Karamö, le prof virtuelLeçon 7 sur 19
Étude d'un type de roche
Je sais étudier complètement une roche sédimentaire type, le grès, de l'observation à l'explication de sa formation (altération, transport, dépôt, diagenèse), et relier ses propriétés aux paysages et aux usages en Guinée.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire le grès à l'œil nu et à la loupe (grains, ciment, couches)
- Expliquer les étapes de formation d'une roche sédimentaire détritique
- Calculer l'effet du tassement (compaction) sur l'épaisseur d'une couche
- Relier le grès aux paysages du Fouta-Djallon et à ses usages
Avant de commencer : Les leçons « Les roches », « Vue d'ensemble sur les roches » et « Quelques propriétés physiques » (granulométrie, porosité, perméabilité).
1Je découvre
En allant visiter les chutes de Kambadaga, près de Pita, la classe de 11e SE s'arrête au pied d'une grande falaise. La roche est rose et beige, disposée en couches superposées comme les pages d'un livre fermé. Kadiatou frotte la paroi avec la main : des grains de sable lui restent dans la paume. Mamadou remarque, sur une couche, de petites ondulations régulières figées dans la pierre, exactement comme celles qu'il voit sur le sable au bord du Bafing quand le courant est faible.
Le professeur explique : « Cette roche est un grès. Ce que vous touchez, c'est un ancien sable, devenu dur. Et ces ondulations sont des rides de courant fossiles. »
Les élèves se demandent : comment un sable meuble peut-il devenir une roche assez dure pour former une falaise de plusieurs dizaines de mètres ? D'où venaient ces grains ?
Comment étudier complètement une roche type, le grès, et comment un sable se transforme-t-il en roche sédimentaire ?
2Je comprends
1. Pourquoi étudier un « type » de roche ?
Il existe des centaines de roches sédimentaires. Plutôt que de toutes les décrire, on en étudie une en détail, qui sert de modèle : ce qu'on apprend sur elle (observation, formation, propriétés, usages) s'applique ensuite aux autres roches de la même famille. Nous choisissons le grès, roche sédimentaire détritique très répandue en Guinée, notamment au Fouta-Djallon.
2. Observation du grès
À l'échelle de l'affleurement :
- la roche est stratifiée : elle forme des couches (strates) séparées par des surfaces planes appelées joints de stratification ;
- les couches sont souvent presque horizontales au Fouta-Djallon ;
- on y observe parfois des rides de courant (ondulations fossiles) et des stratifications obliques (petits lits inclinés à l'intérieur d'une couche), traces de courants d'eau ou de vent.
À l'échelle de l'échantillon (œil nu et loupe) :
- la roche est cohérente, mais se désagrège en sable quand on la frotte fortement si elle est peu cimentée ;
- elle est formée de grains de 63 µm à 2 mm, surtout de quartz (transparents à laiteux, rayant le verre) ;
- les grains sont soudés par un ciment, matière fine qui remplit une partie des vides ;
- la couleur dépend du ciment : blanche ou grise (ciment siliceux), rouge, rose ou brune (ciment ferrugineux, riche en oxydes de fer) ;
- elle absorbe une goutte d'eau : elle est poreuse.
Tests :
- dureté : les grains de quartz rayent le verre ;
- acide chlorhydrique : pas d'effervescence si le ciment est siliceux ou ferrugineux ; effervescence si le ciment est calcaire (grès calcaire).
| Type de grès | Composition | Remarque |
|---|---|---|
| Grès quartzeux | presque uniquement du quartz | le plus résistant, souvent clair |
| Arkose | quartz + plus de 25 % de feldspaths | provient d'un granite peu altéré, érodé et transporté sur une courte distance |
| Grès ferrugineux | quartz + ciment d'oxydes de fer | rouge ou brun |
| Grès calcaire | quartz + ciment de calcite | fait effervescence |
3. La formation du grès : l'histoire d'un grain de quartz
Le grès se forme en quatre grandes étapes, qu'on peut suivre en racontant l'histoire d'un grain de quartz.
Étape 1 : l'altération et l'érosion. Un granite affleure sur un relief. Sous l'action de l'eau de pluie, de la chaleur et des êtres vivants, ses feldspaths et ses micas se transforment en argile ; le quartz, très résistant chimiquement et très dur, reste intact. Les grains de quartz libérés forment une arène (sable grossier) que le ruissellement arrache : c'est l'érosion.
Étape 2 : le transport. Les grains sont emportés par les cours d'eau (ou le vent). Les plus fins voyagent en suspension dans l'eau ; les grains de sable progressent par petits bonds sur le fond ; les plus gros roulent ou glissent. Pendant ce voyage, les grains s'entrechoquent : ils s'usent, s'arrondissent et sont triés par taille (le courant abandonne d'abord les plus gros).
Étape 3 : la sédimentation (le dépôt). Quand le courant ralentit (plaine, delta, lac, bord de mer), il n'a plus la force de porter les grains : ils se déposent en couches horizontales sur le fond d'un bassin de sédimentation. Chaque crue ou chaque changement de courant ajoute une nouvelle couche.
