Quelques Notions de Geologie

1 Document prpar par F.Michel (gologue)

Quelques notions de gologie Quest-ce quune roche ? Par dfinition, on nomme roche tout matriau constitutif de lcorce terrestre. Les matires qui composent les roches sont qualifies de matires minrales, la diffrence des matires organiques qui supportent la vie. Aux tempratures habituelles qui rgnent la surface, entre - 60C et + 60C, les roches sont solides. Cependant, des tempratures plus importantes, elles peuvent tre liquides comme la lave d'un volcan. L'eau appartient aussi l'univers minral et peut tre considre comme une roche. Les roches prsentent une grande diversit d'aspects. Certaines sont cohrentes et dures comme le granite ou le marbre, alors que d'autres sont friables : c'est le cas de la craie ou du talc qui se rayent et seffritent sous la simple pression de longle. L'argile possde la proprit d'tre dformable quand elle est mlange leau. Elle est alors plastique et modelable. Sche, elle devient rigide et friable. Le sable, quant lui, est constitu de grains indpendants les uns des autres : c'est une roche meuble qui "coule" dans la main ou dun espace lautre du sablier. Cependant, avec le temps, les grains de sable finissent par se souder entre eux et donner une roche dure et cohrente : le grs. Les roches se comportent de faons diffrentes vis vis de leau. Les unes sont totalement impermables alors que dautres laissent pntrer- elles sont poreuses - et passer leau, elles sont alors permables. Minraux et cristaux Les roches sont composes de constituants lmentaires: les minraux. Les roches formes dun seul type de minral sont mono-minrales comme les calcaires purs, le gypse ou le sable siliceux, s'il ne contient pas dautres types de grains. Dautres roches sont poly-minrales comme le granite, les roches volcaniques et de nombreux sables. Le granite, par exemple, est constitu dun assemblage de grains de quartz, de feldspaths et de micas. Chaque minral correspond une composition chimique prcise. La silice ou quartz est du dioxyde de silicium, ce qui scrit SiO2. La calcite est du carbonate de calcium, ce qui scrit CaCO3. Cest le minral qui constitue les roches calcaires. D'une faon gnrale, les minraux se prsentent sous la forme de solides cristallins : ce sont des cristaux, mme si ils ne possdent pas, dans la plupart des cas, de belles formes caractristiques.


Dans un cristal, les atomes sont disposs de faon ordonne dans l'espace suivant des lois gomtriques qui dpendent la fois de la nature chimique du minral et des conditions de sa naissance. Un cristal se caractrise donc par son rseau cristallin.

Liste des principaux minraux constitutifs des roches et de leur

composition chimique

Quartz SiO2 Feldspath orthose (Si3AlO8)K Feldspaths plagioclases (Si3AlO8)Na, (Si2Al2O8)Ca Mica noir ou biotite K(MgFe)3 {Si3AlO10(OH,F)2} Mica blanc ou muscovite KAl2 {Si3AlO10(OH,F)2} Olivine (Mg,Fe)2 (SiO4) Amphibole (Mg,Fe) 2 (Si8O22) (OH, F) 2 Pyroxne (Mg,Fe) 7 (SiO3)2 Minraux argileux (ex : kaolinite) Al4(Si4O10)(OH)8 Calcite CaCO3 Gypse SO4Ca, 2H2O

La silice et les silicates reprsentent 95% des minraux constituant lcorce terrestre.

Composition chimique moyenne de lcorce terrestre : Oxygne: 46,5%, silicium: 27,5%,

Aluminium: 8%, fer: 5%, Calcium, sodium, potassium, magnsium: 11%,

Autres lments runis: 2% Loxygne et le silicium sont les deux principaux lments chimiques de lcorce terrestre.

Roches et minraux au microscope Roches et minraux studient au microscope. Pour ce faire, il faut raliser une lame mince. Une tranche fine de roche est dcoupe et colle sur une plaque de verre. Elle est ensuite meule et polie pour diminuer son paisseur jusqu ne plus faire que 0,03 millimtres dpaisseur. Elle peut alors tre analyse, soit en lumire naturelle, soit en lumire polarise, pour identifier les minraux qui la composent ainsi que leur structure microscopique. Un peu dordre dans les roches. Les gologues classent les roches en fonction de leur origine et de leur composition. Les roches magmatiques proviennent du refroidissement d'un magma. Elles sont qualifies de volcaniques quand elles se forment lors des ruptions la surface de la Terre, ou de plutoniques quand elles refroidissement et cristallisent en profondeur. Les roches sdimentaires naissent la surface, gnralement par dpt de matriaux au fond dune mer, sur la cte, dans un delta, ou, plus rarement, la surface dun continent. Ces matriaux, les sdiments, proviennent de lrosion des autres roches. Les roches mtamorphiques correspondent d'anciennes roches prexistantes, magmatiques, sdimentaires ou dj mtamorphises et qui ont t transformes, en profondeur, par augmentation de pression et de temprature, le plus gnralement dans le contexte de la formation d'une chane de montagnes.


