Rapport de stage de geologie – alpes

Rapport de stage de geologie – alpes

SVT Compte Rendu du Stage de Geologie Alpes Introduction 1 Methodologie 3 I – Subsidence 6 • Prelles 6 • Barrachin 7 • Saint Crepin – Panneau 8 II – Rifting : Saint Crepin / Vire 8 III – Oceanisation 9 • Chenaillet 9 Hydrothermalisme 14 Conclusion 15 Lexique 17 Les mots suivis d’un asterisque sont expliques en fin de document Introduction Dans le cadre du programme de Sciences de la Vie et de la Terre, un voyage a portee scientifique a ete organise dans les Alpes.

En classe de premiere, l’etude de la tectonique des plaques se concentre sur les mouvements de divergence* ; notre but etait de retrouver l’histoire de la rupture continentale en interrogeant les enregistreurs que sont les paysages, les roches, les mineraux et les fossiles. Comme toute montagne, les Alpes ont ete formees a partir d’un mouvement de convergence*, et pourtant le site recele des preuves d’oceanisation : avant que le mouvement de convergence ne forme les Alpes actuelles, il y avait le Tethys [Ocean Alpin].

Quelles ont ete les differentes etapes qui se sont succede dans la formation de cet ocean ? [pic] Echelle des temps geologiques Nous avions deja etudie la structure de la Terre, ainsi que sa composition. [pic] Schema de la structure de la Terre La croute est composee de : –

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Roches Magmatiques • Basalte (C. O) (Roche volcanique) • Gabbro (C. O. ), Granite (C. C) (Roches plutoniques) – Roches Sedimentaires • Calcaire (Coquilles, squelettes – Roche Biochimique) • Schiste (Argile) – Gres – Conglomerats – Roches Metamorphiques* • Gneiss (Presentant des foliations dues a la transformation de la roche)

Nous connaissons aussi les etapes de formation d’un ocean : – La subsidence est la premiere etape, quand la plaque s’etire et s’affine pour former un bassin dans lequel s’accumulent les sediments. L’isotherme 1300°C se rapproche du Moho et celui-ci ne bouge pas ou peu. [pic] Etape 1 : Subsidence – Le rifting est la deuxieme etape : la lithosphere continue de s’etirer et des failles normales se forment. Les blocs basculent et certains se trouvent immerges. Les sediments continuent de se deposer. L’isotherme 1300°C* remonte toujours, le Moho* aussi, mais dans une moindre mesure. pic] Etape 2 : Rifting – L’Oceanisation est la derniere etape : la plaque, a force de s’etirer, se craque, l’isotherme est au niveau du Moho, qui lui-meme est remonte. Les deux plaques formees s’ecartent et au milieu il y a formation de la croute oceanique. [pic] Etape 3 : Oceanisation Methodologie Afin de retrouver le passe des Alpes, nous avons du interroger les roches, les paysages, les mineraux et les fossiles. Dans un premier temps, nous sommes alles « faire parler les paysages » au Villaret (Carte geographique : 3b).

Nous avons observe et decrit la colline sur laquelle se trouvaient les villages de Puy-St Pierre, Puy Saint-Andre et la Chapelle de Notre Dame des Neiges, et avons selectionne les elements du paysage qui nous semblaient importants pour l’etude de l’histoire des Alpes (presence d’un ravin, cause par l’erosion*, presence ou non d’une vegetation, type de vegetation, etc. ). Le relief etait escarpe en haut, moins en bas, avec un ravin au milieu (zone d’erosion intense), du plat au niveau des villages, quelques falaises, et des strates (differentes couches de roches) : nous en avons deduit que nous etions sur un terrain sedimentaire.

