Université Joseph Fourier, DLST STE 110; TP 1: - Cartes topographiques: les documents et leur utilisation pratique. - Les minéraux des roches

Matériel nécessaire en salle - Papier millimétré (trait bistre), format 21cm x29,7cm, non transparent et non ligné au verso: une pochette ou quelques feuilles. - Papier calque, format 21cm x 29,7cm: une pochette ou quelques feuilles. - Crayons ou porte-mines fins (0,5mm). - Crayons de couleur, un assortiment de couleurs usuelles. - Gomme plastique. - Taille-crayon - Règle plate graduée, de 30cm (en bon état!). - Rapporteur (gradué en degrés). - Calculette non alphanumerique

Informations Présence obligatoire (appel fait à chaque séance) Préparation du TP suivant Révisions des TP précédents (matériel disponible en salle des ouvrages) Pour la semaine prochaine: Poly carte géologique, étudier page 1 à 7 et 10-11 Préparer le TP 2 en révisant les planches notées TP1 dans le poly de TP

Partie I : Les cartes topographiques Différentes représentations possibles de la surface terrestre : photo, images, plans, cartes, Différentes cartes, utilité (routes, relief, …) Qu'est-ce qu'une carte ? Différence avec une photo aérienne ? Notion de projection, d'échelle, de symboles

Coordonnées géographiques http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/geosciences/geometrie/Cours_carto/carte_cours.htm Carte plane par définition, ne peut être un modèle réduit de la surface de la terre => nécessité d'une transformation

Projection cylindrique (de Mercator) représentation cylindrique oblique Projection cylindrique La surface de projection est un cylindre tangent ou sécant au modèle de la Terre. Les projections UTM , Gauss,... utilisent ce type de projection.   représentation cylindrique directe représentation cylindrique transverse

Projection conique  Lambert et Lambert 93 Représentation conique directe tangente La surface de projection est un cône tangent ou sécant Les projections Lambert et Lambert-93 utilisent ce type de projection. Les intersections entre le plan de projection et l'ellipsoïde forment des lignes appelées automécoïques. Représentation conique directe sécante  Lambert et Lambert 93

Projection azimutale  Stéréographie polaire Le plan lui même est tangent au modèle de la terre. La stéréographie polaire est un exemple de ce type de projection (carte du ciel, cartes des régions polaires,...). http://www.windatlas.ca/fr/faq.php Elle peut 腎re repr市ent仔 � l'aide d'un plan qui coupe la surface de la terre. Si une source de lumi俊e � l'int屍ieur du globe projette le graticule sur ce plan, on obtient comme r市ultat une projection cartographique plane ou azimutale.Dans l'Atlas canadien d'始ergie 姉lienne, le plan coupe la surface de la terre � la latitude Φ0 de 60 degr市 nord et la projection est faite par une source de lumi俊e plac仔 au p冤e sud. Cette projection peut 腎re consid屍仔 comme une vue de la terre au-dessus du p冤e nord. Cette projection convient aux domaines situ市 au voisinage de la latitude 60 degr市 nord. Elle est valide jusqu'au p冤e nord mais elle n'est pas recommand仔 pour des r使ions proches de l'子uateur car les d伺ormations augmentent d'une mani俊e importante d峻 qu'on s'en approche. Cette projection est appropri仔 pour le Canada.  Stéréographie polaire

Projection Lambert Cartographie IGN de la France Lambert-93 : projection conique sécante, du nouveau système géodésique français

Projection UTM (Universal Transverse Mercator) Système mondial de 60 fuseaux de 6 degrés d'amplitude en longitude La France est sur 3 fuseaux : * UTM Nord fuseau 30 : entre 6 degrés ouest et 0 degré Greenwich * UTM Nord fuseau 31 : entre 0 degré et 6 degrés est Greenwich * UTM Nord fuseau 32 : entre 6 degrés est et 12 degrés est Greenwich

Carroyage Lambert/UTM Extérieur noir : UTM fuseau 31 - Extérieur bleu : UTM fuseau 32 Bandes centrales : coordonnées géographiques grad et degrés Intérieur noir : Lambert III - Intérieur bleu : Lambert II étendu Croisillons : Lambert III

