G314 Géographie des milieux : Dynamique des bassins versants

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1 G314 Géographie des milieux : Dynamique des bassins versants Laurent Chalumeau Bureau C017

2 Paramètre important dans l organisation des écoulements de surface et souterrain Les structures géologiques La lithologie La cohésion des roches La granulométrie 2/199

3 Minéraux / Fossiles / Roches Un minéral est un corps naturel, le plus généralement solide, caractérisé par une composition chimique bien définie et une structure atomique (réseau cristallin) plus ou moins complex régulièrement ordonnée dans l ensemble de son volume. Exceptions : - certains ne possèdent pas de structure cristalline ordonnée : opale - se rencontre à l état liquide : mercure qui ne cristallise qu à -39 C Attention nuance : selon les conditions physico-chimiques un minéral peut prendre différentes formes (ex : calcite) 3/199

4 ongle 2.5 verre 5.5 lame 5 Les caractéristiques géologiques Minéraux / Fossiles / Roches Chaque minéral se différencie par : - forme - système cristallin - couleur - trace - opacité (transparent, translucide, opaque) - éclat (métalique, vitreux, ) - dureté (échelle de Mohs) - densité - macle (comment s associe les cristaux entre eux) - clivage (cassure selon une surface plane), cassure - solubilité (à l eau, HCl, ) - goût - autre : magnétisme, radioactivité, luminescence, marcassite malachite cornaline pyrite Echelle de Mohs Gypse : sel et rose des sables 4/199

5 Minéraux / Fossiles / Roches Reste, trace ou moulage naturel d organisme (animaux ou végétaux) conservé dans des sédiments 5/199

6 Minéraux / Fossiles / Roches - Les roches magmatiques (ignées) - plutoniques - volcaniques - Les roches sédimentaires - Les roches métamorphiques

7 Rappel : Le cycle des roches Roches magmatiques-volcaniques Roches magmatiquesplutoniques Roches méta- -morphiquesrégional ou général Roche sédimentaire Roches métamorphiquescontact 7/199

8 Le cycle des roches

9 Le cycle des roches

10 Le cycle des roches

11 Principe de stratigraphie - Une couche géologique (ou strate) est un ensemble de roches compris entre deux surfaces approximativement parallèles : le toit (limite sup.) et le mur (limite inf.). Toit Banc calcaire Mur

12 Principe de stratigraphie - Une couche géologique (ou strate) est un ensemble de roches compris entre deux surfaces approximativement parallèles : le toit (limite sup.) et le mur (limite inf.). - Les dépôts sédimentaires forment (globalement, généralement) des surfaces horizontales lors de leur mise en place.

13 Principe de stratigraphie La stratigraphie : permet d établir une chronologie relative basée sur deux principes fondamentaux : - Principe de continuité : une couche a le même âge sur toute son étendue. - Principe de superposition : deux couches superposées, la plus basse est la plus ancienne, sauf si elles ont été renversées par des phénomènes tectoniques. Temps

14 Principe de stratigraphie La stratigraphie : permet d établir une chronologie relative basée sur deux principes fondamentaux : - Principe de continuité - Principe de superposition

15 Principe de stratigraphie Les déformations : - Les failles : surfaces fracturées par cisaillement (plan de rupture). Les blocs de part et d autres de la faille subissent des déplacements relatifs. Elle se caractérise par l orientation de son plan en 3D, par l orientation et le sens du déplacement. Faille normale lié à un étirement Faille inverse lié à un raccourcissement Faille décrochante sénestre Faille décrochante dextre

16 Principe de stratigraphie Les déformations : => Faille normale Sud de la France, auteur inconnu

17 Principe de stratigraphie Les déformations : => Faille inverse Terrain Eocène, région de Gafsa (Tunisie), auteur Pierre Thomas

18 Principe de stratigraphie Les déformations : => Faille inverse Terrain triasique, région de Lodève (34), auteur Pierre Thomas)

19 Principe de stratigraphie Les déformations : Loma Prieta, Californie (USA), auteur inconnu => Faille décrochante (faille de San Andreas)