Grace au principe de superposition, nous avons conclu que le terrain situe en dessous des coniferes etait plus ancien que celui situe au dessus (selon toute logique, les roches du dessus se sont deposees apres celles du dessous), a l’exception des alluvions qui elles ont ete deposees par la Durance. Le geologue utilise d’autres principes fondamentaux, tels que le principe de recoupement (qui atteste que ce qui recoupe est toujours posterieur) l’actualisme ou la continuite. Cela nous a permis de dire que le ravin etait posterieur au reste de la colline. pic] Villaret – Datation des differentes couches de la colline Apres avoir « fait parler les paysages », nous sommes alles sur le bord de la Durance (Carte geographique : 1a) pour « faire parler les roches ». D’apres la carte geologique nous nous trouvions sur des sediments de marges. Afin de reconnaitre les roches, nous avons observe si, par exemple, elles rayaient l’acier, si elles reagissaient au HCl (Acide Chlorhydrique), si elles comportaient de grosses ou de petites particules, si elles presentaient des foliations*, etc. [pic]

Tableau de proprietes des roches On peut resumer les particularites des roches ainsi : le basalte est une roche sombre et sans cristaux, le conglomerat est forme de gros grains contrairement au gres qui est constitue de petits grains. Le calcaire est plutot gris (parfois rose) et reagit fortement a l’acide chlorhydrique. La dolomie reagit aussi, mais moins. A la lecture des proprietes des roches, nous avons pu facilement les identifier, et ainsi reformer le contexte geologique de certaines epoques. C’est ainsi que nous avons procede durant les trois jours.

Pendant trois jours, nous avons donc analyse de cette maniere les roches, les fossiles, les paysages et les mineraux pour retrouver des elements determinants de l’histoire de la periode des Alpes que nous cherchions a reconstituer. Nous sommes alles a la Combarine (Carte geographique : 1b) pour tester les methodes apprises dans la matinee. Nous y avons trouve : – des fossiles de vegetaux (preles et fougeres arborescentes), qui nous ont indique que le climat devait etre humide et chaud, – du charbon [Attention, roche salissante ! (origine : bois, vegetaux, decomposes a l’abri de l’oxygene d’ou l’hypothese qu’ils etaient recouverts). – Nous avons egalement trouve du schiste (argile), des roches detritiques fines (sable) et des conglomerats (cailloux, galets). Il y a un granoclassement, les roches les plus denses se trouvent en-dessous et les moins denses au-dessus (ce qui donne de bas en haut ; conglomerats, gres, schistes, charbon). – Nous avons pu observer une sequence inversee, qui commencait par les schistes, puis le charbon, suivis de schistes et conglomerats melanges, consequence de l’erosion.

Cette « inversion » s’explique du fait que les sequences sont cycliques : ainsi, le classement est modifie selon la premiere couche que l’on prend comme repere. De plus, certaines couches n’apparaissent pas car l a crue les a arrachees. On a une preuve d’erosion par la pluie : la presence de galet mou. Les roches de la Combarine venaient de la chaine Hercynienne sur la Pangee. Toutes ces informations nous ont permis de deduire qu’il y avait eu relief, erosion, riviere, transport, depot et enfin sedimentation, donc un bassin d’accumulation a cet endroit a la fin de l’ere primaire.

Nous sommes donc parvenus a reconstituer, a l’aide des informations recoltees, le paleoenvironnement au Carbonifere ! [pic] Paleoenvironnement au Carbonifere : La Combarine Ce paleoenvironnement ne s’inscrit pas dans le cadre de l’oceanisation, il etait present avant que ne commence la subsidence. I – Subsidence La subsidence est la premiere etape de l’oceanisation. C’est le stade ou la plaque s’affine, s’etire, formant un bassin dans lequel se trouvent des sediments. Nous sommes donc partis a la recherche de roches sedimentaires, ou autres fossiles d’animaux marins. L’episode de subsidence correspond, pour ce que nous avons vu, aux rrets Prelles, Barrachin et au Panneau de St Crepin. Prelles Pour l’arret Prelles (sediments de marge) (Carte geographique : 3b), on peut observer que sur la falaise il y a des strates* et des joints de stratification*; il y a donc un empilement de roches sedimentaires. La couleur de la roche est claire, nous avons la des gres (riche en quartz ( quartzite) et des conglomerats, qui nous indiquent l’erosion d’un relief et la presence d’un bassin. Les rides d’oscillation observees traduisent une presence d’eau et de courants, tandis que les polygones de dessiccation proviennent de l’assechement du terrain.

