Fiche de révision : Géodynamique externe et lithosphère

📋 Plan du Cours

1. Connaissance de la structure terrestre
2. Atmosphère et champ magnétique terrestre
3. Composition et couches atmosphériques
4. Hydrosphère et milieux aquatiques
5. Cycle de l’eau et eaux souterraines
6. Reliefs des fonds océaniques
7. Structure océanique et modèle pétrographique des ophiolites
8. Ophiolites et croûte continentale
9. Structure de la lithosphère continentale
10. Composition et épaisseur des lithosphères continentale et océanique
11. Mouvements des plaques et cycle de Wilson
12. Subsidence et classification des bassins
13. Structures d’effondrement et extension du Basin and Range
14. Bassins cratoniques simples et complexes
15. Bassins d’avant-chaîne
16. Apports sédimentaires et accommodation des marges passives
17. Biosphère et conditions du vivant
18. Notions des cycles biogéochimiques
19. Cycles du carbone et de l’azote
20. Cycles du phosphore et du soufre

📖 1. Connaissance de la structure terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Géoïde : Surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre qui représente la surface terrestre plus précisément qu’une approximation sphérique ou ellipsoïdale.

★ À maîtriser

• Le forage le plus profond ne dépasse pas 12 km, alors que le rayon terrestre est de 6 371 km, ce qui rend l’étude directe de l’intérieur du globe insuffisante.

• La sismologie étudie les séismes naturels et artificiels, la gravimétrie les variations de l’accélération de la pesanteur, le géomagnétisme le champ magnétique terrestre et la géothermie les températures internes et les phénomènes associés.

• La gravimétrie et la sismologie fournissent des informations globales et détaillées sur la structure profonde de la Terre grâce à leur importante profondeur d’investigation.

• Le noyau comprend une graine solide composée de 80 % de fer et de 20 % de nickel, ainsi qu’un noyau externe liquide composé de 86 % de fer, 12 % de soufre et 2 % de nickel.

• Le manteau comprend un manteau profond solide, une asthénosphère pâteuse et un manteau lithosphérique solide.

• Le Moho sépare la croûte du manteau entre 10 et 70 km, la discontinuité de Gutenberg sépare le manteau du noyau à 2 900 km et la discontinuité de Lehmann sépare le noyau externe de la graine à 5 000 km.

• La croûte terrestre et le toit du manteau constituent la lithosphère, qui a un comportement rigide.

Compléments

• Les études de laboratoire reproduisent les conditions thermodynamiques internes de la Terre et s’appuient sur la géochimie et la minéralogie.

• La croûte océanique est de composition basique, tandis que la croûte continentale est de composition acide.

📖 2. Atmosphère et champ magnétique terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Atmosphère : Enveloppe de gaz et de particules retenue autour de la planète par la gravitation.

★ À maîtriser

• La magnétosphère est le champ magnétique terrestre, qui dévie la plupart des particules chargées dangereuses provenant du Soleil et protège ainsi la Terre.

• Le vent solaire, qui se déplace à 300 à 800 km/s, rencontre le champ magnétique terrestre et forme une onde de choc; la plupart des particules sont déviées dans la magnétogaine, certaines sont piégées dans les ceintures de Van Allen et d’autres pénètrent par les cornets polaires et produisent des aurores.

Compléments

• L’atmosphère s’étend jusqu’à environ 500 km, sa masse est de 5,1480 × 10¹⁸ kg, la moitié de cette masse se trouve sous 5,5 km et 90 % sous environ 16 km; au-delà de 500 km commence l’exosphère.

💡 Astuce mémo

Vent solaire → magnétogaine → ceintures de Van Allen ou aurores polaires

📖 3. Composition et couches atmosphériques

★ À maîtriser

• Dans l’atmosphère sèche, les gaz majeurs sont le diazote à 78,084 % vol, le dioxygène à 20,946 % vol et l’argon à 0,934 % vol; leurs proportions restent fixes jusqu’à environ 90 km d’altitude.

• La quantité maximale de vapeur d’eau dépend de la température: elle peut atteindre 4 à 5 % vol à 33 °C, mais ne dépasse pas 0,6 % vol à 0 °C.

• L’ozone filtre les UV et son abondance est maximale vers 30 km d’altitude dans la couche d’ozone.

