Book_roches & Mineraux

7/29/2019 Book_roches & Mineraux

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Initiation la GologieVolume 1

Prambule ltudedes roches et des

minraux

FIGURE 1. Prismes volcaniques (le de Milos, Grce).

Tanguy JEAN2007

Club CPN des SittellesConnatre et Protger la Nature

La Tullaye

42 boulevard des Pas enchants44230 Saint-Sbastien-sur-Loirehttp://cpn.sittelles.free.fr


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Initiation la Gologie

a collection Initiation la Gologie est un ensemble douvrages dits parle club CPN des Sittelles (Saint-Sbastien-sur-Loire) qui visent rendreaccessibles au plus grand nombre les principales notions des Sciences dela Terre. Le texte est gnralement original et soumis aux droits dauteur,

malgr labsence de dpt lgal. Le Club CPN des Sittelles et les auteurscollaborant cette collection autorisent lutilisation et la diffusion de soncontenu la seule condition den citer la source.

Prambule ltude des roches et des minraux Initiation la Gologie , volume 1Club CPN des Sittelles, Saint-Sbastien-sur-Loire (44, France)Texte et mise en page de Tanguy JEANIllustrations : crdits cits en fin douvrage

Contacter lauteur :

Tanguy Jean10 impasse des Trois Mtairies

F 44120 Vertou+33 (0)2 40 33 15 82+33 (0)6 30 00 83 58tanguy.jean@free.fr

http://tanguy.jean.free.fr

Les remarques ventuelles seront les bienvenues et seront prises en compte par lauteur.

L


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Sommaire

Sommaire page 4

Introduction page 5

I. Prsentation des roches, minraux et notions corrles et de leurs disciplines dtude page 6A. Dfinition des roches et minraux page 6

1. Dfinition dun minral page 62. Dfinition dune roche page 63. Remarques sur une terminologie courante page 7

B. Sol, sous-sol, terrain, affleurement page 7C. Notions de magmas, laves et projections page 7D. Ltude des roches et minraux : terminologie page 8

II. Un premier aperu de la diversit des roches : les grandes groupeset leur identification page 9

A. Grands groupes de roches page 91. Roches sdimentaires (exognes) page 92. Roches endognes (magmatiques, mtamorphiques) page 10

a. Les roches magmatiques page 10. Les roches volcaniques page 10. Les roches plutoniques page 11. Les roches de type intermdiaire page 11

b. Les roches mtamorphiques page 12c. Cas particulier des roches hydrothermales page 12

B. Identification des grands groupes de roches page 131. Tableau comparatif des critres distinctifs page 132. Identification par la structure et proposition dun tableau de dtermination page 13

a. La structure ptrographique et son intrt dans lidentification page 13b. Proposition dun tableau didentification page 14

Rfrences page 15


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Introduction

Lanne 2007 marque un tournant pour le club CPN des Sittelles la gologieapparat dans les activits de lassociation. Il sagit l dune discipline trsintressante mais, hlas, relativement complexe et dont lapprhension requiertsouvent un minimum de connaissances. Pour faciliter la comprhension, lors dessorties, des phnomnes observs sur le terrain, la collection Initiation la

Gologie , dite par le club CPN des Sittelles, se propose de fournir une premireapproche des Sciences de la Terre accessible au plus grand nombre, de manire vulgariser les bases de ce vaste domaine scientifique et naturaliste. Et il fautcommencer par le dbut : dfinir les roches et les minraux, et notions corrles, quisont le premier support dtude du gologue.

La Terre est une plante du systme solaire de forme globalement ellipsodale,presque sphrique, dont le rayon moyen mesure environ 6370 km. Diversestechniques comme les tudes sismologiques mettent en vidence une zonation concentrique dans la structure de notre plante (la Terre se prsente sous la formede couches concentriques se superposant les unes aux autres). La partie solide la

plus superficielle de la Terre a reu le nom de lithosphre (du gr. lithos, pierre) et secompose de matriaux nomms roches qui sont constitus dassemblages despces

chimiques naturelles se prsentant le plus souvent sous la forme de solidescristallins, les minraux. Dans tous les domaines des sciences de la Terre, cestavant tout des roches quon est confront et tout gologue doit pouvoir disposer debases lui permettant de connatre et reconnatre ces corps pour ensuite, par leurintermdiaire, apprhender notre plante et son fonctionnement.

Quest-ce quune roche ? Quest-ce quun minral ? Quels sont les concepts debase de la ptrologie et de la minralogie ? Ce petit travail a pour but de rpondresuccinctement ces questions. Notez que la diversit des roches et des minraux

feront lobjet dautres petits ouvrages de la collection.


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I. Prsentation des roches, minraux etnotions corrles et de leurs disciplinesdtude

Quest-ce quune roche ? Quest-ce quun minral ? Commenons par dfinir etresituer dans leur contexte ces deux notions gologiques fondamentales sans, pourlinstant, entrer dans trop de dtails.

A. Dfinition des roches et minraux

1. Dfinition dun minral

Pour FOUCAULT & RAOULT (2005), un minral1 est une espce chimiquenaturelle se prsentant le plus souvent sous la forme dun solide cristallin (on auraitpu dire presque toujours ), les minraux tant les units lmentaires constitutivesdes roches (que nous dfinissons au point suivant) mme si on retrouve aussi des

minraux non organiss en roches proprement dites dans lasthnosphre par exemple.On rappelle quune espce chimique est un corps pur, compos dune seule et

mme entit chimique (aux impurets prs), quun solide consiste en un tat condensde la matire o les molcules sont globalement fixes les unes par rapport aux autres(et qui rsiste au cisaillement) et quun cristal est un tat de la matire solidecaractris par une structure spatiale priodique, le motif lmentaire qui se rptepar translation dans les trois dimensions de lespace portant le nom de maille (un ouplusieurs atomes, ions ou molcules) ; on parle de rseau cristallin pour dsignercette rptition de motifs lmentaires (voir par exemple ROBERT, 2004).

FIGURE 2. Cristaux de calcite et de pyrite. Marquise (62, France)

2. Dfinition dune roche

Une roche2 est un matriau constitutif de la lithosphre, form dun assemblagemassif de minraux (rarement un seul) et prsentant une certaine homognitstatistique (entendez : ces minraux se trouvent reprsents et assembls de manireglobalement homogne au sein de la roche).

Attention, le fait de dire que les roches constituent la lithosphre ne signifie pasncessairement que la lithosphre est leur lieu de formation.

1 De minerai qui vient lui-mme de mine (drivant du gallo-roman mina).2 Du latin populaire rocca, roche.


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FIGURE 3. Gneiss chloritodique. Petrolina (Brsil)

3. Remarques sur une terminologie courante

On attribue souvent un chantillon rocheux le terme de pierre ou caillou . Ces termes sont accepts et reconnus par louvrage de FOUCAULT &RAOULT (2005) et couramment employs par les gologues, au moins oralement. Il est noter nanmoins quen ptrologie sdimentaire, ces mots peuvent prendre unesignification plus prcise base sur la granulomtrie. Les termes de roche oudchantillon rocheux sont donc dun usage prfrable pour viter toute confusionavec une terminologie plus prcise. Les termes de gemme3 ou pierre prcieusedsignent quant eux des minraux, assemblages de minraux ou concrtions (commela perle) dont la beaut (clat, limpidit, couleurs, etc.) et la raret en font des objetsde bijouterie.

Remarque : le terme de gemme peut aussi dsigner la rsine de pin ou encore lahalite (sel gemme, ou sel NaCl).

B. Sol, sous-sol, terrain, affleurement

Le sol est la formation superficielle qui rsulte de laltration sur place des rochessous-jacentes par leau, lair et les tres vivants ce qui en fait une interfacehydrosphre-atmosphre-lithosphre-biosphre et du mlange des produits decette altration avec une proportion variable de matire organique ; il est organisverticalement en diffrents niveaux nomms horizons (voir les chapitres depdologie). Le mot sous-sol dsigne les roches situes sous le sol et, de manire plusgnrale, oppose les roches vraies au sol. Un terrain est un ensemble de roches quelon regroupe pour des raisons tectoniques ou stratigraphiques et qui ont unecohrence densemble de ces points de vue. Un affleurement est une partie de terrain

visible la surface de la Terre et qui nest donc pas masque par le sol ou desalluvions (on dit de la roche quelle affleure ).

C. Notions de magmas, laves et projections

Un magma4 est un liquide haute temprature (au moins 600 C) qui est constitude matriaux mantelliques forms plus ou moins en profondeur (magma primaire) ouprovient de la fusion de roches prexistantes (magma danatexie). Les magmasprennent le nom de laves5 quand ils sont mis la surface de la Terre sous forme

3 Du latin gemma, bourgeon.

4 Mot grec dsignant un rsidu pteux.5 De litalien lava, mme signification.


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visqueuse o ils scoulent (coules) et cristallisant plus ou moins rapidement (notezque la cristallisation commence gnralement avant larrive la surface). Ils formentdes projections volcaniques ou jectas6 quand ils sont projets sous forme solide parles volcans. Notez quon rserve le terme dmission aux matriaux gazeux et auxlaves.

FIGURE 4. ruption du Piton de la Fournaise. La Runion (France)

D. Ltude des roches et minraux : terminologie

Ltude des roches porte le nom de ptrologie7 ou ptrographie8 au sens large (leterme de lithologie9 semble aujourdhui dsuet). La ptrologie comprend ladescription des roches (ptrographie au sens strict), leur classification etlinterprtation de leur gense. Ltude des minraux est la minralogie (et celle plusparticulire des pierres prcieuses est appele gemmologie) ; celle-ci sappuielargement sur la cristallographie (tude des proprits de ltat cristallin de lamatire) et la gochimie (tude des lments chimiques et de leur comportement dansles roches10). La magmatologie dsigne, dans un sens restreint, ltude des magmas etparticulirement leur chimie et, dans un sens global, ltude de lensemble duphnomne magmatique. La volcanologie quant elle est tout simplement ltude desvolcans et du volcanisme.

