Polycopié Géologie générale STU FSSM 2023-2024 PDF

![](media/image3.png) \-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-\-- **TRON cOMMUN : Biologie chimie géologie** **Module: Géologie Générale** **Géologie générale** **Cliché Pr. M. ETTAKI / FSS Marrakech** **Ce polycopié sera utilisé comme complément des notes prises** **par l'étudiant durant les séances de cours.** **Préparé par :** **M. ETTAKI, N. LAFTOUHI, B. CHBANI, R. KASIMI** **Année universitAIre** **2023-2024** **\ ** **Table des matièreS** +-----------------------------------+-----------------------------------+ | | **Page** | +===================================+===================================+ | **Chapitre 1 : Introduction aux | | | Sciences de la Terre** | | |................................. | | |......... | | | | | | 1. Introduction à la géologie | | | | | | **Chapitre 2 : Géologie | | | planétaire (la | | | planétologie)**.................. | | |.......................... | | | | | | 1.2.5. La structure interne des | | | planètes | | | | | | 1.2.5.1. Les planètes telluriques | | | | | | ### 2. Les caractéristiques génér | | | ales de la Terre | | | | | | ### 2.1. Forme du globe terrestre | | | | | | 2.2. Le rayon de la Terre | | | | | | 2.3. Densité de la Terre | | | | | | 2.4. La géométrie de la Terre | | | | | | 2.4.1. Se repérer sur la Terre | | | | | | 2.4.2. Les fuseaux horaires | | | | | | 2.5. Cycle annuel de la Terre | | | | | | 2.6. La gravimétrie | | | | | | 2.6.1. Définition | | | | | | 2.6.2. La force de gravité | | | | | | 2.6.3. La loi de la gravitation | | | universelle | | | | | | 2.6.4. Situation d'un point sur | | | la Terre | | | | | | 2.7. Les variations de la gravité | | | | | | 2.7.1. L'altitude | | | | | | 2.7.2. La latitude | | | | | | 2.8. La topographie | | | | | | 2.9. Le champ magnétique | | | terrestre | | | | | | 2.9.1. L'origine du champ | | | magnétique | | | | | | 2.9.2. La Terre est un | | | gigantesque aimant | | | | | | 2.9.3. Les paramètres du champ | | | magnétiques | | | | | | 2.9.4. Intensité du champ | | | magnétique | | | | | | 2.9.5. La magnétosphère | | | | | | 2.9.6. Le paléomagnétisme | | | | | | 2.9.7. Les inversions du champ | | | magnétiques | | | | | | 2.9.8. Evolution | | | spatio-temporelle du champ | | | magnétique | | | | | | 2.10. Structure de la Terre | | | | | | 2.10.1. Structure verticale de | | | l'atmosphère | | | | | | 2.10.2. Composition chimique de | | | l'atmosphère | | | | | | 2.11. Composition chimique du | | | globe terrestre | | | | | | 2.12. Répartition des éléments | | | chimiques dans le globe terrestre | | | | | | **Chapitre 3 : Sismologie et | | | structure interne de la | | | Terre**.........................\ | | |... | | | | | | 5\. Mines et carrières. | | | | | | **Chapitre 4 : Notions de temps | | | en géologie** | | |................................. | | |......... | | | | | | 2.1. Géochronologie absolue ou | | | datation absolue | | | | | | 2.1.1. Principe de la datation | | | absolue | | | | | | 2.1.2. Comment la radioactivité | | | de certains atomes sert-elle en | | | | | | géochronologie ? | | | | | | 2.1.3. Comment calculer l\'âge | | | d\'un objet géologique ? | | | | | | 2.1.4. Datation radiométrique de | | | la roche qui contient le minéral | | | étudié. | | | | | | 2.1.5. Les principaux minéraux | | | radioactifs | | | | | | 2.2.1. Notions de stratigraphie | | | et de chronologie relative | | | | | | 2.2.2. Principes de la | | | stratigraphie | | | | | | 2.3. L'échelle des temps | | | géologiques | | | | | | 2.4. Les objectifs de la | | | stratigraphie et les | | | discontinuités | | | | | | sédimentaires | | | | | | 2.4.1. Les objectifs de la | | | stratigraphie | | | | | | 2.4.2. Les discontinuités | | | sédimentaires | | | | | | 3\. Les crises biologiques, | | | repère dans l'histoire de la | | | terre : causes et | | | | | | conséquences. | | | | | | 3.1. Les causes majeures des | | | crises biologiques | | | | | | 3.2. Illustration de l'histoire | | | géologique de la Terre et les | | | grandes | | | | | | étapes de la vie | | | | | | 3.2.1. L'éon Cryptozoïque ou le | | | *Précambrien* | | | | | | 3.2.2. L'éon Phanérozoïque | | | | | | 4.1. Plaques lithosphériques | | | | | | 4.2. Mouvements des plaques | | | | | | 4.3. Moteur de la tectonique des | | | plaques | | | | | | 4.4. Naissance des océans en | | | liaison avec la tectonique des | | | plaques | | | | | | 4.5. Zone de convergence : | | | formation d'une chaine de | | | montagne | | | | | | 4.6. Frontière transformante | | | | | | 4.7. La dérive des continents | | | | | | **Exercices avec propositions de | | | solutions** | | |................................. | | |......... | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ Le contenu de formation ici proposé correspond à un complément de cours du module «Géologie générale» destiné aux étudiants de la première année du Tronc commun Biologie-Chimie-Géologie (BCG ) : il comprend quatre chapitres. **Chapitre I** **INTRODUCTION AUX SCIENCES DE LA TERRE** **1. Introduction à la géologie** La géologie est une branche des Sciences naturelles qui s'intéresse à l'étude de la Terre. Son intérêt est la reconstitution de l'histoire de la Terre et en ressortir les différents aspects de son dynamisme. Plusieurs arguments font de la géologie une Science complexe : i\) La taille des objets observés ou étudiés est très variable : du minéral jusqu'aux continents. ii\) La partie du globe accessible directement à l'observation se limite à l'écorce terrestre et les sondages les plus profonds n'excèdent pas quelques kilomètres, profondeur extrêmement faible par rapport au rayon de la Terre (6378 km). iii\) La plupart des phénomènes géologiques se déroulent sur des périodes très longues par rapport à la vie humaine, ce qui ne permet pas de reconstituer en laboratoire, en temps réel, ces phénomènes géologiques. Pour surpasser ces handicaps, la géologie a eu recoure à de nouvelles techniques d'investigation, dont la mise en œuvre a été facilitée par le développement de l'électronique et de l'informatique. Ainsi, plusieurs nouvelles disciplines ont vu le jour dans les domaines d'observation par satellite ou sous le microscope, de même en géophysique et en géochimie. **1.2. Aperçu sur les disciplines fondamentales et les disciplines appliquées des Sciences de la Terre.** - **La sédimentologie :** Concerne l\'étude et la description des dépôts sédimentaires ainsi que le mode et les conditions de formation des roches sédimentaires. - **La stratigraphie :** Elle s\'intéresse à la succession et la répartition spatiale des couches sédimentaires qui se sont déposées au cours d\'un temps géologique. - **La paléontologie :** C\'est une science qui s\'occupe de l\'étude de fossiles des êtres vivants (animal et végétal) ayant vécu autrefois sur le globe. - **La pétrologie :** C\'est une science qui s\'intéresse à l\'étude des roches et à leur évolution. - **La minéralogie :** C\'est l\'étude de minéraux qui correspond en réalité aux constituants fondamentaux de l écorce terrestre. - **La tectonique :** C\'est l\'étude de la déformation des roches et des terrains ainsi que les processus de formation des chaînes. - **La géomorphologie :** L\'étude descriptive des reliefs de la surface de la Terre. - **La géochronologie :** Elle s\'intéresse à la datation des phénomènes géologiques. - **La géologie planétaire :** Elle s\'est développée avant l\'arrivée de l\'homme sur la lune. Elle s\'intéresse à la géologie des planètes et les autres galaxies. - **La géologie appliquée :** Elle regroupe l\'ensemble des applications pratiques de toutes les branches de la géologie. Elle comprend plusieurs aspects au service de l\'homme : \* La recherche et l\'étude des substances d\'utiles. **2. Les débouchés et les insertions professionnelles** **3. La géoéconomie et le développement durable (Energies-eau-risques naturels et changement climatique).** L\'économie géologique étudie les ressources naturelles et leur gestion dans le contexte du développement durable, en prenant en compte les enjeux liés à l\'énergie, à l\'eau, aux risques naturels et au changement climatique. L\'objectif est d\'analyser comment ces facteurs interagissent pour assurer une utilisation durable des ressources et minimiser les impacts environnementaux. La **géoéconomie** et le **développement durable** sont deux concepts interconnectés nécessaires à la compréhension et la gestion des ressources mondiales. ### Développement Durable Le développement durable vise à répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs. [[Il repose sur trois piliers principaux](https://shs.cairn.info/geopolitique-et-geoeconomie-du-monde-contemporain--9782348070037?lang=fr)[^2^](https://geoconfluences.ens-lyon.fr/glossaire/developpement-durable)] : 1. **Économique** : Assurer une croissance économique durable qui améliore les conditions de vie. 2. **Social** : Promouvoir l'équité sociale et la justice. 