• La troposphère s’étend d’environ 8 à 9 km aux pôles et 15 à 16 km à l’équateur; elle contient 90 % de la masse atmosphérique et presque toute l’eau, et abrite les phénomènes météorologiques et les mouvements convectifs.

• Dans la stratosphère, située entre 10 et 50 km, la température remonte jusqu’à 0 °C en raison de l’absorption des UV par l’ozone, et les vents jet-stream peuvent atteindre 350 km/h.

• Au-delà de 80 km, la thermosphère ou ionosphère se réchauffe sous l’effet des UV, connaît une forte photodissociation et une concentration importante en électrons, et réfléchit les ondes radioélectriques.

Compléments

• L’argon atmosphérique est un gaz inerte produit dans la croûte terrestre par désintégration radioactive du potassium 40.

• La vapeur d’eau atmosphérique varie selon la latitude, atteignant 2,5 % vol sous les tropiques, 1,5 % vol aux latitudes moyennes et 0,5 % vol aux hautes latitudes.

• Le CO₂ est le principal gaz mineur et sa proportion moyenne mondiale était d’environ 0,0367 % en 1998 et 0,0423 % en 2024; il est le principal responsable du renforcement anthropique de l’effet de serre, tandis que la vapeur d’eau contribue le plus à l’effet de serre naturel.

• La pression atmosphérique est de 980 millibars au niveau de la mer, puis atteint la moitié de cette valeur vers 5 000 m, un dixième à 16 000 m, un centième à 31 000 m et 1,9 × 10⁻⁷ mb à 300 km.

• Dans la troposphère, la température diminue d’environ 6 °C/km et atteint −60 °C à la tropopause.

• Dans la mésosphère, située entre 50 et 80 km, la température descend jusqu’à −80 °C et l’ozone se raréfie.

💡 Astuce mémo

Troposphère ↓, stratosphère ↑, mésosphère ↓, thermosphère ↑

📖 4. Hydrosphère et milieux aquatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Débit : Volume d’eau qui traverse une section par seconde et se mesure en m³/s; il est maximal en crue et minimal à l’étiage.
• Bassin hydrographique : Région qui recouvre l’ensemble des affluents d’un fleuve.

★ À maîtriser

• L’hydrosphère contient environ 1,5 milliard de km³ d’eau, dont 93,9 % se trouve dans les océans, et représente environ 0,023 % de la masse terrestre.

• L’hydrosphère modèle la lithosphère par érosion, transport et accumulation des débris, pouvant former de nouvelles structures géologiques.

📌 Les mers sont des masses d’eau salée délimitées par des archipels, des îles, des péninsules ou des terres proches, tandis que les océans, plus vastes et plus profonds, séparent les continents.

• La salinité moyenne de l’eau de mer est de 35 g/l; elle atteint en moyenne 44 g/l dans la mer Rouge et descend à 2 g/l dans la mer Baltique.

Compléments

• Si elle était répartie uniformément sur le globe, l’hydrosphère formerait une couche d’environ 2 500 m, composée de 2 440 m d’océans, 59 m de glace et 1 m d’eau douce.

• Les océans et mers couvrent 361 millions de km² et masquent 71 % de la surface de la croûte terrestre à l’observation directe.

• Le plateau continental prolonge le continent jusqu’à environ 200 m de profondeur, puis le talus continental rejoint les grands fonds vers 3 000 m.

• La zone euphotique reçoit encore de la lumière et comprend la zone hémipélagique de 0 à −50 m et la zone mésopélagique de −50 à −200 m.

• La zone aphotique comprend la zone infrapélagique de −200 à −600 m, la zone bathypélagique de −600 à −2 500 m et la zone abyssopélagique au-delà de −2 500 m.

• Selon leur origine, les lacs peuvent être :

  • volcaniques
  • glaciaires
  • tectoniques
  • côtiers
  • karstiques
  • résiduels
  • alluvionnaires
  • de barrage

📖 5. Cycle de l’eau et eaux souterraines

🔑 Notions clés & Définitions

• Porosité : Proportion des vides par rapport au volume total de la roche.
• Perméabilité : Capacité des vides d’une roche à communiquer entre eux et permet à l’eau de traverser le milieu.
• Nappe fossile : Nappe qui ne se renouvelle plus depuis plusieurs milliers d’années et dont l’exploitation entraîne un épuisement inévitable.