6 Participe pass latin pluriel (signifie lments jects ), scrit ejecta (singulier ejectum) ou francis jectas (singulier jecta) ; surtoutemploy au pluriel.7 Du grecpetra, pierre, et logos, discours (et, par extension, tude, science).8 Du grecpetra, pierre, et graphein, crire.9 Du grec lithos, pierre, et logos, discours (et, par extension, tude, science). On rserve aujourdhui le terme de lithologie pour dsigner la nature

des roches dune formation donne.10 La gochimie comprend galement ltude des lments chimiques dans les eaux et latmosphre.


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II. Un premier aperu de la diversit desroches : les grands groupes et leuridentification

La diversit des roches et minraux tout comme leur classification constitue lobjetdautres livrets de la collection Initiation la Gologie . Nanmoins, donnons toutde suite quelques lments pour avancer dans notre tude relativement aux grandstypes de roches. Nous listons ci-aprs les principaux groupes de rochesgnralement reconnus en donnant, dans le tableau I, les critres utiles leurreconnaissance ; notez que la frontire entre ces diffrents groupes est parfois floue etque les auteurs ne sentendent pas tous sur une mme nomenclature (nous avons denotre ct essay de prsenter les choses de la manire la plus consensuelle possible,en retenant les options majoritairement admises). Attention, tous les termestechniques de ptrologie ou de minralogie utiliss sont dfinis dans dautreslivrets.

A. Grands groupes de roches1. Roches sdimentaires (exognes)

Les roches sdimentaires sont les roches rsultant de laccumulation et lacompaction de fragments minraux ou dbris biologiques, de la prcipitation partirde solutions, ou se formant partir de roches prexistantes auxquelles les eaux ontenlev des lments ; dans ce dernier cas, on les nomme roches rsiduelles. Lesroches sdimentaires sont aussi appeles roches exognes car elles se forment lasurface de la Terre, sous leffet dagents externes (eau, vent, etc.) et non dagents desprofondeurs de la Terre.

Le terme de sdiment11, do est issue lexpression roches sdimentaires ,dsigne un ensemble de matriaux sous forme de particules dorigine plus ou moins

grosses ou de matires prcipites ayant sparment subi un certain transport. Unsdiment devient une roche sdimentaire aprs une tape nomme diagense12 quenous traiterons en ptrologie sdimentaire.

Notez que, pour FOUCAULT&RAOULT (2005), les roches exognes sont divises endeux groupes, celui des roches sdimentaires et celui des roches rsiduelles quilsexcluent des roches sdimentaires. Nous navons pas retenu cette option car elle nedomine pas la littrature franaise, mme si on peut considrer quil ny a pasvraiment de passage par un tat sdiment dans une roche rsiduelle puisque lesmatriaux rsiduels ne subissent gnralement pas de transport.

FIGURE 5. Un conglomrat de type poudingue . Provenance inconnue

11 Du latin sedimentum, dpt, de sedere, sjourner, demeurer12 Du grec dia, travers, et gensis, formation


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2. Roches endognes (magmatiques, mtamorphiques)

Les roches endognes sont formes au moins en partie lintrieur du globe ousous leffet dagents internes, des tempratures et pressions gnralementsuprieures celles qui rgnent habituellement en surface. Notez que certains auteursconsidrent certaines roches mtamorphiques (mtamorphisme de contact ouhydrothermal par exemple) comme exognes car parfois formes en surface. Il sagitl de savoir si lopposition endogne-exogne repose sur le lieu o sest form la

roche ou sur lorigine des agents responsables de cette formation. Nous prfronsquant nous nous en tenir la solution la plus simple qui est aussi la plus courammentretenue et qui considre comme endognes toutes les roches mtamorphiques.

Notez que POMEROL et al. (2003) semblent restreindre les roches endognes auxseules roches magmatiques, ce qui ne nous semble pas justifi.

a. Les roches magmatiques

On dsigne sous le terme de roches magmatiques les roches qui rsultent de lasolidification dun magma. On y distingue deux grands types , les rochesvolcaniques et les roches plutoniques, auxquels sajoutent des cas intermdiaires. Lemot magmatisme (ou phnomne magmatique) regroupe lensemble des

phnomnes lis la formation, au dplacement et la cristallisation des magmas.. Les roches volcaniques

Les roches volcaniques (synonyme vulcanites, terme vieilli) sont les rochesmagmatiques qui se sont solidifies, au moins en partie, la surface de la lithosphre.Ces roches ont une structure microlitique ou vitreuse. Ladjectif volcanique vient devolcan : un volcan est un relief, gnralement de forme conique et pouvant atteindreplusieurs km de haut, qui est constitu par lempilement de laves ou djecta. Ondsigne par volcanisme lensemble des manifestations des volcans et des phnomnesqui sy rapportent.

FIGURE 6. Lame mince de basalte demi-deuil. (LPNA)Massif central (France)

FIGURE 7. Andsite phnocristaux de hornblende et de plagioclase.Provenance inconnue


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. Les roches plutoniques

Les roches plutoniques (synonyme plutonites, terme vieilli) sont les rochesmagmatiques qui ont cristallis au sein de la lithosphre. Elles prsentent unestructure grenue. Ladjectif plutonique vient de pluton : un pluton est un massif deroches plutoniques (videmment !) constituant une grosse masse ovode ou une grandelentille. Le plutonisme dsigne lensemble des phnomnes associs la mise enplace et la cristallisation des plutons et des roches plutoniques. Notez que les roches

dites plutoniques ne sont pas toutes sous forme de plutons proprement parler ; uneroche plutonique est une roche magmatique qui se dfinit par sa structure grenue.

FIGURE 8. Granite rose poli. La Clart, Perros-Guirec (22, France)

. Les roches de type intermdiaire

Ce sont des roches de composition magmatique structure microgrenue (parfoisappeles microplutonites, terme vieilli, ou roches microplutoniques) ; elles souventconstitues en filons (roches filoniennes). On appelle filon13 une lame de roche,dpaisseur quelques cm quelques m, recoupant les structures de lencaissant (rocheenvironnante, antrieure) ou une lame de roche magmatique, paisse dun plusieursm, parallle aux structures de lencaissant (on parle alors de filon-couche ousill).

FIGURE 9. Lame mince de microgranite deux micas. (LPNA)Carrire du Tacot, Arleuf (58, France)

13 De litalienfilone, augmentatif defilo, fil


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b. Les roches mtamorphiques

On appelle roche mtamorphique une roche qui sest forme partir de rochesprexistantes (magmatiques, sdimentaires ou dj mtamorphiques termesrespectifs : orthomtamorphisme, paramtamorphisme, polymtamorphisme)essentiellement par des recristallisations minrales sous leffet de modifications desconditions de temprature et de pression, des tempratures ne permettantcependant pas ou peu la fusion ( la diffrence des roches magmatiques). On appellemtamorphisme14 (ou phnomne mtamorphique) lensemble des processus detransformation de roches ltat solide sous leffet dune modification des conditionsde temprature et/ou de pression avec cristallisation de nouveaux minraux minraux noforms et acquisition de textures ou structures particulires.

FIGURE 10. Schistes bleus niveaux dpidote (vert clair) et de glaucophane (bleue).Le Lavoir, Groix (56, France). Loupe : 2 cm

c. Cas particulier des roches hydrothermales

FOUCAULT & RAOULT (2005) disent des roches hydrothermales quellesconstituent une catgorie un peu particulire de roches formes partir de gaz oude solutions haute temprature, ayant des relations varies avec les magmas . Ilsplacent cette catgorie dans les roches magmatiques mais elles sont en fait enposition intermdiaire entre roches mtamorphiques (on parle de mtamorphismehydrothermal) et magmatiques, et prsentent en outre souvent des minraux prsentsdans les roches sdimentaires ! pineux problme de classification ptrologique

FIGURE 11. Brche hydrothermale lamprophyre. Provenance inconnue

14 De mta- et du grec morph, forme


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B. Identification des grands groupes de roches

1. Tableau comparatif des critres distinctifs

Roches magmatiques Roches sdimentaires Roches mtamorphiques

1. Fossiles absents (ou rarissimes)2. Pas dorientation spatiale des gros minraux (phnocristaux)3. Pas de schistosit ni de foliation

1. Stratification le plussouvent trs nette

2. Souvent fossilifres3. Grandes formes

daltration le plussouvent abruptes ettourmentes

4. NB. Moraines : jamaislites, lments nontris ; calcaires rcifaux :presque jamais lits

1. Holocristallines : massetotalement cristallise(sauf mtamorphismelger et inachev)

2. Souvent cristaux degrande taillereconnaissables lilnu

3. Structure parallle,schistosits(s)

4. Trs compactes, sanscavit

5. Fossiles gnralementabsents (mais pastoujours)

6. Pas de surfaces declivage lisses

7. Grandes formesdaltration molles etondules

8. clat soyeux frquent

Roches plutoniquesRoches volcaniques Roches intermdiaires

1. Structure microgrenue2. Souvent en filons3. Cf. ptrologie

magmatique

1. Structure microlitique ouvitreuse

2. Matrice vitreuse3. Nombreuses petites

vacuoles4. Structure fluidale

frquente5. Dbit en prismes frquent

1. Holocristallines2. Grands cristaux

reconnaissables lilnu

3. Structure fluidale rare4. Trs compactes : cavits

absentes (ou trs rares)6. Altration et fissures

particulires :a) Les fissures se recoupent

plus ou moinsperpendiculairement

b) Altration en boulesc) Formes daltration le

plus souvent molles etondules

Le tableau I est un tableau comparatif qui regroupe quelques critres (quincessitent parfois le recours au microscope ; cest le cas par exemple de la diffrenceentre structures microlitique et microgrenue notamment) utiles la reconnaissance desgrands groupes de roches que nous avons prsent (attention toutefois aux caslimites !). Nous rappelons que les termes techniques de ptrologie ou de minralogieutiliss sont dfinis dans dautres ouvrages de la collection.