20 Principe de stratigraphie Les déformations : - Les plis : ondulations obtenues par la déformations des roches. La forme des plis dépend des contraintes physiques et des propriétés mécaniques des roches déformées. Anticlinal (roche plus ancienne au centre) Synclinal (roche plus jeune au centre)

21 Principe de stratigraphie Les déformations : => Plis Terrain Crétacé, (Grèce), auteur F. Meilliez

22 Principe de stratigraphie Les déformations : => Pli couché Pli de Saint Clément (France), auteur inconnu

23 Principe de stratigraphie Les discordances : Discordance : surface géologique séparant d anciennes et de jeunes roches et représentant une lacune dans l enregistrement géologique. Cette surface résulte d un hiatus (lacune de sédimentation) pouvant être combiné avec une phase d érosion et de déformation (failles - plis).

24 Principe de stratigraphie Les discordances : Terrain du Trias sur ceux du Permien, région de Lodève (34), auteur Pierre Thomas)

25 Principe de stratigraphie Exercice

26 Les structures géologiques dans le paysage Elles vont dépendre de : - l organisation des strates ; - la déformation des strates (sans, failles, plis) - la cohésion des roches qui dépend de la nature de la roche (lithologie) - Roche cohérente : roche dont il est difficile de séparer les éléments qui la constituent => résiste à l érosion => en relief 26/199

27 Les structures géologiques dans le paysage Elles vont dépendre de : - l organisation des strates ; - la déformation des strates (sans, failles, plis) - la cohésion des roches qui dépend de la nature de la roche (lithologie) - Roche cohérente : roche dont il est difficile de séparer les éléments qui la constituent => résiste à l érosion => en relief - Roche meuble : roche peu cohérente => s érode facilement => peu de relief 27/199

28 Les structures géologiques Les formes tabulaires Roche cohérente (ex. : calcaire) Roche meuble (ex. : marne) 28/199

29 Les structures géologiques Les formes monoclinales marne calcaire élargissements A B s C élargissements c p p o p D après Campy et Macaire,2003 Cuesta : forme monoclinale (donc à pendages modérés) avec successions sédimentaires de couches cohérentes et meubles donc résistance différente à l érosion 29/199

30 Les structures géologiques Les formes plissées Vélodrome Barles Alpes françaises 30/199

31 Les structures géologiques Les reliefs de failles 40 0 Avancée de l érosion m Chambolle-Musigny - France D après Chalumeau, /199

32 Famille de roches et lithologie - Les roches magmatiques (ignées) - plutoniques - volcaniques - Les roches sédimentaires - Les roches métamorphiques 32/199

33 Roche dure, résistantes, plus ou moins imperméable Roche dure, résistantes sauf cendres, ± imperméable Les caractéristiques géologiques Famille de roches et lithologie Les roches magmatiques Roches générées à partir de magma qui remonte du manteau terrestre et qui refroidit Lentement en profondeur Rapidement en surface (volcan) Roches plutoniques : Texture grenue à microgrenue : minéraux bien cristalisés et visibles (granite, gabbros, ) Roches volcaniques Texture microlithique : cristaux ténus noyés dans une pâte, verres (basalte, )

34 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches détritiques : - composé à 50% de débris issus de l érosion de roches - nom déterminé à partir de la granulométrie des grains qui les composes (grés, conglomérats,...) Nom de la particule Diamètre (mm) Sédiment Roche Bloc > 200 Gravier à blocs Conglomérat à blocs Gravier - galets Graviers à galets Sable 0,063-2 Sable Grès Silt - Limon 0,002-0,063 Silt Shale Conglomérat Argile < 0,002 Argile Argilite

35 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl % calcaire - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile % argile > à à 65 5 à 35 < 5 Argile Marne argileuse Marne Calcaire argileux Calcaire

36 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl % calcaire - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile % argile > à à 65 5 à 35 < 5 Argile Marne argileuse Marne Calcaire argileux Calcaire Cohésion Roche meuble Roche cohérentes => s érode facilement => s érode difficilement