Étape 4 : la diagenèse. Recouvert par de nouveaux dépôts, le sable est enfoui. Deux transformations le durcissent :
- la compaction (tassement) : le poids des couches supérieures rapproche les grains, chasse une partie de l'eau et réduit la porosité ;
- la cimentation : l'eau qui circule entre les grains dépose des substances dissoutes (silice, oxydes de fer, calcite) qui les soudent.
Le sable meuble est devenu un grès, roche cohérente.
- 1Altération du granite : les feldspaths deviennent argile, le quartz est libéré
- 2Érosion : le ruissellement arrache les grains de quartz
- 3Transport par les cours d'eau : les grains s'usent, s'arrondissent et se trient
- 4Sédimentation : dépôt en couches horizontales quand le courant ralentit
- 5Diagenèse : compaction puis cimentation, le sable devient grès
Exemple
Une couche de sable de 10 m d'épaisseur a une porosité de 40 %. Après enfouissement, la compaction réduit sa porosité à 20 % (sans cimentation). Quelle est sa nouvelle épaisseur ? (On admet que le volume des grains ne change pas et que la couche ne se déforme que verticalement.)
Pour une colonne de 1 m² de surface :
Volume total initial = 10 m³ ; volume des grains = 60 % de 10 = 6 m³.
Après compaction, les grains représentent 100 − 20 = 80 % du volume total.
Nouveau volume total = 6 ÷ 0,80 = 7,5 m³, soit une épaisseur de 7,5 m.
La couche a perdu 10 − 7,5 = 2,5 m, soit 25 % de son épaisseur.
Exemple
Un échantillon de grès du Fouta-Djallon est analysé : sur 400 grains comptés au microscope, 368 sont des grains de quartz, 20 des feldspaths et 12 d'autres minéraux. Calcule les pourcentages et nomme le grès.
Quartz : 368 ÷ 400 × 100 = 92 %.
Feldspaths : 20 ÷ 400 × 100 = 5 %.
Autres : 12 ÷ 400 × 100 = 3 %. Vérification : 92 + 5 + 3 = 100 %.
Avec 92 % de quartz et seulement 5 % de feldspaths (moins de 25 %), ce n'est pas une arkose : c'est un grès quartzeux. Cette richesse en quartz indique une altération poussée et un long transport.
4. Ce que le grès nous apprend sur le passé
Grâce au principe d'actualisme, le grès se lit comme une archive :
- des grains arrondis et bien triés indiquent un long transport par l'eau ou par le vent ;
- des rides de courant et des stratifications obliques indiquent un courant d'eau (rivière, delta, mer peu profonde) ou des dunes ;
- des fossiles marins éventuels indiquent un dépôt en mer ;
- une couleur rouge indique souvent un milieu où le fer s'est oxydé au contact de l'air.
Les grès du Fouta-Djallon, très anciens (ère primaire), témoignent ainsi qu'à cet endroit s'étendaient autrefois des rivières, des deltas ou une mer peu profonde qui accumulaient des sables.
5. Le grès dans les paysages et la vie en Guinée
Paysages. Au Fouta-Djallon, les grès en couches horizontales, protégés en surface par des cuirasses dures et recoupés de dolérites, forment des plateaux tabulaires limités par des falaises abruptes. Quand une rivière franchit un rebord de plateau, elle forme une chute : c'est l'origine de nombreuses chutes du Fouta-Djallon et de ses rebords. Les couches les plus tendres s'érodent plus vite que les plus dures, ce qui crée des corniches et des abris sous roche.
Eau. Les grès poreux et fissurés peuvent contenir des nappes et alimenter de nombreuses sources au pied des falaises.
Usages. Le grès se taille en moellons et en pierres de construction ; bien cimenté, il résiste longtemps. Les grès quartzeux broyés fournissent du sable. Les grès très durs servaient autrefois à faire des meules pour moudre les grains.
- Poreux et perméable
- Couches horizontales dures
- Grains de quartz très durs
- Ciment variable
- peut contenir des nappes et donner des sources
- plateaux tabulaires et falaises
- pierre de construction résistante
- résistance variable, couleur blanche à rouge
Méthode
Pour réaliser l'étude complète d'une roche type :
- Observation sur le terrain : disposition, couches, structures particulières (rides, fossiles).
- Observation de l'échantillon : cohérence, couleur, grains, ciment, texture.
- Tests : dureté, acide, porosité, densité.
- Identification : nom et famille, justifiés.
- Formation : étapes, conditions et milieu de formation.
- Intérêt : paysages, eau, usages, ressources.
3Je retiens
Je retiens
Le grès est une roche sédimentaire détritique formée de grains de sable (63 µm à 2 mm), surtout de quartz, soudés par un ciment.
Le ciment peut être siliceux, ferrugineux (grès rouge) ou calcaire (effervescence) ; avec plus de 25 % de feldspaths, on parle d'arkose.
Formation : altération et érosion d'une roche (granite), transport (usure, arrondi, tri), sédimentation en couches, diagenèse (compaction et cimentation).