2. Identification par la structure et proposition dun tableau dedtermination

a. La structure ptrographique et son intrt dans lidentificationLorsque lon souhaite dterminer une roche, il convient d'abord dessayer de la

rattacher un des groupes principaux. Pour cela, il faut examiner sa structureptrographique, c'est--dire l'agencement et la disposition relative de sesconstituants, et dterminer une ventuelle orientation (et, dans ce cas, laquelle).Cette mthode est utile face tout chantillon de roche pour orienter rapidementtlidentification, particulirement sur le terrain.

Face un affleurement, on sefforcera dobserver plusieurs chantillons pourne pas tre tromp par un chantillon non caractristique. Bien entendu, deschantillons de grande taille rvlent plus de dtails que de petits fragments. Onutilisera une loupe lorsque la stratification est trs fine et on vrifiera toujours quunchantillon est reprsentatif de l'ensemble.

TABLEAU I. Caractristiques des principaux grands groupes de roches.Inspir de SCHUMANN (1989 : page 370).

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Figure 12. Schistosit dans un schiste. Nohdes (66, France)

b. Proposition dun tableau didentification

Vous trouverez ce tableau dans le Mmento de Gologie distribu tous lesmembres ainsi que sur le site Internet du club CPN des Sittelles (disponible entlchargement : http://cpn.sittelles.free.fr/Detroches.pdf). Il est inspir de SCHUMANN(1989) dont sont par ailleurs extraits les croquis. Il est noter que cet ouvragecontient, dans sa traduction franaise, diverses inexactitudes que nous avons corrigesen ce qui concerne notre tableau.Notez que le tableau en question ne vise qu fournir

un outil pratique dorientation rapide de la dtermination mais ne prtend aucuneexhaustivit ni une efficacit totale. Dautre part, rappelons que rien ne vaut unetude approfondie, une diagnose en bonne et due forme et une lame mince !


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Rfrences

BREUIL, M., 2003.Dictionnaire des Sciences de la Vie et de la Terre. Nathan, Paris, 2e dition (1e dition 1997), 544 pages.CARON,J.-M.,A.GAUTHIER,J.-M.LARDEAUX,A.SCHAAF,J.ULYSSE &J.WOZNIAK, 2003. Comprendre et enseigner la plante Terre. Ophrys,

Gap Paris, 2e dition (1e dition 1989) 303 pages.FOUCAULT,A.&J.-F.RAOULT, 2005.Dictionnaire de Gologie. UniverSciences , Dunod, Paris, 6e dition (1e dition 1980), 382 pages.

KORNPROBST

, J., 2001.Mtamorphisme et roches mtamorphiques. Signification godynamique. Sciences Sup , Dunod, Paris, 3

e

dition (1

e

dition 1994), 235 pages.MACKENZIE.W.S.&A.E.ADAMS, 2005.Initiation la ptrographie. Sciences Sup (srie Atlas ), Dunod, Paris, 192 pages.MEHIER, B., 1995.Magmatisme et tectonique des plaques. Sciences de la Vie et de la Terre , Ellipses, Paris, 256 pages.POMEROL,C.,Y.LAGABRIELLE &M.RENARD, 2003. lments de gologie. Masson Sciences , Dunod, Paris, 12e dition (1e dition 1965),

746 pages.ROBERT, J. (dir.), 2004.Dictionnaire de Physique et de Chimie. Nathan, Paris, 521 pages.SCHUMANN, W., 1989. Guide des Pierres et minraux. Les Guides du Naturaliste , Delachaux et Niestl, Neuchtel (Confdration

helvtique) Paris, 381 pages.

Crdits iconographiques

Page 1, figure 1 : http://www.milos-travel.com/milos_travel_f/uebersicht.htmPage 6, figure 2 : http://euromin.w3sites.net/mineraux/CALCITE.htmlPage 7, figure 3 : http://www.geol.umd.edu/pages/meetings/Post-071606.htmPage 8, figure 4 : http://www.fournaise.info/Page 9, figure 5 : http://encyclopedia.erpi.com/rochesEtMineraux/conglomerat_image_9262_6205_2552 Dorling KindersleyPage 10, figure 6 : http://www.flickr.com/photos/fredlab/429700798/Page 10, figure 7 : http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/2IgneousRocks/IgneousCompositions/5Andesite.htmlPage 11, figure 8 : http://www.bretagne-environnement.org/galerie?id_photo=1159798315&id_album=1147677998&popup=&album=article&format=originalPage 11, figure 9 : http://perso.orange.fr/jacques.delfour/mg2m.htmPage 12, figure 10 : http://christian.nicollet.free.fr/page/enseignement/SBGroix.html Christian NicolletPage 12, figure 11 : http://www2.brgm.fr/divers/br%C3%A8ches.htm BRGM

Page 14, figure 12 : http://www.catalanes.reserves-naturelles.org/siteweb_fran%C3%A7ais/patrimoine/patgeol.htm


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Connaissance gologique de La Runion - Livret de l'enseignant

3. Les roches

l'exception de quelques rcifs coralliens actuels (Saint-Gilles, Saint-Leu et Saint-Pierre) ou fossiles, La Runion est une le entirement forme de roches volcaniquesou apparentes et des produits qui en drivent. C'est ainsi que la partie arienne del'le de La Runion est pour l'essentiel forme par un empilement de coules delaves, de projections volcaniques et de brches* de dmantlement.

3.1. LA CLASSIFICATION DES ROCHES VOLCANIQUES

Les produits volcaniques de La Runion recouvrent une assez grande diversitptrologique allant des basaltes* des comendites* en passant par des hawaiites*,des mugarites*, des benmorites* et des trachytes*.

Les classifications des roches volcaniques reposent sur plusieurs critres. Ainsi, lesclassifications peuvent tre minralogiques (d'aprs les minraux contenus dans lesproduits volcaniques), chimiques (d'aprs le chimisme des roches) ou encoregntiques (d'aprs le mode de mise en place).

3.2. UNE GRANDE DIVERSIT DE COMPOSITIONS MINRALOGIQUES

La classification minralogique des laves repose sur la nature et la quantit deminraux prsents dans les produits volcaniques (figure 6). La Runion, lesproduits volcaniques sont des basaltes, des hawaiites, des mugarites, des

benmorites des trachytes, des comendites.

Roches Phnocristaux possibles Msostase

Basalte ol cpx plag mt ol cpx mt ilm plag apHawaiite plag cpx mt ol cpx plag mt il mol ap fsp amph

Mugarite plag cpx cpx plag mt ilm ap fsp amphBenmorite plag fsp cpx cpx plag mt ilm ap fsp (qtz)

Trachyte fsp bio cpx fsp bio cpx plag mt ilm ap (qtz)Comendite fsp (bio) fsp plag cpx ap amph qtz zircon

BRGM - 2005(fsp = feldspaths* alcalins ; amph = amphibole* ; ap = apatite* ; bio = biotite* ;cpx = clinopyroxne* ilm = ilmnite ; mt = magntite* ; ol = olivine* ; opx=orthopyroxne* ;plag = plagioclase* ; qtz = quartz*)

Figure 6 - Assemblages minralogiques observs dans les diffrentesroches volcaniques de La Runion.


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3.3. LES BASALTES

L'essentiel de l'difice volcanique de La Runion est constitu de basaltes olivine*(figure 7), d'ocanites (figure 8) et de basaltes aphyriques*. Les ocanites sont unevarit de basalte qui contient beaucoup de mgacristaux d'olivine (basalte olivinecontenant plus de 20%), visibles l'il nu, englobs dans une pte finementcristallise contenant des microlites* de plagioclase*, du clinopyroxne*, de l'olivine etdes minraux opaques*.

BRGM - 2005 BRGM - 2005

Figure 7 - chantillon de basalte olivine Figure 8 - chantillon docaniteprlev sur la coule 2002 prlev sur la coule 1977dans le Grand Brl. Piton Sainte-Rose.

Les basaltes olivine contiennent surtout des phnocristaux d'olivine auxquelss'ajoutent du clinopyroxne et du plagioclase.

Les basaltes de La Runion se situent tous les niveaux stratigraphiques, en dykes*,en sills*, en coules et sous forme de projections, de la base de ldifice sonsommet (figure 9).

BRGM- 2005

Figure 9 Schma dun dyke et dun sill


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LSTUR - 2005

La matrice, finement cristallise, renferme desmicrolites de clinopyroxne, de plagioclase calcique,doxydes et dolivine (figure 10). Les vsicules*peuvent tre nombreuses. La prsence demgacristaux dolivine confre la roche unestructure microlitique porphyrique*. Ces cristaux sontparfois automorphes*, mais plus souventxnomorphes* et corrods. Dans ce cas, ilsrenferment souvent des inclusions de spinellechromifre. Le clinopyroxne est parfois prsent,ainsi que des oxydes, toujours en quantit moindreque lolivine.

Figure 10 - Photographie au microscope en lumire polarise dune lame mince

de basalte olivine.

3.4. LES LAVES DIFFRENCIES : DES HAWAIITES AUX TRACHYTES

Leur volume par rapport aux basaltes est faible (infrieur 10 %) mais comme ils'agit des derniers produits mis par le Piton des Neiges, ils tendent recouvrir lesbasaltes antrieurs et donc tre surreprsents en surface.

Les hawaiites (figure 11) sont abondantes sur les pentes externes du Piton desNeiges.

Elles se rencontrent sous deux facis :

- un facis porphyrique* trs grands cristaux automorphes de plagioclasesreprsentant jusqu' 50 % du volume de la lave. Elles ont t appeles RochesPintades et utilises anciennement comme repre stratigraphique ;

- un facis aphyrique compact avec une texture* fluidale souligne par desbaguettes de plagioclase.

LSTUR - 2005

Cette lave possde une structure microlitiqueporphyrique avec des mgacristaux de plagioclasecalcique (labrador), de clinopyroxne, doxydes etdolivine. Ils sont le plus souvent sub-automorphes ou

xnomorphes ; les olivines sont ici assez largementaltres, envahies doxydes sur leur pourtour ou le longdes craquelures. Ces cristaux sont inclus dans unematrice riche en oxydes, o ont galement cristallisdes plagioclases calciques, des pyroxnes, de lolivineet des oxydes.

