Karamö, le prof virtuelLeçon 1 sur 16
La stratigraphie
Je sais lire une succession de couches de roches et utiliser les principes de la stratigraphie pour les classer de la plus ancienne à la plus récente.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir la stratigraphie, la strate et le faciès
- Énoncer et appliquer les principes de superposition, de continuité, de recoupement, d'inclusion et d'identité paléontologique
- Reconstituer la chronologie relative des événements d'une coupe géologique
- Situer les grandes divisions de l'échelle des temps géologiques
Avant de commencer : Les roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques (11e) ; les notions d'érosion, de transport et de dépôt.
1Je découvre
Sur la route qui monte de Kindia vers Mamou, le car s'arrête à un virage où les travaux ont entaillé la colline. Mariama, élève de 12e SE, remarque que la paroi n'est pas uniforme : on y voit des bandes horizontales superposées, rouges, beiges, grises, épaisses de quelques centimètres à plusieurs mètres. Tout en haut, sous la végétation, une couche rouge et dure, la cuirasse latéritique. Plus bas, un grès clair, puis une roche sombre et plus fine.
« Ce sont comme les pages d'un livre, dit son oncle Alpha, géomètre. Chaque bande a été déposée à une époque différente. »
Mariama réfléchit : si chaque couche est une page, dans quel sens faut-il lire ce livre ? Laquelle est la plus ancienne ? Et comment savoir si une couche du Fouta-Djallon a le même âge qu'une couche observée à Boké, à des centaines de kilomètres ?
Comment les géologues lisent-ils les couches de roches pour retrouver l'ordre des événements de l'histoire de la Terre ?
2Je comprends
1. Qu'est-ce que la stratigraphie ?
La stratigraphie est la branche de la géologie qui étudie la succession des couches de roches, leur nature, leur disposition et leur âge, afin de reconstituer l'histoire de la Terre.
Une strate (ou couche) est un ensemble de roches sédimentaires, de même nature, limité en haut par un toit et en bas par un mur. L'épaisseur d'une strate s'appelle sa puissance. Plusieurs strates superposées forment une série stratigraphique.
Le faciès d'une roche est l'ensemble de ses caractères (nature, couleur, grain, fossiles) qui renseignent sur le milieu où elle s'est formée : un calcaire à coraux indique une mer chaude et peu profonde ; un conglomérat à gros galets indique un courant fort (torrent, rivière en crue) ; une argile très fine indique une eau calme (lac, lagune, fond marin profond).
La stratigraphie permet d'établir deux sortes de chronologies :
- la chronologie relative : elle classe les événements les uns par rapport aux autres (« avant », « après ») sans donner d'âge chiffré ;
- la chronologie absolue : elle donne un âge en années, grâce à la radioactivité de certains éléments (étudiée dans la leçon sur la paléontologie).
2. Les principes de la chronologie relative
Le principe de superposition. Dans une série de couches sédimentaires non déformées, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre. Ce principe a été formulé par le savant danois Nicolas Sténon au XVIIᵉ siècle. Il s'explique facilement : les sédiments se déposent au fond de l'eau, les uns au-dessus des autres, comme la poussière s'accumule couche après couche.
Attention : ce principe n'est valable que si les couches n'ont pas été renversées par des plissements (voir la leçon sur les chaînes de montagnes).
Le principe de continuité. Une même couche a le même âge sur toute son étendue, même si elle est interrompue par une vallée ou l'érosion. Si l'on retrouve de part et d'autre d'une rivière la même couche de grès, avec la même position dans la série, on considère qu'il s'agit de la même couche.
Le principe de recoupement. Un événement qui recoupe une couche (une faille, un filon de magma, une surface d'érosion) est postérieur (plus récent) à cette couche. Par exemple, un filon de dolérite qui traverse des grès est plus jeune que ces grès.
Le principe d'inclusion. Un élément inclus dans une roche est plus ancien que cette roche. Les galets d'un conglomérat existaient avant que le conglomérat ne se forme ; un morceau de roche encaissante emprisonné dans un granite est plus ancien que le granite.
Le principe d'identité paléontologique. Deux couches qui contiennent les mêmes fossiles stratigraphiques ont le même âge, même si elles sont éloignées et de nature différente. C'est grâce à ce principe, utilisé par l'ingénieur anglais William Smith au début du XIXᵉ siècle, qu'on peut comparer des couches de régions différentes.
| Principe | Ce qu'il permet de dire |
|---|---|
| Superposition | la couche du dessous est plus ancienne |
| Continuité | une couche a le même âge partout |
| Recoupement | ce qui recoupe est plus récent |
| Inclusion | ce qui est inclus est plus ancien |
| Identité paléontologique | mêmes fossiles, même âge |
3. Les discordances et les lacunes
Parfois, la série n'est pas continue. Une lacune est l'absence d'une ou de plusieurs couches : soit elles ne se sont jamais déposées (région émergée), soit elles ont été enlevées par l'érosion.
