Lexique de géologie

D’après Valérie Rambeau (visitez son site !)

Accrétion océanique : création de croûte océanique au niveau des dorsales. La création est rapide dans l’océan Pacifique (jusqu’à 16 cm/an) qui est bordée de zones de subduction et lente dans l’Atlantique (2 cm/an en moyenne ) qui est bordé de marges passives. L’accrétion crée une lithosphère océanique constituée de haut en bas par une croûte océanique ( basaltes surmontant des gabbros) séparée par le MOHO de la base de la lithosphère mantellique constituée de péridotites. L’isotherme 1350°C, définissant approximativement la frontière entre lithosphère et asthénosphère océaniques, se situe à 8 km au voisinage de la zone d’accrétion et à 80 km sous les plaines abyssales.

Accrétion continentale : création de croûte continentale. C’est essentiellement dans les zones de subduction que cette accrétion a lieu par fusion partielle du manteau asthénosphérique de la plaque chevauchante qui génère un magma de composition andésitique. La fusion se fait par franchissement du solidus de la plaque chevauchante du fait de son hydratation (eau provenant du métamorphisme au sein de la croûte océanique chevauchée, voir réactions du métamorphisme).

Amorphe : Matière où les atomes ne présentent aucun ordre ni répétition précise, quelque soit l’échelle. S’oppose donc à cristallin. C’est la caractéristique majeure du verre.

Anatexie : fusion partielle ou totale des roches métamorphiques de la croûte continentale sous l’effet de hautes températures/pressions. Si elle est partielle, elle génère des roches nommées « migmatites » ou « anatexites » qui montrent une juxtaposition d’une phase qui n’a pas fondu foncée (mélanosome) et d’une phase qui a fondu et s’est recristallisée, de nature granitique et de couleur claire ou leucosome, notamment du fait de ses quartz et felsdpath. Les premiers minéraux à fondre sont définis par le diagramme et les séries de Bowen. Si la fusion est totale, il a genèse d’un magma. Si celui-ci est de composition granitique, on parle après refroidissement de « granite d’anatexie ».

Andésite : roche volcanique microlithique fréquente dans les zones de subduction et notamment les Andes. Ce sont des laves assez acides et claires, grises issus de magmas visqueux car assez riches en silice (davantage que le basalte mais moins que la rhyolite). L’équivalent grenu de l’andésite est la diorite. Les andésites contiennent des plagioclases, des pyroxènes et des minéraux hydroxylés comme la biotite et les amphiboles.

Arc volcanique : chapelet d’îles volcaniques en arc de cercle caractéristique des zones de subduction. La déshydratation de la plaque plongeante subductée provoque la genèse de magma au sein de l’asthénosphère encaissante et la remontée de magma à l’origine de ces îles.

Asthénosphère : couche du manteau supérieur surmontée par la lithosphère. Elle est constituée par la partie basse du manteau supérieur (la partie haute du manteau supérieur fait partie de la lithosphère). La pression et la température -qui dépasse l’isotherme 1350°C- font que les roches, pourtant solides, acceptent les déformations de façon souple. Il ne s’y produit donc pas de cassure ni de séismes. Les ondes sismiques sont dans un premier temps légèrement ralenties (cf LVZ). Elle est composée de roches nommées péridotites. Il s’y produit des mouvements de convection responsables entre autres des mouvements des plaques lithosphériques situées au dessus d’elle.

Basalte : Principale roche magmatique volcanique, de couleur sombre, emblématique du domaine océanique. C’est la plus répandue sur Terre car elle constitue le toit (si on excepte les sédiments) de toutes les plaques océaniques. Les 60 000 km de dorsales génèrent environ 2.5 km3 de basalte par an. Cette roche est issue, comme toute roche volcanique, d’un refroidissement rapide créant une fraction vitreuse englobant des cristaux de grande taille (phénocristaux) ou de petite taille en baguettes (microlithes). Le basalte est essentiellement composé de feldspaths plagioclases calciques, de pyroxènes et d’olivine. Ce sont des roches sombres pauvres en silice (environ 50% de SiO2) et donc basiques, mais riches en fer, magnésium et calcium.