On peut donc supposer que l’eau s’en allait et revenait. [pic] Polygones de dessiccation Nous avons vu a Prelles que les roches sedimentaires s’etendaient sur 200m de hauteur, et c’est de meme sur toute la region. Nous avons donc suppose que plus il y avait de sediments, plus le bassin s’enfoncait. Il y avait une forte erosion le long des bords du bassin, qui etait peu profond. Les sediments sont des sediments ante-rift. Nous avons ainsi reconstitue le paleoenvironnement de la lithosphere au Trias inferieur. [pic] Paleoenvironnement au Trias Inferieur Barrachin

Apres l’arret a Prelles, nous nous sommes rendus a Barrachin (sediments de marge) (Carte geographique : 3c). Le but de l’arret etait de reconstituer le paleoenvironnement au Trias moyen. Nous avons pu y trouver des sequences de roches blanches et grises empilees en couches. Apres avoir teste la reaction de la roche a l’acide chlorhydrique dessus, nous avons pu deduire qu’il y avait du calcaire (roche blanche) et de la dolomie (roche grise). Comme le calcaire, la dolomie est une roche carbonatee mais riche en magnesium (Si l’eau est tres concentree en magnesium, il percole dans la partie superieure et donne de la dolomie).

Les limites superieures de la dolomie sont droites tandis que les joints de stratification inferieurs sont assez irreguliers : c’est la ligne de dolomitisation. Le sel est le temoin d’une eau tres peu profonde, donc l’episode de subsidence se verifie. Les fossiles de stromatolithes nous confirment egalement une eau peu profonde, ce qui est corrobore par les terriers de crustaces decouverts un peu plus haut. Tout ceci confirme l’hypothese de la presence d’eau. Les petites failles apercues aux flancs de la falaise sont dues a des petits seismes, et non pas au rifting. [pic]

Microfaille due a un seisme Nous pouvons grace a ces donnees, recreer le paleoenvironnement au Trias moyen. [pic] Paleoenvironnement au Trias Moyen Saint Crepin – Panneau Pour conclure sur la subsidence, nous sommes alles a St Crepin, arret « Panneau » (Carte geographique : 3d). Le but etait de reconstituer le paleoenvironnement au Trias superieur. Nous avons trouve sur place une roche blanche qui reagissait a l’acide chlorhydrique : la faiblesse de la reaction nous indique que nous sommes en presence de dolomie. Cette roche est un indicateur d’eau peu profonde et chaude.

Cela s’inscrit une fois encore dans la subsidence, anterieur au rifting. Le paleoenvironnement au Trias superieur a donc pu etre retrouve. [pic] Paleoenvironnement au Trias Superieur Ainsi, il y a bien eu le debut d’une oceanisation passant par la subsidence, comme l’attestent ces differents paleoenvironnements reconstitues a l’aide des informations recoltees sur le terrain. II – Rifting : Saint Crepin / Vire Le rifting est la deuxieme etape de l’oceanisation : les mouvements de convexion* creent des failles le long desquelles les blocs basculent.

Nous nous sommes rendus a la vire de St Crepin (Carte geographique : 3d), pour y trouver des sediments qui nous seraient les temoins du rifting. Le but etait de reconstituer le paleoenvironnement au Jurassique Inferieur/Moyen. Nous n’avons trouve aucun sediment datant de cette epoque, il y avait une lacune sedimentaire, passant du Trias superieur au Jurassique superieur sans rien entre ces deux periodes. Nous avons en revanche trouve des traces de rouille, d’oxydation, ce qui signifie qu’apres avoir recouvert le secteur lors de la subsidence, l’eau s’est retiree durant le Jurassique inferieur et moyen.

Cela explique l’absence de sediments, et le fait que la surface soit tres erodee (erosion continentale). De ces donnees, nous avons pu deduire que le secteur etait emerge pendant cette periode : en effet, les blocs, en basculant, se retrouvent parfois hors de l’eau, comme ce fut le cas pour l’ile Brianconnaise. Nous retrouvons bien le temoignage d’un rifting au Jurassique inferieur et moyen. [pic] Paleoenvironnement au Jurassique Inferieur Ce sont les seules traces de rifting que nous avons trouvees dans les Alpes, mais elles indiquent que le processus d’oceanisation s’est poursuivi.

