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Les témoins d'une histoire géologique

Exercice 1 • Sujet zéro 2020

Les témoins d'une histoire géologique

1 h 30

7 points

Intérêt du sujet • Il s'agit d'exposer les grands principes de chronologie relative de la formation des roches et des évènements qui les affectent. L'application de ces principes a permis de construire l'échelle des temps géologiques, une référence mondiale.

 

Une coupe géologique comme celle effectuée à partir de la carte géologique de Falaise témoigne d'un passé géologique.

Exposez les principes qui permettent de reconstituer une chronologie d'événements enregistrés et/ou de structures observées dans un objet géologique.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l'exposé soit étayé par des observations, des exemples… éventuellement issus du document proposé.

DOCUMENTCoupe géologique effectuée à partir de la carte géologique de Falaise

Falaise est une commune située dans le département du Calvados, en région Normandie.

svtT_2000_14_02C_01

Tableau de 9 lignes, 3 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Légende des formations de la carte;Nature des formations;Caractéristiques des formations;Corps du tableau de 8 lignes ;Ligne 1 : J; Jurassique; Sédiments calcaires marins; Ligne 2 : O4; Formation du grès de May (Ordovicien moyen); Sédimentation en milieu peu profond; Ligne 3 : O3; Formation des schistes d'Urville (Ordovicien inférieur); Formations marines profondes; Ligne 4 : O2; Formation du grès armoricain (Ordovicien inférieur); Formations marines littorales; Ligne 5 : k3; Formation des schistes violacés (Cambrien inférieur); Formations marines traduisant un recul de l'océan; Ligne 6 : k2; Calcaire à Rosnaiella1 du Cambrien inférieur; Calcaire marin traduisant des formations marines littorales; Ligne 7 : k1; Formation de conglomérats du Cambrien inférieur; Conglomérats de démantèlement de la chaîne cadomienne; Ligne 8 : b2; Terrains briovériens; Terrains intensément plissés suite à l'orogénèse cadomienne (–750 Ma à –540 Ma);

1 Les Rosnaiella appartiennent à un groupe d'animaux disparus à la fin du Cambrien et qui étaient des constructeurs de récifs.

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

Le mot-clé est « Principes ». Il s'agit de propositions considérées comme vraies, sur lesquelles repose le raisonnement permettant de dégager des conclusions sur les âges relatifs des structures géologiques. Après avoir énoncé un principe, on le met en œuvre dans l'analyse d'une situation (c'est un argument).

Étape 2. Exploiter le document

Le document présente des structures permettant d'illustrer les principes de superposition, de continuité, de recoupement, d'inclusion et la notion de discordance angulaire.

La légende des formations de la carte est un extrait simplifié de l'échelle stratigraphique qui intègre les principes de la chronologie pour les formations sédimentaires. Celles-ci sont de moins en moins âgées de bas en haut.

Le document donne une indication d'âge pour les terrains du Briovérien, mais les méthodes de la chronologie absolue sont hors sujet.

Étape 3. Construire la réponse

Mobilisez vos connaissances sur les principes de la chronologie relative. Recherchez ensuite dans le document l'observation qui illustre chacun de ces principes.

Tableau de 4 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : I. Principes d'exploitation des relations géométriques entre objets géologiques; Énoncez puis illustrez les principes de superposition, de continuité, de recoupement et d'inclusion.Indiquez la succession des phénomènes géologiques aboutissant à une discordance angulaire.; Ligne 2 : II. Apport des données paléontologiques; Énoncez le principe d'identité paléontologique.Rappelez les caractéristiques d'un bon fossile ­stratigraphique.; Ligne 3 : III. Échelle stratigraphique des temps géologiques; Expliquez le découpage des temps géologiques en ères, périodes et étages à partir de la légende de la carte.Exposez l'utilisation de la carte en datation relative.; Ligne 4 : Conclusion; Résumez les idées principales.Soulignez que les méthodes de la chronologie absolue ont confirmé et précisé la chronologie établie par l'application des principes de la chronologie relative.;

Introduction

La planète Terre, active depuis sa formation, a eu une histoire marquée par une succession d'évènements géologiques enregistrés dans les formations géologiques actuelles. L'analyse de ces traces permet, en appliquant les principes de la chronologie relative, de situer dans le temps relativement les uns par rapport aux autres ces évènements (quel est le plus ancien, quel est le plus récent).

Nous allons présenter ces principes et voir comment leur application à l'interprétation d'observations de terrain conduit à des conclusions sur l'âge relatif d'évènements ayant affecté la région étudiée.

Enfin, nous verrons que l'application de ces principes a permis de construire une échelle de référence mondiale des temps géologiques.