Bathymétrie : étude des profondeurs des fonds marins. Les océans sont marquées par de grandes plaines abyssales aux profondeurs de l’ordre de – 4 000 à –4 500m avec de grandes chaînes de montagne sous-marine, les dorsales, qui culminent à –2500 m à –2000 m. La profondeur moyenne des océans est de l’ordre de – 3 800m alors que la hauteur d’eau moyenne de l’hydrosphère sur Terre est de 2720 m. L’inégale répartition de l’eau et des reliefs aboutit à la submersion de seulement 70% des terres.

Chevauchement : faille inverse de faible pendage mettant en contact anormal des roches initialement éloignées de plusieurs km à plusieurs dizaines de km (voir nappe de charriage).

Collision : phase d’affrontement de deux plaques continentales sous l’effet de forces compressives. Il y a raccourcissement horizontal et épaississement vertical, « crustal » marqués par de nombreuses figures de compression : plis, failles, pli-failles, nappes de charriage.

Conduction : transfert de chaleur, sans mouvement de matière ni de roches, entre milieux conducteurs. Le transfert d’énergie calorifique se fait de proche en proche, par agitation moléculaire et atomique. La conduction est le mode de dissipation de la chaleur au sein de la lithosphère rigide et donc notamment au sein de la croûte.

Convection : Du fait de la chaleur interne du globe (radioactivité ajoutée à la chaleur résiduelle datant de la formation par accrétion planétaire) et des différences de densité, des mouvements de roches se font. Ces mouvements peuvent se faire au sein des roches liquéfiées du noyau externe mais aussi du manteau solide : les roches ductiles permettent des déformations des réseaux cristallins sans rupture et, sur des millions d’années, des mouvements de convection tels ceux observés dans les fluides. La convection assure un transfert très efficace de chaleur dans le manteau terrestre. Les mouvements de convection sont à l’origine de la mobilité de la lithosphère et de l’accrétion océanique. Ils sont aussi à l’origine des points chauds.

Convergence : rapprochement de deux plaques, de deux compartiments. Elle aboutit à une subduction, une collision ou une obduction. Elle génère plis, failles inverses, charriages, contacts anormaux.

Cristallisation fractionnée : c’est le franchissement du liquidus vers la phase mixte solide + liquide (le plus souvent par baisse de la température mais aussi parfois par augmentation de la pression ) et l’apparition progressive de cristaux au sein d’un magma initialement totalement fondu. Les premiers minéraux qui apparaissent tombent au fond de la chambre magmatique et par leur apparition modifient la composition chimique du magma qui a tendance à devenir de plus en plus riche en silice. Les séries de Bowen définissent les associations minéralogiques que l’on peut observer. Quatre grands types de roches magmatiques sont décrites : ultrabasiques (péridotites), basiques (basaltes/gabbros), intermédiaires (andésites/diorites) et acides (rhyolites/granites). Quartz, muscovite, orthose que l’on peut trouver dans un granite sont impossibles à trouver au sein d’une péridotite. A l’inverse, aucune olivine ne peut s’imaginer au sein d’un granite. Cristallisation fractionnée et migration du magma peuvent néanmoins faire évoluer considérablement la chimie du magma et donc les minéraux produits (toujours dans le sens d’une plus grande acidité néanmoins).

Croûte : partie la plus superficielle du globe terrestre. Elle est limitée à sa base par le MOHO. Si l’on occulte les sédiments et roches sédimentaires qui les surmontent, l’épaisseur de la croûte varie de 7 km en moyenne dans le domaine océanique à une moyenne de l’ordre de 30 km dans le domaine continental avec 50-60-70 km au maximum sous les plus hautes chaînes de montagne.

Croûte océanique : mince et de densité moyenne 2.9, elle a une structure relativement simple et homogène avec des basaltes surmontant des gabbros. Elle est donc composée de roches magmatiques. Elle est toujours « jeune » et âgée de moins de 180 millions d’années, la lithosphère océanique qui la porte s’épaississant avec le temps et étant condamnée à subducter. La croûte océanique se forme par un processus nommé accrétion océanique.

Croûte continentale : épaisse et de densité moyenne 2.7, elle est de structure plus complexe car elle a été soumise à de multiples mouvements tectoniques et est beaucoup plus hétérogène. On y retrouve des roches magmatiques comme granites et andésites mais aussi des roches métamorphiques comme gneiss et éclogites. La croûte continentale se forme par un processus nommé accrétion continentale.