Dans cette suite logique nous arrivons a l’oceanisation, derniere etape apres la subsidence et le rifting. III – Oceanisation Chenaillet L’oceanisation est la derniere etape du processus de formation d’un ocean. Afin d’en observer les temoins, nous nous sommes rendus au massif du Chenaillet (Carte geographique : 2), dont la situation geologique est sur des ophiolites obduites, qui sont des lambeaux de plancher de l’ocean que l’on peut observer en altitude. On devrait donc retrouver la structure de la lithosphere oceanique dans le Chenaillet.

Nous connaissons le schema de la formation de la lithosphere oceanique dont nous cherchons a confirmer la presence, et dans lequel : – = Magma X = Gabbros V = Peridotite V = Peridotite appauvrie (Serpentinite) = Sediments = Cristallisation Cette structure de la lithosphere oceanique a ete posee en 1972. [pic] Formation de la lithosphere oceanique Le premier arret a ete a la cabane des Douaniers. La-bas, nous avons observe une roche : celle-ci ne reagit pas au HCl, ne raye pas l’acier. Elle contient un peu de silice et du verre.

Cette roche a une structure reticulee (en filet), contient des cristaux brillants sombres de pyroxene et presente des reflets verts (Olivine). Bien que sous une forme differente de celle precedemment rencontree, cette roche est de la peridotite. Dans la lithosphere oceanique, la peridotite partiellement fondue s’eloigne de la dorsale provoquant le refroidissement et l’hydratation de la roche (hydrothermalisme). L’olivine et le pyroxene forment la serpentine. La roche est donc de la serpentinite, soit de la peridotite residuelle. Elle est issue de la fusion partielle et de l’hydratation de la peridotite initiale.

Celle-ci est composee de 3 mineraux principaux : le pyroxene, le plagioclase et l’olivine. Lorsque la peridotite remonte dans le manteau, la pression baisse ce qui entraine la fusion des mineraux. Toutefois, les mineraux ne fondent pas a la meme vitesse : le pyroxene est celui qui fond en premier, vient ensuite le plagioclase et enfin l’olivine, qui dans ce cas fond tres peu car la fusion des mineraux est de l’ordre de 10%. C’est pourquoi la peridotite residuelle est composee de beaucoup d’olivine, un peu de plagioclase et tres peu de pyroxene.

Les mineraux qui fondent forment le magma, qui est donc compose principalement de pyroxene et de plagioclase, cela explique les compositions du gabbro et du basalte. Ceci tend a verifier le schema de la lithosphere oceanique dans lequel la serpentinite se trouve a la base de la partie superieure du manteau superieur. [pic] Echantillon de Peridotite [pic] Echantillon ideal de Serpentinite Nous sommes ensuite montes plus haut dans le Chenaillet pour continuer la verification du modele. Nous nous sommes arretes sur ’arrete Ouest et avons observe une nouvelle roche recoltee sur le terrain : elle est constituee de cristaux blancs, marrons, et presente des parties noires et du verre diffus (blanc = plagioclase, marron = pyroxene). Cette roche presente egalement de l’oxyde de fer et des aureoles noires autour du pyroxene. Nous avons la un metagabbro, ce qui s’inscrit dans la suite du modele (au-dessus de la serpentinite, une couche de gabbros, obtenus par refroidissement du magma dans un processus ralenti par la presence de basalte qui fait ecran au contact du gabbro avec l’eau).

On remarque la presence de mineraux en aureoles noires autour de certains pyroxenes. Ces mineraux leur sont posterieurs, car ils se deposent autour des cristaux lorsque ceux-ci sont deja formes. On estime l’epaisseur de gabbros a environ 500 – 600m. [pic] Echantillon de Gabbro [Source : Google Images] [pic] Echantillon ideal de Gabbro Nous avons poursuivi la marche vers le sommet du Chenaillet mais avant d’y arriver nous avons fait une nouvelle halte pour observer des roches de gabbros assez particulieres : en effet, ces roches sont recoupees par des cheminees (filons) de basaltes !