Figure 11 - Photographie au microscope en lumire polarise dune lame mince dhawaite.


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Les mugarites sont abondantes sur les parois hautes des cirques et sur les pentesexternes du Piton des Neiges (figure 12). Le magma* juvnile prsent dans les

ignimbrites du cirque de Salazie a lui aussi une composition de mugarite.

BRGM- 2005

Figure 12 - Affleurement de mugariteau lieu-dit Pente Carozin dans le cirque de Salazie.

LSTUR - 2005

Cette roche possde une structure microlitique avec unematrice assez largement cristallise, envahie par lesmicrolites de plagioclase (andsine*, labrador), declinopyroxne, dolivine et doxydes (figure 13). Le plussouvent, ces laves sont aphyriques. Toutefois, de raresmgacristaux de plagioclase (andsine, labrador)peuvent tre prsents. Ils sont le plus souvent sub-automorphes ou xnomorphes.

Figure 13 - Lame mince de mugarite photographie au microscope en lumire polarise.

Les benmorites sont peu abondantes. Elles apparaissent en coules au sommetdes remparts et sur les planzes* du Piton des Neiges.

Les trachytes sont plus riches en silice que les prcdentes, plus visqueux et serencontrent donc plutt sous la forme de dmes-coules (plateau de Blouve)(figure 14). Ils se trouvent aussi sous forme de dykes et de sills dans le cur des


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trois cirques du Piton des Neiges. Des pyroclastites trachytiques peuvent treobserves l'exutoire des cirques : nues de ponces* et de blocs* de Saint-Pierre et

Saint-Louis. Les trachytes prennent souvent une couleur rose en saltrant.

BRGM - 2005

Figure 14 - chantillon de trachyte prlevdans le lit de la rivire des Fleurs Jaunes,

cirque de Salazie.

LSTUR - 2005

Figure 15 - Photographie au microscopeen lumire polarise dune lame mince

de trachyte.

Cette roche peut prsenter une matrice assez largement cristallise, envahie de microlites de feldspathalcalins et de plagioclases montrant une orientation marque (figure 15). Ils sont accompagns declinopyroxnes, doxydes, damphiboles, dolivine, dapatite* et de quartz*. Les mgacristaux sontconstitus de feldspaths alcalins (anorthose* principalement) et de feldspath plagioclase (andsine etoligoclase), parfois accompagns de pyroxnes et damphibole.

3.5. UN GRAND VENTAIL DE COMPOSITIONS CHIMIQUES

La petite taille des minraux des laves et l'abondance de verre* font qu'il est souventplus facile mais pas forcment plus rigoureux (car il faut alors faire abstraction del'altration des roches) de nommer les roches volcaniques en fonction de leurscompositions chimiques. Ce mode de classification repose principalement sur lesteneurs en silice et en lments alcalins, principalement le sodium et le potassium.

Reportes dans un diagramme SiO2 (Na2O + K2O) (figure16), les laves de La Runionmontrent une localisation prfrentielle dans le domaine des sries faiblementalcalines.


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0

2

4

6

8

10

12

14

16

40 45 50 55 60 65 70 75 80

SiO2 (%)

Na2O+K2O(%)

Piton des Neiges

Piton de la FournaisePhonolite

Basanite - Tephrite

Sub-alkaline Basalt

Basaltic andesite

Dacite

Rhyolite

Phonolitic tephrite

Picrobasalt

Alkaline b asalt Hawai ite

Mugearite

Andesite

Trachyte

FoiditeTephritic phonolite

Benmoreite

BRGM - 2005

Figure 16 Diagramme SiO2(Na2O + K2O)

3.6. LE RCIF

L'le est borde sur sa cte occidentale et sud par un modeste rcif frangeant(figure 17). Il est plat ; sa largeur n'excde jamais 200 mtres et la profondeur dulagon ne dpasse pas deux mtres. De la haute mer vers la cte, on relve toutd'abord un front rcifal qui rsulte de l'croulement du platier* vivant battu par lesvagues. Lui succde un platier compact. Celui-ci est colonis par des mlobsies*concrtionnaires, des hydrocoralliaires* et des madrporaires* (figure 18). La partiearrire du rcif comprend des platiers ncross. Les datations du rcif montrent quils'est difi au cours du Plistocne et plus prcisment depuis 8 500 ans, unevitesse moyenne de croissance verticale de 0,4 cm/an.


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IGN - 1997, modifi par le BRGM - 2005

Figure 17 - Rpartition des rcifs corallienssur la cte ouest de La Runion.

Le corail : une pierre vivante

BRGM - 2005

Figure 18 - Schmas des tapes de la construction du rcif corallien.

Sur 16 kilomtres, entre la Pointe de Trois-Bassins la Pointe Barre Mine (Saint-Paul) stend la zone principale des plages coralliennes de La Runion avec uncontinuum sableux partant de Trois-Bassins jusqu Boucan Canot. Le massif du Cap


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La Houssaye fixe la limite Nord de ces plages. Deux types principaux de plagescoralliennes se rencontrent dans cette zone : il sagit des plages relativement

volues de La Saline / lHermitage (figures 19 et 20) et prsentant une extensionsous-marine appele tort lagon localement (un lagon est lespace marin situentre la terre et un rcif barrire, or le rcif de La Saline / lHermitage est un rciffrangeant). De part et dautre les plages de Trois-Bassins et de Saint-Gilles (figure21) (de Roches Noires Boucan Canot) sont moins volues et ne possdent quuneextension sous-marine limite aux passes dans le rcif au dbouch des ravines(figure 22).

Figure 20 - Le dbouch dune rivire dans le

lagon et la rencontre de leau douce et deleau sale crent une interruption dans labarrire de corail : la passe de lHermitage.

BRGM - 2005

BRGM - 2005

Figure 19 - La barrire de corail,plage de La Saline.

BRGM - 2005

Figure 21 - La plage de Boucan Canot

BRGM - 2005

Figure 22 - La passe de Saint-Gilles


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3.7. PLAGES DE SABLES

Les plages de sable noirDu point de vue minralogique, il n'existe pas de sable purement siliceux LaRunion. Tous les sables existants sont d'origine basaltique et sont constitus pardes dbris de basalte, des cristaux d'olivine, d'augite* et des oxydes mtalliques, doleur couleur noire (figure 23) ou verte (figures 24 et 25) quand les olivines sontabondantes. De tels sables marins sont situs sur la cte ouest de l'le o ils formentquelques plages et une bande de dunes ctires dans la rgion de l'Etang-Sal (cf. p28).

BRGM - 2005

Figure 23 - Plage de sable noir volcanique la Ravine des Sables.

BRGM - 2004

Figure 24 - Dunes de sable vert riche en olivines la Ravine des Sables.


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BRGM - 2004

Figure 25 - Sable vert vu la loupe binoculaire contenantune forte proportion de minraux dolivine rouls,

mousss par la houle et le vent.

Les plages de sable blanc

Certains de ces sables sont mlangs des dbris coralliens ou coquilliers. Dans largion de Saint-Gilles et de Saint-Leu, ces dbris calcaires sont nettementprpondrants et le sable prsente alors une couleur blanche (figure 26).

BRGM 2004

Figure 26 - Sable blanc corallien vu la loupe binoculaire.


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Le cycle des roches

ROCHES IGNES

certains endroits dans lesprofondeurs de l'corce terrestre,les roches ont fondu et se sonttransformes en magma, qui estun mlange de cristaux et deroches liquides. Quand le magmafait surface en jaillissant d'unvolcan, on l'appelle lave .Lorsque la lave refroidit et durcitsur la surface terrestre, elledevient une roche ignevolcanique . Toutefois, lorsque lemagma refroidit et durcit sous laterre, il devient une roche igneplutonique .

ROCHES SDIMENTAIRES

Le vent et l'eau causent l'rosionen dtachant de petits morceauxde roches et en les transportantd'un endroit un autre. Petit petit, ces morceaux s'ajoutent ausable, aux cailloux, aux coquilleset aux matires vgtales pourformer des couches qu'on appelle sdiments . Au cours d'unelongue priode de temps, lessdiments durcissent et devien-nent de la roche. C'est ainsi quese forme la roche sdimentaire.La plupart des roches sur lasurface terrestre sont des rochessdimentaires.

ROCHES MTAMORPHIQUES

Les roches changent au fur et mesure qu'elles sont chauffes etpresses, un peu comme la pte biscuits change lorsqu'elle cuit.Les roches qui se trouvent dansles profondeurs de la terre sontsoumises une chaleur et unepression intenses. Avec le temps,ces forces transforment lesroches sdimentaires ou ignesen un autre type de roche qu'onappelle roche mtamorphique .


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Les roches sdimentaires

Si les roches ignes forment le gros du volume de la crote terrestre, les roches sdimentaires

forment le gros de la surface de la crote. Quatre processus conduisent la formation des

roches sdimentaires: l'altration superficielle des matriaux qui produit des particules, le

transport de ces particules par les cours d'eau, le vent ou la glace qui amne ces particules

dans le milieu de dpt, la sdimentation qui fait que ces particules se dposent dans un

milieu donn pour former un sdiment et, finalement, la diagense qui transforme le

sdiment en roche sdimentaire.

Le matriel sdimentaire peut provenir de trois sources : une source terrigne, lorsque les

particules proviennent de l'rosion du continent; une source allo chimique, lorsque les

particules proviennent du bassin de sdimentation, principalement des coquilles ou fragments

de coquilles des organismes; une source ortho chimique qui correspond aux prcipits

chimiques dans le bassin de sdimentation ou l'intrieur du sdiment durant la diagense.L'altration superficielle.

Les processus de l'altration superficielle sont de trois types: mcaniques, chimiques et

biologiques. Les processus mcaniques (ou physiques) sont ceux qui dsagrgent

mcaniquement la roche, comme l'action du gel et du dgel qui cause de l'expansion de

l'eau qui gle dans les fractures ouvre progressivement ces dernires. L'action mcanique des

racines des arbres ouvre aussi les fractures. L'altration chimique est trs importante :

plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignes, sont

facilement attaqus par les eaux de pluies et transforms en minraux des argiles

(phyllosilicates) pour former des boues. Certains organismes ont la possibilit d'attaquer

biochimiquement les minraux. Certains lichens vont chercher dans les minraux leslments chimiques dont ils ont besoin. L'action combine de ces trois mcanismes produit

des particules de toutes tailles. C'est l le point de dpart du processus gnral de la

sdimentation.