★ À maîtriser

• L’eau existe sous trois états physiques — liquide, vapeur et solide — et circule dans un cycle fermé entre la Terre et l’atmosphère, sous l’effet moteur de l’énergie solaire.

• Le cycle hydrologique relie les réservoirs continental, atmosphérique et océanique.

• Dans le cycle externe, l’énergie solaire provoque l’évaporation, notamment au-dessus des océans, ainsi que l’évapotranspiration; la vapeur se condense, puis retombe en précipitations dans l’océan ou sur les continents, où l’eau s’évapore, est restituée par les êtres vivants, s’infiltre, ruisselle vers la mer ou est stockée.

📌 Une nappe libre est en contact avec l’atmosphère par une zone non saturée, tandis qu’une nappe captive, généralement profonde, se trouve entre deux couches imperméables et est saturée d’eau sous pression.

Compléments

• L’eau des nappes fossiles et l’eau constitutive des minéraux des roches ne participent pas au cycle de l’eau.

• Environ 5 × 10²⁰ g d’eau, soit 500 000 km³, s’évaporent chaque année et l’eau séjourne en moyenne environ neuf jours dans l’atmosphère.

• Dans le cycle interne, une partie de l’eau pénètre dans les roches selon leur porosité, leur perméabilité et leur fracturation, puis retourne au cycle externe; une autre partie s’intègre aux minéraux hydroxylés des argiles ou aux produits d’altération et de métamorphisme de la croûte océanique.

• Les aquifères poreux comprennent les sables, la craie, les graviers, les grès et les scories volcaniques; les aquifères fissurés stockent et font circuler l’eau dans les failles, fissures ou diaclases de calcaires, granites ou coulées volcaniques.

• En milieu karstique, les conduits et les grottes permettent une circulation de l’eau plus rapide que dans les autres types d’aquifères.

• Une nappe phréatique est une nappe libre peu profonde accessible aux puits habituels; son niveau correspond à la surface libre de la nappe et au niveau d’eau dans les puits.

• Le forage d’une nappe captive sous pression peut faire jaillir l’eau et produire un puits artésien.

• Toute nappe possède une zone de recharge où les eaux de surface, notamment celles des pluies et de la fonte des glaciers, s’infiltrent.

💡 Astuce mémo

La nappe est le contenu, l’aquifère le contenant

📖 6. Reliefs des fonds océaniques

★ À maîtriser

• La profondeur moyenne des océans est de 3 730 m et celle de la fosse des Mariannes atteint 11 035 m.

• Le plateau continental s’étend de 0 à −200 m; le talus descend jusqu’à environ −3 000 m, puis le glacis présente une pente plus faible avant la plaine abyssale située vers −5 000 à −6 000 m dans l’exemple atlantique décrit.

• La dorsale médio-atlantique remonte jusqu’à environ −2 000 m et appartient à un relief sous-marin long d’environ 60 000 km.

• La marge africaine de l’Atlantique est passive, sans sismicité ni volcanisme, tandis que la marge caraïbe est active et comprend un arc insulaire; les marges du Pacifique sont généralement actives.

Compléments

• Le rift axial de la dorsale médio-atlantique est large d’environ 30 km et profond d’environ 2 km.

💡 Astuce mémo

Plateau → talus → glacis → plaine abyssale → dorsale

📖 7. Structure océanique et modèle pétrographique des ophiolites

★ À maîtriser

• La couche 1 est constituée de sédiments non consolidés en surface et semi-consolidés en profondeur; son épaisseur est nulle près de l’axe des dorsales et augmente en s’en éloignant.

• La couche 2, ou socle, présente une vitesse des ondes P qui augmente rapidement avec la profondeur et comprend des basaltes épanchés sous l’eau près des dorsales.

• La couche 3, dite couche océanique, se distingue de la couche 2 par un gradient d’augmentation de vitesse des ondes P plus faible; les couches 2 et 3 forment la croûte océanique.

• Dans le manteau supérieur, une zone à faible vitesse située approximativement entre 100 et 250 km voit les vitesses des ondes P et S diminuer puis augmenter avec la profondeur; elle est considérée comme l’équivalent mécanique de l’asthénosphère.