3. **Environnemental** : Protéger et préserver les ressources naturelles et l'environnement. ### Interconnexion La géoéconomie et le développement durable sont intrinsèquement liés car les décisions économiques influencent directement la durabilité environnementale et sociale. [[Par exemple, les politiques économiques qui favorisent l'exploitation durable des ressources naturelles peuvent contribuer à la protection de l'environnement tout en soutenant la croissance économique^3^]](https://www.parisschoolofeconomics.eu/fr/economie-pour-tous/archives/5-articles-en-5-minutes/decembre-2021/de-l-importance-de-la-geographie-pour-le-developpement-durable/). Ces concepts sont essentiels pour élaborer des stratégies qui équilibrent les besoins économiques avec les impératifs environnementaux et sociaux, afin de créer un avenir plus durable et équitable pour tous ### Énergies - **Sources d'énergie renouvelable** : solaire, éolienne, hydraulique, biomasse. - **Énergies fossiles** : pétrole, charbon, gaz naturel. - **Transition énergétique** : défis et opportunités, politiques publiques. ### Eau - **Gestion des ressources en eau** : approvisionnement, traitement, distribution. - **Problèmes de l'eau** : pénurie, pollution, conflits liés à l'eau. - **Solutions durables** : conservation, technologies de purification, gestion intégrée des ressources en eau. ### Risques naturels - **Types de risques** : séismes, inondations, sécheresses, tempêtes. - **Prévention et gestion des risques** : systèmes d'alerte précoce, plans d'urgence, résilience des infrastructures. - **Impact du changement climatique** : augmentation de la fréquence et de l'intensité des événements naturels. ### Changement climatique - **Causes et effets** : émissions de gaz à effet de serre, réchauffement global, impacts sur les écosystèmes. - **Adaptation et atténuation** : stratégies pour réduire les émissions, adaptation des communautés et des infrastructures. - **Politiques internationales** : accords climatiques, initiatives globales pour le développement durable. **4. Défis des Géosciences et enjeux de la société : la transition énergétique et écologique**. La transition énergétique et écologique est un sujet crucial qui englobe plusieurs défis et enjeux pour notre société. Voici quelques points clés : ### Défis des Géosciences 1. **Changement climatique** : Les géosciences jouent un rôle essentiel dans la compréhension et la mitigation des effets du changement climatique. [[Cela inclut l'étude des cycles du carbone, des phénomènes météorologiques extrêmes, et des impacts sur les écosystèmes^1^]](https://www.cnrs.fr/fr/nos-defis/defis-societaux). 2. **Ressources naturelles** : La gestion durable des ressources naturelles, comme l'eau, les minéraux et les combustibles fossiles, est un autre défi majeur. [[Les géoscientifiques travaillent sur des méthodes pour exploiter ces ressources de manière plus écologique^1^]](https://www.cnrs.fr/fr/nos-defis/defis-societaux). ### Enjeux de la Société 1. [[**Transition énergétique** : Cela implique de passer d'un système énergétique basé sur les combustibles fossiles à un système plus durable utilisant des sources d'énergie renouvelables comme le solaire, l'éolien et l'hydroélectricité](https://www.cnrs.fr/fr/nos-defis/defis-societaux)[^2^](https://youmatter.world/fr/definitions/transition-energetique-definition-enjeux/)]. 2. [[**Économie circulaire** : Promouvoir une économie où les matériaux sont réutilisés et recyclés pour réduire les déchets et l'empreinte carbone](https://www.cnrs.fr/fr/nos-defis/defis-societaux)[^3^](https://www.ademe.fr/les-futurs-en-transition/)]. 3. [[**Politiques et régulations** : La mise en place de politiques efficaces et de régulations pour encourager les pratiques durables et réduire les émissions de gaz à effet de serre](https://www.cnrs.fr/fr/nos-defis/defis-societaux)[^4^](https://www.vie-publique.fr/parole-dexpert/268302-defis-et-enjeux-economiques-de-la-transition-ecologique)]. ### Solutions et Innovations 1. [[**Technologies vertes** : Développement de nouvelles technologies pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions, comme les véhicules électriques et les bâtiments à énergie positive^2^]](https://youmatter.world/fr/definitions/transition-energetique-definition-enjeux/). 2. [[**Éducation et sensibilisation** : Informer et éduquer le public sur les enjeux environnementaux et les inciter à adopter des comportements plus durables^3^]](https://www.ademe.fr/les-futurs-en-transition/). Ces défis et enjeux nécessitent une collaboration entre les scientifiques, les gouvernements, les entreprises et les citoyens pour construire un avenir plus durable **CHAPITRE II** **GEOLOGIE PLANETAIRE (LA PLANETOLOGIE)** **1. APERÇU SUR L\'UNIVERS ** **1.1. Définitions** Il est utile de donner quelques définitions des termes communément utilisés en Sciences de l'Univers **a. Cosmologie :** C'est une branche de l'astronomie qui étudie la structure et l'évolution de l'univers (où Cosmos) considéré dans son ensemble. **b. Univers :** C'est l'ensemble de l'espace qui nous entoure. Il est constitué de milliards d'étoiles, auxquelles s'ajoute corps célestes de moindre importance composé de poussière et de gaz. **c. Galaxie :** C'est un ensemble d'étoiles, de poussières et de gaz interstellaires possédant une unité dynamique, affectant la forme d'un disque d'environ 100000 Al et d'une épaisseur de 6000 Al avec un bulbe central, qui contient une centaine de milliards d'étoiles, parmi lesquelles le soleil. **d. Etoile :** En latin : Stella, c'est un Astre doué d'un éclat propre observable sous la forme d'un point lumineux. **e. Planète :** Astre sans lumière propre, qui gravite autour d'une étoile. ![](media/image5.png) Figure II.1 : La galaxie d\'Andromède (La galaxie d\'Andromède est la galaxie la plus proche de nous. Elle ressemble à [la](http://villemin.gerard.free.fr/Science/Galaxie.htm) note : la voie lacté Figure II.2 : La galaxie : la voie lacté (La pointe de la flèche indique notre système solaire, situé sur l'un des bras spiraux de la galaxie la voie lacté). **2. LE SYSTEME SOLAIRE** Le système solaire est un ensemble formé par l'étoile Soleil, les 8 planètes qui gravitent autour de lui et leurs satellites, des astéroïdes, des comètes ainsi que des poussières et des gaz interplanétaires. Notre système solaire (au bout de la pointe de la flèche) (Figure 2) est à environ 30000 Al du centre de la galaxie. L\'Union Astronomique Internationale (UAI) qui s\'est tenue à Prague en 2006 a redéfini les planètes du système solaire comme suit : Une \"planète\" est un corps céleste qui : \* est en orbite autour du Soleil, \* a suffisamment de masse pour que sa propre gravité surmonte les forces rigides de corps de sorte qu\'elle assume une forme hydrostatique d\'équilibre, sous une forme sphérique, \* a éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche. Le système solaire né voici 4,6 Ga est décrit comme un disque d'environ 6 milliards de km de rayon dont le centre est représenté par le Soleil et dont la périphérie est le siège des orbites des planètes. ![](media/image7.png) Figure II.3 : Le système solaire. **2.1. La distance entre le soleil et les neuf planètes** La distance entre le soleil est les autres planètes du système solaire a été mise en évidence par l'application de mesures et calcules mathématiques et observations astrophysiques en prenant comme une unité astronomique la distance entre la Terre et le soleil (Tableau I.1). Tableau II.1 : Calcule de la distance entre les planètes de notre système solaire par unités **Terme de la progression** **Opération** **Planètes** **Distances réelles Planète /Soleil en UA**\* ----------------------------- --------------- -------------- ----------------------------------------------- ----------- +4 /10 0 4 0.4 Mercure 0.4 u.a. 3 7 0.7 Venus 0.72 u.a. 6 10 1 Terre 1 u.a. 12 16 1.6 Mars 1.52 u.a. 24 26 2.6 Astroïdes 2.56 48 52 5.2 Jupiter 5.2 96 100 10 Saturne 9.65 192 196 19.6 Uranus 19.22 384 388 38.8 Neptune 30.11 768 772 77.2 Pluton 39.6 \* **Unité astronomique =** 150 10^6^ km L'ordonnance des planètes mise en évidence par Bode en 1772 a permis de découvrir en 1781 la planète Uranus. Les distances réelles de Neptune et de Pluton ne sont pas en accord avec les valeurs obtenues par la loi de Bode, on suppose que Pluton serait un satellite de Neptune. **2.2. Origine du système solaire** Notre système solaire s'est formé à partir d'un immense nuage de gaz et de poussière dont le centre est devenu le Soleil et dont la périphérie s'est condensée en planètes. Ce nuage large de 50 milliards de kilomètres est appelé la nébuleuse primitive. ![](media/image9.png) Figure II.4 : La formation du système solaire **2.3. Les caractéristiques du Soleil** Le Soleil est une étoile jaune caractérisée par un : - Rayon : 700 000km (Rayon de la Terre x 110), - Masse : 1,9 1030 (Masse de la Terre x 10 4), - Masse volumique : 1,4 g cm^-3^ (\< à celle de la Terre = 5,5 g cm^-3^), - Température de surface = 6000 k - Température de centre = 15 10 6 k (soit un gradient moyen d'environ 20k/ km) **[La structure du soleil]** L\'étoile Soleil est constituée de plusieurs couches de gaz ayant chacune des propriétés thermodynamiques particulières. De l\'intérieur vers l\'extérieur on distingue (Figure II.4) : Figure II.5 : Structure du soleil ![](media/image11.png) Figure II.6 : Températures et densités au sein du soleil **2.4. Les planètes du système solaire** **2.4.1. Généralités** Les planètes n'émettent pas d'énergie, elles se contentent de réfléchir le rayonnement de leur étoile. Elles ont une masse plus petite que celle des étoiles : - la plus petite étoile m= 1/100 du Soleil - la plus grosse planète du système solaire m=1/1000 du Soleil. **2.4.2. Les planètes du système solaire** Le système solaire comprend deux grands types de planètes : les planètes telluriques et les planètes joviennes. Figure II.7 : Le système solaire (Les planètes telluriques : M : Mercure, V : Venus, T : Terre et Ma :Mars ; Les planètes joviennes sont J : Jupiter, S : Saturne, U : Uranus, N : Neptune et P : Pluton). - Les planètes internes dites telluriques (de Terre) : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Elles sont appelées Telluriques parce qu\'elles ont une surface compacte et rocailleuse comme celle de la Terre. Ces planètes rocheuses (composées de silicates et métaux) sont caractérisées par : - un volume réduit, - une masse relativement faible, - une masse volumique importante (4,5 -- 5,5 g/cm 3), - une température élevée (800 à 1300°C). \- Les planètes externes, dites joviennes (de Jovius= Jupiter) : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Ces planètes essentiellement gazeuses (H, He) sont : - volumineuses, - Relativement massives, - De masse volumique faible (0,7 - 1,6 g/cm3), - Eloignées du soleil, leur température de surface varient entre 220°C et -120°C. ![](media/image14.png) **2.5. La structure interne des planètes** Les planètes telluriques montrent une structure différenciée différente de celles des planètes joviennes. La variation de la composition chimique et de la densité du système planétaire est une conséquence directe de la variation de la température dans le disque planétaire : Figure II.9 : structure interne des planètes **2.5.1. Les planètes telluriques** Constituées d'enveloppes concentriques (noyau, manteau et croûte ou écorce) ; - Noyau formé d'alliages métalliques (silicates et métaux) ; - Vénus et la Terre ont un noyau externe liquide et un noyau solide ; - le noyau de Mercure est particulièrement volumineux et entièrement solide ; - sur la Terre et sur Mars, le manteau est coiffé d'une mince pellicule silicatée, la croûte. ![](media/image16.png) Figure II.10 : Structure interne comparative des planètes du système Solaire **2.5.2. Les planètes joviennes** Jupiter et Saturne sont composées pour l'essentiel d'hydrogène et d'hélium ; elles ont un noyau rocheux et une couche d'hydrogène comprimé qui se comporte comme un métal ; Neptune et Uranus ont autour du noyau une couche d'éléments ionisés ; Au-delà de ces couches, on trouve une couche d'hydrogène moléculaire (H2) formé deux atomes liés ; Entourées par un grand nombre de satellites et d'anneaux. Figure II.11 :Exemple de structure interne de Planètes Joviennes (Uranus et Jupiter) **2.6. Les petits corps du système solaire** **2.6.1. Les anneaux** Les anneaux des planètes joviennes, composés d'une myriade de grains de blocs de roche et surtout de glaces sont inscrits dans une sphère dont le rayon est 3 fois à 4 fois plus grand que celui de planète. Ils sont très minces (de l'ordre du km à quelques dizaines de m), de faible densité et tournent en orbite dans le plan équatorial de la planète. ![](media/image18.png) Figure II.12 Illustration des anneaux. **2.6.2. Les satellites** On distingue deux types de satellites gravitant autour des planètes joviennes : \- Les satellites réguliers qui tournent dans le plan équatorial de la planète. Ils ont une orbite sub-circulaire. Ils sont probablement formés dans le disque proto-planétaire. \- Les satellites irréguliers ont une orbite elliptique et incliné par rapport au plan équatorial de la planète. Ce sont probablement des comètes ou de gros planétésimaux qui ont été capturés par la planète. Figure II.13 : Théorie de la capture ![](media/image20.png) Figure II.14 : Théorie de la fission Figure II.15 : Théorie de la formation simultanée ![](media/image22.png) Figure II.16 : Théorie de la collision **2.6.3. Les astéroïdes** Les astéroïdes sont des petits corps rocheux contenant très peu d'éléments volatils, formés relativement près du Soleil, là où la température est élevée. La majorité des astéroïdes se trouvent dans la ceinture des astéroïdes située entre les orbites de Mars et Jupiter. Les astéroïdes sont des témoins primitifs des matériaux de construction du système solaire qui ne se seraient jamais assemblés en planètes. Figure II.17 : Vue de l\'astéroïde Éros ![](media/image24.png) Figure II.18 Différents Astéroïdes à plusieurs dimensions Figure II.19 : Emplacement de la ceinture des astéroïdes dans le système solaire **2.6.4. Les comètes** Les comètes sont des corps glacés de petite taille (diamètre = 10 km), composées de glaces d'eau, de gaz gelé (carbone, méthane et ammoniaque) et de poussières. Ce sont des morceaux de la nébuleuse primitive qui s'est condensée il y a 4,5 milliards d'années. La plupart des comètes circulent dans un immense nuage, nuage d'Oort, autour du Soleil à une distance d'une année lumière. ![](media/image26.png) Figure II.20 : La comète C/2002 V1, le 29 janvier 2003. Figure II.21 : Structure et différentes parties d'une Comète ![](media/image28.png) Figure II.22 : Désintégration en molécules de la chevelure d'une comète Figure II.23 : Emplacement de la Ceinture d'Oort (Origine des comètes) ![](media/image30.png) **Figure :** Figure II.24 : Comète de Halley ![](media/image32.png) Figure II.26 : Orientation d'une Comète lors de son passage à différentes positions par rapport au Soleil**.** **2.6.5. Les météorites** Les météorites sont des pierres primitives, la plupart proviennent de la condensation de la nébuleuse gazeuse qui était à l'origine du système solaire il y a 4,5 Milliard d'années, d'autres sont des débris de collision entre astéroïdes. Les météorites primitives nous renseignent sur : -- l'âge du système solaire ; -- les conditions physico-chimiques qui régnaient au début de notre histoire. Figure II.27 : Fragment d'une chondrite du Maroc, montrant sa croûte de fusion photo J. Gispert ![](media/image34.png) Figure II.28 : Météorite **2.7. Stades dans la vie d'une étoile** Dans sa vie, une étoile passe par plusieurs stades ce qui permet aux astronomes de distinguer cinq classes d'étoiles. Figure II.29 : Classification des étoiles et Phases de leur évolution (la vie d'une étoile) ### 3. Les caractéristiques générales de la Terre ### 3.1. Forme du globe terrestre La forme théorique de la terre est appelée géoïde : surface équipotentielle correspondant au niveau moyen de la mer. Cette forme est obtenue lorsqu'on prolonge la surface des océans (le niveau 0) à travers les continents. Le volume obtenu n'est pas rigoureusement une sphère, mais plutôt un ellipsoïde (Figure II.30) dont les caractéristiques sont les suivantes (Tableau II.3) : Tableau II.3 : Identité de la planète Terre +-----------------------------------+-----------------------------------+ | **Désignation** | **Valeur** | +===================================+===================================+ | Rayon | 6378,14 km | | équatorial....................... | | |....................\...\...\...\ | 510 10^6^ km^2^ | |...............\... | | | | 1083 10^12^ km^3^ | | Surface du | | | géoïde........................... | 5,9742 10^12^ T | |................................. | | |...... | 149 10^6^ km^2^ | | | | | Volume du | 361 10^6^ km^2^ | | géoïde........................... | | |................................. | 5.515 g cm^-3^ | |..... | | | | 1 | | Masse de la | | | Terre........................\... | \- 88°C | |...............................\. | | |........ | 10°C | | | | | Surface des | \+ 58°C | | continents....................... | | |................................. | 0,00005° | |.... | | | | 78% | | Surface des | | | Océans........................... | 21% | |................................. | | |.... | 0,9% | | | | | Masse volumique = | 0,1% | | densité.......................... | | |....................\...\...\.... | | |. | | | | | | Pesanteur (1 kg = | | | Terre)..................... | | |............\.................... | | |..... | | | | | | Température | | | minimale......................... | | |. | | |.........................\...\... | | | \..... | | | | | | Température moyenne | | |................................. | | |........................... | | | | | | Température | | | maximale......................... | | |................................. | | | \... | | | | | | Inclinaison de l\'orbite sur le | | | plan de | | | l\'écliptique...\.............\.. | | |.........\...\.... | | | | | | Nombre de satellites : 1 (la | | | [Lune](http://gibouin.club.fr/sys | | | tsol/lune.htm)) | | | | | | [**Composition de l\'atmosphère** | | | :] | | | | | | Azote............................ | | |................................. | | |..................... | | | | | | Di | | | oxygène.......................... | | |..............................\.. | | |...............\.... | | | | | | Argon............................ | | |................................. | | |.................... | | | | | | Dioxyde de carbone et | | | autres..................\........ | | |............................. | | | | | | Vapeur d\'eau | | | | | | La pression atmosphérique de 980 | | | millibars au niveau de la mer | | | diminue avec l'altitude. | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ Rotation : 23 heures 56 minutes 04 secondes Vitesse orbitale : 29,7858 km/s Distance moyenne du Soleil : 149 597 890 km Révolution : 365,256 jours Vitesse de libération : 11,18 km/s Figure II. 30 : Forme ellipsoïde de la Terre **3.2. Le rayon de la Terre** La première mesure de la Terre est approchée par ***Eratosthène*** (-284 à -192 avant J.C), et elle a été faite par des observations simultanées à Alexandrie et Assouan. La distance entre Assouan et Alexandrie était évaluée à 787 km. Deux bâtons sont plantés verticalement au sol à Assouan et à Alexandrie. Au même moment (à midi le même jour), on constate qu'à Assouan le bâton ne fait plus d'ombre, alors qu'à Alexandrie l'ombre fait un angle de 7° 12' avec le bâton (avec la verticale). Puisque 7° 12' correspondent à 787 km, 360° correspondent à 39.350 km, ce qui est une excellente valeur. Une fois connue la circonférence, on obtient le diamètre de la Terre : l = 2 π r =39.350, d'où r = 39.350/ 2 π = 6.266 km Si on compare ce résultat avec le rayon moyen actuel qui est de 6371 km, on voit que l'erreur n'est que de 1.5% environ. **3.3. Densité de la Terre** - Densité moyenne de la Terre : 5,5 - d m de la croûte continentale : 2,67 - Sédiments meubles : 1,8 à 2,0 - Marnes : 2,1 à 2,6 - Calcaires : 2,4 à 2,8 - Granite : 2,6 à 2,7 - Basalte : 2,7 à 3,1 - Péridotite : 3,1 à 3,4 - Existence d'entité de densité importante en profondeur (ex.: fer : 7,3 à 7,8) Il y a deux mouvements de la Terre : la rotation et la révolution - La rotation: la Terre est en mouvement autour de son axe. - L'axe est la ligne imaginaire qui relie le pôle du Sud au pôle du Nord. - Une rotation dure 24 heures et c'est