Carroyage Lambert Croisillons et amorces de croisillons Coordonnées Lambert de P : X = 860 + 0,750 = 850,750 km Y = 330 +0,800 =330,800 km

Coordonnées du point de rendez-vous ? Echelle ? 3328000 866000 X = 866 330 m Y = 3 327 230 m Echelle : 1/7200 867000 3327000

Codages carte topo Bleu : réseau hydrographique Vert : végétation Noir : planimétrie, constructions, toponymie Bistre : orographie

Points cotés & géodésiques

Courbes de niveau Ensemble de points à la même altitude. Couleur bistre. Courbes maîtresses (ou majeures) et intercalaires Tête des chiffres vers les altitudes croissantes. Ensemble de points à la même altitude. Couleur bistre. Courbes maîtresses (ou majeures) et intercalaires Tête des chiffres vers les altitudes croissantes.

Exo : Calcul pente Sur la carte 1/25000 : situer la salle de TP, repérer le point coté 1308 m près du Fort Saint Eynard. Après mesure sur carte, estimer la distance séparant ces 2 repères, calculer la pente moyenne en %, calculer l'angle en degrés entre ces 2 points et l'horizontale. Distance 1308 - St Eynard 4975 m Pente = (1308 - 210)/4975 = 0,22 = 22% Pente = tg (alpha) => alpha = 12°

IGN : DSU

IGN : Saint Eynard

Exo : Reconnaissance des formes topographiques A l’aide de la carte topographique au 1/25000, identifier sur la photo : la Bastille, le Mont Saint Eynard, le Mont Rachais, le Vallon de Narbonne, Chamechaude, la Pinéa, le Néron. La photo est prise de Cossey (sud de Fontaine, en dehors de la carte). Faire un schéma à main levée des reliefs observés sur la photo, que vous légenderez.

Schéma panorama

Versant avec ruptures de pentes

Ligne de faîte, talweg Repérage lignes de faîte, talweg. Forme de terrain montrant une ligne de faîte AB se digitant en 2 lignes de faîte BD et BC, cette dernière se digitant en EC et CF.

Exo : Figuré de falaise Dans la partie Nord-est du Néron : A l’est du point géodésique 1298, la falaise regarde-t-elle à l’est ou à l’ouest ?

Falaise proche d’une crête Exemple d’une falaise dont la limite supérieure remonte progressivement vers la ligne de faîte de A en B, pour être confondue avec cette dernière de B en C. Tracé de profils …

Exo : Profil topographique en utilisant la carte IGN 1/25000, entre les points suivants : La Garde (287 m) : 1 cm au nord de Fontanil Le Bas de Quaix (446 m) : 5 cm à l'ouest de Quaix Repérer : Les pentes régulières et les ruptures de pentes Les lignes de faîte et les talwegs Les falaises Déterminer l’altitude des points singuliers tels que : Point le plus haut, point le plus bas Pied et sommet de falaise Fond des talwegs Tracer le profil : Axes verticaux Centrage dans la feuille

Graphique non mis en forme

Graphique mis au propre

Partie 2 : Minéralogie

Exercices pratiques But : reconnaissance des minéraux les plus courants Matériel : Un plateau d’échantillons Une lame de verre, une lame d’acier, Une loupe grossissement 8 Un flacon d’HCl + polycopié : Aide-mémoire pour les exercices de pétrographie Rangement : Échantillons couchés, et selon ordre numérique Lames, loupes, HCl à remettre dans leurs boîtes Pas de tests sur les échantillons en circulation ou sur les fossiles!

Minéral Solide homogène existant dans la nature, qui possède une composition chimique définie Quartz : SiO2 Calcite : CaCO3 Dolomite : CaMg(CO3)2 Halite : NaCl Formation : - refroidissement d'un magma - précipitation de composants en solution sursaturée - ...