• La lithosphère est constituée de la croûte et de la partie sommitale du manteau, solidaires et globalement moins déformables que l’asthénosphère sous-jacente.

• Le modèle pétrographique de la lithosphère océanique s’appuie sur des roches draguées près des fractures océaniques, l’observation de panneaux océaniques anormaux comme le banc de Gorringe et l’étude des complexes ophiolitiques.

• Les ophiolites diffèrent de la lithosphère océanique par des matériaux basaltiques et gabbroïques généralement moins épais et par des vitesses sismiques notablement plus faibles.

Compléments

• La lithosphère océanique est principalement étudiée par sismique réflexion et réfraction des ondes P et S, ainsi que par dispersion des ondes L; sa structure varie surtout verticalement, sauf près des dorsales et des marges.

• La couche 4 correspond à la partie supérieure du manteau, séparée de la croûte par le Moho; sous les dorsales, un manteau anormal de densité 3,15 présente une vitesse Vp de 7,1 à 7,6 km/s.

• Les natures de la couche 1 et du sommet de la couche 2 sont connues par forage, mais la nature des couches plus profondes est déduite principalement de méthodes indirectes.

📖 8. Ophiolites et croûte continentale

🔑 Notions clés & Définitions

• Aires continentales stables : Stille - Aires présentant une faible sismicité et une croûte épaisse d’environ 30 à 40 km.

★ À maîtriser

• Les ophiolites sont généralement considérées comme d’anciennes portions de lithosphère océanique incorporées à la croûte continentale dans les chaînes de montagnes.

• Pour les géologues, les continents désignent la croûte continentale, qui comprend les terres émergées, les plates-formes et les talus continentaux, et couvre environ 45 % de la surface terrestre.

• Les chaînes de montagnes récentes, formées depuis le début du Crétacé vers 140 Ma, se répartissent en ceintures péripacifique et mésogéenne, cette dernière étant aussi appelée alpine ou téthysienne.

📌 Dans les aires continentales stables, les boucliers exposent des roches éruptives et métamorphiques précambriennes, tandis que les plates-formes recouvrent ces ensembles précambriens de séries plus récentes, subhorizontales et peu ou pas déformées.

Compléments

• Les ophiolites fournissent un modèle pétrologique de la lithosphère océanique, différenciée verticalement et largement stratifiée.

• Les terres émergées couvrent 29 % de la surface du globe, tandis que la croûte continentale en couvre environ 45 %.

• Les continents se sont accrus progressivement par adjonction de chaînes de montagnes, ensuite aplanies par l’érosion et transformées en plates-formes, parfois déchirées par l’ouverture d’océans puis ressoudées dans de nouvelles chaînes.

• Les chaînes récentes comprennent une ceinture péripacifique à forte activité volcanique et une ceinture mésogéenne, de Gibraltar aux îles de la Sonde, où l’activité volcanique est moins importante.

• Dans les chaînes récentes, la croûte peut atteindre 70 km d’épaisseur et le soulèvement se poursuit à des vitesses de l’ordre du millimètre par an, tandis que l’érosion tend à niveler les reliefs.

• Les fossés ou grabens continentaux sont des sillons larges de 50 à 100 km et longs de plusieurs milliers de kilomètres, associés à une distension et à une croûte amincie jusqu’à environ 25 km.

📖 9. Structure de la lithosphère continentale

★ À maîtriser

• La discontinuité de Mohorovičić, ou Moho, sépare la croûte du manteau dans les lithosphères continentale et océanique.

• L’asthénosphère, plus déformable que la lithosphère rigide sus-jacente, est généralement plus profonde, voire absente, sous les continents que sous les océans.

Compléments

• Le forage continental le plus profond mentionné atteint 12 km dans la presqu’île de Kola, au nord de l’URSS.

• Les forages et les observations de surface sont complétés par des méthodes géophysiques indirectes, seules disponibles pour les profondeurs supérieures à 5 ou 10 km.

• Dans la croûte continentale stable, la discontinuité de Conrad est associée à la limite entre croûte supérieure et croûte inférieure, vers 15 à 20 km de profondeur.