la raison que nous avons les jours et les nuits. Figure II.31 : Principe de calcula par Eratosthène du rayon de la Terre (-3000 ans) La révolution : la Terre est en mouvement autour du Soleil. La durée d'une révolution est 365 jours (un an). C'est la raison que nous avons les saisons. C'est aussi pourquoi nous observons des étoiles et constellations différentes durant les saisons. La Terre n'est pas toujours à la même place en espace ! Figure II.32 : Révolution de la terre en mouvement autour du Soleil et succession des saisons [A retenir]** :** - Le mouvement de la Terre sur elle-même s'appelle la rotation - La conséquence de la rotation est la succession des jours et des nuits. - La durée de la rotation est de 24 heures. - Le mouvement de la Terre autour du soleil s'appelle la révolution - La conséquence de la révolution est la succession de saisons. - La durée de la révolution (année solaire) est de 365 jours ¼. - Le solstice d'hiver est le 21 décembre dans l'hémisphère nord : c'est la nuit la plus longue de l'année et aussi le début de l'hiver. - Le solstice d'été est le 21 juin dans l'hémisphère nord : c'est la nuit la plus courte de l'année et aussi le début de l'été. - Les équinoxes sont le 21 mars et le 21 septembre respectivement le premier jour du printemps et le premier jour de l'automne : les nuits sont égales aux jours. - Rotation : mouvement d'un astre autour de lui-même. - Axe de rotation : axe qui passe par les pôles et autour duquel la Terre tourne. - Pôles : endroits le plus au nord ou au sud de la Terre par où passe l'axe de rotation. - Équateur : c'est une ligne imaginaire qui divise la Terre en deux parties égales. - Hémisphère : moitié de la Terre séparée par l'Équateur, il peut-être nord ou sud. - (La longueur de l'Équateur est de 40 075 km.) **3.4. La géométrie de la Terre** La Terre est une sphère sur laquelle on peut tracer de façon imaginaire des cercles particuliers : **L'Équateur **: c'est une ligne imaginaire qui divise la Terre en deux parties égales **Parallèles** : petits cercles tracés parallèlement à l'équateur. Il en existe 4 particuliers : tropique du cancer au Nord et tropique du capricorne au Sud, cercle polaire arctique au Nord et cercle polaire antarctique au Sud. **Méridien** : grand cercle imaginaire qui passe par le pôle nord et le pôle sud. Le méridien initial est Greenwich. Pôles : points de percée de l'axe terrestre : pôle nord en haut et pôle sud en bas. **La Longitude** : la distance mesurée en degrés qui sépare un méridien du méridien de Greenwich **La Latitude** : la distance mesurée en degrés qui sépare un parallèle de l'Équateur. **4.1. Se repérer sur la Terre:** Afin de pouvoir se repérer, les savants ont mis au point un quadrillage imaginaire de la Terre. Les lignes de ce quadrillage s'appellent les méridiens et les parallèles. Le cercle de l'équateur partage le globe en deux hémisphères : l'hémisphère Nord et l'hémisphère Sud. D'autres cercles, parallèles à l'équateur, forment les tropiques et les cercles polaires. N'importe quel point de la planète est repéré par deux nombres, la latitude et la longitude. **4.2. Les fuseaux horaires** Les fuseaux horaires découpent la Terre en 24 parties. Tous les lieux à l'intérieur d'un même fuseau ont la même heure. Figure II.33 : Les fuseaux horaires **3.5. Cycle annuel de la Terre** Figure II.34 : Postions solstice et équinoxe de la Terre au cours de son cycle annuel. Dans un plan écliptique la Terre parcourt autour du soleil une orbite elliptique en [365 jours et 6h.] Ces 6 heures sont rattrapées en ajoutant un jour tous les 4 ans, ce qui donne une année bissextile avec 29 jours au mois de février. La Terre tourne sur elle-même en [23h56mn04s,] son axe n'est pas vertical mais incliné de 23°27' par rapport au plan écliptique. Ceci a pour conséquence qu'au cours de son cycle annuel autour du soleil certaines parties sont plus éclairées (plus chaudes) que d'autres ce qui détermine les saisons et aussi les zones climatiques dont dépendent étroitement les activités humaines. En plus, la trajectoire de la terre autour du soleil dans le plan écliptique n'est pas circulaire mais elliptique dont le soleil occupe le foyer. **3.6. La gravimétrie** **6.3.1. Définition** La gravimétrie est l'étude du champ de la pesanteur ou la gravité terrestre. Elle permet de caractériser la forme de la Terre par la détermination du Géoïde. L'intensité de la pesanteur et sa variation nous renseignent sur la répartition des masses dans les enveloppes superficielles de la Terre. Cette répartition montre que les « bosses » (montagnes, collines...) et les creux » (océans, mers...) de la surface topographique, sont compensés à des profondeurs inférieures à 100km, par des déficits et des excès de masse. **6.2. La force de gravité** D'après la loi de l'attraction universelle (loi de Newton) : Entre deux masses m et m'séparées par une distance « d » s'exerce une force F : F=k. mm'/d K= constante de gravitation universelle = 6,67.10-11 m3/kg-1/S-2 Figure II.35 : Loi de gravitation universelle (Newton 1687) Si on applique cette formule à un corps de masse « m » attiré par la Terre de masse « M », on obtient : F= k.M.m/r2 D'après le principe fondamental de la dynamique : F= m.γ (γ =accélération) Et pour un corps de masse m » placé à la surface d la Terre, la force F exprime le poids du corps « p » tel que : F = p = mg (g= accélération de la pesanteur) **6.3. La loi de la gravitation universelle** Figure II.36 : g = l'accélération de la pesanteur= 9,81 m/s^2^ A partir de ces données on peut calculer la masse et la densité de la Terre M : F = k. M.m/r^2^ = mg d'où k.M/r^2^ = g M = gr^2^/k soit M = 9,81.(6371.10^3^)^2^/ 6.67.10^-11^ M = 5,98.1024 kg La densité de la Terre est déduite ainsi : d= M/V avec V= (4/3)π r^3^ d= 5,52 **3.6.4. Situation d'un point sur la Terre** **Lignes caractéristiques** Chaque point de la surface de la Terre est repéré grâce à ses coordonnées géographiques qui sont déterminées à partir des latitudes et des longitudes. ![](media/image37.jpeg) La longitude est l'angle entre le plan du méridien de Greenwich et celui du plan du méridien du lieu. La latitude est l'angle entre la ligne qui rejoint le centre de la terre et le plan de l'équateur. **3.7. Les variations de la gravité** La pesanteur « g » varie à la surface de la Terre, en fonction de l'altitude, la latitude et la topographie : **3.7.1. l'altitude **: D'après la formule g= k.M / r^2^ , il est clair que g diminue quand on ajoute l'altitude h au rayon r : g= k.M /(r+h)^2^ **3.7.2. La latitude** Le rayon de la Terre varie avec la latitude : la valeur de r est maximale à l'équateur et minimale aux pôles, donc la pesanteur (g) sera maximale au niveau des pôles et minimale au niveau de l'équateur. **3.8. La topographie** La masse d'une montagne exerce une attraction sur les masses situées dans les plaines avoisinantes. La pesanteur sera donc la résultante des forces d'attraction de la masse de la Terre d'une part et de la masse topographique d'autre part. Figure II.35 : Courbe hypsométrique et courbe de Trabert. La courbe de fréquence de répartition des altitudes montre l'existence de deux niveaux privilégiés: un vers +300 m, l'autre vers -4800 m. (La profondeur moyenne de géoïde se situant à 2440 m et celle des mers à 3800 m.) La rareté des niveaux intermédiaires est remarquable. Cette courbe amène à des conclusions intéressantes concernant d'une part l'hétérogénéité de la croûte terrestre, d'autre part l'équilibre relatif de ces parties hétérogènes. (Principe de l'isostasie). **3.9. Le champ magnétique terrestre ** Le géomagnétisme a pour objet l'étude du champ magnétique terrestre qui permet d'approcher la: Physique du globe **====\>** Étude de ses variations temporelles pour en préciser les parts externes et internes La Géodynamique **====\> **Reconstitution des mouvements passés des plaques lithosphériques La Géophysique appliquée **====\> ** Prospection et étude des anomalies magnétiques (profondes ou en surface). **3.9.1. L'origine du champ magnétique** Figure II. 37 : Fonctionnement de la Terre comme un méga aimant. Figure II. 38 : Origine du champ magnétique terrestre Figure II.39 Mouvements internes de la Terre et champ magnétique terrestre **3.9.2. La Terre est un gigantesque aimant ** Figure II.40 : La Terre est un méga aimant. Figure II.41 : Orientation des équipotentiels magnétiques et définition du Pôle Nord Magnétique et Pôle Sud magnétique. Actuellement le pôle nord géographique est donc un pôle sud magnétique et le pôle sud est un pôle nord magnétique. **Boussole:** Le pôle nord de l'aiguille de la boussole s'oriente vers le pôle nord géographique de la terre. Pour en savoir plus sur la boussole cliquez ([[http://fr.wikipedia.org/wiki/Boussole]](http://fr.wikipedia.org/wiki/Boussole)) **Intensité** Pôle sud = sortie des lignes de force (-) Pôle nord = entrée des lignes de force (+) Intensité négative dans l'hémisphère nord et positive dans l'hémisphère sud Figure II.42 : Inclinaison du champ magnétique terrestre **3.9.3. Les paramètres du champ magnétiques** Le champ magnétique est défini par: - son intensité ou force totale du champ magnétique exprimé par le vecteur F; il comprend une composante horizontale orientée vers le pôle magnétique et une composante verticale; - sa déclinaison qui est l'angle (D) entre le méridien géographique et la composante horizontale; - son inclinaison qui est l'angle (I), mesuré dans un plan vertical, entre la composante horizontale et le vecteur champ magnétique. Figure II. 43 : Géométrie des composantes du champ magnétique terrestre **3.9.4. Intensité du champ magnétique** - Unité : nanotesla (nT) - Intensité varie : - f (latitude) - - - f (temps, espace) - ex.: récemment, F(Paris)=46.000nT - cf. variation séculaire **3.9.4. La magnétosphère** Le champ magnétique généré