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------ Année académique 2015 - 2016 COURS DE PETROLOGIE L 2 Abrégé et illustrat

------ Année académique 2015 - 2016 COURS DE PETROLOGIE L 2 Abrégé et illustrations du cours Dr Kouamelan Alain REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE Union – Discipline Travail __________ MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ F.H.B. DE COCODY U.F.R. DES SCIENCES DE LA TERRE ET DES RESSOURCES MINIÈRES 2 INTRODUCTION La pétrologie est la discipline des sciences de la terre qui étudie les roches. Cette étude prend en compte toute l’histoire de la roche depuis son origine, son état actuel, son altération et sa désintégration. Toute cette démarche se résume dans les deux sous-disciplines que sont la pétrogenèse et la pétrographie. L’échelle d’investigation part donc du minéral, en passant par la roche jusqu’aux grands ensembles qui constituent les enveloppes de la terre (la lithosphère, le manteau et le noyau). Les méthodes d’étude se regroupent dans les deux domaines que sont la géochimie et la géophysique. Comme exemple de sous-discipline nous pouvons citer la cristallographie, la minéralogie, le magnétisme, la sismologie, etc. La pétrologie s’intéresse également à l’étude des gîtes minéraux. Le point de départ : le bing bang La théorie du Bing Bang a été élaborée en 1948 par l’Américain d’origine russe, George Gamow pour expliquer la formation de l’univers. Selon ce modèle, une explosion initiale survenue il y a une quinzaine de milliards d’années dans un Univers alors extrêmement dense et chaud est à l’origine de l’expansion et de la structure de l’Univers tel qu’il est observé aujourd’hui. La théorie du Bing Bang est donc un modèle évolutif qui s’oppose aux modèles cosmologiques statiques et stationnaires. Notre galaxie, la "Voie Lactée, s’est formée quelque un milliard d’années après. Tous les éléments chimiques se sont formés beaucoup plus tard au cours de processus intrastellaires par fusion thermonucléaire. Formation du système solaire C’est sur les météorites que repose la connaissance de l’histoire précoce du système solaire. La plupart d’entre elles proviennent de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter ; elles sont le produit de la fragmentation, sous l’effet de chocs, de petits corps planétaires qui n’ont pas été accrétés en planète. Les chondrites sont les météorites les plus semblables à la composante réfractaire du Soleil, et informent donc sur la composition chimique de la nébuleuse solaire primitive. L’âge des chondrites est de 4 555 ± 4 Ma. Juste après l’accrétion, la chaleur accumulée (énergie d’accrétion, énergie radioactive, etc.) était importante et ne pouvait pas être évacuée efficacement car aucune convection interne n’était encore établie. Il en a résulté une fusion de toute la partie externe de la jeune planète qui a donné naissance à un océan magmatique. C’est au sein de celui ci que s’est effectuée une première différenciation de la planète. C’est aussi à cette période que le métal et les silicates se sont différenciés en d’une part, un noyau métallique et d’autre part un manteau silicaté. Ce n’est qu’après la formation du noyau qu’a pu apparaître le champ magnétique qui protège encore aujourd’hui la surface de la Terre du vent solaire. Le refroidissement de cet océan magmatique va permettre la genèse des premières roches. Mais comme il est mentionné dans le paragraphe précédent, l’âge du système solaire est connu grâce aux météorites (4,57 milliards d’années). Sur la terre, les roches les plus vielles datées à ce jour ont un âge de 4 milliards d’années et les minéraux les plus vieux, des zircons hérités, ont un âge de 4,4 milliards d’années. Configuration actuelle et dynamique de la terre Avant d’étudier les roches (roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires) et les minéraux qui sont les principaux matériaux de la terre, nous allons présenter la configuration actuelle de la terre et sa dynamique. Le développement de la géophysique par l’utilisation des ondes sismiques (ondes P et S), de la gravité, des flux thermiques, du magnétisme et de la conductivité électrique et plus récemment de la tomographie, a permis d’identifier les principales enveloppes de la terre et leurs caractères physiques et chimiques. Ainsi, de Photo couverture: pillows lavas situés à quelques kilomètres au nord du village d’Akakro (s/p de Toumodi). 