• L’existence et l’unicité de la discontinuité de Conrad sont discutées, et celle-ci disparaît sous les chaînes de montagnes récentes.

• Des zones intracrustales à faible vitesse sismique, probablement plus déformables que les niveaux voisins, sont observées dans les chaînes récentes à des profondeurs de 15 à 40 km, tandis que leur présence dans la croûte stable est discutée.

• La lithosphère continentale est généralement plus épaisse que la lithosphère océanique et peut dépasser 300 km sous les boucliers précambriens.

💡 Astuce mémo

Moho sépare croûte et manteau ; Conrad distingue parfois les croûtes supérieure et inférieure.

📖 10. Composition et épaisseur des lithosphères continentale et océanique

★ À maîtriser

• La croûte continentale supérieure comprend principalement d’anciennes roches sédimentaires ou volcaniques déformées ou métamorphisées, ainsi que des massifs intrusifs de granite ou de granodiorite.

• La croûte continentale inférieure, située à plus de 15 ou 20 km de profondeur, est principalement représentée par des roches métamorphiques du faciès granulite, denses et sèches, dont la pauvreté en eau les a préservées de la fusion.

• Dans le manteau infracontinental, les roches échantillonnées sont essentiellement des lherzolites contenant olivine, orthopyroxène et clinopyroxène, équilibrées dans le faciès à spinelle ou à grenat selon la profondeur.

• La croûte continentale a une épaisseur moyenne de 35 km, contre 7 à 8 km pour la croûte océanique.

• La lithosphère continentale dépasse souvent 200 km d’épaisseur, tandis que la lithosphère océanique mesure généralement moins de 100 km.

📌 La croûte océanique est principalement basaltique et gabbroïque, la croûte continentale inférieure est principalement granulitique et la croûte continentale supérieure a schématiquement une composition granitique ou granodioritique.

📌 La croûte océanique résulte de l’extraction directe de liquides magmatiques basaltiques du manteau, tandis que la croûte continentale a une origine plus complexe, impliquant des magmas issus plus ou moins directement du manteau et le recyclage de matériel crustal par érosion, sédimentation et métamorphisme.

Compléments

• Sur les plates-formes et dans les bassins, les séries sédimentaires subhorizontales déposées depuis le début du Paléozoïque ou du Mésozoïque dépassent rarement 4 à 5 km d’épaisseur.

• Les enclaves crustales remontées par les volcans fournissent une grande partie des données sur la croûte continentale inférieure.

• Les enclaves de kimberlites, roches magmatiques ultrabasiques mises en place dans des cheminées volcaniques, constituent des sources de données sur le manteau infracontinental et sont les principaux gisements de diamants.

• Les éclogites sont des roches de composition basaltique recristallisées à haute pression et à haute température, présentes en proportions moindres que les lherzolites dans les échantillons du manteau infracontinental.

• Sous les vieux boucliers précambriens, le manteau lithosphérique paraît moins appauvri en éléments incompatibles que le manteau lithosphérique océanique, et les rapports isotopiques du Nd et du Sr indiquent une lithosphère sous-continentale peu différenciée par rapport au manteau primitif.

📌 La croûte continentale peut être approximativement subdivisée en croûte supérieure de densité 2,7 et en croûte inférieure de densité 2,9.

• La croûte continentale est plus hétérogène et moins rigide que la croûte océanique, et ses zones à faible vitesse peuvent faciliter sa déformation.

📌 Une marge continentale active correspond à une discontinuité nette entre lithosphères en contexte de subduction, tandis qu’une marge passive représente une zone potentielle de faiblesse entre les deux types de lithosphères.

💡 Astuce mémo

Croûte continentale : épaisse, hétérogène et déformable ; croûte océanique : mince et basaltique.

📖 11. Mouvements des plaques et cycle de Wilson

🔑 Notions clés & Définitions

• Obduction : Passage anormal d’une lithosphère océanique sur une lithosphère continentale, comme phénomène annexe de la subduction.

★ À maîtriser

• Les plaques lithosphériques sont des provinces géographiques indépendantes dans lesquelles la lithosphère est découpée, et l’asthénosphère plastique est le siège de courants de convection associés à leur mouvement.

