Formation sur la géologie Sc02-11 Mars 2009

Formation sur la géologie Sc02-11 Bienvenue !

Informations générales Présentation des participants Horaire Mise à niveau en géologie La SAE sur les stromatolites Activité d’apprentissage techno sur la clé d’identification interactive des minéraux.

Le jeu de la planète bleue

Principaux constituants atomiques de la Terre

Organisation de la matière dans la croûte terrestre Roches Minéraux Molécules Atomes

La minéralogie Définition : Domaine de la géologie qui étudie la composition et les propriétés physiques des minéraux et leur formation.

Origine des minéraux Cristallisation d’un liquide qui par refroidissement passe de l’état liquide à solide.

Origine des minéraux Précipitation chimique

Les minéraux: description et identification Couleur (lorsque mouillée et au sec) Éclat (métallique, non métallique, vitreux, terreux, terne, lustré, etc) Densité (faible, moyenne ou forte) – reliée au poids (En général les roches mafiques-foncées sont plus lourdes car elles contiennent du Fe et Mg) Propriétés optiques (opaque, translucide) Textures (grenue, microgrenue ou aphanitic) relié à la vitesse de cristallisation Magnétisme (roches mafiques contiennent plus de minéraux susceptibles) Effervescence au HCl (acide) (calcite dans le calcaire) Dureté Trait (couleur différente de celle qui est présente e.g. olivine verte qui fait un trait blanc; la pyrite jaune= trait noir) Forme cristalline (apparence): Halite (sel) est cubique, quartz est hexagonal, etc. Clivage: plan de faiblesse des minéraux (mica- en feuillets…)

La dureté La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable d'un minéral à l'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d'autre plutôt tendres, comme le talc. Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10. Cette échelle a été construite par le minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par conséquent l'échelle de Mohs

L’effervescence

Trait La couleur de la poudre du minéral, obtenue avec une lime ou en écrivant avec le minéral sur de la porcelaine blanche non vernie, est beaucoup plus stable que celle des cristaux. Éclat La façon dont la surface d’un minéral réfléchit la lumière du jour lui donne un éclat bien particulier. L’éclat métallique de l’argenterie est rare chez les minéraux communs des roches. Le quartz a l’éclat du verre brisé (vitreux) ; la hornblende, un minéral noir ou vert foncé appartenant au groupe de amphiboles, a l’éclat du verre (vitreux) ou de la soie (soyeux).

Le pyroxène se clive à 90 degrés (dans les roches ignées mafiques). Transparence Un minéral peut être opaque ou on peut voir à travers clairement (transparent) ou indistinctement (translucide). Le mica muscovite est transparent. Clivage Certains minéraux se cassent le long de surfaces planes plus ou moins parfaites. La muscovite se clive parfaitement en feuillets (dans les roches ignées felsiques). Le feldspath se clive bien le long de deux familles de plans à peu près à angle droit (dans les roches ignées felsiques). Le pyroxène se clive à 90 degrés (dans les roches ignées mafiques). L’amphibole se clive à 120 et 60 degrés (dans les roches ignées mafiques). Le quartz n’a pas de clivage!

Clivage (suite): Les pyroxènes (l’augite est un exemple) se distinguent de leurs cousines les amphiboles par l’angle entre leurs deux familles de plans de clivage. De plus, une des familles de plans de clivage des amphiboles a un éclat brillant caractéristique. Cassure Quand un minéral n’a pas de plans de clivage ou qu’il se brise sans suivre un de ces plans, la cassure peut avoir un aspect particulier qui caractérise ce minéral. Le quartz ne se clive pas et il se casse en donnant une forme conchoïdale (= comme une conque, une coquille).

La minéralogie rejoint la pétrologie

La Pétrologie Définition La pétrologie est la science descriptive de ces roches , de leurs origines et de leur évolution Les roches de l’écorce terrestre sont classées en trois grandes familles distinctes : Les roches ignées (magmatiques) Les roches sédimentaires Les roches métamorphiques.

Qu’est-ce qu’une roche ? Une roche désigne tout matériau solide et cohésif constitué d’un assemblage de grains ou de plusieurs minéraux en proportions variables, plus rarement de matière minérale vitrifiée.