Densité : c’est une valeur sans unité, rapport de la masse d’un corps divisé par la masse du même volume d’eau. Elle est parfaitement égale à la masse volumique qui elle s’exprime en g/cm3 ou t/m3. La densité moyenne de la Terre est de 5.52. Pour plus de détails sur la densité des roches au sein du globe, voir ci-dessous diagramme P-T. La densité moyenne de la péridotite lithosphérique est de 3.3 et celle de la péridotite asthénosphérique de 3.25.

Diagramme P-T : graphe qui représente l’état d’un corps et ses changements d’état en fonction de la pression et de la température. Dans les premiers 250km du globe terrestre, la pression augmente avec la profondeur d’environ 25 000 bars tous les 80 km (on rappelle que dans l’eau c’est d’un bar tous les 10 m soit d’environ 3 fois moins, l’eau étant à peu près 3 fois moins dense). La densité atteint 1 350 000 bars au niveau du Gutenberg et 3 600 000 bars au centre de la Terre. Pour la température, voir gradient géothermique. Sur les diagrammes P-T de la péridotite se trouvent deux droites, celle du solidus qui sépare une péridotite totalement solide d’une péridotite partiellement fondue et celle du liquidus qui sépare une péridotite partiellement liquide d’une péridotite totalement fondue.

Divergence : écartement de deux plaques, de deux compartiments. Les failles normales et l’amincissement crustal peuvent conduire à un rift qui se poursuit parfois par la genèse de croûte et de lithosphère océaniques. La divergence et le jeu des failles normales peuvent conduire à des structures comme graben (fossé effondré) et horst (compartiment surélevé) 

Dorsale : Alignement de reliefs sous-marins surplombant le plancher océanique de 2000 mètres en moyenne. Sa longueur est d’environ 60000 km. Certaines dorsales, dites dorsales lentes, présentent en leur milieu un fossé d’effondrement ou rift. Elle caractérise une zone en divergence, lieu où s’écartent deux plaques lithosphériques et où naît la lithosphère océanique.

Ductile : caractéristique d’une roche qui se déforme sans rupture ni cassure. Les péridotites de l’asthénosphère sont ductiles contrairement à celles cassantes de la lithosphère. La frontière et le changement de comportement se passe aux environs de 1300-1350°C.

Faciès métamorphiques : Texture et composition chimique reconnaissables d’une roche métamorphique. Les minéraux présents sont des thermobaromètres révélant l’histoire de la roche.

Faciès schistes verts : Texture et composition chimique d’une roche métamorphique caractérisées par sa texture schisteuse et ses minéraux verts tels que actinote ou chlorite. Le faciès schistes verts est un métamorphisme de basse pression et basse température, observé notamment lors du vieillissement puis de la subduction commençante de la lithosphère océanique.

Faciès schistes bleus : Texture et composition chimique d’une roche métamorphique caractérisées par sa texture schisteuse et ses minéraux bleus tel le glaucophane. Le faciès schistes bleus est un métamorphisme de moyenne pression et basse température, observé notamment lors de la subduction de la lithosphère océanique. Ce faciès est par ex. observable dans les métagabbros du Queyras dans les Alpes françaises dans lesquels le glaucophane bleu forment des auréoles autour des pyroxènes.

Faciès éclogites : Texture et composition chimique d’une roche métamorphique caractérisée par ses minéraux tels que le grenat. Le faciès éclogite est un métamorphisme de haute pression et basse température, observé notamment lors de la subduction de la lithosphère océanique. Ce faciès est par ex. observable dans les éclogites du Mont Viso dans les Alpes Italiennes. Ces roches contiennent grenat rouge, jadéite verte et glaucophane bleu.

Fosse océanique : Fosse allongée et étroite, présente dans les zones de subduction. On y observe les plus grandes profondeurs océaniques avec un « maximum » de -11 034 m pour la fosse des Mariannes dans le Pacifique Ouest, à proximité de l’île de Guam. Ces fosses sont caractéristiques des marges continentales actives. Des fosses océaniques, beaucoup moins profondes, sont aussi observées dans les zones d’accrétion au coeur des rides médioocéaniques des dorsales.