📌 Les plaques océaniques ont une croûte supérieure de densité moyenne 3,1 et de composition basaltique, les plaques continentales une croûte de densité moyenne 2,7 et de composition granitique, et les plaques mixtes comprennent des parties océaniques et continentales.

📌 La convergence rapproche les limites de plaques et est caractérisée par des failles inverses, la divergence les éloigne et est caractérisée par des failles normales, tandis que le décrochement les fait coulisser le long de failles décrochantes.

• Lors d’une subduction, une plaque passe sous l’autre, le plus souvent une plaque océanique plus dense, et s’enfonce dans le manteau suivant un angle variable.

• La collision de plaques de densité voisine provoque un raccourcissement régional, des déformations souples ou des ruptures fragiles et l’épaississement crustal, conduisant à l’orogenèse et à la formation d’une suture entre les plaques.

• La divergence écarte deux plaques, crée un vide comblé par l’ascension de magma qui forme des intrusions ou des éruptions, et contribue à créer une nouvelle lithosphère océanique tout en amincissant la croûte.

• Le cycle de Wilson décrit le regroupement cyclique des continents en supercontinents, puis leur dislocation et la formation de super-océans.

• 🔄 Les étapes du cycle de Wilson sont : formation d’un rift intracontinental, ouverture d’un océan, évolution du bassin océanique, initiation de la subduction, fermeture de l’océan par collision continentale

Compléments

• Les vitesses mesurées des mouvements des plaques sont de l’ordre de 1 à 20 cm par an.

• Les séismes profonds de 300 à 700 km liés à une subduction se répartissent selon le plan de Wadati-Benioff.

• Le décrochement fait coulisser les plaques avec frottement le long d’une faille verticale ou presque, où se produisent d’importants séismes.

• Le cycle de Wilson dure de l’ordre de 400 à 600 Ma et aurait dû se répéter environ 8 à 12 fois au cours des temps géologiques.

• La fragmentation des supercontinents s’accompagne de la formation de nouvelles dorsales, d’une hausse du niveau moyen des océans et d’une modification du climat, tandis que leur rassemblement forme des chaînes de montagnes.

• La mer Rouge illustre un bassin océanique en formation, l’Atlantique un bassin océanique évolué et le Pacifique des systèmes de subduction et de marges actives.

• Les supercontinents reconnus et leurs âges sont :

  • la Pangée, vers 300 Ma
  • la Pannotia, vers 600 Ma
  • la Rodinia, entre 1,1 Ga et 750 Ma
  • la Columbia, de 1,8 à 1,5 Ga
  • la Kenorland, de 2,7 à 2,1 Ga
  • l’Ur, autour de 3 Ga
  • la Vaalbara, vers 3,6 à 2,8 Ga

📖 12. Subsidence et classification des bassins

🔑 Notions clés & Définitions

• Subsidence : Affaissement progressif de la croûte, lent et parfois saccadé, sur de longues périodes, accompagné de l’accumulation de sédiments épais qui conservent un faciès d’eau peu profonde.
• Subsidence flexurale : Enfoncement forcé de la lithosphère par sa flexion vers le bas sous l’effet d’une charge localisée, comme une calotte glaciaire, un volcan ou un empilement de nappes.

★ À maîtriser

• La création d’espace nécessaire à l’accumulation des sédiments résulte de l’enfoncement de la base du bassin ou d’une hausse du niveau marin liée à une transgression.

• Les bassins peuvent être classés selon leur contrôle principal en bassins d’étirement, bassins liés au refroidissement lithosphérique et bassins flexuraux, même si leur évolution combine souvent plusieurs facteurs.

Compléments

• Le dépôt de 1 000 m de sédiments dans un bassin existant correspond à un affaissement supplémentaire de 400 à 600 m, la surcharge sédimentaire amplifiant une subsidence entretenue par un processus profond.

📌 La subsidence tectonique initiale résulte de l’amincissement crustal compensé isostatiquement, tandis que la subsidence thermique découle du refroidissement de la lithosphère, qui augmente sa densité et l’épaisseur du manteau lithosphérique.

• La classification descriptive des bassins comprend : les fossés d’effondrement, les bassins sur décrochement, les bassins tardi-orogéniques de type Basin and Range, les bassins cratoniques, les bassins d’avant-chaîne, les bassins des marges continentales actives ou passives

💡 Astuce mémo

Amincissement, refroidissement ou charge → affaissement de la lithosphère.