Un peu dordre dans les roches ! Roches magmatiques proviennent du refroidissement d'un magma :

- soit la surface : Roches volcaniques ( ex : Basalte, Andsite, Rhyolite, )

- soit en profondeur : Roches plutoniques ( ex : Granite, Diorite, Gabbro) Roches sdimentaires dpt et consolidation d'un sdiment la surface de

la Terre (fonds des mers et des ocans et surface des continents). ( ex : Sable, Grs, Argile, Calcaire, Gypse)

Roches mtamorphiques toute autre roche prexistante transforme en profondeur par la pression et la temprature (ex : Micaschiste, Gneiss, Marbre, Quartzite) Granits et laves : roches magmatiques Les granits sont des roches magmatiques plutoniques, alors que les laves sont des roches magmatiques volcaniques. Toutes proviennent du refroidissement dun magma mais leur formation sest effectue dans deux contextes totalement diffrents : - soit les magmas sont stopps en profondeur et y cristallisent trs lentement et progressivement : il se forme alors des roches plutoniques ; - soit les magmas viennent spancher la surface de la Terre dans le phnomne du volcanisme : ainsi naissent des roches volcaniques. Pour chaque roche plutonique, il existe une roche volcanique correspondante, ayant la mme composition chimique et minrale, mais diffrente par la texture, cependant leur rpartition gographique et quantitative nest pas du tout la mme la surface de la Terre. Les principales textures des roches ruptives sont : - la texture grenue (grains visibles lil nu) pour les roches plutoniques ; - la texture microlitique (cristaux microscopiques) pour les roches volcaniques. Les roches ruptives sont classes et dnommes en fonction de leur composition. Les principaux minraux qui permettent cette classification par leur prsence ou leur absence sont : le quartz, les feldspaths alcalins, les plagioclases et dautres minraux comme les micas, lamphibole, le pyroxne ou lolivine. Lobservation microscopique des lames minces des diffrentes roches permet didentifier leurs minraux et de les dnommes de faon prcise. Les magmas granitiques, riches en silice et trs visqueux, se forment principalement dans les zones de collisions continentales et de naissance des chanes de montagnes. Ils cristallisent le plus souvent en profondeur sous forme de masses plus ou moins circonscrites ou plutons, do le terme de roche plutonique. Les magmas basaltiques proviennent de la fusion partielle du manteau. Ils sont pauvres en silice et fluides. Ils viennent spancher dans les zones douvertures ocaniques ou continentales et dans les points chauds. Les magmas andsitiques possdent une composition intermdiaire. Ils alimentent le volcanisme des zones de subduction comme les Andes ou le Japon. Granite ou granit ? Le vocable granite est utilis en gologie alors que granit sans e final est employ par les professionnels de la filire pierre. Il recouvre alors lensemble des roches plutoniques structure grenue et non seulement les granites sensu stricto. Le Labrador bleu, par exemple, nest pas un granite au sens minralogique car il ne contient pas de cristaux de quartz. Il est presque entirement form de cristaux de feldspath. Le Noir dAfrique est un gabbro et non pas un granite. Cependant la plupart des granits utiliss dans la construction sont de vritables granites au sens ptrographique du terme.