3 l’intérieur vers l’extérieur, nous avons le noyau interne qui a une épaisseur de 1 216 km et il est considéré comme étant solide et composé essentiellement de Fe ; et le noyau externe qui a une épaisseur de 2 270 km est plutôt visqueux et composé essentiellement de Fe et de Ni. Le noyau externe est recouvert par le manteau qui a une épaisseur d’environ 2 900 km ; les données sismiques indiquent que le manteau est composé globalement de roche solide. Le comportement des ondes P indique qu’il est majoritairement composé de roches ultramafiques telles que les péridotites. Ces mêmes ondes indiquent que le manteau peut être subdivisé en deux parties : le manteau supérieur qui commence à une profondeur de 5 à 50 km et s’étend jusqu’à une profondeur de 670 km et le manteau inférieur qui part de 670 km jusqu’à environ 2 900 km. Les variations de vitesse des ondes P ont permis d’identifier d’autres limites dans le manteau. Ainsi, la croûte et la partie supérieure du manteau forment ensemble la lithosphère. Elle est fragile sur le plan rhéologique et son épaisseur va de 75 km sous les océans à 175 km sous les continents. L’épaisseur maximum de la lithosphère ne dépasse pas 200 km à partir de la surface. Toujours dans le manteau, les ondes P ralentissent à la limite entre la lithosphère et une couche sous-jacente dénommée l’asthénosphère ou zone à vélocité faible. Bon nombre de géologues pensent que l’épaisseur de l’asthénosphère est de 200 km environ. Les roches dans l’asthénosphère sont considérées comme étant partiellement fondues et chaudes comparées à celles de lithosphère. Dans ce cas, l’asthénosphère peut être la surface molle sur laquelle les plaques de croûte se déplacent et aussi la source probable de la genèse des magmas. La dernière couche, la plus externe est la croûte. On distingue d’une part la croûte continentale et d’autre part, la croûte océanique. La croûte continentale a une composition essentiellement granitique (ou sialique pour silice et aluminium) et la croûte océanique a une composition basaltique (ou simatique pour silice et magnésium). Les données sismiques indiquent que l’épaisseur de la croûte continentale varie de 30 à 50 km avec une densité moyenne de 2,7 g/cm3 et celle de la croûte océanique de 5 à 8 km avec une densité moyenne de 3,0 g/cm3. La croûte continentale pourrait flotter sur la croûte océanique à cause de la différence de densité. La croûte continentale est très épaisse dans les zones montagneuses où elle fait saillie dans le manteau en formant une racine. Une importante discontinuité est mise en évidence par les ondes sismiques : c’est la discontinuité de Mohorovicic ou Moho qui se situe à la limite entre la croûte et le manteau sous-jacent. Le Moho se rencontre à une profondeur qui varie de 5 à 50 km. Figure --. 4 La genèse des magmas, le volcanisme, les intrusions de roches ignées, le métamorphisme, les tremblements de terre, les failles et les plis sont des signes de la dynamique de la terre. Cette dynamique est le résultat de la dérive des continents mise en évidence par Alfred Wegener, géophysicien et météorologiste allemand (1880-1930). La croûte terrestre est divisée en six plaques de grande taille et en une vingtaine de petites plaques, par un système de failles profondes. L’ensemble de ces plaques inclut les plaques continentales et plaques océaniques. S'appuyant sur diverses considérations, Wegener affirma que les continents ne formaient à l'origine qu'un seul territoire, qu'il nomma Pangée. Celle-ci s’est divisée en deux il y a environ deux cents million : la Laurasia au Nord et le Gondwana au Sud. Par la suite, chaque ensemble s’est encore subdivisé pour donner la configuration actuelle des continents. Les courants de convection sous-jacents dans le manteau et dans la croûte inférieure créeraient des forces permettant de scinder les plaques crustales et de les faire dériver. Les théories de Wegener ne purent être confirmées scientifiquement que dans les années soixante, lorsque des recherches océanographiques révélèrent effectivement l'existence d'un processus d'expansion des fonds marins et les travaux de paléomagnétisme indiquant que les continents ont dérivé suivants des trajectoires différentes après leur séparation. 5 6 7 Chapitre I Rappel de cristallographie 8 Plan du chapitre A) Définitions 1. Le minéral 2. Les systèmes cristallins B) Les liaisons chimiques dans les édifices cristallins 1. Rappel sur la structure des atomes 2. Les liaisons de Van Der Waals et la liaison hydrogène 3. La liaison ionique 4. La liaison métallique 5. La liaison covalente 6. Caractère mixte des liaisons dans les cristaux C) Coordination et polyèdres de coordination : règle de Pauling 1. Coordination et nombre de coordination 2. Polyèdre de coordination 3. lois de Pauling 9 Quelques points du chapitre La Liaison ionique. Deux atomes se transforment en ions par transfert d’un ou plusieurs électrons de l'un à l'autre, de sortes que les deux acquièrent la configuration électronique d'un gaz rare dont la couche périphérique d'électrons est complète (Fig. 2.3a). Il existe alors entre uploads/Geographie/ fascicule-cours-cm-petro-2016.pdf