Cristal Solide dont les divers atomes sont arrangés de manière régulière selon une disposition fondamentale dont la répétition dans l'espace dessine le réseau cristallin Juste pour définir ce qu’est un cristal Halite : NaCl

Cristal Les 7 systèmes cristallins (pour information) Cubique Tetragonal ou quadratique Hexagonal Rhomboédrique Orthorhombique Monoclinique Triclinique Ne pas trainer sur cette diapo, elle vient à la suite des autres, il faut juste qu’ils retiennent que les cristaux se repartissent en 7 syst cristallin (qu’ils reverront plus tard, pour ceux qui continuerons les geosciences)

Quadratique Cubique Orthorhombique Monoclinique Rhomboédrique Zircon, Leucite, Rutile, … Olivine, Opx, Aragonite, Stibnite, … Grenat, Pyrite, Diamant, Halite, … Monoclinique Rhomboédrique Triclinique Hexagonal Graphite, Glace, Quartz, … Hb, Cpx, Staurolite, Gypse, … Pl, Talc, Disthène, … Calcite, Corindon, …

L’identification et description des minéraux Couleur (Attention!) Eclat Couleur d’abrasion Troncatures La forme de cristal Clivage La dureté Test HCl

Couleur Variétés de quartz Pour info attention au critère couleur ! Ex le qtz peut et a des couleurs différentes, celle-ci est en effet lié aux impureté etc… Variétés de quartz

Couleur Saphir Rubis Corindon Variétés de corindon: Al2O3 Pour info attention au critère couleur ! Ex le qtz peut et a des couleurs différentes, celle-ci est en effet lié aux impureté etc… Saphir Rubis Corindon Variétés de corindon: Al2O3

Pyrite Eclat métallique

Eclat non-métallique Illustration d’un éclat métallique Feldspath

Couleur d’abrasion Hematite

La forme des cristaux Automorphe : lorsque le cristal a pu se former en se développant librement, il est limité par des surfaces planes, souvent brillantes, aux orientations caractéristiques. Diapo importante, ce critère av être primordiale dans la détermination de la nature des roches magmatiques et de leurs constituant Xénomorphe : lorsque le cristal se développe dans les interstices résiduels d'une roche.

Plans de clivage dans un cristal Ces diapos et les deux suivantes, sont là pour illustré la notion de clivage (celle-ci est là encore caractéristique du minéral) Clivage Surface d’un cristal

Clivage Mica Pyroxène Amphibole

Clivage Halite Calcite

Plans de clivage de la calcite

Exo 1 : minéral, cristal I II III IV V VI Un fossile Echantillons contenant visiblement de la matière cristallisée III Echantillons ne contenant visiblement que des cristaux IV Echantillon contenant des cristaux disséminés dans une matrice homogène à l'œil nu V Echantillons paraissant constitués d'un seul type de minéral VI Echantillons constitués de plusieurs types de minéraux

Exo 1 : minéral, cristal I A10 II A1 A2 A3 A6 A7 A8 A9 III Un fossile A10 II Echantillons contenant visiblement de la matière cristallisée A1 A2 A3 A6 A7 A8 A9 III Echantillons ne contenant visiblement que des cristaux A1 A2 A3 A7 A9 IV Echantillon contenant des cristaux disséminés dans une matrice homogène à l'œil nu A8 V Echantillons paraissant constitués d'un seul type de minéral A1 A2 A3 (A4 A5) VI Echantillons constitués de plusieurs types de minéraux A6 A7 A8 A9

La dureté du cristal C’est la résistance d’un minéral à la rayure et à l’abrasion Une échelle de dureté a été établie en 1812 par Friedrich MOHS qui a classé 10 minéraux par ordre de dureté croissante, chacun d’eux pouvant rayer le précédent

Exo 2 : Tests de dureté (1) Objets Conseils Conclusion I Lame d'acier sur lame de verre II Echantillon n°1 sur lame de verre

Exo 2 : Tests de dureté (1) Objets Conseils Conclusion I Lame d'acier sur lame de verre Verre>Acier II Echantillon n°1 sur lame de verre A1>Verre Remarque : très peu de minéraux sont plus durs que le verre (Olivine, minéraux précieux) Si rayure sur le verre, Si02 probable Cristallisé => Quartz Non cristallisé => silice