📖 13. Structures d’effondrement et extension du Basin and Range

🔑 Notions clés & Définitions

• Graben : Structure étroite et allongée limitée par des failles normales conjuguées, de sens de rejet opposé, et généralement associée à un volcanisme alcalin.
• Rift en pull-apart : Bassin qui s’ouvre dans la zone en distension entre deux failles décrochantes parallèles, où le coulissement étire et amincit un bloc losangique appelé rhombochasme.
• Bassin décrochant : Bassin apparaissant par distension entre des failles de coulissement et pouvant enregistrer, par des plissements locaux, des périodes de compression de la masse continentale.

★ À maîtriser

• Les fossés d’effondrement de dimensions continentales sont appelés rifts et s’accompagnent de modifications de la croûte et du manteau supérieur sous-jacents.

• Dans la région du Basin and Range, les reliefs, larges d’environ 30 km, sont le plus souvent des demi-horsts et des demi-grabens formant des blocs basculés, avec une dénivellation de 5 000 à 6 000 m.

• L’extension du Basin and Range est estimée entre 10 et 35 % de la largeur originelle, et atteint localement 100 %.

Compléments

📌 Les grabens secondaires séparés par des compartiments en saillie, ou horsts, forment un style germanotype, tandis que les demi-grabens et demi-horsts bordés par des failles de même sens de rejet sont des blocs basculés.

• Le fossé rhénan est un exemple de rift long de 300 km et large de 35 à 40 km.

• Dans un rift en pull-apart, la distension est locale alors que la déformation générale est décrochante.

• La mer Morte est un exemple classique de bassin en pull-apart le long de la faille décrochante du Jourdain, rempli de sédiments et de produits volcaniques alcalins.

• Sous la mer Morte, la croûte demeure continentale et est amincie de 5 à 8 km par rapport à une croûte normale.

• Le bassin de la Bénoué au Nigéria est un bassin décrochant long de 1 000 km et large de 50 à 100 km.

• La région du Basin and Range présente une altitude moyenne de 1 600 m et une alternance de rides montagneuses culminant entre 2 000 et 3 000 m et de bassins longitudinaux remplis de produits alluviaux épais de 2 000 à 3 000 m.

• Les blocs du Basin and Range sont délimités par des failles normales typiques, listriques et concaves vers le haut.

📖 14. Bassins cratoniques simples et complexes

🔑 Notions clés & Définitions

• Bassins cratoniques simples : Les bassins cratoniques simples sont des dépressions ovales ou arrondies où les sédiments prolongent en continuité ceux des plates-formes voisines, qui sont plus minces et lacunaires.

★ À maîtriser

• Dans un bassin cratonique simple, le maximum d’épaississement reste au voisinage du même axe pendant toute l’évolution et le rapport profondeur/diamètre est de l’ordre de 1/100 à 1/50.

Compléments

• Le bassin de Paris est un bassin cratonique simple dont l’épaisseur sédimentaire atteint environ 2 500 m dans la partie centrale.

• Dans les bassins très vastes et anciens, la division en bassins secondaires peut déplacer l’onde de subsidence maximale et produire des bassins basculés emboîtés, comme dans le bassin du Sahara.

• Dans certains bassins complexes, la subsidence s’accompagne localement d’effondrements puis de brèves périodes de plissement, formant un régime en horsts-grabens dont les failles bordières peuvent être chevauchantes, comme dans les bassins de la mer du Nord.

• Les couches d’évaporites peuvent provoquer une tectonique salifère sous forme de dômes de sel, de plis diapirs ou de glissements synsédimentaires en nappes, notamment dans les bassins d’Aquitaine et germano-polonais et le golfe du Mexique.

💡 Astuce mémo

Le bassin simple garde un axe d’épaississement stable ; le bassin complexe se divise, bascule ou se déforme.

📖 15. Bassins d’avant-chaîne

🔑 Notions clés & Définitions

• Bassins d’avant-chaîne : Les bassins d’avant-chaîne sont situés au front des chaînes de montagnes et reçoivent leurs produits d’érosion, ou molasses ; ils sont aussi appelés bassins molassiques.