La compaction réduit la porosité et l'épaisseur des couches ; la cimentation soude les grains.
Rides de courant, stratifications obliques et grains arrondis renseignent sur le milieu de dépôt (principe d'actualisme).
Au Fouta-Djallon, les grès forment plateaux, falaises et chutes ; ils peuvent porter des nappes et servent de pierre de construction.
4Erreurs fréquentes
- Dire que le grès est un sable : le sable est meuble ; le grès est un sable consolidé par la diagenèse.
- Penser que les grains de quartz se forment dans le bassin : ils proviennent de l'altération de roches plus anciennes, souvent des granites.
- Oublier la cimentation : la compaction seule rapproche les grains, mais c'est le ciment qui les soude durablement.
- Dans le calcul de compaction, garder le volume total constant : c'est le volume des grains qui reste constant, pas celui des vides.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : sédimentation, diagenèse, ciment.
b) Pourquoi les grains de quartz sont-ils les plus abondants dans les grès ?
c) Quelle observation permet de reconnaître un grès à ciment calcaire ?
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a) La sédimentation est le dépôt des particules transportées quand le courant ralentit. La diagenèse est l'ensemble des transformations (compaction, cimentation) qui changent un sédiment meuble en roche cohérente. Le ciment est la matière déposée entre les grains qui les soude (silice, oxydes de fer, calcite).
b) Le quartz est à la fois très dur (dureté 7) et très résistant à l'altération chimique : il survit à l'érosion et au transport, alors que les feldspaths et les micas se transforment en argile.
c) Une goutte d'acide chlorhydrique dilué provoque une effervescence (dégagement de dioxyde de carbone) sur le ciment de calcite.
2Exercice 2
Remets dans l'ordre les étapes suivantes et explique en une phrase chacune : transport, cimentation, altération, dépôt, compaction, érosion.
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- Altération : la roche mère se décompose sur place (feldspaths en argile, quartz libéré).
- Érosion : les débris sont arrachés par le ruissellement.
- Transport : les grains sont emportés par l'eau, s'usent, s'arrondissent et se trient.
- Dépôt (sédimentation) : les grains se déposent en couches quand le courant ralentit.
- Compaction : le poids des couches supérieures tasse le sédiment et chasse l'eau.
- Cimentation : un ciment se dépose entre les grains et les soude : le sable devient grès.
3Exercice 3
Une couche de sable de 6 m d'épaisseur, de porosité 45 %, est compactée jusqu'à une porosité de 25 %. Calcule sa nouvelle épaisseur (le volume des grains reste constant et la couche ne se tasse que verticalement).
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Pour 1 m² : volume des grains = (100 − 45) % de 6 m³ = 0,55 × 6 = 3,3 m³. Après compaction, les grains représentent 75 % du volume : nouveau volume = 3,3 ÷ 0,75 = 4,4 m³. Nouvelle épaisseur : 4,4 m (perte de 1,6 m).
4Exercice 4
On compte 250 grains dans une lame mince de grès : 170 grains de quartz, 70 de feldspaths, 10 d'autres minéraux.
a) Calcule les pourcentages.
b) Nomme cette roche et explique ce que sa composition indique sur la distance de transport.
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a) Quartz : 170 ÷ 250 × 100 = 68 % ; feldspaths : 70 ÷ 250 × 100 = 28 % ; autres : 10 ÷ 250 × 100 = 4 %. Vérification : 68 + 28 + 4 = 100 %.
b) Avec 28 % de feldspaths (plus de 25 %), c'est une arkose. Les feldspaths s'altèrent et s'usent vite : s'ils sont encore nombreux, c'est que les grains ont été transportés sur une courte distance et déposés rapidement, près de la roche d'origine (un granite).
5Exercice 5
(Type composition) Au pied d'une falaise de grès du Fouta-Djallon, on observe des couches horizontales, des rides de courant fossiles et une source d'eau.
a) Explique la formation de cette roche en un paragraphe organisé.
b) Que révèlent les rides de courant sur le milieu de dépôt ? Quel principe utilises-tu ?
c) Explique la présence de la source au pied de la falaise.
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a) Ce grès provient de l'altération et de l'érosion de roches plus anciennes, riches en quartz. Les grains de quartz libérés ont été transportés par des cours d'eau, au cours d'un voyage qui les a usés, arrondis et triés. Quand le courant a ralenti, ils se sont déposés en couches horizontales dans un bassin de sédimentation. Enfouis sous d'autres dépôts, ils ont été tassés (compaction), puis soudés par un ciment (cimentation) : c'est la diagenèse, qui a transformé le sable en grès.
b) Les rides de courant ressemblent à celles qu'on observe aujourd'hui sur le sable des rivières ou des plages peu profondes : d'après le principe d'actualisme, le sable s'est déposé sous un courant d'eau peu profond (rivière, delta ou bord de mer).
c) Le grès est poreux et fissuré : l'eau de pluie s'infiltre sur le plateau et circule dans la roche. Elle est arrêtée par une couche moins perméable ; au pied de la falaise, là où cette couche arrive à l'air libre, l'eau ressort : c'est une source.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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