Le cycle pétrologique des roches (formation, transformation et destruction) Il faudra en premier déterminer si la roche est ignée, sédimentaire ou métamorphique

Le cycle pétrologiques et la théorie de la tectonique des plaques

Le Magma Le magma constitue le coeur de ce diagramme car il en est le point de départ et le point d’arrivée du cycle. Le magma est en fait de la roche qui subit d’énorme pression ce qui la rend extrêmement chaude et de consistance visqueuse. Celle-ci se retrouve dans les profondeurs de la terre et c’est lorsque qu’elle est à la surface qu’on lui donne le nom de lave. En plus de former la croûte terrestre, le magma est à l’origine des roches ignées (extrusives et intrusives)

Les roches ignées Elles proviennent, d'une masse en fusion qui s'est ensuite solidifiée. L’endroit et le moment où elles se sont cristallisées leurs confèrent différentes propriétés ce qui nous permet de les subdiviser en 2 grandes classes soit: A)Les roches ignées extrusives B)Les roches ignées intrusives

La grosseur des grains et le temps de refroidissement Structure des minéraux des roches ignées La dimension et l’arrangement des grains de minéraux dépendent des conditions de cristallisation : plus le refroidissement est lent, plus les cristaux peuvent se développer. Les roches extrusives (volcans) sont refroidis rapidement donc les minéraux sont aphanitiques / microcristallins / porphyrique. Les roches intrusives (dyke, filons couches, stock, plutons, batholithe) sont refroidis lentement donc les minéraux sont grenue ou phanarétiques

Cristallisation (exemple) Solidification, c’est l’action de se solidifier. Le passage direct l’état liquide à l’état solide. Cristallisation rapide

Les Roches Ignées Extrusives Ces roches sont formées par un refroidissement rapide du magma, lorsque celui-ci atteint la surface. Les cristaux n'ont donc pas le temps de se développer et ils demeurent petits ou sont absents. Ce type de texture est appelé aphanitique c'est-à-dire que les cristaux sont inférieurs à 1 mm. Obsidienne Andésite

Les Roches Ignées Intrusives Elles se forment lorsque le magma se refroidit lentement à l'intérieur de la croûte terrestre. Les minéraux ont donc le temps de cristalliser, ils deviennent visibles à l'oeil nu. On dit de ces roches qu'elles ont une texture à grains grossiers. Généralement à l’intérieur de chambre magmatique, Les roches ignées intrusives peuvent être exposées à la surface suite à l'érosion ou au soulèvement de la croûte terrestre. Diorite Granite

La pétrologie des roches sédimentaires Les roches sédimentaires Quelle que soit leur origine, la formation des roches sédimentaires repose sur 3 principes: Mobilisation Transport et dépôt Diagenèse Ils proviennent des sédiments ayant subi la diagenèse

Roches Sédimentaires Les roches sédimentaires sont le résultat de 4 phases soit; l’altération, le transport, le dépôt et la diagenèse. Classement selon la taille des particules (la granulométrie) et ensuite,par la composition de ces roches. Par contre, on distingue 3 grands groupes: Les roches sédimentaires d'origine détritique. Les roches sédimentaires d'origine chimique orthochimiques Les roches sédimentaires d'origine chimique allochimiques Gypse Orthochimiques

Détritiques (terrigènes): transport de matériaux Orthochimiques : Précipitation dans un bassin. Ex. : calcaire et évaporites Allochimiques : Précipitation et transport Exemples : coquillages et coquina

Transport Les résidus d’altération résultant de la météorisation peuvent être déplacés par différents moyens ; L’eau courante Le vent La gravité La glace

Les Roches sédimentaires détritiques Elles proviennent de dépôts qui se sont déposés selon la masse des débris, les plus lourds (blocs, galets, cailloux...) en premier, puis les plus légers (sable, poussière, argile, boue...). Des particules plus petites peuvent s'infiltrer entre les plus grosses pour les cimenter. On obtient ainsi des conglomérats. Conglomérat

Les Roches sédimentaires organique ou chimique Elles sont formées par des dépôts de substances chimiques qui se sont précipités ou encore par des substances organiques tel des algues microscopiques, coraux, plantes, tourbes, bois qui se sont déposées et accumulées. Sous la pression de l’eau ou des autres sédiments, il y a eu cimentation et création de roches. Les principales formes de combustible fossile sont en fait des roches sédimentaires. Limonite Silex EX: Orthochimiques sont les calcaires ayant précipités dans le bassin. Allochimiques sont ceux qui sont formé par l’amalgation de fragments de coquillages Un autre exemple des allochimiques ce sont les sables des plages du Sud.