Le granite est la roche magmatique plutonique la plus rpandue. Son nom vient du fait quil est constitu de grains visibles lil nu, de 2 5 mm en moyenne. Quand les cristaux sont plus grands, on parle de pegmatite. Quand ils sont plus petits, la structure est microgrenue. Les principaux minraux qui constituent un granite sont : le quartz, les feldspaths alcalins, les feldspaths plagioclases et dautres minraux comme les micas ou lamphibole. Lquivalent volcanique du granit est la rhyolite, une roche plus rare. En France, le massif de lEsterel sur la Cte dAzur est compos danciennes rhyolites (porphyres) dates du Permien, il y a environ 275 millions dannes. La couleur des granites varie dun endroit un autre : blanchtre, gris, jaune, bleut, rose, rouge, en fonction de la teinte, du degr doxydation et de la rpartition des minraux. Les granites et les roches de composition assez proche (granitodes, granodiorites, gneiss, migmatites) forment une grande partie de lcorce des continents. Ils se prsentent sous forme de massifs, dont la taille varie de quelques kilomtres quelques centaines de kilomtres. On peut classer les granits suivant le grain de la roche. Le grain dun granite dsigne la grandeur moyenne des plages constitues par une association de minraux de mme nature. On distingue les catgories suivantes : - granite trs gros grain : grain suprieur 10 mm ; - granite gros grain : grain de 3 10 mm ; - granite grain moyen : grain de 2 3 mm ; - granite grain fin : grain de 0,5 2 mm ; - granite grain trs fin : grain infrieur 0,5 mm ; - microgranite : grain seulement visible au microscope avec parfois quelques grands cristaux visibles lil nu. La masse volumique apparente des granites varie pour la plupart entre 2600 et 2700 Kg / m3. Leur rsistance la compression se situe entre 140 et 150 Mpa sauf pour quelques varits plus rsistantes. Leur porosit est faible, toujours infrieure 1% sauf pour quelques varits plus altres. Les granites ne sont pas glifs. La France possde de nombreuses rgions granitiques : Massif armoricain, Massif central, Vosges, Corse, Alpes et Pyrnes. La plupart des granites franais datent de la surrection de la chane hercynienne, lpoque du Carbonifre (Palozoque suprieur) il y a environ 300 millions dannes. Les granites des bassins de Lanhlin et de Louvign sont plus anciens. Ils se sont forms il y a environ 600 millions dannes lors de la surrection de la chane cadomienne, la fin du Protrozoque. Les laves Les laves sont des roches issues de lruption dun volcan. Alors que lactivit explosive donne naissance des pouzzolanes principalement utilises comme granulats, les laves sont des roches provenant du refroidissement de coules. Cest le cas des deux principales dentre elles exploites comme roches ornementales et de construction dans la rgion de Clermont-Ferrand. Il sagit de coules de lave issues des volcans de la chane des Puys. De nombreuses autres coules de lave, en particulier constitues dorgues volcaniques, sont exploites pour la production de granulats (granulats ruptifs). De nombreuses laves contiennent des trous plus ou moins dvelopps correspondant aux bulles contenues dans le magma dont elles sont issues. Leur masse volumique apparente, de 2000 3000 kg / m3, pour celles qui sont exploites, varie beaucoup en fonction de leur densit en bulles. Elles possdent une structure microlitique compose dun enchevtrement de cristaux microscopiques, principalement des feldspaths, baignant dans un fond pteux solidifi. Les roches volcaniques prsentent une grande diversit de nature et daspect. Les plus rpandues sont les basaltes et les andsites. Le basalte est une roche noire et compacte.


Les laves basaltiques sont fluides et donnent des coules surface corde, scoriace ou prisme. Les andsites sont des roches de couleur grise parfois lgrement violace. Les andsites peuvent tre mises sous forme de coules ou de volcanisme explosif. Les trachytes sont gnralement de couleur gris clair. De nombreuses roches dAuvergne comme la lave de Volvic sont des trachyandsites. Les rhyolites sont des roches acides riches en silice et souvent claires, quivalent volcanique du granit. Leur couleur dpend beaucoup du degr daltration des minraux quelles contiennent. De nombreuses pierres ponces et obsidiennes, entirement vitreuses, sont des rhyolites. Elles se mettent en place le plus gnralement lors dpisodes volcaniques hyper violents. On parle alors dignimbrites. Les porphyres sont de trs anciennes ignimbrites lentement soudes et en partie recristallise par le temps.

