cours 2 - des éléments aux roches (géosciences 1)

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Des éléments aux Des éléments aux roches roches

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Deuxième cours de Géosciences 1 - Université Lyon 1 Des éléments aux roches

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Page 1: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Des éléments aux Des éléments aux roches roches

Des éléments aux Des éléments aux roches roches

Page 2: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Qu’est-ce qu’une roche ?

ROCHEROCHE

Ensemble d’un ou plusieursminéraux

MINERAL

Ensemble d’un ou plusieurs types d’atomes

Page 3: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

1. La genèse des éléments (nucléosynthèse)a) Le concept d’atome b) Les isotopes : principe et applicationc) L’origine des éléments

2. Composition et structure des minérauxa) Espèces minérales et formes cristallinesb) Les silicates

3. Les différents types de rochesa) Les roches magmatiquesb) Les roches sédimentairesc) Les roches métamorphiques

Des éléments aux roches

Page 4: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La physique que nous connaissons fonctionnerait

jusqu’à 10-43s (temps de Planck) après le Big Bang

c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 5: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 6: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La nucléosynthèse primordiale10-43s (1032K)

5 particules « élémentaires » (protons, neutrons, électrons, neutrinos, photons)

Big Bang

Électrons capturés par les protons (atome Hydrogène)

Univers devient transparentÉmission du rayonnement fossile (2,7 K)

•Formation du noyau de 1H = 1 proton

•Fusion : formation du Deutérium D ou 2H

p + n = 2H

•De la même manière le Tritium 3H

D + D = 3H +p (qui se désintègre en

3He…)

D + n = 3H + •Puis c’est au tour de l’Hélium, du Lithium

En

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x !!!

300s (108K)

T<T fusion

10s (109K)

300 000 ans (3 000 K)

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thèse

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c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 7: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La Nucléosynthèse StellaireLes étoiles se forment. Les étoiles se forment.

Univers vide & froid MAIS Univers vide & froid MAIS ÉÉtoiles denses et toiles denses et chaudes chaudes !!

La fusion nucléaire peut redémarrer… dans les La fusion nucléaire peut redémarrer… dans les étoilesétoilesSynthèse des Synthèse des

éléments éléments

==

F(Densité, F(Densité, Température)Température)

= =

F(masse de lF(masse de l’’étoile)étoile)

c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 8: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La Nucléosynthèse Stellaire

c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Exemple de notre étoile : le soleil

Distance : 150 millions de km

Cœur : 15 millions de degrésSurface : 6 000 °C

Ni très gros, ni très petit

Ni trop chaud, ni trop froid

Etoile Naine Jaune

Dans 5 milliards d’années...

Géante rouge (dimensions * 100)

... puis naine blanche

Page 9: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Fusion dans le cœur des étoiles

Fusion de HS’arrête lorsqu’on

a consommé 10% du H

Géante rouge : Fusion de He-> C,N,O,F,Ne

M<0.07 MsNaine brune

Supergéante : Fusion de C, O

-> éléments jusqu’au Fe

M<8~10 MsNaine blanche

La Nucléosynthèse Stellairec) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 10: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La fin de la nucléosynthèse : les supernovae

Il faut trop dIl faut trop d’’énergie pour faire de la fusion énergie pour faire de la fusion nucléaire avec le Fe… donc le processus nucléaire avec le Fe… donc le processus ss ’’arrêtearrête

LL ’’étoile sétoile s’’effondre sur elle-même et exploseeffondre sur elle-même et explose

Explosion = énergie suffisante pour Explosion = énergie suffisante pour déclencher à nouveau des réactions de déclencher à nouveau des réactions de

fusion dans le coeur de Fe -> création d' fusion dans le coeur de Fe -> création d' éléments plus lourds que Fe.éléments plus lourds que Fe.

c) L’origine des éléments

1. La genèse des éléments

Page 11: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)
Page 12: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

2.

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3D

Page 13: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Des éléments différents se combinent pour former des composés

Liaisons atomiques

Il existe 3 types de Il existe 3 types de liaisonsliaisons entre atomes entre atomes

• IoniquesIoniques : empruntent des électrons (Cl : empruntent des électrons (Cl emprunte un électron à Na)emprunte un électron à Na)

•CovalentesCovalentes : partage équitable d : partage équitable d’’électrons électrons (liaisons entre atomes de C, diamant)(liaisons entre atomes de C, diamant)

•MétalliquesMétalliques : les électrons sont libres de : les électrons sont libres de passer dpasser d’’un atome à lun atome à l’’autreautre

Espèces minérales – Formes cristallines

2.

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Page 14: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

• cubique

• monoclinique

• orthorhombique

• rhomboédrique

+ systèmes triclinique, hexagonal, quadratique

ab

c = 90°a = b = c

abc = 90°; ≠ 90°

a ≠ b ≠ c

= 90°a ≠ b ≠ cab

c

≠ 90°a = b = c

7 systèmes cristallinsHalite (NaCl)

Gypse (CaSO4,2H2O)

Olivine(Mg, Fe)2 [SiO4]

Quartz (SiO2)

2.

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uxsur leurs caractères cristallographiques

2.

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Page 15: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

La classification des minéraux…

sur leurs caractères chimiques …

• sulfures

• halogénures (chlorures, fluorures, etc.)