Les roches sédimentaires Diagenèse Il s’agit de la phase ultime du phénomène sédimentaire : La compaction et la transformation d’un sédiment en roche. Elle se fait par Transformation minérale : Destruction de la matière organique et dissolution des squelettes remplacés par des minéraux Compaction : Sous l’action de la surcharge litho statique liée à l’enfouissement des sédiments La Cimentation : Le vides seront remplis par des éléments en solution ( Silice ou carbonates en général)

Diagenèse La diagenèse c’est tous les processus chimiques et mécaniques qui affectent un dépôt sédimentaire après sa formation. Les processus sont variés et complexes : ils vont de la compaction du sédiment à sa cimentation, en passant par la dissolution, la recristallisation ou le remplacement de certains minéraux.

La dénomination des sédiments et roches sédimentaires se fait en deux temps. D'abord selon la taille des particules (la granulométrie) chez les terrigènes et les allochimiques. Deux tailles sont importantes à retenir : 0,062 et 2 mm. La granulométrie n'intervient pas dans le cas des orthochimiques puisqu'il s'agit de précipités chimiques et non de particules transportées. Ensuite, on complète la classification par la composition minéralogique. La composition des particules des terrigènes se résume au quartz, feldspath, fragments de roches (morceaux d'anciennes roches qui ont été dégagés par l'érosion) et minéraux des argiles (par exemple, les sables des plages de la Nouvelle-Angleterre sont surtout des sables à particules de quartz avec un peu de feldspaths). Quant aux allochimiques, ce sont principalement des calcaires, ce qui est réflété par le suffixe CAL dans le nom. Les particules des allochimiques sont formées en grande partie par les coquilles ou morceaux de coquilles des organismes (calcite ou aragonite). Les sédiments des zones tropicales sont surtout formés de ces coquilles, comme par exemple les sables blancs des plages du Sud! Chez les orthochimiques, le nom est essentiellement déterminé selon la composition chimique.

Roches Métamorphiques Roches résultant du processus de métamorphisme. Les changements que subissent ces roches sont essentiellement d’origine chimique. Il n’y pas d’addition ou de soustraction de matière, à part une faible quantité d’eau et de gaz carbonique.

Métamorphisme A)Le métamorphisme local (contact) Ensemble des phénomènes autant physique que chimique qui donnent lieu à une altération des roches ignées, sédimentaire ou métamorphique pour en former des roches métamorphiques. Ce processus se fait toujours à l'état solide. Les principales formes de métamorphisme sont: A)Le métamorphisme local (contact) B)Le métamorphisme régional (dynamique) c) D’impact (rare)

Processus Métamorphique Métamorphisme Orthogneiss Granite Paragneiss Gneiss Schiste Métamorphisme Calcaire Marbre

Le Métamorphisme de contact L’effet est de moins en moins important au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la chambre. Résultat du métamorphisme de contact Cornéenne

Le Métamorphisme Ce type de métamorphisme s’effectue à la base de roches sédimentaires très épaisses. La pression engendrée par le poids fait augmenter la température et change l’état des roches en résulte souvent du schiste ardoisier. Schiste ardoisier

Le Métamorphisme Le métamorphisme thermodynamique (causé par la chaleur) se produit à la base des plaques tectoniques. En profondeur, les pressions sont énormes et les températures peuvent atteindre jusqu’à 800 degrés Celsius. Sous ces conditions, les roches subissent des modifications structurelles et chimiques qui leur confèrent de nouvelles propriétés nous permettant de les classer dans les roches métamorphiques. Le résultat de ce type de métamorphisme est la création de 3 type de linéations soit: Le clivage ardoisier La schistosité gneissosité

Les gneiss (gneissosité) : Roches foliées très communes dont les minéraux essentiels sont le quartz, les feldspaths, les micas (alternance de bandes claires et foncées) Ils peuvent provenir de roches sédimentaires (paragneiss ) ou granitiques (orthogneiss) Les schistes : Roches d’origine sédimentaire peu métamorphisées. (ex Schistes ardoisiers)

Prêt pas prêt, Paré pas paré, J’y vais ! Cahier de l’élève pg 5 Les origines des cercles incrustés dans la roche. Survol de la documentation sur le sujet.

La SAE sur les stromatolites Une SAE en 1 année du 2e cycle. Univers « Terre et espace » du programme SET. Évaluation de la compétence 2 (problématique) et 3.