Une discordance est une surface qui sépare deux ensembles de couches qui n'ont pas la même inclinaison : les couches du bas ont été plissées ou basculées, puis érodées, et ensuite de nouvelles couches horizontales se sont déposées par-dessus. Une discordance raconte donc toute une histoire : dépôt, déformation, émersion et érosion, puis retour de la mer ou d'un lac et nouveau dépôt.
4. L'échelle des temps géologiques
En appliquant ces principes à toute la Terre, et en ajoutant les datations absolues, les géologues ont construit l'échelle des temps géologiques. Elle est découpée en ères, elles-mêmes divisées en périodes. Les limites entre les ères correspondent souvent à de grands changements dans le monde vivant (apparition ou disparition de nombreux groupes).
| Ère (nom ancien) | Nom actuel | Durée approximative |
|---|---|---|
| Précambrien | Précambrien | de 4,6 milliards à environ 539 millions d'années |
| Ère primaire | Paléozoïque | d'environ 539 à 252 millions d'années |
| Ère secondaire | Mésozoïque | de 252 à 66 millions d'années |
| Ère tertiaire et quaternaire | Cénozoïque | de 66 millions d'années à aujourd'hui |
Le Précambrien représente à lui seul près de 90 % de l'histoire de la Terre. En Guinée, on trouve des roches de presque toutes ces grandes époques : des roches très anciennes du Précambrien en Guinée forestière et en Haute-Guinée, des grès du Paléozoïque au Fouta-Djallon et dans le bassin de Bové, des dolérites du Mésozoïque, et des cuirasses latéritiques et des alluvions du Cénozoïque. Tu l'étudieras dans la leçon sur l'histoire géologique de la Guinée.
- 1Observer la coupe : repérer les couches, les failles, les filons, les discordances
- 2Numéroter les couches de bas en haut (principe de superposition)
- 3Placer les failles et filons après les couches qu'ils recoupent (recoupement)
- 4Placer les déformations et l'érosion avant les couches discordantes du dessus
- 5Rédiger la chronologie du plus ancien au plus récent
Méthode
Pour reconstituer l'histoire d'une coupe géologique :
- Je liste tous les éléments : couches (A, B, C…), failles, filons, surfaces d'érosion, plis.
- Je classe les couches horizontales de bas en haut : la plus basse est la plus ancienne.
- Pour chaque faille ou filon, je regarde quelles couches il traverse : il est plus récent que la plus jeune des couches traversées, et plus ancien que la première couche qui le recouvre sans être coupée.
- Si une couche repose en discordance, je place avant elle : le plissement (ou basculement), puis l'érosion.
- J'écris la chronologie en citant chaque fois le principe utilisé.
Exemple
Une coupe montre, de bas en haut : un schiste S plissé, une surface d'érosion, puis des couches horizontales de grès G et d'argile A. Une faille F coupe le schiste et le grès, mais pas l'argile.
- Dépôt du schiste S (le plus bas : superposition).
- Plissement de S (ses couches sont déformées).
- Érosion de S (surface d'érosion) : discordance.
- Dépôt du grès G sur S.
- Faille F : elle coupe G, donc elle est plus récente que G (recoupement).
- Dépôt de l'argile A : elle n'est pas coupée par F, donc elle est postérieure à F.
Exemple
Une série de couches de 30 m d'épaisseur s'est déposée à une vitesse moyenne de 0,1 mm par an. Quelle durée a-t-il fallu ?
30 m = 30 000 mm.
Durée = 30 000 ÷ 0,1 = 300 000 ans.
Cet exemple montre qu'une petite paroi rocheuse peut représenter des centaines de milliers d'années d'histoire.
3Je retiens
Je retiens
La stratigraphie étudie la succession des couches (strates) pour reconstituer l'histoire de la Terre.
Le faciès d'une roche renseigne sur son milieu de formation.
Superposition : une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre (si elle n'est pas renversée).
Continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue.
Recoupement : ce qui recoupe (faille, filon) est plus récent que ce qui est recoupé.
Inclusion : un élément inclus est plus ancien que la roche qui le contient.
Identité paléontologique : mêmes fossiles stratigraphiques, même âge.
Grandes ères : Précambrien, Paléozoïque (primaire), Mésozoïque (secondaire), Cénozoïque (tertiaire et quaternaire).
4Erreurs fréquentes
- Appliquer la superposition à des couches renversées : dans un pli couché, la couche du dessus peut être la plus ancienne ; il faut d'abord vérifier que la série n'est pas déformée.
- Dire qu'un filon est plus ancien parce qu'il est « en dessous » : un filon qui traverse des couches est toujours plus récent qu'elles (recoupement).