• carbonates

• sulfates

• silicates

• éléments natifs Or

Pyrite (FeS2)

Halite (NaCl)

Calcite (CaCO3)

Gypse (CaSO4,2H2O)

Quartz (SiO2)

Espèces minérales – Formes cristallines

2.

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2.

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Page 16: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Les silicates2.

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Pourcentage en masse dans les roches continentales

2.

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Page 17: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

OSi

Nésosilicatesformés de tétraèdres

[SiO4]-4 isolés, reliés par des cations

ex. : olivine, grenat, etc.

Sorosilicatestétraèdres [SiO4]-4 unis par deux avec un O commun

Inosilicatestétraèdres [SiO4]-4 disposés

en chaîne simple (ex. pyroxène), ou double (ex.

amphibole)

Phyllosilicatestétraèdres [SiO4]-4 disposés

en feuillets ex. : argiles, micas

Tectosilicatestétraèdres [SiO4]-4 reliés

par leurs quatre sommets,tous les O étant communs

ex. : quartz, feldspaths

Cyclosilicatestétraèdres [SiO4]-4 disposés

en anneau avec des O communs

ex. : tourmaline, émeraude etc.

Les silicates

2.

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2.

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Page 18: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

3.

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iffére

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och

es

Familles (de roches) ?

Page 19: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque

3.

Les d

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Le cycle d’une roche

Cours 6Cours 6

Cours 8Cours 8

Ce coursCe cours

Page 20: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)
Page 21: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Les roches magmatiques

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque

3.

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Magma solidifié

Gros cristaux= texture grenue

Pâte vitreuse petits cristaux= microlithique

GraniteGraniteBasalteBasalte

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3.

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Les différentes roches Les différentes roches magmatiquesmagmatiques

Fusion de La Roche source

Magma Acide Magma Basique

RefroidissementRefroidissementlentlent

RefroidissementRefroidissementrapiderapide

RefroidissementRefroidissementlentlent

RefroidissementRefroidissementrapiderapide

Source riche en

Silice

Source pauvre

en Silice

VolcaniqueVolcanique VolcaniqueVolcaniquePlutoniquePlutonique PlutoniquePlutonique

Granite Rhyolithe Gabbro Basalte

Page 23: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

3.

Les d

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Cristallisation fractionnéeCristallisation fractionnée

Olivine : Olivine : 30% de 30% de SiliceSilice

Sili

ce d

an

s le

m

ag

ma

Temps

BasiqueBasique

AcideAcide

Pyroxènes : Pyroxènes : 40% de 40% de SiliceSilice

Page 24: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque

Les roches magmatiquesLes roches magmatiques3.

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•Acide ou basique selon leur contenu en Silice (chimie/minéralogie)

•Volcanique ou plutonique selon leur mode de mise en place (texture)

•Différenciées si elles sont issues de la cristallisation fractionnée (chimie/minéralogie)

Page 25: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

3.

Les d

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Page 26: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

www.pdac.ca

www.pdac.ca

www.ac-rennes.fr

Les roches métamorphiques3.

Les d

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- Degré croissant de métamorphisme +(P/T°)Boue argileuse

Schiste Gneiss

Déformation + fusion (~10%)

Migmatite

fusion

T°>800°C

Page 27: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

QuizzQuizzQuelle roche est métamorphique ?Quelle roche est métamorphique ?

12

3 4

Page 28: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Les roches sédimentaires

Classification selon la genèse (roches détritiques terrigènes, chimiques, organogènes,

résiduelles)

SILICOCLASTIQUES CARBONATÉES ÉVAPORITIQUES AUTREScarbonées, siliceuses,

etc.

4 principales catégories

Classification selon la composition

4%

1%

80% 15%

3.

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Page 29: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Les roches silicoclastiques

1 m

1 cm

10 cm

1 msite.voila.fr/tpe_de_capra

3.

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Page 30: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

Les roches carbonatées

www.ac-poitiers.fr www.ggl.ulaval.ca

Calcaires coquilliers Récifs coralliensForaminifères planctoniques

www.ifremer.fr

Quelques exemples… d’organismes producteurs de CaCO3

3.

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Page 31: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)

3.

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Page 32: Cours 2 - des éléments aux roches (Géosciences 1)
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Ce quCe qu’’il faut reteniril faut retenirCe quCe qu’’il faut reteniril faut retenir

•Les éléments ont été (ou sont) générés lors du big-bang, dans les étoiles et les supernovae

•Les minéraux sont un agencement structuré d ’atomes, de molécules et/ou d’ions

•Une roche représente une organisation de la matière macroscopique (des minéraux…) •Les 3 grandes familles de roches (sédimentaires, métamorphiques et magmatiques)

•Leur mode de formation, le cycle d’une roche

•Les éléments ont été (ou sont) générés lors du big-bang, dans les étoiles et les supernovae

•Les minéraux sont un agencement structuré d ’atomes, de molécules et/ou d’ions

•Une roche représente une organisation de la matière macroscopique (des minéraux…) •Les 3 grandes familles de roches (sédimentaires, métamorphiques et magmatiques)

•Leur mode de formation, le cycle d’une roche

Conclusion

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