Selon le principe de recoupement, nous avons pu deduire que les filons* etaient posterieurs au gabbro qui les entourait. Quand le magma passe a travers la couche de gabbros [qui presente des failles dues a l’extension de la lithosphere], il refroidit rapidement et cela forme des filons car le basalte epouse la forme de la cheminee qu’il traverse. Le basalte en filon n’etait pas vert car, du fait de la fusion partielle, il y avait peu d’olivine. Le modele de la lithosphere oceanique etudie resterait donc a preciser. [pic] Filon [Cheminee] de Basalte

Apres plusieurs heures de marche, nous sommes arrives (presque) au sommet du Chenaillet, ou nous avons pu admirer de beaux basaltes en coussins (« pillow lavas »). Ce sont les basaltes obtenus par refroidissement tres rapide au contact de l’eau qui forment donc la couche superieure de la croute oceanique. Nous avons observe sur ces coussins, des variolites : ce sont les cristaux de feldspaths tres chauds qui au contact de l’eau tres froide ont explose formant des petites cloques sur les coussins. Basalte en coussins [Pillow-lavas] [pic] Basaltes en coussins (Pillow Lavas)

Finalement, nous ne sommes pas alles au Rocher de la Perdrix mais nous l’avons tout de meme etudie : on trouve la-bas des roches sedimentaires. L’une d’elle est blanche et reagit au HCl, c’est du calcaire dans lequel on trouve des fossiles de calpionelles. Cela indique une mer profonde au-dessus du niveau des carbonates. On trouve egalement des roches plissees et stratifiees, avec des reflets rouges : elles sont composees de silice (elles rayent l’acier), ne comportent pas de cristaux, presentent des particules fines et des fossiles de radiolaire, mais ne reagissent pas a l’HCl bien que ce soient des roches biochimiques.

C’est parce que le calcaire s’est dissout. Ce sont des radiolarites, et elles permettent de dater l’ouverture de l’Ocean Alpin au Jurassique Superieur. La silice s’est egalement dissoute dans l’eau. On trouve finalement des roches en feuillets qui reagissent avec l’HCl : ce sont des calcschistes. On reconnait des fossiles de globotruncana (Cretace) ; cela implique une mer profonde. Grace aux donnees recoltees sur le terrain, on peut representer la serie rencontree au Chenaillet et au Rocher de la Perdrix, et la comparer au modele de depart. pic] Modele donne versus modele observe Les modeles sont assez semblables meme si certains points restent a revoir : on peut en effet se demander pourquoi on est en presence de peu de filons au lieu d’un complexe entier. Nous avons donc pu etablir le paleoenvironnement a l’epoque du Jurassique superieur. [pic] Paleoenvironnement au Jurassique superieur Le dernier arret que nous avons effectue en rapport avec l’etude de l’oceanisation est l’arret St Crepin – Carriere (Carte geographique : 3d).

Notre but etait de reconstituer encore une fois le paleoenvironnement a l’epoque du Cretace. La-bas, nous avons pu voir une roche friable et schisteuse, qui reagissait a l’acide. Cette roche etait un calcschiste. Elle aussi presentait des fossiles de globotruncana, ce qui nous indiquait une nouvelle fois une mer profonde au Cretace. Ainsi le paleoenvironnement au Cretace etait le meme qu’au Jurassique superieur, voir ci-dessus. Hydrothermalisme Finalement, grace a l’hydrothermalisme*, nous avons tente de restituer l’evolution de la lithosphere ceanique a partir de l’observation des gabbros (Roches les plus simples a observer). Nous avons donc observe des gabbros, et nous avons trouve dedans : – De gros cristaux marron (Brillants), ce sont des pyroxenes et ils ne sont pas hydrates – Des cristaux blancs, qui sont des plagioclases, non hydrates non plus – Du noir autour des pyroxenes, c’est de l’hornblende et elle est hydratee – Un mineral vert, en fissure ou plus diffus, c’est la chlorite et l’actinote, hydratees elles aussi. [pic] Echantillon ideal de Gabbro