Le transport.

Outre le vent et la glace, c'est surtout l'eau qui assure le transport des particules. Selon le

mode et l'nergie du transport, le sdiment rsultant comportera des structures sdimentaires

varies: stratification en lamelles planaires, obliques ou entrecroises, granoclassement,

marques diverses au sommet des couches, etc. Les roches sdimentaires hriteront de ces

structures. Le transport des particules peut tre trs long. En fait, ultimement toutes lesparticules devront se retrouver dans le bassin ocanique.


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La sdimentation.

Tout le matriel transport s'accumule dans un bassin de sdimentation, ultimement le bassin

marin, pour former un dpt. Les sdiments se dposent en couches successives dont la

composition, la taille des particules, la couleur, etc., varient dans le temps selon la nature des

sdiments apports. C'est ce qui fait que les dpts sdimentaires sont stratifis et que les

roches sdimentaires issues de ces dpts composent les paysages stratifis comme ceux du

Grand Canyon du Colorado par exemple.

La diagense.

L'obtention d'une roche sdimentaire se fait par la transformation d'un sdiment en roche

sous l'effet des processus de la diagense. La diagense englobe tous les processus chimiques

et mcaniques qui affectent un dpt sdimentaire aprs sa formation. La diagense

commence sur le fond marin, dans le cas d'un sdiment marin, et se poursuit tout au long de

son enfouissement, c'est--dire, mesure que d'autres sdiments viennent recouvrir le dpt

et l'amener progressivement sous plusieurs dizaines, centaines ou mme milliers de mtres de

matriel. Les processus de diagense sont varis et complexes : ils vont de la compaction du

sdiment sa cimentation, en passant par des phases de dissolution, de recristallisation ou de

remplacement de certains minraux. Le processus dia gntique qui est principalementresponsable du passage de sdiment roche est la cimentation. Il s'agit d'un processus

relativement simple : si l'eau qui circule dans un sdiment, par exemple un sable, est

sursature par rapport certains minraux, elle prcipite ces minraux dans les pores du sable

et ceux-ci viennent souder ensemble les particules du sable; on obtient alors une roche

sdimentaire qu'on appelle un grs. Le degr de cimentation peut tre faible, et on a alors une

roche friable, ou il peut tre trs pouss, et on a une roche trs solide. La cimentation peut

trs bien se faire sur le fond marin (diagense prcoce), mais il est aussi possible qu'il faille

attendre que le sdiment soit enfoui sous plusieurs centaines ou mme quelques milliers de

mtres de matriel (diagense tardive).

L'induration (cimentation) d'un sdiment peut se faire tt dans son histoire dia gntique,

avant l'empilement de plusieurs mtres de sdiments (pr compaction), ou plus tardivement,

lorsque la pression sur les particules est grande due l'empilement des sdiments.


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Dans le cas de la cimentation pr compaction (schma du haut), les fluides qui circulent dans

le sdiment prcipitent des produits chimiques qui viennent souder ensemble les particules.

Exemple : la calcite qui prcipite sur les particules d'un sable et qui finit par souder ces

dernires ensemble. La compaction d'un sdiment (schma du bas) peut conduire sa

cimentation. Ainsi, la pression leve exerce aux points de contact entre les particules de

quartz d'un sable amne une dissolution locale du quartz, un sursaturation des fluides par

rapport la silice et une prcipitation de silice sur les parois des particules cimentant ces

dernires ensemble.

Le nom des sdiments et roches sdimentaires.

La dnomination des sdiments et roches sdimentaires se fait en deux temps.

D'abord selon la taille des particules (la granulomtrie) chez les terrignes et lesalchimiques. Deux tailles sont importantes retenir : 0,062 et 2 mm. La granulomtrie

n'intervient pas dans le cas des ortho chimiques puisqu'il s'agit de prcipits chimiques et non

de particules transportes.

Ensuite, on complte la classification par la composition minralogique. La composition des

particules des terrignes se rsume au quartz, feldspath, fragments de roches (morceaux

d'anciennes roches qui ont t dgags par l'rosion) et minraux des argiles (par exemple,

les sables des plages de la Nouvelle-Angleterre sont surtout des sables particules de quartz

avec un peu de feldspaths). Quant aux allo chimiques, ce sont principalement des calcaires,

ce qui est reflt par le suffixe CAL dans le nom. Les particules des allo chimiques sont

formes en grande partie par les coquilles ou morceaux de coquilles des organismes (calcite

ou aragonite). Les sdiments des zones tropicales sont surtout forms de ces coquilles,

comme par exemple les sables blancs des plages du Sud! Chez les ortho chimiques, le nom

est essentiellement dtermin selon la composition chimique.

Avec l'aimable autorisation de :

Pierre-Andr Bourgue (Universit Laval Qubec, Canada)Daprs : http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s2/r.sedim.html


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Les roches sdimen


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75% de la surface terrestre 5% du volume de la crote roches exognes : formes en sur


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Quest-ce quune rsdimentaire ?

Roche rsultant de laccumulatio(fragments minraux, dbris coqet/ou de prcipitations partir

(Diction


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Caractres dune r

sdimentaire Fossiles

(souvent)

Roche lite mais cristaux pasorients dans le plan du litage

Faible densit

Cristaux non jointifs (en gnr


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Problmatiques

Sur quels critres peut-on seclasser les roches sdimenta

Quelles sont les conditions ddes roches sdimentaires ?


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I. Classification gnrale

sdimentaires


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sdimentairesA. Classification gntiqu


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Cycle dvolution dune

(Dercourt et Paquet)


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Diagense : 4 tapes pr

(C


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Formation en 2 ta

1. Dpt de particules ou de cprcipitation dions dissous sdiment meuble

2. Transformation du sdimenen roche sdimentaire cons

= diagense (ou lithification


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Subdivisions de ba3 classes gntiqu


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sdimentairesA. Classification gntiquB. Classification minralog

chimique


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Critres didentifica

Macroscopiques :- Observations :Couleur densemble, aspect de la cassurstructures

- Tests :HCl, duret, cohrence, comportement leau, got

Microscopiques :Elments figurs, liant, porosit, fractu


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Quelques

Test au HCleffervescence => carbonate CO32-CaCO3 + 2 HCl CO2 + H2O + CaCl2

Lcher la roch- happe la langue- got sal => se


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Duretrsistance dun minral la destr

mcanique de sa structure=> un minral est plus dur quun auVerre AcierOngle

trs tendre tendre dur

Classement selon lchelle de Mohs


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Cohrence

frotter la roche :- bonne cohsion, ne seffrite pas- seffrite, lments peu souds =- aucune cohsion => meuble


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Comportement vis--vis

Porositensemble des volumes de petitetaille pouvant tre occups par defluides dans une roche

Permabilitaptitude dun milieu se laissertraverser par un fluide

Solubilitaptitude dun compos tredissout dans un solvant


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Cl de dterminatioroches sdimenta


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Grandes catgori


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sdimentaires

II. Classifications particuchaque catgorie de ro


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sdimentaires

II. Classifications particuchaque catgorie de roA. Roches dtritiques


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Roches dtritiques :

Roches sdimentaires composes dde dbris

Plusieurs catgories :- roches dtritiques terrignes (80roches sdimentaires), dont les rosiliciclastiques

- roches biodtritiques => roches c- roches volcanoclastiques (pyrocla


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1. Roches terrig

(Dercourt et Paquet)


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a. Caractrisati

Taille des lments (granulomtrieclassement (granularit)

Nature de ces lments

Nature et importance du ciment re(roche consolide)

Nature et importance de la diagen

Structures sdimentaires


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Etat dagrgatio

Roches meubles :grains indpendants

Roches plastiques :nombreux minraux argileux => dpossible

Roches cohrentes :constituants intimement souds


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Dimension des lm

- 3 grandes classes- 2/3 argiles et silts,

1/3 sables et graviers


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b. Roches meubl

Sdiment bien class=> dimension des grains

Sdiment mal class

=> diagrammes ternaires

Diagrammes (A) de Flint et al. (1960) et (B) de Folk (1954)(Univ. Lige)


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Analyses granulomt

Distribgranulogravier

A: histogB: courbC: courbordonne


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Analyses morphoscop

A: sable quartzeux olien dont les grains ont un as(Cervants, Australie).B: sable marin, galement quartzeux, dont les grai"mouss-luisant" (Kalbarri, Australie).