Classification simplifie des roches ruptives ou magmatiques

+ Silice - Principaux minraux

Avec quartz Sans quartz Feldspath alcalin dominant Feldspath plagioclase

dominant Sans feldspath

Na Ca

Roche plutonique

Mica Amphibole Pyroxne

Granite Synite Diorite Gabbro Olivine pridotite

Roche volcanique

rhyolite trachyte andsite basalte Kimberlite limburgite

Calcaires et grs : roches sdimentaires Parmi les roches sdimentaires, deux dentre elles, de par leur nature ptrographique, leur texture et leurs caractristiques physico-chimiques, sont principalement utilises en construction et en dcoration. Ce sont les grs et les quartzites, apparents aux grs, et les calcaires Quest-ce quune roche sdimentaire ? Les roches sdimentaires sont celles qui se forment la surface de la Terre par accumulation de sdiments, le plus gnralement au fond de l'eau : en mer, dans un lac, une lagune, ou dans un delta, mais parfois aussi en milieu terrestre arien, la surface des continents, comme danciennes moraines, par exemple. De par leur origine externe, les roches sdimentaires s'opposent donc aux roches d'origine profonde, magmatiques ou mtamorphiques. Les roches sdimentaires ne reprsentent que environ 5 % du volume de la crote terrestre, cependant elles en recouvrent 75 % de la surface, et sont donc trs prsentes dans les paysages. Leur formation peut rsulter de diffrents types d'activits gologiques : origine dtritique : rosion, transport et dpt des graviers, des grains et des particules, sables et argiles, origine physico-chimique : prcipitation de sels, vaporation comme pour la formation du gypse ou du sel gemme, origine biochimique : dpts lis lactivit des tres vivants. Cest le cas de la plupart des couches de calcaire. Ptrole et charbon ont une origine biologique directe par laccumulation puis la transformation de la matire organique dorigine animale ou vgtale.


Les roches sdimentaires se rencontrent sous divers aspects : soit sous forme meuble comme les sables ou les limons, soit consolides comme les grs, les calcaires Cependant avec le temps, parfois beaucoup de temps, elles finissent toutes par sindurer et se consolider. Le passage d'un sdiment meuble une roche cohrente correspond des processus de transformations plus ou moins longs appels diagense. La diagense seffectue principalement par le tassement des sdiments, llimination de l'eau qu'ils contiennent et la consolidation des matriaux par cristallisation ou par cimentation. Les roches sdimentaires conservent dans leur structure des traces de leur origine par dpts successifs, comme des stratifications rgulires ou entrecroises, des rides de courants, des classements granulomtriques Sachant que la plupart des roches sdimentaires se forment sur les fonds marins, leur prsence dans les paysages continentaux ncessite la mise en uvre de phnomnes de soulvements lis aux mouvements tectoniques de chaque rgion concerne.

Classification simplifie des roches sdimentaires

Les grs et les quartzites Les grs sont des roches sdimentaires dtritiques composes dune grande majorit de grains de quartz. Ils proviennent de la consolidation dun ancien sable meuble. Cette diagense sopre par circulation deau, dpt dun ciment naturel entre les grains et compaction. Cette cimentation progressive peut combler en totalit ou seulement en partie les espaces entre les grains. De ce fait, certains grs conservent une porosit importante. La nature du ciment qui lie les grains varie dun grs un autre : siliceux, calcaire, ferrugineuxLes arkoses sont des grs riches en feldspaths. Les grs trs riches en quartz et trs durs sont souvent qualifis de grs quartziques, comme le grs dErquy dans les Ctes dArmor, par exemple. Un quartzite est une roche trs compacte et trs dure dans laquelle les grains de quartz sont trs souds et totalement imbriqus les uns dans les autres. Les quartzites peuvent avoir une origine strictement sdimentaires, mais peuvent aussi provenir du mtamorphisme dun ancien sous leffet de la pression et de la chaleur. Quelques rgions de France sont bien connues pour leurs exploitations de grs, en particulier le grs des Vosges extrait dans une quinzaine de carrires du Bas Rhin, de Moselle et des Vosges. On exploite aussi des grs dans la rgion de Fontainebleau en Ile de France, au Pays Basque, en Bretagne et dans lAveyron Les quartzites sont, en particuliers exploits en Savoie, en Bretagne, dans le sud du Massif Central et au nord de la Corse. Les calcaires Les calcaires sont des roches sdimentaires carbonates principalement composes (>50 %) de calcite (carbonate de calcium). Ils peuvent galement contenir de la dolomite


(carbonate double de calcium et de magnsium) et dautres minraux. Les calcaires font effervescence lacide chlorhydrique. La formation des calcaires rsulte en grande partie de lactivit directe ou indirecte des tres vivants : - accumulation de coquilles, de tests et de squelettes, macroscopiques ou microscopiques : * soit visibles lil nu (mollusques), * soit visibles au microscope optique (foraminifres), * soit visibles uniquement au microscope lectronique (coccolithes de la craie) ; - constructions rcifales (coraux) ; - dpts dorigine chimique ou biochimique : prcipitation, dpt de boues, travertins, formation doolites ; - origine dtritique : sables et brches calcaires, graviers. Les calcaires renferment de nombreux fossiles, ce qui en fait des roches importantes pour la stratigraphie. En France, les roches calcaires sont abondantes dans les grands bassins sdimentaires (parisien, aquitain) et dans les chanes de montagnes jeunes et leur avant-pays (Jura, Alpes, Provence, Pyrnes). Les principaux bassins dextraction se situent en Lorraine, dans lOise, en Bourgogne, dans le Bugey, en Provence, en Dordogne et dans le Poitou. Les caractristiques des calcaires varient beaucoup dune roche lautre en fonction de son mode de formation. En voirie et en mobilier urbain, on utilise principalement des calcaires durs : pierres fermes et pierres marbrires. Bon nombres dentre elles se sont formes au Jurassique, il y a environ 150 millions dannes, alors que la France, situe au niveau des tropiques, tait occupe par une mer chaude propice au dveloppement de nombreux rcifs et la formation de calcaires oolithiques.