au cœur de la planète, s'étend dans l'espace où il définit la magnétosphère. La forme de la magnétosphère est définie par l'interaction des particules du vent solaire avec le champ magnétique terrestre. Face au Soleil, elle s'étend en moyenne jusqu'à 60000 km Du côté opposé, elle s'étire en une queue qui s'étend sur plusieurs millions de km Figure II.44 : Bouclier magnétique : la Magnétosphère **3.9.5. Le paléomagnétisme:** Le champ magnétique se fossilise dans les : **-- Corps ferromagnétiques** Éléments : Fe, Ni, Co, Cr, Mn Minéraux : Magnétites, Hématites, Chromites\... -- **Roches magmatiques lors du refroidissement** Point de Curie : Fe = 770°C; Magnétite = 585°C -- **Sédiments encore meubles (orientation des particules magnétiques lors de dépôt)**. **Aimantation rémanente détritique :** Orientation des grains de magnétite selon le champ magnétique terrestre au moment de leur dépôt Figure II.45 : Changement d'orientation du champ magnétique lors des épisodes géologiques Toutes les roches qui contiennent des oxydes de fer sont aimantées et fossilisent la direction du champ magnétique appliqué au moment de leur formation. **3.9.6. Les inversions du champ magnétiques** Les laves volcaniques ont une mémoire magnétique, et certaines montrent aussi des inversions du magnétisme, càd que le dipôle Nord-Sud a été à certaines époques Sud-Nord. Existence d'une dynamo centrale située dans le noyau terrestre. Le retournement épisodique du champ magnétique est dû au comportement instable de cette dynamo. Figure II.46 : Inversion du champ magnétique Paléomagnétisme: Utilisation des inversions du champ magnétique terrestre pour construire une échelle magnétostratigraphique. Figure II.47 : Fossilisation des inversions magnétiques lors de phases volcaniques **[Exemple d'échelle magnétostratigraphique]** La fossilisation des orientations magnétiques permet des datations précises d'épisodes volcaniques. Figure II.48 : Exemple d'échelle magnétostratigraphique **3.9.7. Evolution spatio-temporelle du champ magnétique** Figure II.49 : Reconstitution des palégéographies basées sur le champ magnétique - Les trois trajectoires ne coïncident pas; il devrait pourtant n\'y avoir qu\'une seule trajectoire puisqu\'il n\'y a qu\'un seul pôle nord magnétique terrestre; - Plus on recule dans le temps, plus le pôle magnétique s\'éloigne du pôle géographique - Il y a eu des dérives continentales plus anciennes, - Aujourd'hui, grâce à la théorie de la tectonique des plaques, On sait que les continents ont bougé tout au long de l\'histoire Géologique, et le [paléomagnétisme est utilisé comme outil de base pour reconstituer la position des continents aux diverses époques géologiques.] **3.10. Structure de la Terre** La connaissance directe de la structure de la Terre ne concerne que l'atmosphère, l'hydrosphère et la partie supérieure de l'écorce. L'investigation des couches profondes du globe ne peut résulter que de déductions suite à l'utilisation de méthodes faisant appelles à des techniques physiques et chimiques (cf. Chapitre III). **3.10.1. Structure verticale de l'atmosphère** C'est généralement la T° qui sert de critère pour définir la structure verticale de l'atmosphère, on distingue 4 couches: la troposphère, la stratosphère inférieure, la stratosphère supérieure ou la mésosphère et la thermosphère. **Troposphère :** Elle contient plus de 80% de la masse de l\'atmosphère ainsi que la totalité de la vapeur d\'eau, des nuages et des précipitations. Elle est caractérisée par une décroissance de la température au taux de 6.5 C°/km, et par une activité turbulence responsable d\'un temps de résidence des aérosols relativement court (quelques jours à quelques semaines). La transition entre la troposphère et la stratosphère est définie par une inversion marquée de la température, elle est accompagnée d\'un changement nette de la concentration de certains constituants en trace. Contrairement à la troposphère la stratosphère est riche en Ozone (ce gaz absorbe les Ultraviolets du rayonnement solaire. Conduisant ainsi à une température proche de O°C au sommet de la stratosphère. **Stratosphère :** Elle est en équilibre radiatif, sa stabilité au sens hydrostatique permet au aérosol qui s\'y trouve (poussières volcaniques, débris d'explosions nucléaires) de séjourner longtemps, de même cette stabilité empêche les constituants troposphériques d\'y pénétrer facilement. **Thermosphère :** Elle s\'étend sur plusieurs kilomètres pour rejoindre l\'espace interplanétaire, la température va de 500 k° à 2000 k°, elle dépend de l\'activité solaire Figure II.50 : Structure verticale de l'atmosphère **3.10.2. Composition chimique de l'atmosphère** Tableau II.4 : Les constituants gazeux de l'atmosphère. Gaz constituants \% Volumétriques ------------------------------------- ------------------ Azote (N~2~)...................... 78.09 Oxygène (O~2~)................... 20.95 Argon (A)....................... 0.93 Anhydride carbonique (CO~2~) 0.03 Néon (Ne)....................... 1.8 x 10^-3^ Hélium (He)..................\... 5.24 x 10^-4^ Krypton (Kr).................... 1 x 10^-4^ Hydrogène (H~2~)................ 5 x 10^-5^ Xénon (Xe)..................... 8 x 10^-6^ Ozone (O~3~)...................... 1 x 10^-6^ Racton........................\... 6 x 10^-8^ Les 3 matières de gaz à 99,87% sont : Azote (N2), Oxygène (O2), Dioxyde du Carbone (CO2). \- La teneur de CO~2~ est très variable, elle dépend de l\'activité industrielle. \- La proportion de l\'Ozone O~3~ au voisinage de la mer est extrêmement faible, elle devient plus important en altitude au niveau de la couche d'Ozone (15 45 km). \- En plus des composantes gazeuses, une abstraction faite des goulettes d\'eau des cristaux de gaz constituant les nuages **3.11. Composition chimique du globe terrestre** Tableau II.5 : Table périodique des éléments chimiques ![](media/image39.png) **3.12. Répartition des éléments chimiques dans le globe terrestre** Les données du tableau ci-dessous mettent en évidence la répartition des éléments chimiques dans la croûte terrestre. On note que 8 à 10 éléments sont les plus abondants dans la croûte et représentent à eux seul plus de 99% de la masse totale. L'oxygène occupe 92% en volume de la croute et il se trouve dans la majorité des oxydes formant les roches de la croûte. Tableau II.6 : Répartition des éléments chimiques dans la croûte terrestre. **EN MASSE** **EN ATOME** **VOLUME** **Oxydes** -------------------- -------------- -------------- ------------ ----------- -------------- ------------------- **%** **%** **%** **(Clarke)** **(Goldschmidt)** O.............. 46.71 61 92 SiO~2~ 59.07 59.12 Si............. 27.69 20.6 0.8 Al~2~O~3~ 15.22 15.82 Al............ 8.07 6.05 0.8 Fe~2~O~3~ 3.10 6.81 6.99 Fe............ 5.05 1.87 0.7 FeO 3.71 Ca............ 3.65 1.9 1.5 CaO 5.10 3.07 Na......\...\..... 2.75 2.5 1.6 Na~2~O 3.75 2.05 K.............. 2.58 1.36 2.1 K~2~O 3.11 3.93 Mg.........\... 2.08 1.8 0.6 MgO 3.45 3.30 Ti............. 0.62 0.27 TiO~2~ 1.03 0.79 H.............. 0.14 2.92 H~2~O 1.30 3.02 99.34 100.17 100.1 98.80 98.09 D'après la subdivision de Goldschmidt, on constate l'existence de 4 familles d'éléments : 1\. **Les atmophiles et hydrophiles** sont localisés dans l'atmosphère et l'hydrosphère, ce sont O~2~, H~2~, N~2~, gaz rares 2\. **Les lithophiles** sont localisées dans les roches et ils constituent les principaux minéraux essentiellement les silicates 3\. **Les sidérophiles** comportent tous les éléments qui s'associent préférentiellement avec le Fer, mais aussi avec le Nickel, Cobalt, l'Or et le Platine 4\. **Les chalcophiles** se sont tous les éléments comme le Cuivre et qui s'associent facilement avec le soufre (Zn, Ag, Hg, Ti,....). Le Fer fait également partie de ce groupe. Figure II.51 : Répartition des éléments dans le globe terrestre (in Elément de géologie, 13^ème^ édition) Cette répartition d'éléments en familles malgré qu'elle soit très simplifiée, elle permet de montrer qu'il existe une relation entre mégastructure de la Terre et sa composition chimique. Bien sûr qu'il existe des exceptions à cette répartition, ce qui implique l'existence d'échange entre les différentes parties du globe terrestre. **CHAPITRE III** **SISMOLOGIE ET STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE** **1. Introduction et définitions** La reconnaissance de la structure interne de la Terre ne peut se faire de manière directe. L'investigation des couches profondes du globe ne peut résulter que de déductions suite à l'utilisation de méthodes faisant appelles à des techniques physiques. Les études structurales, et des phénomènes naturels comme les séismes et le volcanisme ont permis de reconstituer la structure interne de la terre. **1.1. Définition d'un séisme** **Un séisme est définit comme tremblement soudain d'une partie de l'écorce terrestre. Il est le résultat de la libération d'énergie considérable accumulée par les déplacements et les frictions des plaques lithosphériques. La théorie de la tectonique des plaques a permis d\'expliquer la cause des séismes. La surface de la Terre (la lithosphère) est constituée de plaques relativement rigides qui se déplacent les unes par rapport aux autres, c\'est à leurs frontières que la majeure partie des tremblements de Terre sont localisés.** **En dehors de ces zones étroites, il existe de vastes régions à l\'intérieur des continents où la sismicité est diffuse. C\'est le cas du domaine alpin-méditerranéen.** **Le Maroc a connu plusieurs tremblements de Terre importants parmi lesquels nous citerons (Tableau III.1).** **Tableau III.1 : Historique des tremblements de Terre connu au Maroc** **Date** **Localité (Epicentre)** **Magnitude** **Victimes et dégâts** ------------------------- ------------------------------------------- --------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------- **22-9-1522** **ville de Fès et des dégâts à Tétouan.