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Analyses exoscopiq

Etude au MEB

Traces de frottements,

de chocs=> actions mcaniques

Traces de dissolution

=> actions chimiques


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c. Roches cohren


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Conglomrats

lments de dimension > 2mm

2 grands types de conglomr

- lments arrondis => poud- lments anguleux => brc


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Classification de Prothero et (1996) :

dimension, diversit, provenance dnature du liant

Classification des brches et conglomrat


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Grs

Elments de dimensions de 6(= sable consolid)

Composition : grains + phase

Grains : quartz, feldspath, dbr Phase de liaison (liant) :- matrice : boue terrigne ou cardpose en mme temps que les g

- ciment : siliceux, carbonat ou fqui prcipite au cours de la diage


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Classification selon Dott (196- composition des grains- % de matrice


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Sdiments argileux et

lments de dimensions <

Composition moyenne dun- 50 % de minraux argileux- 30 % de quartz- 10 % de feldspaths

- 10 % de carbonates et oxydes d


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ClasLundSam

- pro- lam


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d. Notion de matu

Maturit minralogiqueBase sur la rsistance des minralaltration :quartz > muscovite > feldspaths alc

plagioclases > biotite > pyroxne > - roche immature : prsence de mivulnrables- roche mature : seulement des mirsistants=> li la longueur du transport su


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Maturit texturaleBase sur :

- la proportion en matriel fin- le classement des grains- la sphricit des grains

Abondanceen grains /argile


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Maturit texturaleBase sur :

- la proportion en matriel fin- le classement des grains- la sphricit des grains

- roche immature : plus de 5 % daanguleux et mal classs- roche mature : peu ou pas dargilanguleux et bien tris

- roche supermature : pas dargile,arrondis et bien classs

=> li limportance du transport s


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2. Roches pyroclast Tphra (= jectas) : matriaux j

une ruption volcanique Roche pyroclastique : roche issue

lithification des tphra

cendre< 2 mm

lapilli2 64 mmbombesarrondis

brblocsanguleux> 64 mm

TephraTaille desconstituants


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sdimentaires

II. Classifications particuchaque catgorie de roA. Roches dtritiquesB. Roches chimiques et bio


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1. Roches carbona

Au moins 50 % de carbonate- CaCO3 : calcite ou aragonite- CaMg(CO3)2 : dolomite

Formation proche voire sur ledaccumulation du sdiment

Processus principalement bio


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Prcipitation des carb

Formule chimique :Ca2+ + 2 HCO3- CaCO3 + CO2 + H

Facteurs influenant la racti- teneur en CO2 atmosphrique=> + de dissolution si la teneur en C- organismes photosynthtiques

=> + de prcipitation en cas de pho- temprature=> + de prcipitation si la temprat


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a. Classification de Fol

Constituants majeurs des cal- allochmes : grains carbonats- orthochmes : phase de liaison

2 types de phase de liaison :- matrice : forme de calcite en ctaille < 4 m (= micrite) => aspect- ciment : form de calcite en critaille > 10 m (= sparite) => aspec


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3 familles de roches :

Allochimiques (> 10%dallochmes)=> nom en fonction desallochmes et du liant

Orthochimiques=> micrites

Rcifales autochtones=> biolithites(= calcaires construits)


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b. Classification de Dunhet Embry & Klovan (

Base sur

- la textur- le type deles grains

(Univ. Lige)


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Intrt :informations sur lhydrodynamismedpt

mudstone wackestone packstoM(a

Milieu de basse nergie(profond ou protg)Milieu de basse nergie(profond ou protg)


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c. Lien avec le milieu d

Rpartition des faciscarbonats le long deprofils de dpts ctiers

A: Rampe carbonateB: Plate-forme carbonatebarre par un rcif

LVBT : Limite daction des vaguesde beau temps (5 25 m)LVT : Limite daction des vagues detempte (50 100 m)


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2. Roches siliceus

Silicites (chert s.l.)- noduleuses : silex, meulire => or(diagense)

- lites : radiolarite, diatomite => o

Radiolaires nacellaire ( gauche) et spumel(Co


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3. Evaporites

Roches chimiquesprcipitation dionsdune eau trsconcentre

Domaine deprcipitation :

% dvaporation temprature


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Bilan

Diversit importante des rocsdimentaires

3 catgories gntiques, non Critres de classifications va

Lien avec les conditions de foreconstitution de paloenviro


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Bibliographie Gologie gnrale

- A. BRAHIC et coll., Sciences de la Terre et de l'Univer- J.M. CARON et coll., Comprendre et enseigner la plant- J. DERCOURT et J. PAQUET, Gologie : Objets et mt

- A. FOUCAULT et J.-F. RAOULT, Dictionnaire de golog- C. POMEROL, Y. LAGABRIELLE, M. RENARD, lments

Sdimentologie

- H. CHAMLEY et J.-F. DECONINCK, Bases de sdimento- I. COJAN et M. RENARD, Sdimentologie, Ed. Dunod- http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.h


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Les roches sdimentaires

Si les roches ignes forment le gros du volume de la crote terrestre, les roches sdimentaires

forment le gros de la surface de la crote. Quatre processus conduisent la formation des

roches sdimentaires: l'altration superficielle des matriaux qui produit des particules, le

transport de ces particules par les cours d'eau, le vent ou la glace qui amne ces particules

dans le milieu de dpt, la sdimentation qui fait que ces particules se dposent dans un

milieu donn pour former un sdiment et, finalement, la diagense qui transforme le

sdiment en roche sdimentaire.

Le matriel sdimentaire peut provenir de trois sources : une source terrigne, lorsque les

particules proviennent de l'rosion du continent; une source allo chimique, lorsque les

particules proviennent du bassin de sdimentation, principalement des coquilles ou fragments

de coquilles des organismes; une source ortho chimique qui correspond aux prcipits

chimiques dans le bassin de sdimentation ou l'intrieur du sdiment durant la diagense.L'altration superficielle.

Les processus de l'altration superficielle sont de trois types: mcaniques, chimiques et

biologiques. Les processus mcaniques (ou physiques) sont ceux qui dsagrgent

mcaniquement la roche, comme l'action du gel et du dgel qui cause de l'expansion de

l'eau qui gle dans les fractures ouvre progressivement ces dernires. L'action mcanique des

racines des arbres ouvre aussi les fractures. L'altration chimique est trs importante :

plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignes, sont

facilement attaqus par les eaux de pluies et transforms en minraux des argiles

(phyllosilicates) pour former des boues. Certains organismes ont la possibilit d'attaquer

biochimiquement les minraux. Certains lichens vont chercher dans les minraux leslments chimiques dont ils ont besoin. L'action combine de ces trois mcanismes produit

des particules de toutes tailles. C'est l le point de dpart du processus gnral de la

sdimentation.

Le transport.

Outre le vent et la glace, c'est surtout l'eau qui assure le transport des particules. Selon le

mode et l'nergie du transport, le sdiment rsultant comportera des structures sdimentaires

varies: stratification en lamelles planaires, obliques ou entrecroises, granoclassement,

marques diverses au sommet des couches, etc. Les roches sdimentaires hriteront de ces

structures. Le transport des particules peut tre trs long. En fait, ultimement toutes lesparticules devront se retrouver dans le bassin ocanique.


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Dans le cas de la cimentation pr compaction (schma du haut), les fluides qui circulent dans

le sdiment prcipitent des produits chimiques qui viennent souder ensemble les particules.

Exemple : la calcite qui prcipite sur les particules d'un sable et qui finit par souder ces

dernires ensemble. La compaction d'un sdiment (schma du bas) peut conduire sa

cimentation. Ainsi, la pression leve exerce aux points de contact entre les particules de

quartz d'un sable amne une dissolution locale du quartz, un sursaturation des fluides par

rapport la silice et une prcipitation de silice sur les parois des particules cimentant ces

dernires ensemble.

Le nom des sdiments et roches sdimentaires.

La dnomination des sdiments et roches sdimentaires se fait en deux temps.

D'abord selon la taille des particules (la granulomtrie) chez les terrignes et lesalchimiques. Deux tailles sont importantes retenir : 0,062 et 2 mm. La granulomtrie

n'intervient pas dans le cas des ortho chimiques puisqu'il s'agit de prcipits chimiques et non

de particules transportes.

Ensuite, on complte la classification par la composition minralogique. La composition des

particules des terrignes se rsume au quartz, feldspath, fragments de roches (morceaux

d'anciennes roches qui ont t dgags par l'rosion) et minraux des argiles (par exemple,

les sables des plages de la Nouvelle-Angleterre sont surtout des sables particules de quartz

avec un peu de feldspaths). Quant aux allo chimiques, ce sont principalement des calcaires,

ce qui est reflt par le suffixe CAL dans le nom. Les particules des allo chimiques sont

formes en grande partie par les coquilles ou morceaux de coquilles des organismes (calcite

ou aragonite). Les sdiments des zones tropicales sont surtout forms de ces coquilles,

comme par exemple les sables blancs des plages du Sud! Chez les ortho chimiques, le nom

est essentiellement dtermin selon la composition chimique.

Avec l'aimable autorisation de :

Pierre-Andr Bourgue (Universit Laval Qubec, Canada)Daprs : http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s2/r.sedim.html


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cole des Mines de Paris, 199960, Boulevard Saint-Michel, 75272 Paris CEDEX 06 FRANCEemail : delamare@dg.ensmp.frhttp://www.ensmp.fr/Presses

ISBN : 2-911762-23-1Dpt lgal : mai 2000Achev dimprimer en mai 2000 (Grou-Radenez, Paris)

Tous droits de reproduction, dadaptation et dexcution rservs pour tous les pays

Photo de couverture : versant rive gauche de la valle du Verdon, immdiatement laval du grand barrage vote de Castillon (Alpes Maritimes). Les bancs calcairesinclins sont affects de failles et leur stabilit, compte tenu de la pousse de lavote, est assure par des tirants prcontraints depuis sa mise en service par EDF en1948. Il sagit dun problme typique de mcanique des roches, heureusement rsoluavant la naissance de cette discipline (photo P. Duffaut, 1998).


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32 Manuel de Mcanique des Roches

Les roches magmatiques, rsultent de la solidification de magmas. Ceux quiparviennent directement la surface forment les roches volcaniques ou effusives, leslaves, dans lesquelles on n'observe l'il nu que trs peu de cristaux (en raison dunrefroidissement rapide). Au contraire la solidification en profondeur donne lesroches plutoniques dont la lenteur du refroidissement permet la croissance des

cristaux, bien visibles donc lil nu. Les minraux sont essentiellement dessilicates : quartz, feldspaths alcalins et plagioclases, amphiboles, micas etc.. Lesclassifications font intervenir la texture de la roche (arrangement et taille descristaux) et la composition minralogique (tableau 2-1). Associes aux rochesmtamorphiques, les roches magmatiques, dont les plus rpandues sont les granites,forment lessentiel de la crote terrestre continentale, bien quelles soient souventcaches sous les roches sdimentaires.

Les roches sdimentaires sont formes la surface de la terre sur le sol ou au fondde l'eau. Elles rsultent de la dsagrgation des roches prexistantes. Leur dpt encouches initialement proches de l'horizontale rsulte :

! de l'action des agents d'rosion et de transport (eaux, crues, glaciers, vent) quidposent finalement des roches dtritiques ;

! de l'activit des tres vivants (roches organognes) ;! de phnomnes physico-chimiques (roches hydrochimiques et salines formes

essentiellement par prcipitation).