Le programme…

Les concepts du programme

Les volets…

Mise en situation La région de l’Outaouais recèle de nombreux trésors géologiques qui sont les vestiges de millions d’années de vie et de bouleversements de la croûte terrestre. De sa formation jusqu'à nos jours, la structure géologique de notre région a subi de multiples changements. Certaines traces de ces changements demeurent encore visibles aujourd’hui. Il suffit de bien observer notre environnement pour y retrouver des fossiles, des minéraux ou des roches qui témoignent d’activités géologiques survenues il y a des milliards d’années. Certaines connaissances en géologie te permettront de réaliser que notre région possède un patrimoine géologique intéressant et parfois inattendu. De plus, la compréhension de la structure du sol t’amènera à comprendre plus facilement certaines problématiques liées à la construction de maisons et de routes. Rappelle-toi qu’en 2008 des maisons de la rue Lafrance à Gatineau ont dû être déménagées à cause de l’instabilité du sol!

Tâche complexe Nous te proposons d’agir comme expert-conseil d’une compagnie œuvrant dans le domaine du développement durable. La CCN (Commission de la capitale nationale) t’engage pour faire une étude portant sur une section des berges de la rivière des Outaouais, qui présente d’étranges formes circulaires incrustées dans la roche. Une rumeur veut que ces formes circulaires soient des stromatolites. L’étude devra permettre aux membres du comité de comprendre l’origine de ces cercles, leur formation et leur importance géologique. S’il y a lieu, précise de quelle façon la CCN pourrait mettre en valeur le site. Suite à ton rapport, le comité se prononcera sur la pertinence de préserver ou non ce site géologique. Allez chers experts, sachez expliquer ce mystère s’il en est un!

Mandat de l’élève Les élèves doivent : Cerner le problème. S’approprier les concepts touchés par l’étude sur les stromatolites. Les élèves doivent former des équipes de 2 personnes et se réunir pour compléter les activités d’apprentissage. Préciser leur mandat à la suite d’activités d’apprentissage. Produire un rapport qui précisera au comité : La nature du phénomène qui a engendré les cercles incrustés dans la roche. Le temps géologique où l’organisme a vécu. Le milieu de vie de l’organisme vivant. Les causes de la disparition de cet organisme vivant à cet endroit. La nature du substrat rocheux où le fossile se trouve. Donner votre opinion sur la nécessité de préserver ou non ce site géologique. Si vous recommandez de préserver le site, préciser de quelle manière.

Différentes façons d’administrer cette SAE Les cartes d’exploration et les activités d’apprentissage, permettent de présenter la SAE de différentes façons aux élèves. Il est possible d’ajuster le travail demandé en fonction des capacités que l’on désire développées chez les élèves.

Différenciation pédagogique

Les temps géologiques Cahier de l’élève pg 6 http://www.fossiles.qc.ca/

Les temps géologiques

Le vivant à cette époque

Le milieu de vie de l’organisme

Les causes de la disparition de l’organisme vivant Ouverture de l’Atlantique Séparation de la Pangée Graben d’Ottawa-Gatineau

Formations rocheuses qui composent notre région

Les formations rocheuses du précambrien Identifie les échantillons de : Granite Quartzite Gneiss Marbre

Les formations rocheuses du précambrien

Représentation des roches du précambrien en stratigraphie

Les formations de l’Ordovicien Le calcaire Le grès Le shale

Les formations rocheuses de l’Ordovicien

La représentation stratigraphique des formations rocheuses de l’ordovicien

Les formations rocheuses du Quaternaire L’argile Le sable Le tilt glacière

Les formations rocheuses du Quaternaire

La représentation stratigraphique des formations rocheuses au Quaternaire

Bibliographie 1- Géopanorama de la région d’Ottawa-Gatineau, Commission géologique du Canada http://geoscape.nrcan.gc.ca/ottawa/time_f.php. 2- Centre thématique fossilifère du Lac Témiscamingue : http://www.fossiles.qc.ca 3- Landry B. et Mercier M., Notions de géologie, Modulo éditeur, 1984, 437 pp. 4- Cours de pétrologie et identification des roches Pawel Olejczyk ... www.geog.umontreal.ca/donnees/geo2182/Automne2008/petrologie3.ppt 5- Site web de géopédia encyclopédie : http://www.geopedia.fr/

Clé d’identification interactive des minéraux Canevas de la tâche Cahier de l’élève Exemple d’objets interactifs