- Confondre inclusion et recoupement : un galet inclus est plus ancien que la roche, alors qu'un filon qui recoupe est plus récent.
- Croire que chronologie relative donne des âges en années : elle donne seulement un ordre ; les âges chiffrés viennent de la radiochronologie.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : strate, faciès, lacune, discordance.
b) Énonce le principe de superposition et donne sa limite.
c) Quelle différence y a-t-il entre chronologie relative et chronologie absolue ?
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a) Une strate est une couche de roche sédimentaire homogène limitée par un toit et un mur. Le faciès est l'ensemble des caractères d'une roche qui indiquent son milieu de formation. Une lacune est l'absence d'une ou plusieurs couches dans une série (non-dépôt ou érosion). Une discordance est une surface qui sépare deux séries de couches d'inclinaisons différentes ; elle indique une déformation suivie d'une érosion, puis un nouveau dépôt.
b) Dans une série non déformée, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre. Limite : il ne s'applique pas aux séries renversées par un plissement.
c) La chronologie relative classe les événements (avant, après) ; la chronologie absolue donne un âge chiffré en années grâce à la radioactivité.
2Exercice 2
Associe chaque observation au principe qui permet de l'interpréter.
a) Un conglomérat contient des galets de granite.
b) Une même couche de grès affleure des deux côtés d'une vallée.
c) Une faille coupe trois couches de calcaire.
d) Deux couches, l'une en Guinée et l'autre au Maroc, contiennent la même espèce de trilobite.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Principe d'inclusion : les galets de granite sont plus anciens que le conglomérat.
b) Principe de continuité : c'est la même couche, du même âge.
c) Principe de recoupement : la faille est plus récente que les trois couches.
d) Principe d'identité paléontologique : les deux couches ont le même âge.
3Exercice 3
Un géologue mesure une série sédimentaire de 45 m. La vitesse moyenne de sédimentation est estimée à 0,05 mm par an.
a) Calcule la durée de dépôt de cette série.
b) Pourquoi ce résultat n'est-il qu'une estimation ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 45 m = 45 000 mm. Durée = 45 000 ÷ 0,05 = 900 000 ans.
b) La vitesse de sédimentation n'est pas constante (crues, sécheresses, variations du niveau de la mer), des lacunes peuvent exister et les sédiments se tassent en devenant roche. Le résultat est donc un ordre de grandeur.
4Exercice 4
Une coupe montre de bas en haut : un granite G, une couche de grès g1 horizontale reposant sur le granite érodé, une couche d'argile a, puis une couche de grès g2. Un filon de dolérite D traverse G, g1 et a, mais s'arrête sous g2. Des fragments de granite sont inclus dans la base de g1.
Reconstitue la chronologie des événements en justifiant chaque étape.
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- Mise en place du granite G : c'est le plus ancien, puisque des fragments de G sont inclus dans g1.
- Érosion du granite G (surface érodée sous g1).
- Dépôt de g1 : il contient des fragments de granite, donc il est postérieur à G (inclusion).
- Dépôt de l'argile a sur g1 (superposition).
- Intrusion du filon D : il recoupe G, g1 et a, donc il est plus récent que a (recoupement).
- Dépôt de g2 : il n'est pas traversé par D, donc il est postérieur au filon.
5Exercice 5
(Type examen) On observe dans une carrière :
- à la base, des schistes S inclinés à 45° ;
- au-dessus, une surface irrégulière, puis des couches horizontales : calcaire C (avec des ammonites), marne M, sable s ;
- une faille F décale les schistes S et le calcaire C, mais pas la marne M.
a) Nomme la surface qui sépare S de C et explique sa formation.
b) Donne la chronologie complète des événements.
c) Sachant que les ammonites vivaient au Mésozoïque, à quelle ère le calcaire C s'est-il formé ? Quel principe utilises-tu ?
d) Que peux-tu dire de l'âge de la faille F ?
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a) C'est une discordance : les schistes S, d'abord déposés horizontalement, ont été basculés ou plissés, puis érodés (surface irrégulière) avant le dépôt des couches horizontales.
b) Chronologie : 1) dépôt des schistes S ; 2) déformation (basculement) de S ; 3) émersion et érosion de S ; 4) dépôt du calcaire C ; 5) formation de la faille F, qui recoupe S et C ; 6) dépôt de la marne M, non faillée ; 7) dépôt du sable s.
c) Au Mésozoïque (ère secondaire), grâce au principe d'identité paléontologique : les ammonites sont des fossiles stratigraphiques de cette ère.
d) La faille F est postérieure au calcaire C (elle le recoupe) et antérieure à la marne M (qui la recouvre sans être coupée). Elle s'est donc formée entre le dépôt de C et celui de M.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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