Ces actions se combinent souvent et beaucoup de roches sdimentaires sont en faitd'origine mixte). Ces sdiments se consolident et se cimentent lorsqu'ils sont enfouisen profondeur (laugmentation de la temprature et de la pression favorisant desractions entre les minraux et les fluides interstitiels). Les roches sdimentairescouvrent 75 % de la surface des continents et la quasi totalit des fonds ocaniques,mais leur paisseur est limite.

Il y a de nombreuses classifications des roches sdimentaires fondes sur lacomposition chimique, la granularit des constituants ou le mode de formation quisont prsentes dans les ouvrages de gologie. On se limite citer les quatre groupes

principaux : grs, calcaires, roches argileuses, vaporites, en laissant de ct lesroches carbones (ptroles, charbons et lignites).

Les grs sont essentiellement constitus de grains de quartz (99,5 % pour le grs trspur de Fontainebleau), ils contiennent souvent des feldspaths et des micas. Les grsfeldspathiques sont appels arkoses, les grs recristalliss quartzites, les grscontenant des galets, poudingues ou conglomrats.

Les calcaires sont constitus essentiellement de carbonates de calcium (calcite ouaragonite) et de carbonate de magnsium (dolomie). Leur origine est organique, paraccumulation de dbris dorganismes marins (craies), ou de prcipitation chimique.

Les roches argileuses dont nous tudierons le comportement dans le chapitre 11,sont composes de minraux argileux (illite, kaolinite, montmorillonite,interstratifis), avec ventuellement des grains de petite dimension de quartz et

carbonates. Le terme argilite dsigne les roches argileuses au sens large. Les shalessont des argilites lites.

Les vaporites sont des sels prcipits lors de l'vaporation d'un liquide. A partir del'eau de mer les principaux minraux prcipits sont le gypse, l'anhydrite, le selgemme sous ses diverses formes dont la halite et la potasse (sylvinite).


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Physique des Roches 39

2.4.2 MTHODES DE MESURE DE LA PERMABILIT

Selon lordre de grandeur des permabilits mesurer, diffrentes techniquespeuvent tre utilises en laboratoire. Pour les fortes permabilits, les techniquesbases sur ltablissement dun coulement travers un volume reprsentatif de

roche sont prfrables : mthodes charge constante, charge variable. Dans ce casla permabilit est dduite par application directe de la loi de Darcy. Pour lespermabilits plus faibles, une mthode transitoire est couramment utilise : elleconsiste estimer la permabilit partir de lanalyse de la diffusion dun incrment(pulse) de pression dans un chantillon de roche, en systme ferm.

Figure 2-5 : Exemple de dispositifexprimental de mesure de la

permabilit

Le permamtre de type I.F.P.prsent sur la figure 2-5 permet deraliser des essais de permabilit enconditions de charge constante. Dans

le cas de linjection de liquide, lecalcul de permabilit se fait avec lesnotations suivantes, S : surfaced'injection (m2), Pg : pressiond'injection (Pa), Pf: pression en sortie(Pa), L : longueur de l'prouvette, Q :

dbit mesur (m3/s), : viscosit du fluide (Pa.s), (1 Pa.s = 1 Poiseuille = 10poises), par la formule :

kQ L

P P Sg f"

%

$

( )(2-11)

La permabilit au gaz est avec les paramtres dfinis dans lquation 2-11 et Patm,la pression atmosphrique (Pa) :

kQ LP

P P S

atm

g f

"

%

22 2

$

( )(2-12)

2.4.3 VARIABILIT DE LA PERMABILIT DES ROCHES

La permabilit des roches prsente une trs large gamme de valeurs : plus de 14ordres de grandeur sparent les roches les plus permables des roches les moinspermables. Pour fixer les ides, une permabilit de 1 Da rcy est une fortepermabilit, celle par exemple dun bon aquifre ; dans le domaine ptrolier, lapermabilit des roches rservoirs intressantes est suprieure la centaine demillidarcy. A loppos, pour le stockage en profondeur de dchets radioactifs, onrecherche des permabilits bien infrieures au microdarcy. Les roches tantsoumises in situ des conditions (contraintes, temprature ...) qui ne sont pas celles

de la surface, il est intressant de connatre quelle est lvolution de la permabiliten profondeur. Celle-ci est en grande partie tributaire de la manire dont lesproprits gomtriques des rseaux de pores ou de fissures (volume accessible aufluide, connectivit) sont modifies en rponse lapplication de contraintes ou detempratures leves. Pour ce qui est de leffet des contraintes, il faut sparer leffetde la contrainte moyenne de celui du dviateur.

Dbimtre

Pfsortie

Pginjection

Eprouvette

Enveloppe encaoutchoucConfinement


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Dans un premier temps, examinons comment varie la permabilit dune rochesoumise une pression moyenne croissante. Pour des roches satures, la contraintemoyenne prendre en considration est la contrainte effective $' = $ bp. Danscette relation, $ est la contrainte moyenne totale gale la trace du tenseur descontraintes, p est la pression du fluide prsent dans lespace poreux ou pression de

pore, et b est le coefficient de Biot, compris entre 0 et 1 (chapitre 10). Cette loiconstitue une manire synthtique de prendre en compte les rles antagonistes jouspar l'tat de contrainte et la pression de pore sur la dformation du milieu poreux.Une augmentation de contrainte effective a toujours pour effet de rendre le milieuplus compact, et par consquent de rduire le volume accessible au fluide : il enrsulte une diminution de permabilit. La chute de permabilit observe dpendfortement de la gomtrie des pores : elle prend souvent la forme dune loiexponentielle du type :

k = k0 exp[-1$](2-13)

Lamplitude de la dcroissance est fixe par le paramtre 1 qui dpend de la naturedes roches : dune manire gnrale, plus le facteur de forme des pores est faible,plus le milieu poreux est dformable, et plus la permabilit sera sensible des

variations de pression.

Lapplication dun dviateur de contrainte provoque dans la roche des dformationsimportantes : lorsque la contrainte est suffisamment basse, la dformation restelastique, mais lorsque la contrainte dviatorique devient grande, la dformationdevient inlastique, avec dveloppement de fissures qui vont affecter profondmentle comportement du matriau. En laboratoire la configuration classiquement utilisepour mettre en vidence le rle des contraintes dviatoriques est celle de lessaitriaxial. L'volution de la permabilit suit celle des microstructures : dcroissancelorsque la dformation de la roche est contractante, augmentation lorsque ladformation devient dilatante. Cette hypothse, somme toute logique, a t vrifiedans des roches faible porosit mais peut tre mise en dfaut.

2.4.4 LIEN ENTRE PERMABILIT ET MICROSTRUCTURE

La permabilit dune roche est entirement dtermine par la gomtrie de sonrseau de porosit. La relation entre les deux est cependant loin dtre vidente, etnombre de modles ont t dvelopps pour estimer la permabilit partir desproprits microstructurales des roches. Dans tous ces modles, le problme clconsiste dterminer une longueur caractristique pour les processus de transport defluide : en effet une telle chelle de longueur doit exister, puisque la permabilit,dun point de vue dimensionnel, est homogne [L2]. Comment partir de laconnaissance (mme approximative) des proprits gomtriques du milieu poreuxpeut-on prdire la valeur de la permabilit de ce milieu ? Quels sont les paramtresmicrostructuraux qui contrlent les proprits de transport dans les roches ? Laphysique des roches essaie de rpondre ces questions depuis trs longtemps dj.Le problme pos consiste tablir une passerelle entre lchelle microscopique(celle des pores et des grains) et lchelle macroscopique (celle laquelle est dfinie

la permabilit).

Dans le modle de milieu quivalent, la longueur caractristique est dfinie partirde grandeurs macroscopiques trs simples, savoir le volume de porosit Vv etlaire Ap de linterface pore-solide. La relation classique de Kozeny-Carman donnelexpression de la permabilit dans lapproche du milieu quivalent :


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kR n

t

h"

2

22(2-14)

o le paramtre Rh = Vv /Ap, appel rayon hydraulique, constitue la longueurcaractristique recherche. Les autres paramtres sont la porosit n et la tortuosit t,alors que 2 est un facteur qui dpend de la gomtrie des pores, et qui prsente unevariabilit trs faible (approximativement entre 2 et 3). Le point faible du modlerside dans le paramtre tortuosit, qui quantifie laccroissement de la distanceparcourue par le fluide, difficile estimer en raison de la complexit topologique dumilieu poreux.

Une approche diffrente est possible. Au lieu dutiliser des grandeursmacroscopiques, on peut sattacher dcrire les processus dcoulement lchelledes composants lmentaires (les pores, les fissures), puis par diffrentes techniquesremonter la proprit macroscopique, la permabilit. A lchelle locale,lcoulement dans les pores et les fissures considrs comme des entits propres estrgi par la loi de Poiseuille. Ces pores et ces fissures interagissent entre eux du faitde lexistence de connexions multiples dans les milieux poreux. Linformation

essentielle fournir concerne la distribution statistique des propritsdimensionnelles des pores ou des fissures, reprsents par des canaux dcoulementindividuels. On peut considrer une distribution alatoire de tubes ou sattacher dcrire de manire plus dtaille la topologie complexe des milieux poreux par uneapproche de type rseau.

2.5 PROPRITS ACOUSTIQUES

La caractrisation des matriaux rocheux par des mthodes ultrasoniques estcouramment utilise. L'tude de la propagation des ondes de compression et decisaillement dans un matriau l'tat sec et satur permet d'valuer les propritsphysiques du matriau telles que sa porosit, son tat de fissuration et ses propritslastiques (module de Young, coefficient de Poisson). L'analyse des signauxultrasoniques en terme d'attnuation a t surtout exploite en physique des roches

ptrolire. Ce paramtre est particulirement intressant pour l'analyse del'anisotropie d'un matriau, soit structurale, soit lie une microfissuration.

