : une formation géologique qui en recoupe une autre est plus récente que celle qu’elle traverse. Principe d'inclusion : toute inclusion (fragment de roche) trouvée dans une formation est plus ancienne que la formation qui l’entoure. Document 4 : Le principe d’identité paléontologique La couche c et e’ ont donc le même âge selon le principe d’identité paléontologique 2) Les fossiles Document 5 25  El Alaoui Chaque fossile se caractérise par des critères morphologiques spécifiques qui permettent de le reconnaître, on distingue deux types de fossiles, selon leur intérêt : ➔ Fossiles stratigraphiques : utilisés pour la datation des couches qui les contiennent. ➔ Fossiles de faciès : utilisés pour déterminer les conditions paléo-écologiques qui caractérisent le milieu de sédimentation Document 6 26 El Alaoui 1) Caractéristiques d'un bon fossile stratigraphique : Grande distribution géographique. Abondance élevée et évolution rapide. Durée de vie courte. 2) Les ammonites sont des mollusques abondants, à large distribution et évolution rapide. Idéaux pour dater l'ère secondaire (Mésozoïque), car ils apparaissent au début de cette ère et disparaissent à sa fin. Les trilobites possèdent également les mêmes caractéristiques. Utilisés pour dater le Paléozoïque (ère primaire), puisqu'ils apparaissent au Cambrien et disparaissent à la fin du Permien. Document 7 27 El Alaoui 1) Caractéristiques d'un bon fossile de faciès : ➔ Large extension temporelle. ➔ Distribution géographique limitée et dépendante des conditions écologiques spécifiques. ➔ Évolution lente. 2) Nautile : Présente une longue extension verticale (depuis le Carbonifère jusqu'à nos jours), évolue lentement, et habite les milieux marins profonds (600 à 800 m). Récifs coralliens : Sensibles aux conditions écologiques précises, ils servent de témoins précieux pour reconstituer les climats et les environnements marins passés. II - Construction de l’échelle stratigraphique 1) Notion de lacune sédimentaire (lacune stratigraphique) Document 8 28 El Alaoui 1) On remarque que l’épaisseur des couches diffère entre les 3 colonnes, mais l’effet le plus marquant c’est l’absence de 2 couches sédimentaires au niveau de la colonne C (couche 2 et 6), on parle d’une lacune sédimentaire qu’on peut expliquer par une absence de sédimentation dûe à un changement du milieu de dépôt provoqué par la variation du niveau marin, ou par une sédimentation suivie d'érosion. 2) Dépôt de la couche A puis B, C et D, après une érosion des couches D et C suivie du dépôt de la couche E. 1) Notion d’étage et stratotype Document 9 L'étage est une unité chronostratigraphique fondamentale dont la valeur est universelle. Il est défini à partir d'une coupe de référence, que l'on nomme stratotype, choisie dans une série sédimentaire d'origine marine et fossilifère, délimitée par des lacunes stratigraphiques. Cette coupe matérialise un intervalle de temps précis et se caractérise par un contenu lithologique et paléontologique spécifique. Il prend le nom de la région en ajoutant le suffixe «ien». Exemple : Le Pliensbachien. Figure 1 : Exemple d’un stratotype Figure 2 : Succession de stratotypes représentant des étages de Ouled Abdoun 29 El Alaoui 2) Définir le stratotype et dégager ses caractéristiques Le stratotype est une coupe de référence choisie dans une série sédimentaire d'origine marine et fossilifère, délimitée par des lacunes stratigraphiques. Cette coupe matérialise un intervalle de temps précis et se caractérise par un contenu lithologique et paléontologique spécifique. 3) Notion du cycle sédimentaire Document 10 Le plateau continental est le lieu où les éléments détritiques, apportés par les fleuves ou par le vent, se déposent par gravité: les plus gros se déposent près du rivage, les plus fins sont transportés plus loin. Il en résulte un granoclassement latéral. L'extension des différentes roches sédimentaires varie avec les mouvements d'avancée (transgression) ou de recul (régression) de la mer. Donc les roches sédimentaires par leur nature et leur extension enregistrent les variations relatives du niveau de la mer La séquence verticale des roches (granoclassement vertical) va donc changer selon qu'elle a enregistré une phase transgressive (séquence 30 El Alaoui transgressive ou positive) ou une phase régressive (séquence régressive ou négative) (Voir les figures ci-dessous). 1) Comparer le granoclassement de la séquence transgressive et régressive. 2) A partir des données précédentes, définir un cycle sédimentaire. 1) Dans la série transgressive on remarque que le granoclassement décroît du bas vers le haut, avec des dépôts carbonatés (calcaire) au-dessus de l’argile et grès. On observe le contraire pour la série régressive, le granoclassement croit du bas vers le haut avec des dépôts carbonatés (calcaire) au-dessous de l’argile et grès. 31 El Alaoui Dans la série transgressive le niveau marin avance et la profondeur augmente, tandis que dans la série régressive le niveau marin recule et la profondeur diminue. 2) Un cycle sédimentaire est une succession de dépôts sédimentaires marins en couches successives, influencée par des variations environnementales telles que la transgression (montée du niveau marin) et la régression (recule du niveau marin). 4) Les crises biologiques : repère de la subdivision des temps géologiques Document 11 5) L’échelle stratigraphique Document 12 32 El Alaoui 33 El Alaoui III- La carte géologique : Bilan synthétique des études stratigraphiques. 1) Réalisation des coupes géologiques Document 1 a) Exemple A 34 El Alaoui Document 2 Réaliser la coupe géologique de l’axe AB représenté sur la carte topographique ci-dessous. 35  El Alaoui b) Exemple B Réaliser la coupe géologique de l’axe AB représenté sur la carte topographique ci-dessous. Respecter le degré d’inclinaison des couches présenté par le tableau ci-contre. Orientation: Nord Est → Sud ouest Équidistance : 10 mètres 36