Fusion partielle : C’est le franchissement du solidus vers la phase mixte solide+liquide. Ce phénomène affecte les péridotites asthénosphériques au niveau des zones d’accrétion. La brusque remontée de l’isotherme 1350°C combinée à une baisse de la pression provoque la fusion d’une partie de la péridotite, environ 15% d’après la composition chimique du magma engendré. Ce magma de composition chimique basaltique engendrera les basaltes en surface et les gabbros en profondeur, les deux roches de la croûte océanique nouvellement formée. La péridotite non fondue générera la péridotite résiduelle, socle de la plaque nouvellement formée. La fusion partielle se produit aussi au niveau des zones de subduction et affecte les péridotites asthénosphériques de la plaque encaissante, qui, hydratées par la plaque subductée, fondent partiellement et engendre des magmas de composition andésitique.

Gabbro : Principale roche magmatique plutonique, emblématique du domaine océanique. C’est la plus répandue sur Terre car elle constitue le plancher de toutes les plaques océaniques. Les 60 000 km de dorsales génèrent environ 20 km3 de gabbro par an. Elle est issue, comme toute roche plutonique, d’un refroidissement lent du magma formé dans les zones d’accrétion. Le gabbro a la même composition que le basalte qui le surmonte et est essentiellement composé de feldspaths plagioclases calciques, de pyroxènes et d’olivine. Ce sont des roches sombres pauvres en silice (environ 50% de SiO2) et donc basiques, mais riches en fer, magnésium et calcium.

Géotherme : courbe décrivant l’évolution de la température des roches avec la profondeur. On distingue le géotherme continental et le géotherme océanique avec les cas particuliers que sont le géotherme en zone de subduction et le géotherme en zone de dorsale.

Granite : Principale roche magmatique plutonique, emblématique du domaine continental. Elle est issue, comme toute roche plutonique, d’un refroidissement lent créant une structure totalement cristallisée ou « grenue », elle se présente sous forme d’un ensemble de grains correspondant aux divers minéraux cristallisés. Le granite est essentiellement composé de quartz, feldspaths (orthose et plagioclases), micas (biotite) et quelques amphiboles. Ce sont des roches aux teintes variées mais toujours acides et riches en silice (environ 70% de SiO2), aluminium, potassium et pauvre en magnésium. L’érosion des terrains situés au dessus du pluton permet de l’observer à l’affleurement comme en Bretagne. Les rhyolites sont les roches volcaniques de composition similaire aux granites.

Granitoïdes : Ensemble de roches plutoniques de la famille du granite, ayant une composition chimique identique ou voisine, riches en Feldspath et micas et parfois quartz,. Les diverses catégories de granites, de diorites (pauvres en quartz) et de pegmatites(aux cristaux géants) font partie des granitoïdes.

Lithosphère : couche supérieure, cassante, du globe terrestre, divisée en plaques qui sont en mouvement relatif les unes par rapport aux autres. L’épaisseur moyenne de la lithosphère est de l’ordre de 70 à 100-150 km avec un minimum au droit des zones d’accrétion et un maximum sous les plus hautes montagnes. La lithosphère est constituée d’une partie supérieure, la croûte qui surmonte une partie inférieure constituée de la partie supérieure du manteau supérieur (péridotites).

Manteau : enveloppe principale du globe terrestre qui représente 84% du volume terrestre (et 67% de sa masse). Le manteau est bordé par le MOHO et par le GUTENBERG. La roche unique du manteau est appelée « péridotite » avec diverses variantes. Le manteau est animé de mouvements de convection à l’origine de la mobilité des plaques lithosphériques.

Marge continentale active : c’est la limite, entre un domaine continental et un domaine océanique. L’affrontement des deux plaques conduit à la subduction de la plaque la plus lourde, celle océanique. Cette dynamique de compression conduit à des séismes violents, à la création d’un abondant magma, à la création de fosses océaniques profondes et de prismes d’accrétion sédimentaires.

Marge continentale passive : c’est la limite, sans changement de plaque, entre un domaine continental et un domaine océanique. Peu de séismes y sont observés d’où « passif ». Ces marges continentales sont marquées par des failles normales et des blocs basculés qui témoignent d’une dynamique de distension qui a régné à cet endroit au moment de l’ouverture de l’océan, au stade très précoce de rift continental.