Exo 2 : Tests de dureté (2) Effectuer les tests pour classer par dureté croissante : Échantillons A1, A3 et A4, ongle, verre, acier Remarque : très peu de minéraux sont plus durs que le verre (Olivine, minéraux précieux) Si rayure sur le verre, Si02 probable Cristallisé => Quartz Non cristallisé => silice

Exo 2 : Tests de dureté (2) Effectuer les tests pour classer par dureté croissante : Echantillon A1, échantillon A3, ongle, verre, acier Remarque : très peu de minéraux sont plus durs que le verre (Olivine, minéraux précieux) Si rayure sur le verre, Si02 probable Cristallisé => Quartz Non cristallisé => silice A1 > Verre > Acier > A3 > Ongle > A4

La dureté du cristal 1 talc 2 gypse ou sel ongle 3 calcite 4 fluorine acier 5 apatite 6 orthose verre 7 quartz 8 topaze 9 corindon 10 diamant

Exo 2b : tests HCl CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + H2O + CO2 Tester les échantillons A1, A2, A3

Exo 2b : tests HCl CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + H2O + CO2 Tester les échantillons A1, A2, A3 A1 et A2 : pas effervescence A3 : effervescence

Les variétés de CaCO3 Calcite : une forme de cristallisation du CaCO3, cristaux rhomboédriques. Minéral courant et ubiquiste. Minéral de référence dans l’échelle de Mohs, dureté 3. A3 : précipitation chimique dans des filons (remplissage de fissures dans les roches) -> cristaux bien visibles à l’oeil nu. Autre forme de cristallisation : Aragonite, orthorhombique, cristaux de forme hexagonale. Dans les roches sédimentaires (par ex calcaire et argilite du plateau), l’origine est généralement l’accumulation de squelettes et de coquilles et un peu de précipitation (bio-)chimique. Cristaux non visibles, mais vive effervescence à HCl. Remarque : d’autres carbonates font effervescence avec HCl : sidérose (FeCO3) mais le carbonate le plus courant dans les roches sédimentaires est le CaCO3, sous forme de calcite.

La Calcite CaCO3 Minéral très courant et ubiquiste! Couleur: transparent ou blanc laiteux (le + souvent) Système cristallin: rhomboédrique ‘Polymorphe’: l’aragonite (orthorhombique) Dureté = 3 Gisement: essentiellement dans les roches sédimentaires par accumulation de ‘tests’ d’organismes marins ou dans des filons par précipitation chimique Reconnaissance: - Test à l’HCl: précipitation +++ - Test de dureté: est rayé par l’acier Calcite : une forme de cristallisation du CaCO3, cristaux rhomboédriques. Minéral courant et ubiquiste. Minéral de référence dans l’échelle de Mohs, dureté 3. A3 : précipitation chimique dans des filons (remplissage de fissures dans les roches) -> cristaux bien visibles à l’oeil nu. Autre forme de cristallisation : Aragonite, orthorhombique, cristaux de forme hexagonale. Dans les roches sédimentaires (par ex calcaire et argilite du plateau), l’origine est généralement l’accumulation de squelettes et de coquilles et un peu de précipitation (bio-)chimique. Cristaux non visibles, mais vive effervescence à HCl. Remarque : d’autres carbonates font effervescence avec HCl : sidérose (FeCO3) mais le carbonate le plus courant dans les roches sédimentaires est le CaCO3, sous forme de calcite.

Le Quartz SiO2 Minéral très courant et ubiquiste! (oui, aussi!) Couleur: transparent, blanc laiteux (le + souvent) ou coloré ! Système cristallin: hexagonal Dureté = 7 Gisement: Dans tous les types de roches! C’est un minéral très important! (classifications) Reconnaissance: - Test à l’HCl: pas de précipitation - Test de dureté: n’est pas rayé par l’acier

Eléments majeurs croûte terrestre Ordre Elément % masse % volume 1 O 46,6 93,8 2 Si 27,7 0,9 3 Al 8,1 0,8 4 Fe 5 0,5 Ca 3,6 1,0 6 Na 2,8 1,2 7 K 2,6 1,5 8 Mg 2,1 0,3 Intro rapide : Total masse : 98% croûte terrestre Eléments majeurs des silicates Si et O : 75% de la masse de la croûte => silicates Les minéraux obtenus par combinaisons de ces différents atomes sont classés selon la quantité et l’arrangement cristallin des silicates Si : valence 4