I. Principes d'exploitation des relations géométriques entre objets géologiques

A. Le principe de superposition

Les roches sédimentaires, résultant du dépôt de sédiments, sont disposées en couches ou strates superposées. D'après le principe de superposition, une strate est plus récente que celle qu'elle recouvre.

Le secret de fabrication

La consigne du sujet insiste sur la nécessité de fournir des observations, des exemples, éventuellement issus du document proposé. Celui-ci fournit plusieurs observations exploitables pour démontrer les différents principes de la chronologie relative.

La coupe géologique de Falaise montre une série sédimentaire allant des conglomérats jusqu'au grès de May. Bien que ces couches soient plissées, elles ont gardé l'ordre de leur formation. Les conglomérats sont la formation la plus ancienne. La couche calcaire qui les surmonte est plus récente que celle à conglomérats et plus ancienne que celle des schistes violacés.

Le principe de superposition s'applique aussi à la datation relative des terrains volcaniques formés d'une superposition de couches de laves.

B. Le principe de continuité

Une couche sédimentaire a le même âge sur toute son étendue. Par exemple, la coupe géologique de Falaise permet de suivre la couche des conglomérats sur l'ensemble de la section. Les conglomérats situés sous les terrains jurassiques au nord sont de même âge que les conglomérats k1 situés plus au sud.

à noter

La coupe géologique fournie n'était pas orientée. Elle l'a été dans ce corrigé pour faciliter le repérage des couches du document.

C. Le principe de recoupement

Des déformations diverses, plis, failles, plis-failles, intrusions magmatiques, peuvent affecter les terrains géologiques. Pour les dater, on applique le principe de recoupement : une déformation est postérieure à la formation des roches qu'elle recoupe.

La coupe géologique de Falaise montre au sud une faille qui affecte la couche des conglomérats et celle du calcaire à Rosnaiella. Une faille est une fracture des roches, accompagnée d'un déplacement relatif des terrains situés de part et d'autre de la faille. Ici, les terrains situés à droite de la faille (au nord) sont surélevés par rapport à ceux situés à gauche (au sud). La faille est postérieure à la formation des conglomérats et du calcaire.

De même, la faille située près de Saint-Pierre-du-Bû est postérieure à toute la série sédimentaire allant des conglomérats au grès de May.

Cette série sédimentaire est plissée. Or les couches sédimentaires se déposent horizontalement. Le plissement de ces terrains est postérieur à leur formation. Il a eu lieu après la formation des grès de May.

Imaginons un pluton granitique qui affleure et recoupe les terrains briovériens. Ce pluton proviendrait du refroidissement d'un magma formé en profondeur et qui se serait introduit dans les terrains briovériens. Il serait ainsi postérieur à ces derniers.

D. Le principe d'inclusion

Ce principe s'applique en particulier à l'échelle d'un échantillon de roche, et même à l'échelle du minéral. Il indique qu'un objet géologique inclus dans un autre est antérieur à ce dernier.

Les conglomérats sont des formations détritiques où des galets sont inclus dans une matrice argileuse. Les galets sont antérieurs à la formation du conglomérat. Dans la coupe de Falaise, les galets sont des fragments de roches des terrains briovériens.

Dans les terrains volcaniques basaltiques, il n'est pas rare de voir des enclaves de péridotites incluses dans le basalte. Elles sont antérieures à la formation du basalte.

E. L'histoire géologique révélée par les discordances angulaires

Une surface de discordance angulaire est une surface de contact entre deux formations superposées où la disposition géométrique des couches est différente. Cette surface témoigne de la chronologie d'évènements géologiques.

La coupe de Falaise, à droite (nord), montre des terrains jurassiques situés au-dessus des terrains sédimentaires plissés. Ces terrains jurassiques sont des calcaires marins qui sont disposés horizontalement. La surface de contact recoupe tous les terrains (conglomérats, calcaire, schistes). Cette surface est une surface de discordance angulaire.

D'après le principe de superposition, les couches du Jurassique sont plus récentes que les formations qu'elles recouvrent. D'après le principe de recoupement, la surface de discordance est postérieure aux formations sédimentaires qu'elle recoupe.

Cette discordance angulaire traduit donc la succession des événements géologiques suivants :

à noter

Une ­discordance angulaire plus ancienne sépare les terrains briovériens des terrains ­sédimentaires qui les surmontent. Elle est liée à l'orogénèse cadomienne, qui n'a affecté que les ­terrains briovériens.