Métagabbros : ce sont des gabbros de la croûte océanique qui ont subi des transformations métamorphiques. Selon le métamorphisme subi, on parlera de faciès schistes verts ou schistes bleus.

Métamorphisme : le métamorphisme est une transformation des roches soumises à des températures et des pressions différentes de celles de leur formation : transformation de la structure/texture avec fréquemment apparition d’un litage ou d’une schistosité traduisant l’anisotropie des forces que la roche a subi et transformation minéralogique sans changement global de composition chimique, hormis l’eau (voir réaction du métamorphisme). De nouveaux minéraux apparaissent dont certains permettent de caractériser les conditions de pression et de température subies par la roche (voir faciès métamorphiques). Les calcaires se métamorphisent généralement en marbres, les argiles et marnes en schistes, les sables et grès en quartzites, les granites et rhyolites se métamorphisent en gneiss et micaschistes, les gabbros en schistes verts et en schistes à amphiboles, les péridotites en serpentinites.

Moho : surface de discontinuité majeure qui sépare la croûte du manteau. Son nom est un diminutif de Mohorovicic, sismologue croate qui le premier a mis en évidence cette surface de réflexion et de réfraction des ondes sismiques. La profondeur du Moho varie de 7 km dans le domaine océanique à une moyenne de l’ordre de 30-35 km dans le domaine continental avec 50-60 km au maximum sous les chaînes de montagne. Lors de la traversée du Moho, les ondes P et S se réfractent et se rapprochent de l’horizontale car elles subissent une forte accélération (passage de 6.8 à 8.1 km/sec pour les ondes P).

Nappe de charriage : ensemble géologique en contact anormal, déplacé parfois sur plusieurs dizaines de km par des forces de compression liées aux orogenèses. Des terrains dits « allochtones » surmontent des terrains non déplacés « autochtones ».

Noyau : Partie profonde du globe terrestre, surtout constitué de fer. Il est séparé du manteau par la discontinuité de Gutenberg. Sa partie externe est liquide et les ondes S ne s’y propagent pas, sa partie centrale, constituant la graine, est solide.

Obduction : C’est le chevauchement d’une plaque océanique lourde, « obduite », sur une plaque inférieure continentale. L’obduction est à l’origine des ophiolites ( voir ci-dessous). Les ophiolites du Chenaillet (Alpes) et celles d’Oman dans le golfe persique sont les deux plus beaux exemples de lithosphère océanique obductée.

Ondes sismiques : Vibrations de la matière se propageant dans la Terre avec une vitesse caractéristique, et générées par un tremblement de Terre ou séisme, ou par une explosion. L’étude de la propagation des ondes P (ondes de compression) et des ondes S (ondes de cisaillement) a permis d’établir un premier modèle de la structure interne du globe terrestre.

Ophiolites / séquence ophiolitique : ensemble de roches qui se succèdent toujours dans le même ordre, avec de haut en bas : roches sédimentaires/basaltes/gabbros/péridotites. Les ophiolites représentent des copeaux de lithosphère océanique projetés sur les continents lors des mouvements de compression qui accompagnent les orogenèses, par un phénomène d’obduction. Deux célèbres ophiolites sont celles du Chenaillet dans les Alpes et celle d’Oman dans le golfe persique. Du fait du métamorphisme subi par les roches, la teinte dominante est le vert.

Orogenèse : formation d’une chaîne de montagne généralement par collision de deux plaques continentales. Les orogenèses himalayenne et alpine sont caractéristiques de l’ère Cénozoïque et encore en cours. On parle aussi d’orogenèse lors des phénomènes de subduction (cordillère des Andes) et d’obduction (Oman). L’orogenèse hercynienne (qui a édifié le Massif Central) s’est déroulée dans la seconde moitié de l’ère Paléozoïque et l’orogenèse calédonienne (qui a édifié le Massif Armoricain) dans la première moitié.

Péridotites : C’est la roche principale constitutive du manteau. Elle doit son nom à l’abondance du minéral « olivine » ou « péridot ». Les péridotites sont particulièrement riches en magnésium et O/Si/Mg représentent plus de 85% des atomes. Outre l’olivine, on trouve dans les péridotites des pyroxènes. Ce sont des roches sombres très pauvres en silice (environ 40% à 45% de SiO2) et donc « ultrabasiques ». Diverses variantes existent notamment sous l’effet des fortes pressions et températures subies en profondeur. Les péridotites changent de comportement physique selon qu’elles appartiennent à la lithosphère ou à l’asthénosphère. Leur densité est de l’ordre de 3.25 à 3.3 dans les couches supérieures du manteau et atteint 5.6 au voisinage du Gutenberg.