Les silicates Si4+ : 0,42 Å O2- : 1,40 Å Les minéraux silicatés résultent de l'empilement de tétraèdres de [SiO4]4- Si4+ : 0,42 Å O2- : 1,40 Å

Les silicates Il existe 7 familles de silicates (pour info): Nesosilicate Sorosilicate Cyclosilicates Inosilicate (à chaîne simple ou double) Phyllosilicate Tectosilicate

Les silicates (SiO4)4- et Al, Fe, Ca, Na, K, Mg ! Les tétraèdres forment la structure de base mais cette structure est chargée négativement : Alors, on compense les charges par des cations! Si : valence 4 O : valence 6 Différents types de structures sont possibles selon les associations de tétraèdres : nésosilicates, innosilicates, phyllosilicates, tectosilicates. Les diapos sont là pour illustrer les différents types de silicates, il faut qu’il les reconnaissent (avec les critères) et prennent conscience qu’ils ont des formules différéntes. (SiO4)4- et Al, Fe, Ca, Na, K, Mg ! On finit par avoir les formules des minéraux !

Quartz SiO2 Tectosilicates Dureté 7 Structure tri-dimensionnelle très solide : chaque atome d'oxygène est partagé par 2 tétraèdres Formule : SiO2

Feldspath Tectosilicate Dureté 6 Substitution de Si par Al + ions K, Na, Ca Si : valence 4, Al : valence 3. Des ions K, Na, Ca insérés dans la structure rétablissent la neutralité de la charge électrique de l'ensemble. Peuvent être considérés comme les mélanges des 3 composés suivants, leur classification repose sur les quantités relatives de ces constituants : K (Si3 Al O8) orthose, Na (Si3 Al O8), albite Ca (Si2 Al2 O8) anorthite. Le mélange de ces deux derniers donne la série des plagioclases. Les feldspaths forment le plus important groupe de minéraux de la croûte terrestre. En combinaison avec d'autres minéraux, ils forment des granites, des diorites, des syénites.

Feldspath – Orthose KAlSi3O8 Dans A7 ou B1 Dureté 6, Couleur blanche ou rose, cristaux souvent automorphes et de grande taille, mâcle de Carlsbad

Feldspath – Plagioclase 1 cm Dans B3 Aspect blanc, souvent plus mat que l'orthose. Dureté 6. Mâcle polysynthétique rarement visible, qui confère un aspect nettement moins automorphe aux cristaux. CaAl2Si2O8 – NaAlSi3O8 (feldspath calco-sodique)

Macle

Macle polysynthétique Macle polysynthétique d’une labradorite (web) http://bca.cryst.bbk.ac.uk/bca/cnews/1998/Mar98/CCG97.html albite R.Weller/Cochise College

Muscovite Phyllosilicates mica « blanc » Dureté 2,5 à 3

Biotite Phyllosilicates – A gauche, échantillon perso à apporter À droite, dans B1. Plaquette hexagonales Minéral très tendre 3 cm 1 mm Dureté 2,5 à 3

Pyroxènes Inosilicates 1 cm 1 mm A gauche, dans B4. A droite, B8. Dureté 6 (SiO3)2- Clivages à 90°« marches escalier »

Amphiboles Inosilicates (Si4O11)6- Plans de clivage à 120° Dureté 6 5 mm Dans B3

Olivine Nésosilicates (Fe, Mg) SiO4 A gauche, échantillons perso à apporter. À droite, B9. Dureté 6.5 à 7 1 cm

A1 Quartz laiteux (origines diverses)

A2 Quartz hyalin Cassure conchoïdale

A3

A4

A5

A6

A6 (détail)

A7

A8

A9

A10

Plateau A A1 : Quartz laiteux A2 : Quartz hyalin A3 : Calcite A4 : Argilite calcaire A5 : Calcaire un peu argileux A6 : Grès grossier A7 : Granite A8 : Rhyolite A9 : Gneiss A10 : Fossiles variés, selon plateau