D’apres les differents principes connus, nous avons pu etablir que le pyroxene avait cristallise le premier avec le plagioclase, puis l’hornblende car elle se trouve en aureole, et finalement le chlorite et l’actinote qui recoupent le tout. C’est la position relative des mineraux. Evolution de la lithosphere oceanique Cette composition est expliquee par le phenomene d’hydrothermalisme : le gabbro initial se solidifie a 10km de profondeur, lorsqu’il s’eloigne de la dorsale et remonte en surface, il refroidit, et la pression baisse [Voir graphique ci-dessous].

En-dessous de 700/800km, les pyroxenes et les plagioclases ne sont plus stables et se transforment en hornblende, puis en-dessous de 300°C celle-ci devient du chlorite et de l’actinote. Cela explique la cristallisation progressive des mineraux composant le gabbro, on retrouve bien en premier les pyroxenes et les plagioclases, en second l’hornblende et finalement le chlorite et l’actinote. Si le metamorphisme est important, il peut y avoir des traces de foliation. Les mineraux reliques sont les mineraux dont la transformation a ete incomplete, ils sont utiles afin de connaitre le chemin de la roche, son passe. pic] Graphique presentant l’evolution des mineraux en fonction de la temperature et la pression Sur ce graphique, les fleches representent le trajet du gabbro initial jusqu’a son arrivee en surface : on voit bien qu’il passe par la cristallisation des pyroxenes et plagioclases en premier, puis hornblende et enfin le chlorite et l’actinote. En conclusion pour cet arret nous avons dit que la lithosphere oceanique se refroidissait et s’hydratait au cours du temps. Conclusion Apres ce voyage dans les Alpes, nous avons pu mettre a l’epreuve le modele que nous avions etudie auparavant en classe.

Nous avons appris les methodes des geologues pour connaitre l’histoire de la Terre, grace a quoi nous pouvons repondre a la question posee au debut du stage. Nous pouvons aujourd’hui affirmer, grace aux informations que nous avons trouvees et analysees, qu’il y a eu une rupture continentale et la formation d’un ocean entre le Trias inferieur et le Cretace : durant tout le Trias, c’est l’episode de subsidence qui est verifie. Puis au Jurassique Inferieur et Moyen, c’est la phase de rifting. Finalement, pendant le Jurassique Superieur et le Cretace, on assiste a l’oceanisation.

Ensuite seulement, les mouvements de convergence ont forme les montagnes que nous connaissons actuellement. La geologie n’est toujours pas ma matiere preferee, et j’ai regrette Mylene qui m’avait semblee bien meilleure guide que Pascal. C’etait cependant un tres bon stage qui s’est deroule dans une ambiance agreable, nous avons assure la cohesion de notre classe en travaillant en groupe. Nous avons egalement passe quatre jours dans un endroit magnifique. La suite l’annee prochaine ? [C’est deja ce que je me disais l’annee derniere ! Lexique Convergence : mouvement de rapprochement des plaques Divergence : mouvement d’ecartement des plaques Erosion : Degradation graduelle et transformation que les eaux et les actions atmospheriques (vent, pluies…) font subir a l’ecorce terrestre Filons de basalte : cheminees de basalte entourees de gabbros Foliations : trainees qui peuvent apparaitre si le metamorphisme d’une roche est important Hydrothermalisme : changement d’etat des mineraux du a un changement de pression et/ou temperature

Isotherme 1300°C : temperature a partir de laquelle les mineraux passent de l’etat solide a l’etat ductile Joint de stratification : limite entre deux strates Metamorphisme : transformation d’une roche au niveau des mineraux a l’etat solide en fonction de la pression/temperature Mouvement de convexion : mouvement mantellique a l’origine de la tectonique des plaques Strates : couches de materiaux constituant un terrain ———————– 1 Situation geologique et geographique Basaltes Sediments Filons Gabbros Peridotites appauvries