2.5.1 PROPAGATION DES ONDES DANS UN MILIEU LASTIQUE

La physique des roches classique s'intresse la propagation des ondes de volume Pet S, caractrises par leurs vitesses (premires et secondes, daprs lordre de leurrception) et leur attnuation. Les quations de propagation des ondes dans unmilieu lastique et viscolastique sont indiques en annexe du prsent chapitre. Pourune onde P, le mouvement vibratoire a lieu suivant la direction de propagation etaffecte le volume de la roche. Vp est donc la vitesse d'une onde de compression (ouonde longitudinale).Vs est la vitesse d'une onde de cisai l lement (ou ondetransversale), dont le mouvement vibratoire a lieu dans un plan normal la directionde propagation. Elles sont plus lentes que les ondes P et ne se propagent pas dans

l'eau.Vp et Vs tant exprimes en fonction des coefficients de Lam, la mesure du tempsde propagation d'une onde ultrasonique dans une roche permet de remonter auxmodules lastiques. Dans le cas d'un matriau isotrope, le calcul du coefficient dePoisson 3 et du module de Young E est le suivant :


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3 =1/2 - (Vs/ Vp)

2

1 - (Vs/ Vp)2 (2-15)

E = #Vp2

(1+3) (1-23)(1-3) (2-16)

Il est donc indispensable de mesurer Vp et Vs pour calculer E et 3 ; trop souvent Vpest seul mesur, E est dduit en supposant 3 = 0,25.

Ltat de saturation du matriau influe sur l'volution de ses proprits ultrasoniqueset a fait l'objet de nombreux travaux dont une grande partie concerne des calculsprdictifs de vitesses ultrasoniques sur un matriau multiphasique et traitegnralement d'un tat totalement satur par rapport un tat sec. La propagationd'une onde purement lastique dans un milieu biphasique solide/liquide (rochetotalement sature) a t dcrite par Biot qui a introduit les notions de couplageinertiel fluide-solide et de dplacements relatifs de ces deux phases. Les relationsentre saturation partielle et proprits ultrasoniques sont plus complexes ; leuranalyse ncessite des suivis exprimentaux trs rigoureux et fait intervenir, d'unpoint de vue thorique, des mcanismes l'chelle du pore (coulements locaux) etdes notions de distribution des fluides dans les rseaux poreux.

Figure 2-6 : Mesure des vitesses desondes ultrasonores

Les vitesses des ondes sontmesures laide dun dispositifdont un exemple est reprsent surla figure 2-6. Lprouvette a deuxfaces planes et parallles, un produitcouplant est plac entre lprouvetteet les cramiques pizolectriques P

et S. Les cramiques ondes Sdoivent conduire un mouvementperpendiculaire la direction depropagation, metteur et rcepteursont donc polariss. Le signal estvisualis sur loscilloscope et stock

pour un traitement en terme dattnuation. Les vitesses des ondes P et S sont ensuitecalcules de la faon suivante :

Vp ou Vs (m/s) =L

t(2-17)

avec : L (en mtres), longueur de l'chantillon ; t (en secondes), temps de parcours lusur l'oscilloscope.

2.5.2 ATTNUATION

Le signal ultrasonique qui se propage dans une roche s'attnue au cours de son trajet.Cette attnuation est due des interactions entre l'onde et le milieu de propagation.Il faut distinguer l'attnuation intrinsque, lie l'anlasticit de l'ensemble matricesolide-fluide saturant, de l'attnuation extrinsque due la diffraction de l'onde parrflexion (interfaces, gomtrie de lprouvette). L'attnuation se caractrise par une

micro - ordinateur

oscilloscopegnrateur

metteur

rcepteur


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des ondes Vi, de chaque minral constitutif de la roche, les coefficients depondration tant les teneurs ci, de la roche en chaque minral :

IC (%) = 100Vp

Vp* avec Vp* = 5 ci x V i (2-18)

Ce rapport des vitesses varie comme le rapport K/K* des compressibilits K globale(bulk modulus) de la roche et K* de la matrice (les minraux constitutifs de laroche) en fonction de la porosit de pores np et de la porosit de fissures nf, mais lasensibilit la prsence de fissures est beaucoup plus marque. On peut crire :

IC = 100(1 A np - B nf) (2-19)

avec nf+ np = ntotale et nf


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(figure 2-7) situes sous la droite des milieux non fissurs. On peut donc, partir dela mesure de la porosit, de la vitesse des ondes Vp, et du calcul de lindice decontinuit IC, estimer la densit de fissuration dune roche.

La vitesse des ondes P est sensible l'tat de saturation des roches. Le modle

classique explicatif est celui de Wyllie donnant la vitesse de propagation des ondes travers un milieu biphasique (phase 1 et 2) :

1 1

1 2V

n

V

n

V" +

%(2-23)

o V1, V2 sont les vitesses de propagation dans les milieux 1 et 2, n et (1-n) sont lesproportions volumiques des milieux 1 et 2.

Cette approche donne des rsultats satisfaisants pour des milieux consolids saturs(calcaires et grs) ; dans ce cas, le milieu 1 est le fluide, le milieu 2 la matrice, et n laporosit.

Une autre formulation de la propagation d'une onde dans un milieu biphasique a tpropose par Wyllie en tenant compte du module de compressibilit K et du

coefficient de Poisson 3 . La relation reliant la vitesse V K, 3 et la massevolumique # est de la forme :

KV

q"

+

# 2

1(2-24)

o q est un paramtre dduit des relations dquivalence entre modules lastiques,fonction du coefficient de Poisson 3'

De nombreux auteurs ont propos des formules de Wyllie modifies selon le volumede porosit prsent. En ralit le milieu nest pas toujours satur en liquide et il peutdonc contenir de lair et de leau ou plusieurs liquides. Les vitesses varient alorsselon la nature du liquide et son degr de saturation. Si on sintresse au cas duneroche partiellement sature en eau les variations de Vp et Vs avec le degr de

saturation Sr sont relativement complexes car plusieurs effets se superposent. Si oncompare les vitesses Vp et Vs en milieu sec et satur, on observe Vp sec < Vp saturet une petite tendance inverse pour Vs. Le module de compressibilit est plus leven milieu satur alors que le module de cisaillement reste constant et la densitaugmente avec la saturation.

Figure 2-8 : Influence de la porositde fissure sur l'volution des vitesses

des ondes P l'tat sec et satur pourdiffrents calcaires

Leffet de module lemporte dans lecas des ondes P et Vp augmente. Pourles ondes S leffet de densit est leseul et Vs diminue. Laugmentation de

la vitesse des ondes P dpend de lastructure du rseau poreux et de lavaleur de la porosit de fissure (figure2-8, pour diffrents calcaires).Desexemples dvolution des vitesses enfonction du degr de saturation sont

1

1,05

1,1

1,15

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Vpsat/Vpsec

nf (%)Gu1

D1Gu3J5J2

J1

Gu2

D2

Le

Eu


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prsents sur la figure 2-9. Les vitesses dcroissent globalement entre l'tat sec et undegr de saturation intermdiaire (Vp minimale) puis augmentent jusqu' une valeurmaximale correspondant la saturation totale. La saturation partielle de l'chantillonprovoque d'abord une augmentation de la densit donc une diminution de la vitesse.Par contre, quand les pores sont presque totalement saturs, ils sont plus difficiles

comprimer d'o une augmentation de la rigidit et de la vitesse. La comptition entreeffet de module et de densit est fortement dpendante du type de rseau poreux,puisque les variations sont diffrentes pour diffrents calcaires.

Les roches bien que contenant des minraux fortement anisotropes sont souventisotropes ou faiblement anisotropes. Si une anisotropie apparat cest quil existepeut-tre une orientation prfrentielle des minraux, mais surtout une orientation dela microfissuration affectant lchantillon. Les mesures de vitesses des ondespermettent de mettre en vidence lanisotropie de structure ou de fissuration et dedcider en fonction de son importance den tenir compte ou non dans un programmedessais mcaniques (chapitre 3). Considrons une symtrie hexagonale comme surla figure 2-10. La vitesse Vp sera la mme suivant les directions principales 2 et 3 duplan de base, mais elle sera plus faible dans la direction 1 affecte par les plansdanisotropie. Les ondes S sont mises et reues par des cramiques polarises de

manire ce que le dplacement des particules se fasse perpendiculairement ladirection de propagation. La vitesse de londe S suivant la direction 1 sera la mmedans toutes les directions, la vibration se faisant dans un plan homogne. Par contresuivant les directions 2 ou 3 le plan danisotropie est parallle la direction depropagation de londe.

Figure 2-9 : volution de la vitessedes ondes P avec le degr de

saturation dans diffrents calcaires(Sw=Sr)

Lorsque plan danisotropie et plande polarisation de londe sontconfondus lamplitude du signal et

sa vitesse sont maximales (Vsmax) etlorsquils sont perpendiculaireslamplitude du signal et sa vitessesont minimales (Vsmin). On dfinitun indice de birfringence IB qui estune caractristique du degrdanisotropie :

IBV V

V

s s

s

"%max min

max

(2-25)

Pour une direction intermdiaire le signal se dcompose en une composantepolarise selon le plan danisotropie, lautre tant perpendiculaire et la rceptionon aura deux signaux, dont lun sera damplitude et de vitesse suprieure lautre.

Selon la symtrie du matriau tudi on dtermine les directions de propagation etde polarisation ncessaires la dtermination de tous les paramtres lastiques. Lesfigures 2-10 et 2-11 montrent les directions de mesure ncessaires pour calculer tousles paramtres de la matrice de raideur. Lorsque le systme danisotropie estcompltement inconnu on peut le dterminer en multipliant les directions de mesure,puis calculer les modules lastiques correspondants.

Jaumont

Euville

Dugny 2

Gudmont 1

2,5

3,5

4,5

5,5

0 20 40 60 80 100

Vp x 1000 (m/s)

Sw (%)


109/241


Vp1

Vp3

Vp45

Vs21

Vs23

3

1

2

Vp12

Vs23

Vp23Vp3

Vp13

Vs21

Vp2

3

1

2

Vp1Vs13

Figure 2-10 : Directions de

propagation et correspond

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