** **-** **Graves destructions** **11-5-1624** **Fès, Meknès, Taza** **-** **Dégâts matériels considérables avec destruction d\'une grande partie des villes de Fès et Meknès.** **1660** **Mélilia** **-** **Dégâts matériels considérables** **1665** **Fès** **-** **1719** **Côtes atlantiques marocaines** **-** **Violent, a détruit une partie de Marrakech** **1731** **Agadir** **Novembre 1755** **Meknès, Ouazzane (Lisbonne)** **Plus de 7** **Dégâts humains et matériels considérables.** **29/2/1960 à 23h57mn** **Agadir** **5,7** **15000 morts et plus de 35000 blessés** **1994** **Al Hoceima** **24/2/2004 à 2h27mn** **Al Hoceima** **6,3** **628 morts et des dégâts matériels considérables.** **2021-2022** **Séismes de Driouch** **2007** **Large de Larache** **7,3** **Quelques dégâts matériels** **8/9/2023 à 23h11mn** **Haouz de Marrakech** **6,8** **3000 morts et plus de 5000 blessés, dégâts considérables, Marrakech affectée** **1.2. Localisation de l'épicentre** La localisation d'un séisme se fait en connaissant la distance qui sépare le sismographe de l'épicentre pour moins trois stations (A, B et C), on peut localiser l'emplacement de l'épicentre d'un séisme en traçant trois cercles dont les rayons (R~A~, R~B~, R~C~) correspondent à ces distances. Le point d'intersection de trois cercles dessine le plus souvent un petit triangle. Plus on dispose de stations de mesures sismiques plus on est en mesure de s'approcher de l'emplacement exact de l'épicentre (figure III.1). ![](media/image41.jpeg) Figure III.1 : Localisation de l'épicentre d'un séisme **1.3. La magnitude et l'intensité d'un séisme** La magnitude d\'un séisme ne doit pas être confondue avec l\'intensité macrosismique. **Magnitude** La puissance d\'un tremblement de terre est quantifiée par sa magnitude de RICHTER. La magnitude se calcule à partir des différents types d'ondes sismiques en tenant compte de paramètres comme la distance à l\'épicentre, la profondeur de l\'hypocentre, la fréquence du signal, le type de sismographes utilisés, etc. La magnitude n\'est pas une échelle mais une fonction continue logarithmique. La figure III.2 montre la relation entre la magnitude des séismes sur l'échelle arithmétique et l'énergie dégagée au foyer sur échelle logarithmique. Avec présentation comparée entre quelques séismes les plus connus. **L\'intensité macrosismique :** Elle est fondée sur l\'observation des effets et des conséquences du séisme en un lieu donné : vibration des fenêtres, nombre de personnes qui ressentent les secousses, ampleur des dégâts, etc. Les échelles d\'intensité comportent des degrés notés en nombres romains, de I à XII pour les échelles les plus connues (Mercalli, MSK....) (figure III.3). Figure III.2 : Relation entre la magnitude des séismes sur l'échelle arithmétique et l'énergie dégagée au foyer sur échelle logarithmique. ![](media/image43.png) Figure III.3 : Relation entre l'échelle d'intensité de MERCALLI et celle de Magnitude de RICHTER **1.4. Les tremblements de Terre et la tectonique des plaques** Les séisme n\'ont pas une répartition aléatoire à la surface de la planète, mais sont répartis selon un schéma bien défini. Cette répartition ordonnée vient appuyer la théorie de la tectonique des plaques, particulièrement, l\'existence de zones de subduction. On retrouve les séismes surtout aux frontières des plaques lithosphériques. De plus, on distingue trois classes de séismes, en fonction de la profondeur où ils se produisent: a\. Les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur, soit dans les premières dizaines de kilomètres, et qui se retrouvent autant aux frontières divergentes, c\'est à dire le long des dorsales océaniques qu\'aux frontières convergentes au voisinage des fosses océaniques; b\. Les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelques dizaines et quelques centaines de kilomètres de profondeur et se concentrent uniquement au voisinage des limites convergentes ; c\. Les séismes profonds qui se produisent à des profondeurs pouvant atteindre les 700 km, soit en pratique la base de l\'asthénosphère, et qui se trouvent exclusivement au voisinage de limites convergentes (figure III.4). **A la convergence de plaques** **Figure III.4: Zone de convergence Kouriles-Japon dans le nord-ouest du Pacifique.** Différents niveau de foyers sismiques Les trois classes de séismes se répartissent selon des bandes parallèles aux fosses océaniques : d\'Est en Ouest, séismes superficiels, séismes intermédiaires et séismes profonds. Pour comprendre cette répartition, faisons une coupe (A-B) à la hauteur des Kouriles (figure III.5). ![](media/image45.png) **Figure III.5 : Situation des foyers sismiques dans une zone de convergence** **A la divergence de plaques** **La lithosphère océanique dépasse rarement les 10-15 km, ce qui fait qu\'il ne peut y avoir que des séismes superficiels (figure III.6). Les mouvements qui se produisent sous la lithosphère (convection) se font dans une asthénosphère plastique et par conséquent ne peuvent engendrer de ruptures.** **Figure III.6 : Sismicité dans les zones de divergence** **Les séismes sont presque toujours associés aux rides océaniques, aux zones de subduction et aux chaines de montagnes (figure III.7), le foyer de cette activité peut varier de la surface à une profondeur d'environ 700 km.** ![](media/image47.jpeg) Figure III.7 : La sismicité dans le monde **2. Les ondes sismiques** **2.1. Appareils enregistreurs des séismes** Les secousses d'un séisme sont enregistrées par des sismographes (figure III.8) dans plusieurs plans de l'espace (vertical et horizontal) - chaque station sismique comporte au moins trois sismographes : deux horizontaux (N-S) et (E-W) et le troisième vertical. On appelle distance épicentrale la distance de l'épicentre à la station de mesure unité soit en degrés ou en km. **Figure III.8 : Propagation des ondes sismiques et sismographes** L'enregistrement obtenu est un sismogramme (figure III.9), il correspond à l'enregistrement graphique des agitations dues à un séisme** :** \* Une trace initiale finement sinueuse. \* Une succession de trains d'ondes (P, S et L pour primaires secondaires et longues) \* Une suite confuse ou cauda (=queue) correspondant à des superpositions d'arrivées d'ondes. Figure III.9 : Exemple de sismogramme **2.2. Différents types d'ondes sismiques** Le passage des différentes ondes sismiques conduit à des déformations (figure III .10). Figure III.10 : Déformation de la matière au passage des ondes sismiques **2.5. Analyse de l'hodographe** **Figure III.11 : Un Hodographe** **A une profondeur de 2900km, les ondes sismiques rencontrent un milieu qui a les propriétés d'un liquide : c'est le noyau externe (écaille). La preuve en est que pour un séisme hypothétique dont le foyer réel serait situé au pôle Nord, les ondes sismiques (sauf les ondes de surfaces) ne seraient pas reçues dans un corridor compris entre 13°S et 53°S (soit entre 103° et 143° par rapport à l'épicentre). Dans cette zone d'ombre, seules de faibles ondes P réfléchies ou réfractées sont reçues (lignes en pointillé) (figure III.12). Les nombres donnent le temps, en minutes, nécessaire aux ondes pour atteindre les endroits marqués par les traits interrompus (in élément de géologie, 13^ème^ édition).** ![](media/image52.jpeg) **Figure III.12 : Mise en évidence des zones d'ombres des ondes P et S** **3. STRUCTURE SISMOLOGIQUE DE LA TERRE** **3.1. Propagation des ondes sismiques dans le globe terrestre** **L'étude de la propagation et de la vitesse des ondes sismiques ont permis de déterminer la structure interne de la terre (figure III.13).** **La lithosphère est constituée de l'écorce terrestre et du manteau supérieur. Ces deux couches sont séparées par la discontinuité de Mohovicic (le Moho).** **\* L'asthénosphère qui correspond à la partie supérieure du manteau qui est limité à sa base par la discontinuité de Guetenberg.** **\* Le noyau qui est divisé en deux (écaille et la graine). La discontinuité de Lehman se trouve entre la graine et l'écaille** **3.2. Mise en évidence des discontinuités et l'hétérogénéité de la Terre** **Après des années de recherche et de calculs on a mis en évidence les discontinuités suivantes :** **La discontinuité de Mohorovicic, ou Moho correspond à la limite entre la lithosphère et le manteau. Sa profondeur est de 7 à 12 km sous les océans, et de 30 à 40 km en moyenne sous les continents (jusqu'à 70 km sous les montagnes) (figure III.14).** **La discontinuité de Gutenberg elle sépare le manteau du noyau.** **La discontinuité de Lehmann subdivise le noyau en deux : le noyau (N) et la graine (G).** ![](media/image54.png) Figure III.14 : Structure interne de la Terre **4. Les minéraux et les roches** **4.1. Les principaux minéraux constitutifs de l'écorce terrestre.