Plaines abyssales : Ce sont les plaines océaniques situées de 4000 à 5000 m de profondeur qui constituent le plancher océanique. Les roches magmatiques de la croûte océaniques y sont surmontées de sédiments et de roches océaniques. L’épaisseur des sédiments est d’autant plus faible que l’on est proche de l’axe médio-océanique ce qui est un argument fort en faveur de l’accrétion océanique par double tapis roulant.

Plan de Wadati-Benioff : Plan oblique formé par la plaque lithosphère plongeant sous une autre plaque. Le plan est matérialisé par des séismes de plus en plus profonds (jusqu’à 800km) localisés au sein de la plaque plongeante sur 100 km d’épaisseur et des anomalies thermiques avec une lithosphère subductée plus froide que l’asthénosphère qui la reçoit.

Prisme d’accrétion : Empilement, dans les zones de subduction, des sédiments de la plaque océanique. Le mouvement de la plaque subduite comprime les sédiments contre la plaque chevauchante, ce qui forme un prisme, dans les zones où le plan de Benioff n’est pas trop pentu. L’île antillaise de la Barbade est un exemple d’île formée par les sédiments d’un prisme d’accrétion qui ont émergé. La Barbade est une île formée de roches sédimentaires contrairement aux autres îles antillaises, volcaniques.

Rift : dans une dynamique en extension, le rift désigne une zone centrale bordée de failles normales, caractérisée par un amincissement crustal, des venues magmatiques. Le rift peut-être au stade rift continental comme en Afrique de l’Est ou ultérieurement de rift océanique comme au sein de la dorsale atlantique. Le fossé Rhénan est un rift continental avorté.

Roches métamorphiques : Roches formées par la transformation (métamorphose = changement de forme) de roches à l’état solide sous l’effet de fortes pressions et/ou fortes températures. Les gneiss résultent souvent de granites métamorphisés, les marbres de calcaires métamorphisés, les ardoises et schistes d’argiles métamorphisées. On trouve souvent dans les roches métamorphiques une structure sous forme de feuillets ou schistosité. Le métamorphisme s’accompagne de la transformation des minéraux sans changement global de composition chimique, hormis l’eau. De nouveaux minéraux apparaissent dont certains permettent de caractériser les conditions de pression et de température subies par la roche.

Sédiments anté-rift, syn-rift et post-rift : sédiments déposés avant/pendant et après le fonctionnement d’un rift continental et son jeu de failles normales. Ces termes sont employés pour désigner les sédiments observés au niveau des marges continentales passives.

Séisme : rupture brutale des roches de la lithosphère en profondeur, en une zone ponctuelle, le foyer situé à la verticale de l’épicentre, projection à la surface de la Terre de la position du séisme en profondeur. Devant les contraintes imposées par le mouvement des plaques, les roches de la lithosphère se déforment de façon élastique jusqu’à un point de rupture au-delà duquel elles cassent brutalement le long d’une faille. L’énergie élastique accumulée est alors libérée. Cette rupture au niveau du foyer du séisme est accompagnée d’un déplacement de deux compartiments rocheux l’un par rapport à l’autre, de telle sorte qu’il y a dissipation d’énergie, d’une part sous forme de chaleur obtenue par frottement, et d’autre part sous forme de vibrations, les ondes sismiques, qui se propagent dans toutes les directions à partir du foyer.

Subduction : C’est l’enfoncement d’une plaque océanique lourde, « subduite », sous une plaque supérieure chevauchante, légère, continentale. La subduction est un phénomène inévitable qui touche toute plaque lithosphérique avant un âge de 180-200MA.

Talus continental : zone sous-marine de forte pente de l’ordre de 5° (et parfois davantage) qui sépare le plateau continental (100-200m de profondeur) des plaines abyssales océaniques (4000-5000m de profondeur). Le talus représente la véritable limite entre la croûte océanique et la croûte continentale. Le talus continental est par endroit entaillé de grands canyons sousmarins formés lors des grandes régressions marines.