Anciens gisements du fossé rhénan et tectonique des plaques

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Exercices
Classe(s) : 1re S | Thème(s) : Tectonique des plaques et géologie appliquée


Le fossé Rhénan supérieur fait près de 300 km de longueur de Bâle à Francfort pour environ 40 km de largeur. Au sud du fossé, au nord de Mulhouse, on y trouve deux couches sédimentaires de sylvinite enfouies au milieu de centaines de mètres de sel contenant de la potasse (sel de potassium K). Celles-ci constituent le gisement de potasse d’Alsace, qui a longtemps fait la richesse de la région mais a cessé d’être exploité récemment. Le potassium est utilisé comme engrais.

1. Caractéristiques du gisement de potasse d’Alsace

Le minerai de sylvinite contient 25 % de chlorure de potassium KCl (sylvine), 60 % de chlorure de sodium NaCl (halite) et 15 % d’insolubles (marnes et anhydrite CaSO4). Ces couches sont datées de 32 Ma environ. Les fossiles sont exceptionnels dans de tels gisements. Toutefois, une faune bien conservée, représentée par des insectes, a été découverte dans une couche marneuse au milieu de la couche potassique inférieure. Par ailleurs, d’autres fossiles retrouvés dans les couches marneuses intercalaires indiquent des environnements d’eau douce à saumâtre.

2. Conditions de formation de la potasse

La potasse KCl se forme par précipitation chimique à partir d’une solution sursaturée (qui contient plus de sels minéraux qu’elle ne peut en dissoudre). La concentration de telles saumures se fait en général dans des lagunes fermées épisodiquement reliées à l’eau de mer ou dans des bassins continentaux soumis à une très forte évaporation, en climat aride mais pas nécessairement chaud (les lacs salés des Andes ont des moyennes annuelles de température très basses). Plus l’eau est froide, moins le KCl est soluble.

3. Exploitation du gisement de potasse

Les conditions d’exploitation étaient difficiles du fait de la profondeur des deux couches (entre 600 m et 1 150 m) et de la chaleur qui régnait à ces profondeurs. Ainsi à 1 000 m de profondeur, la température est de 55 °C au lieu de 35 °C dans d’autres mines. Le gradient géothermique de la région est anormalement élevé. Outre les risques d’éboulement, le principal danger provenait du risque d’explosion dû au grisou (méthane) qui pouvait se dégager à tout moment. Le gisement a été exploité jusqu’à son épuisement en 2002.

Doc. 14 Courbes d’égale profondeur (isobathes) du Moho
sous le fossé Rhénan


Au nord du fossé, la région de Pechelbronn (littéralement « Fontaine de poix ») a été exploitée pour ses hydrocarbures : production de graisses d’asphalte dès 1735 (bitumes) et accessoirement d’huiles de pétrole, puis lorsque les techniques d’extraction et de forage se sont améliorées, extraction importante des huiles de pétrole : 80 000 tonnes de pétrole produit par an en 1936.

Doc. 15 Coupe géologique réalisée dans le bassin de Pechelbronn


4. Le pétrole du fossé Rhénan : Pechelbronn

Pechelbronn peut revendiquer le titre de doyenne des sociétés pétrolières du monde : en 1740, l’exploitation de plusieurs puisards dans la région engendra la création de la première société mondiale par actions. L’exploitation commença à décliner vers 1955. En 1970, ce fut la fermeture définitive de la raffinerie. L’étude géologique du gisement a montré que le pétrole se trouvait dans la terre à l’état de sable imprégné.

Doc. 16 Remplissage sédimentaire
des bassins de Pechelbronn
au nord et potassique au sud


Indications pour la lecture :

Les poissons fossiles de la fin du tertiaire appartiennent notamment à une espèce fossile d’Amphisile. On trouve les espèces actuelles d’Amphisile dans les océans Indien et Pacifique, ce sont de petits poissons qui nagent en position verticale.

Les Foraminifères sont des micro-organismes caractéristiques des milieux marins.

Les marnes rayées bariolées et détritiques du Pechelbronn inférieur présentent une alternance de faunes d’eau douce, saumâtre et marine. Dans les 10 derniers mètres (marnes grises), on trouve une grande quantité d’ostracodes (petits crustacés) et de gastéropodes, plutôt caractéristiques d’un milieu lacustre.

Les Hydrobies sont des petits gastéropodes spiralés, très abondants dans les eaux saumâtres des estuaires et des lagunes. Mytilus est le nom donné au groupe des espèces de moules.

1. La géothermie est une ressource en cours de valorisation dans la région : elle s’intéresse à l’énergie stockée dans le sous-sol sous forme de chaleur. Comment expliquer cette chaleur anormalement élevée du sous-sol ?

2. Recherchez l’ensemble des caractéristiques du fossé Rhénan qui démontrent que ce fossé est un rift.

3. Le milieu était-il marin, lagunaire ou continental (lac) lorsque les couches de sylvinite se sont formées ? Justifiez votre réponse.

4. Les dépôts évaporitiques cessent à la fin du tertiaire. Quel type de milieu leur a immédiatement succédé ?

5. D’où vient le grisou, risque qui existe dans la plupart des mines ?

6. À l’aide de l’analyse de la nature des sédiments de chaque bassin, proposez une explication au fait que la sédimentation ait été différente au nord et au sud du fossé.

7. Quelles peuvent être les roches mères des hydrocarbures de Pechelbronn ?

8. En quoi ce bassin était-il plus favorable à la création d’un système pétrolier que le bassin potassique ?

1. C’est une question difficile à rédiger. Appuyez-vous sur l’analyse du document 14. Vous devez savoir que la croûte continentale a une épaisseur moyenne de 30 km. Par ailleurs, vous devez maîtriser les notions du chapitre 7 pour interpréter vos observations.

2. L’étude de la structure du fossé est importante, mais vous pouvez également trouver des arguments en étudiant l’épaisseur et la nature des sédiments.

4. Étudiez le document 16.

6. Dans ce type de question, on commence la rédaction par la sélection des observations importantes pour répondre (analyse). En l’occurrence, comparez ce qui est comparable : les sédiments qui se sont déposés dans chaque bassin à la même période. Puis on conclut avant d’interpréter.