** L'écorce terrestre est constituée de roches, qui sont elles-mêmes composées de minéraux ces derniers sont à leur tour constitués d'éléments chimiques. Les minéraux sont des substances naturelles, inorganiques, solides et homogènes. Ils sont formés par des processus géologiques, tels que la cristallisation, la sédimentation ou le métamorphisme. Toutes les roches présentes sur la planète sont constituées d'assemblages minéraux dont les caractéristiques retracent l'histoire de cristallisation. Les modes de cristallisation dépendent en effet des conditions physico-chimiques qui règnent au moment de la mise en place des roches. Les minéraux cristallisent dans des systèmes cristallins qui sont en nombre de sept. Ces systèmes cristallins sont conditionnés par les relations de symétries de la maille cristalline et l'organisation des réseaux cristallins. On distingue : le système cubique, le système hexagonal, le système orthorombique, le système rhombohedrique, le système monoclinique, le système triclinale et le système quadratique Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux. Ces propriétés physiques sont : la couleur, l'éclat, la densité, les propriétés optiques et la dureté. La dureté d\'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable d\'un minéral à l\'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d\'autre plutôt tendres, comme le talc. Les minéralogistes ont une échelle (Figure III.15) relative de dureté qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10. Cette échelle a été construite par le minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par conséquent l\'échelle de Mohs. Figure III.15 : Echelle de Mohs **Les principaux groupes de minéraux** Les minéraux de l'écorce terrestre peuvent être classés en quatre groupes principaux : **Les silicates** : ce sont les minéraux les plus abondants, ils représentent environ 95 % de l'écorce terrestre. Ils sont composés de silicium, d'oxygène et d'autres éléments, tels que le fer, le magnésium, le calcium, etc. **Les carbonates** : ils sont composés de carbone, d'oxygène et d'un autre élément, tel que le calcium, le magnésium, etc. Ils sont présents dans les roches sédimentaires, telles que le calcaire et le marbre. **Les sulfures** : ils sont composés de soufre et d'un autre élément, tel que le fer, le cuivre, etc. Ils sont présents dans les roches magmatiques et métamorphiques. **Les halins** : ils sont composés de chlore, de fluor, de bromure, d'iode ou de combinaisons de ces éléments. Ils sont présents dans les roches sédimentaires, telles que le sel gemme et le gypse. ***Les silicates*** - Tous les silicates possèdent une structure de base composée des ions Si^4+^ et O^2-^ - Les silicates constituent l'essentiel des roches magmatiques et métamorphiques. La famille des silicates se décline en six grandes familles : 1. [Les Nésosilicates] : Tétraèdres reliés entre eux par des cations. Exemple : Grenats, péridots, Disthène, Sillimanite, Andalousite... 2. [Les Sorosilicates] : Tétraèdres unis par paires avec un atome d'oxygène en commun exemple : Epidote 3. [Les Cyclosilicates] : Tétraèdres en anneaux, ils cristallisent souvent en prismes exemple : Tourmaline 4. [Les Inosilicates] : Tétraèdres allongés en chaînes simples, d'où la forme allongée des minéraux. Exemple : Amphiboles, pyroxènes.... 5. [Les Phyllosilicates] : Tétraèdres en feuillets caractéristiques. Exemple : Micas, Argiles qui leur confère des propriétés absorbantes et plastiques. 6. [Les Tectosilicates] : Tétraèdres reliés par tous leurs sommets d'où une dureté supérieure et la difficile introduction d'ions au cœur de la structure : Le quartz ou les feldspaths. ***Les principaux silicates*** Les silicates sont les minéraux les plus abondants de l'écorce terrestre. Ils sont classés en plusieurs groupes, en fonction de leur structure cristalline. Les principaux groupes de silicates sont : [Les olivines] : ce sont des minéraux primaires, présents dans les roches magmatiques basiques. Ils sont composés de silicium, d'oxygène, de fer et de magnésium. [Les pyroxènes] : ce sont des minéraux primaires, présents dans les roches magmatiques basiques et intermédiaires. Ils sont composés de silicium, d'oxygène, de fer, de magnésium et de calcium. [Les amphiboles] : ce sont des minéraux primaires, présents dans les roches magmatiques intermédiaires et acides. Ils sont composés de silicium, d'oxygène, de fer, de magnésium, de calcium et d'aluminium. [Les micas] : ce sont des minéraux primaires, présents dans les roches sédimentaires et métamorphiques. Ils sont composés de silicium, d'oxygène, d'aluminium, de potassium, de sodium ou de calcium. ***Les minéraux non silicatés*** Il s'agit de minéraux accessoires, avec pour l'essentiel des minéraux sédimentaires dont les plus répandus : [Les chlorures] **:** Formés par évaporation en milieu marin ou lacustre. Le plus commun est le sel gemme : la halite. [Les Sulfures] **:** Minéraux de minerais... Exemple : Pyrite (FeS), Galène (PbS). [Les carbonates] **:** Les plus répandus. Exemple : la calcite qui compose l'essentiel des roches sédimentaires Les minéraux sont essentiels à la vie sur Terre, ils sont présents dans l'air, l'eau, le sol et les organismes vivants. Ils jouent un rôle important dans de nombreux processus, tels que la formation des roches, le cycle de l'eau et le cycle de la matière. Tableau III.2 : Différents groupes de minéraux et leur domaine d'usage ![](media/image56.png) **4.2. Intérêt économique et industriel des matériaux géologiques.** Les matériaux géologiques sont des substances naturelles, inorganiques, solides et homogènes. Ils correspondent à des ressources essentielles à l\'économie et à l\'industrie. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, à la fois économiques et industrielles. **Quelques exemples d\'utilisation des matériaux géologiques** **La construction** : les matériaux géologiques sont utilisés pour fabriquer des produits tels que le ciment, le béton, les briques, les tuiles, etc. **L\'énergie** : les matériaux géologiques sont utilisés pour produire de l\'énergie, tels que le pétrole, le gaz naturel, le charbon, etc. **Les métaux** : les matériaux géologiques sont utilisés pour extraire des métaux, tels que le fer, l\'aluminium, le cuivre, etc. **Les produits chimiques** : les matériaux géologiques sont utilisés pour produire des produits chimiques, tels que l\'acide sulfurique, le carbonate de soude, etc. **[Quelques applications industrielles des matériaux géologiques]** **Les machines** : les matériaux géologiques sont utilisés pour fabriquer des pièces mécaniques, telles que les engrenages, les pistons, etc. **Les produits électroniques** : les matériaux géologiques sont utilisés pour fabriquer des composants électroniques, tels que les semi-conducteurs, les condensateurs, etc. **Les produits de consommation** : les matériaux géologiques sont utilisés pour fabriquer des produits de consommation, tels que les bijoux, les cosmétiques, etc. **4.3. Mines et carrières.** **4.3.1. Généralités** **Le processus d\'exploitation minière (des mines et des carrières) remonte à la préhistoire, lorsque les gens ont extrait le silex pour la première fois. Ils ont utilisé ce minéral pour créer des outils et des armes, le brisant en éclats aux arêtes vives. L\'exploitation minière à ciel ouvert, sous-marine et souterraine sont les trois principales méthodes d\'exploitation minière que nous utilisons aujourd\'hui pour extraire des matériaux de la Terre.** **Une carrière est généralement définie comme une excavation de surface destinée à la production de pierres (ex: marbre, argile...). Elle diffère en cela des mines à ciel ouvert, puisque la roche elle-même est la matière première recherchée et non un minéral spécifique dans la masse rocheuse (phosphates).** **4.3.2. Procédés et techniques d'exploitation de carrières** **Les investigations** **Dans les carrières, l'exploitation implique le décapage des terrains superficiels pour atteindre la roche à exploiter. Celle-ci est ensuite travaillée en « banquettes », par extraction en couches au rythme du développement de la carrière. La carrière s'approfondit à chaque nouvelle banquette, celles-ci s'étageant depuis la surface initiale.** **On procède par la foration et l'abattage à l'explosif pour fragmenter la roche qui est ensuite chargée sur des camions hors route ou des convoyeurs à bande pour être transportée vers l'installation de traitement.** **4.3.3. Objets et Méthodes** **La foration s'effectue par des foreuses ou marteaux piqueurs (création de trou dans la roche à abattre)** **Le chargement est généralement effectué en utilisant des chargeuses sur pneus ou des pelleteuses en se déplaçant dans les différentes zones de la carrière selon les besoins.** **Un concassage secondaire est nécessaire dans le cas des granulats (matériaux fragmentés),** **Dans le cas de l'exploitation de pierres de taille (marbre ou granite : roches ornementales), la production échappe au procédé forage-abattage à l'explosif, car, la demande porte sur des blocs rocheux individuels de grande dimension. Ceci consiste à détacher avec soin de grands blocs de pierre brute du front de taille de la carrière à l\'aide de coins ou de scies à fil diamanté. Les blocs rocheux seront ainsi manipulés par l'équipement de chargement pour un traitement ultérieur.** **4.3.4. Étapes d'exploitation de carrières ou de mines à ciel ouvert et Moyens utilisés** **La séquence de forage et d'abattage à l'explosif** **4.3.5. Les carrières** **Classification des carrières** **i. Les carrières par l\'usage de la roche qui en est tirée :** **[Matière première industrielle] : calcaire pour les cimenteries, argile pour la terre cuite, etc. ;** **[Roche ornementale et de construction] : ardoise, pierre, marbre, granit pour les constructions, pierres tombales, etc. ;** **[Granulat] : graviers et sables utilisés par le bâtiment et les travaux publics.** **ii. Les carrières par leur matériau d'extraction :** **[Carrières de roche massive] : extraction d\'une couche géologique de roche plutôt homogène et compacte par abattage à l\'explosif, au sciage et plus rarement par ripage (raclage et polissage);** **[Gravière et sablière] : extraction de dépôts sédimentaires, alluvionnaires ou marins de sables ou de graviers.** **iii. Une autre distinction repose sur leur mode d\'extraction :** **[Carrières à ciel ouvert,] soit « à flanc de coteau » ou « à flanc de falaise » (carrières littorales), soit « en fosse » (jusqu\'à une centaine de mètres de profondeur parfois).** **[Carrières souterraines] ;** **[Carrières sous-marines] (sable, gravier).** **Liste des carrières selon les matières extraites** Par catégorie des matières extraites, selon le ministère de l'équipement et du transport, un classement a été réalisé en 2012 pour les carriers exploités au Maroc : 1\. Les carrières de graviers viennent en tête de la liste avec un total de 641 carrières. 