37 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl % calcaire - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile % argile > à à 65 5 à 35 < 5 Argile Marne argileuse Marne Calcaire argileux Calcaire Perméabilité à grande échelle (sur une petite surface) Imperméable Imperméable => Car non fissuré => Absence de fissure

38 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl % calcaire - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile % argile > à à 65 5 à 35 < 5 Argile Marne argileuse Marne Calcaire argileux Calcaire Perméabilité à petite échelle (sur une grande surface) Imperméable Perméable => Car non fissuré => Fissure et karst

39 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile - les milieux de dépôt Marin : calcaire-marne Continental (cavité) stalactite/mite Continental (surface) traversin/tuff Lacustre beine

40 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile - les milieux de dépôt - les composants

41 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Roches carbonatées : - roches composées principalement de minéraux carbonatés (CaCO 3 ) => effervescent à l HCl - diverses classifications selon : - les proportions calcaire-argile - les milieux de dépôt - les composants Coccolithophoridé => Craie

42 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Organiques dérivant de : Végétaux => le charbon Selon la quantité de carbone : - la tourbe (C<50%) - le lignite (50<C<70%) - la houille (70<C<90%) - l anthracite (C<90%) - le graphite

43 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Organiques dérivant de : Végétaux => le charbon Selon la quantité de carbone : - la tourbe (C<50%) - le lignite (50<C<70%) - la houille (70<C<90%) - l anthracite (C<90%) - le graphite Animaux => pétrole

44 Famille de roches et lithologie Les roches sédimentaires Autres : - Roches évaporitiques => roche tendre (=gypse 2) => dissolution à l eau Gypse - Roches siliceuses : => roche très dur (=quartz 7) Sel gemme Jaspe Silex

45 Famille de roches et lithologie Les roches métamorphiques Transformation d une roche initiale (protolithe) à l état solide du fait d une élévation de température et/ou de pression : Roches métamorphiques Métamorphisme de contact Ex : pluton Métamorphisme régional Ex : chaîne de montagne Métamorphisme de choc Ex : météorites

46 Famille de roches et lithologie Les roches métamorphiques Transformation d une roche initiale (protolithe) à l état solide du fait d une élévation de température et/ou de pression : Foliation et linéation PHYLLITE GNEISS

47 Famille de roches et lithologie Les roches métamorphiques Transformation d une roche initiale (protolithe) à l état solide du fait d une élévation de température et/ou de pression : Schistosité Ardoise

48 Famille de roches et lithologie Les roches métamorphiques Transformation d une roche initiale (protolithe) à l état solide du fait d une élévation de température et/ou de pression : Argile Ardoise Schiste Gneiss Grès Quartzite Calcaire Marbre

49 Famille de roches et lithologie Les autres roches Péridotites : roches du manteau Météorites

50 La cohésion des roches Les roches meubles - roches sédimentaires : marnes, sables, schistes, loess, molasse, - roche volcanique issue d une éruption explosive (cendres) Erosion mécanique rapide => pentes douces, mamelons, badlands, Photographies : X Grand Staircase (Utha, USA) 50/199

51 La cohésion des roches Les roches cohérentes - granite, grès : totalement imperméable sauf dans les diaclases => relief peu contrasté mamelonné - roche volcanique issue de la solidification de magma => érosion lente -> inversion de relief Photographies : X Suc granitique (Ardèche) 51/199

52 La cohésion des roches Les roches cohérentes - calcaire : dissolution par l eau => modelé karstique D après Agence de l eau du Rhône-Méditerrannée-Corse, 1999 Photographie : Chalumeau 52/199

53 La cohésion des roches Les roches cohérentes et meubles Exemple des cheminées de fée 53/199

54 La cohésion des roches Les roches cohérentes et meubles Exemple des cheminées de fée 54/199

55 La cohésion des roches Les roches cohérentes et meubles Exemple des cheminées de fée Massif de l'ennedi (Tchad) 55/199

56 La cohésion des roches Le log lithostratigraphique Permet de représenter la succession des formations lithologiques ainsi que leur cohérence 56/199