1. dépôt de la série des formations sédimentaires allant de k1 à O4 (et même d'autres sédiments enlevés par la suite par l'érosion) ;

2. phase de plissement liée à la formation d'une chaîne de montagnes (orogenèse) ;

3. érosion des reliefs menant à leur pénéplanation ;

4. transgression de la mer dans la région, aboutissant au dépôt des sédiments à l'origine des terrains jurassiques.

II. Apport des données paléontologiques

Les formations sédimentaires renferment des fossiles, témoins des espèces animales ou végétales ou des micro-organismes ayant vécu au moment de la formation de ces roches.

L'évolution du monde vivant au cours de l'histoire de la Terre est marquée par le renouvellement des espèces. Une espèce apparaît, puis se maintient un certain temps et finit par disparaître, souvent en étant à l'origine de nouvelles espèces. La présence d'une espèce fossile dans une succession de strates traduit donc une durée.

Le principe d'identité paléontologique indique que les strates sédimentaires qui contiennent les mêmes associations de fossiles stratigraphiques sont de même âge. L'application de ce principe est précieuse pour établir une chronologie relative des couches sédimentaires éloignées les unes des autres et établir des identités entre différentes régions géologiques.

Un bon fossile stratigraphique a une grande répartition géographique à l'échelle mondiale. En outre, il a une relative faible extension verticale dans une série sédimentaire, ce qui signifie que l'espèce a eu une durée de vie brève à l'échelle des temps géologiques (un million d'années, parfois moins).

Des groupes d'espèces fossiles, comme celui des ammonites, ont eu une évolution marquée par un renouvellement rapide des espèces. Les fossiles d'ammonites sont très précieux pour établir des corrélations à distance.

Le secret de fabrication

Le document ne suffit pas à illustrer tous les principes de la chronologie relative. En particulier, il fournit très peu d'informations sur les fossiles des roches sédimentaires, à relier au principe d'identité paléontologique et à la notion de fossile stratigraphique. Il faut alors présenter vos propres exemples. Comme ici, l'allusion aux ammonites.

La couche k2 renferme des fossiles, les Rosnaiella, qui ont disparu rapidement. Si ces animaux constructeurs de récifs ont eu une grande extension géographique, ils pourraient être utilisés pour repérer les terrains cambriens.

III. Échelle stratigraphique des temps géologiques

En appliquant les principes de la chronologie relative, les géologues ont établi des coupures dans l'histoire de la Terre, et construit ce qu'on appelle une échelle stratigraphique. Les coupures les plus larges résultent d'évènements biologiques majeurs ayant conduit à un taux de renouvellement des espèces particulièrement élevé (crises biologiques). Ainsi, la première subdivision est celle des grandes ères : l'ère précambrienne, le Paléozoïque (ère primaire), le Mésozoïque (ère secondaire) et le Cénozoïque (ères tertiaire et quaternaire). La coupure séparant l'ère primaire et l'ère précambrienne est ainsi marquée par la diversification importante des fossiles des métazoaires au début de l'ère primaire, celle entre l'ère secondaire et l'ère tertiaire est marquée par la disparition des ammonites, des dinosaures et de bien d'autres espèces.

Les ères sont elles-mêmes subdivisées en périodes. Le Jurassique est par exemple une période de l'ère secondaire. Enfin, les périodes sont découpées en étages, qui sont les unités de base de l'échelle stratigraphique. Chaque étage est une unité définie à partir d'une coupe de référence dans une localité caractérisée par une association d'espèces de fossiles stratigraphiques.

Ainsi, si l'on retrouve les mêmes associations de fossiles dans une autre région, qu'elle soit proche ou non, on utilisera cette référence pour dater ces nouvelles strates. C'est ainsi que les noms donnés aux strates de référence dans une localité ont été utilisés pour donner un âge relatif à d'autres terrains, démarche qui est toujours valable.

Conclusion

L'étude géologique d'une région à partir d'observations de terrain et dans une perspective historique implique d'identifier les évènements géologiques l'ayant affectée dans le passé et leur chronologie relative. Celle-ci implique l'application de principes qui reposent sur la disposition géométrique des terrains les uns par rapport aux autres et sur la détermination précise des fossiles présents dans les différentes strates sédimentaires.

Les discordances angulaires sont très importantes à considérer car elles sont les traces d'une succession d'évènements géologiques.

Les fossiles stratigraphiques contribuent à situer dans le temps les formations sédimentaires d'une région par rapport à un calendrier géologique. Ce calendrier est une échelle stratigraphique, établie surtout à partir de critères paléontologiques.

L'échelle stratigraphique établie à l'échelle mondiale par les travaux de la chronologie relative a été confirmée par les méthodes de datation absolue. Celles-ci ont permis de dater les coupures de l'échelle et de donner au moins approximativement la durée des ères, périodes et étages.

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