2\. Les carrières de marbre tiennent la deuxième position avec 282 carrières. 3\. Les carrières tout venant en troisième position avec 204 carrières. 4\. Suivent les carrières de sable concassage qui sont au nombre de 143. Aussi, la liste comprend les carrières de sable de dune qui sont au nombre de 138, Remarque : La majorité des quantités du écoulées actuellement de sable sur le marché national provient des carrières de sables dunaires. 5\. Les carrières d'argile avec 126 carrières. 6\. Les carrières de sable schiste qui sont évaluées à 44 carrières, les carrières de sable de rivière qui sont au nombre de 16 et enfin les carrières de sable marin arrivent en fin de liste avec seulement 5 carrières sur tout le Royaume. À noter que le ministère a gardé les autres carrières d'extraction de matières diverses pour la fin les dénombrant à pas moins de 286 carrières. **4.3.6. Les mines** Une mine est l\'installation où se produit l'extraction des minéraux ou minerais de la Terre, le processus d\'extraction est appelé : exploitation minière. Il existe deux types de mines : \(1) mines à ciel ouvert ou mines de surface. Où sont extraits les minéraux ou minerai qui se retrouvent naturellement près de la surface de la Terre et \(2) les mines en souterrains. Les mines souterraines permettent d'extraire les minéraux enfouis profondément sous la surface de la Terre. « L'exploitation se fait à des profondeurs qui peuvent atteindre des centaines de mètres ». Une série de tunnels permet d'accéder aux dépôts de minerai. L'exploitation d'une mine comporte plusieurs étapes, soit l'exploration, le développement, l'exploitation et la fermeture/réhabilitation. Voilà ce qu'on appelle le cycle de vie d'une mine. L'exploration est la première étape du cycle. Elle comprend des recherches et des visites sur le terrain. Les prospecteurs, les prospectrices et les scientifiques explorent le sol de divers sites à la recherche de roches et de minéraux. Les roches sont ensuite analysées pour déterminer si elles contiennent les minéraux recherchés. Si l'analyse montre que ces minéraux sont présents en assez grande quantité, on effectue alors des travaux supplémentaires. Seul un petit nombre de ces sites, où sont découverts des minéraux, aboutissent à l'aménagement de mines. Le développement comprend d'autres recherches et analyses, dont : l'élaboration d'un plan de la mine; des discussions avec le gouvernement et les communautés situées à proximité de la mine projetée pour s'assurer de tenir compte de leurs besoins et exigences; l'obtention des permis et des licences auprès du gouvernement; l'évaluation finale de la mine projetée. Les résultats de cette étape détermineront si l'on construit ou non la mine. Une fois la mine construite, on passe à la phase d'exploitation. À l'étape de l'exploitation, on extrait la roche du sol. À certains endroits, de grandes excavatrices creusent les surfaces rocheuses et à d'autres, on brise la roche avec des explosifs. La fermeture et la réhabilitation du terrain correspond à la dernière étape du cycle de vie de la mine. Cette étape correspond à l'arrête d'exploiter la mine. Il s'agit également d'enlever tous les bâtiments et de rétablir la végétation sur le terrain. **L'exploitation d'une mine comporte plusieurs opérations** Tableau III.3 : Etapes schématiques d'une exploitation d'une mine cinema Exemple de mine ou l'exploitation est effectuée à ciel ouvert (exploitation des phosphates sédimentaire du bassin des Ouled Abdoune, Khouribga). ![chaine\_cinematique](media/image58.png) Figure III.16 : La chaine cinématique d'extraction des phosphates à ciel ouvert **Les mines souterraines** Les opérations minières pratiquées dans l'exploitation des carrières et des mines à ciel ouvert sont presque identiques et celles appliquées dans les mines souterraines. La différence réside dans les conditions d'exploitation qui exige certaines adaptations et exigences sécuritaires imposée par le type des roches exploitées. Les outils de travail et les engins utilisés sont également adaptés aux exigences des travaux d'exploitation en souterrain. Les méthodes d'exploitations en souterrain les plus connues sont la méthode chambre pilier, la TMR..... **CHAPITRE IV** **NOTIONS DE TEMPS EN GEOLOGIE** **1. LA GEOLOGIE HISTORIQUE ET LES NOTIONS DE STRATIGRAPHIE** **2. LA GEOCHRONOLOGIE ABSOLUE ET LA GEOCHRONOLOGIE RELATIVE** Le temps est une notion difficile. Nous pensons le mesurer, mais ces mesures sont assez relatives et chaque Science a sa manière propre de le concevoir. En géologie, l'effet du temps est mesuré sur les roches et à partir de l'évolution des êtres vivants. La géochronologie permet de reconstituer la suite des événements qui ont affecté les roches et de déterminer leur âge. Le temps se définit ainsi à partir de deux concepts : le concept de la *datation absolue* et le concept de la *datation relative.* **2.1. GEOCHRONOLOGIE ABSOLUE OU DATATION ABSOLUE** La datation absolue, en donnant l'accès à l\'âge des roches et des fossiles, permet de mesurer les durées des phénomènes géologiques. Elle permet de situer dans le temps l'échelle relative des temps géologiques Dater les roches de façon absolue consiste à leur attribuer un âge précis, généralement exprimé en années. L'horloge qui sert à donner l'âge absolu d'une roche fonctionne grâce aux éléments radioactifs piégés dans cette roche depuis sa formation. La datation absolue, elle, propose de dater les évènements en années c'est-à-dire de les situer par rapport au présent « a eu lieu, il y a...Millions d'années » et de mesurer leur durée. **2.1.1. Principe de la datation absolue** En effet, les atomes d'un même élément ont toujours le même nombre de protons, mais ils peuvent avoir un nombre variable de neutrons dans leur noyau, ce qui fait varier leur masse. Ces atomes de masse différente pour un même élément sont appelés des **isotopes.** Certains de ces isotopes sont instables, c\'est-à-dire qu'ils se transforment en d'autres éléments (radiogéniques), on dit qu'ils sont radioactifs. La datation absolue est basée sur la décroissance radioactive de certains éléments chimiques : Tout système (roche, être vivant, fossile,...) contient, lors de sa formation, des éléments [radioactifs qui se désintégreront au cours du temps], c'est-à-dire qui se transformeront en d'autres éléments avec émission de rayonnements. Les méthodes de datation absolue reposent donc sur la [décroissance radioactive d'isotopes de certains éléments chimiques]. La date qu'on obtient est celle qui correspond au moment où les isotopes de l'échantillon utilisé (fraction minérale ou roche totale) ont été confinés : aucun constituant n'a pu quitter l'échantillon et aucun des constituants extérieurs n'a pu y entrer. *Tableau IV. 1 : Exemple d'isotopes : le carbone* C12 C13 C14 -------------------- ----- ----- ----- Nombre de Protons 6 6 6 Nombre de Neutrons 6 7 8 Cet élément a un noyau qui contient toujours six protons, mais qui peut renfermer six, sept ou huit neutrons pour des masses atomiques de 12,13 ou 14. seuls le carbone12, 13 sont stables. Quant au carbone14, il est radioactif ; il se désintègre selon un taux fixe et connu en un autre élément de numéro atomique voisin, l'azote14. **Les Radioéléments naturels et induits** ![](media/image61.jpeg) **Intégration des éléments radioactifs dans les systèmes cristallins** ![](media/image65.png) Structure atomique Atomes radioactifs Atomes Eléments radioactifs en **\"impuretés\"** dans les systèmes cristallins ou en éléments majeurs. **Un élément radioactif** L'atome peut présenter au moins un élément radioactif (élément père). Il possède la propriété de se désintégrer « se décomposer » spontanément et continuellement en donnant naissance à un autre élément radiogénique (éléments fils) et une émission de particules. **2.1.2. Comment la radioactivité de certains atomes sert-elle en géochronologie ?** La désintégration radioactive est régie par une constante : pour une période de temps donnée, la fraction désintégrée d'une population d'atomes radioactifs de même nature demeure inchangée. Ainsi, il est possible d'établir, pour une quantité d'atomes donnée, le temps de désintégration de la moitié de la quantité initiale. Il s'agit de la *demi-vie,* qui est une *valeur constante,* spécifique à une espèce atomique. *[Exemple]** :*** Soit 1000 atomes de carbone14, au bout de 5730 années, il en restera 500. Après 11460 années, il en restera 250 et au bout de 17190 années, il en restera 125. La demi-vie du carbone 14 est de 5730 années. Cet exemple montre que le taux de désintégration est exponentiel plutôt que linéaire ou arithmétique (figure IV.23), la comparaison avec la décroissance linéaire du sablier). ![](media/image68.png) Elément-père Eléménts-fils Figure IV.1 : Courbe de désintégration radioactive La différence entre une décroissance linéaire et une décroissance exponentielle en (a), sablier dans lequel le passage du sable correspond a une diminution linéaire (une droite) ; en (b) les demi-vies successives dans la désintégration radioactive s'appliquent toujours à la moitié des atomes restants, ce qui correspond a une diminution exponentielle (courbe). L'intervalle de temps qu'il est possible de mesurer à partir d'un isotope donné est fonction de sa demi-vie. Ainsi, le carbone14, vu sa courte demi-vie, ne peut servir qu'a mesurer l'âge de matériaux récents du domaine de l'archéologie ou de la géologie du quaternaire (10000 à 30000 ans). Pour dater des roches anciennes, on utilise des isotopes dont les demi-vies sottes longues, comme le potassium (K/Ar), le rubidium (Rb/Sr), l'uranium (U/Pb), et le thorium qu

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