Ardoises, quartzites, marbres, schistes et gneiss: roches mtamorphiques

Le mtamorphisme, ou mtamorphose des roches, est lensemble des modifications qui transforment les roches ltat solide, quand celles-ci sont soumises des conditions de pression et de temprature diffrentes de celles dorigine. Dune faon gnrale, les roches mtamorphiques se forment en profondeur, dans le contexte de la collision des plaques tectoniques et de la naissance des chanes de montagnes. Les roches mtamorphiques prsentent gnralement un feuilletage appel schistosit, savoir le fait de pouvoir se dbiter en plaques plus ou moins fines et rgulires. Cest le cas pour les ardoises et les schistes. De nombreuses roches mtamorphiques montrent un aspect foli. Leurs minraux sont orients suivant des plans parallles et disposs en lits plus ou moins marqus. Parfois, ils sont groups en paquets allongs et forment des yeux : gneiss oeill. Une des consquences du mtamorphisme est lapparition des nouveaux minraux par recombinaison des lments chimiques en prsence dans la roche : pyrite dans une ardoise, grenats dans un micaschiste Le mtamorphisme est un phnomne qui peut affecter toutes les roches prexistantes, quelles que soit leurs natures et leurs origines. Il existe donc une grande varit de roches mtamorphiques, dont les principales correspondent aux grandes familles de roches sdimentaires et ruptives.


Classification simplifie des roches mtamorphiques

Les marbres Les marbres sont des roches mtamorphiques issues de la transformation de calcaires ou de dolomies. Dans un marbre, les lments de calcite sont entirement recristalliss, ce qui confre une duret plus importante la roche et favorise son polissage. Les marbres peuvent prsenter de grandes variations de couleurs (impurets, oxydes) ou des veinages parfois trs graphiques souvent dus la prsence dautres substances : veines plus schisteuses ou de serpentine (cipolins). Certains peuvent tre totalement blancs. On exploite des marbres dans le Pyrnes, dans le Languedoc et en Savoie. Les schistes Les schistes sont des roches mtamorphiques susceptibles de se dbiter en feuillets (schistosit). Ils peuvent prsenter des natures diffrentes. Beaucoup proviennent du mtamorphisme danciennes argiles. Les micaschistes sont riches en micas qui leur confre un aspect brillant sur leur surface de clivage. On exploite des schistes en Bretagne, en Savoie, et dans le sud du massif Central. Les ardoises Les ardoises sont des schistes argileux grains fins et homognes, parfois lgrement satins. Elles correspondent danciennes argiles ayant subi un mtamorphisme de trs faible intensit. Leur coloration peut varier : gris, noir, bleut ou lie-de-vin. La schistosit permet de les cliver en plaques fines. De nombreuses ardoises prsentent des recristallisations de petits cubes de pyrite (sulfure de fer). On exploite des ardoises en Anjou, dans le sud du Massif Central, en Bretagne et en Haute Savoie. Les quartzites Un quartzite est un grs entirement recristallis dans lesquels les grains de quartz, indissociables, sont imbriqus les uns dans les autres. La plupart des quartzites sont dorigine mtamorphique et ont recristallis sous leffet de la pression et de la temprature. On exploite des quartzites en Savoie, en Bretagne, dans le sud du Massif Central et au nord de la Corse. Les gneiss De mme composition minralogique que les granites, les gneiss sen distinguent par une succession de lits parallles montrant une alternance de lits clairs de quartz et de feldspaths et de lits plus sombres de micas. Certains dentre eux, les gneiss oeills, prsentent des amas ovodes de feldspath ou dun mlange quartzo-feldspathique. La plupart des gneiss proviennent du mtamorphisme dun ancien granite. Cependant ils peuvent aussi se former partir danciennes roches sdimentaires comme des grs riches en feldspaths (arkoses). On exploite des gneiss en Bretagne, dans le Massif Central et dans la Montagne Noire.


Panorama des roches ornementales et de construction en France Un recensement mthodique des carrires en cours dexploitation en France a t effectu en 2008-2009 en prambule la constitution de la base de donnes. Prs de 400 carrires reprsentant la varit et la richesse de ce matriau de construction en France ont ainsi pu tre rpertories.

Source : CTMNC - 2009

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