★ À maîtriser

• Les bassins d’avant-chaîne se forment au front d’une chaîne en cours de plissement, parallèlement à sa direction et à ses structures tectoniques, lorsque la lithosphère fléchit sous la charge de la chaîne.

Compléments

• Le bassin molassique suisse est au front des Alpes, le bassin carpatique au front des Carpates et le bassin padan au front de l’Apennin ; l’Adriatique est un bassin actuel de ce type au front des chaînes dinariques.

💡 Astuce mémo

Charge de la chaîne → flexure lithosphérique → bassin molassique.

📖 16. Apports sédimentaires et accommodation des marges passives

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel d’accommodation : Le potentiel d’accommodation d’un bassin est le volume disponible entre le substratum de la marge, ou plancher sédimentaire, et le niveau marin pour accueillir des sédiments.

★ À maîtriser

• Les sédiments des marges passives proviennent principalement des apports continentaux détritiques, auxquels s’ajoutent les productions minérales biogènes néritiques et pélagiques, carbonatées ou siliceuses, ainsi que les précipitations chimiques telles que les évaporites et les oolithes.

📌 Les marges grasses ou nourries reçoivent d’importants apports détritiques, tandis que les marges maigres en reçoivent moins.

• La marge est-américaine peut atteindre près de 10 000 m d’épaisseur sédimentaire au large de Terre-Neuve, tandis que les secteurs armoricain et de Galice ont souvent moins de 2 000 m.

• L’espace disponible pour la sédimentation dépend de l’eustatisme, c’est-à-dire des variations du niveau marin, et de la subsidence, c’est-à-dire de l’enfoncement du substratum de la marge.

Compléments

• Les débouchés du Mississippi, du Saint-Laurent et du Gange sont des exemples de marges grasses, tandis que les marges armoricaine, de Galice, somalienne et yéménite sont des marges maigres.

• Les flux détritiques annuels sont de 2,1 Gt pour le Gange et de 0,5 Gt pour le Mississippi, à comparer aux 13,7 Gt transférées chaque année des continents vers les océans.

• Le flux détritique du Mississippi reflète un bassin-versant continental très vaste aux reliefs modestes, tandis que celui du Gange provient d’un bassin-versant plus modeste constitué des pentes sud de l’Himalaya aux reliefs vigoureux.

• Les climats froids et les climats pluviaux équatoriaux favorisent des flux détritiques élevés, tandis que les climats tempérés favorisent moins les apports détritiques.

• Les climats pluviaux favorisent aussi l’altération chimique et l’exportation ionique vers l’océan, ce qui stimule la productivité sédimentaire biogène sur la marge.

• À paramètres constants, l’apport de sédiments diminue l’espace disponible et contribue au comblement du piège sédimentaire.

📌 Au sens strict, l’espace disponible est celui qui existe avant le dépôt des sédiments, tandis qu’au sens large l’espace apparent inclut aussi celui créé par l’enfoncement gravitaire du substratum sous la charge sédimentaire.

💡 Astuce mémo

Mississippi et Gange nourrissent des marges grasses ; les marges ouest-européennes sont maigres.

📖 17. Biosphère et conditions du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Biosphère : La biosphère est l’enveloppe terrestre qui abrite l’ensemble des organismes vivants et comprend la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère.

★ À maîtriser

• Les êtres vivants se distinguent par leur capacité d’autorégulation et de conservation, leur reproduction, leur organisation cellulaire hiérarchisée et le contrôle de cette organisation par des instructions génétiques.

Compléments

• Dans la biosphère, les atomes prédominants par ordre décroissant sont l’oxygène, le carbone, l’hydrogène et l’azote, le carbone étant caractéristique de la chimie du vivant.

• L’ADN est une macromolécule propre aux êtres vivants qui porte le code génétique.

• Les conditions présentées comme nécessaires, sinon suffisantes, à l’éclosion de la vie sont la présence d’eau liquide, sa persistance assez longue à l’échelle géologique et des conditions planétaires permettant cette persistance.

• Le piégeage de CO₂ sous forme de carbonates océaniques a limité l’effet de serre terrestre à 31 °C.

• L’eau liquide existe sur Terre depuis au moins quatre milliards d’années et a laissé sur Mars des traces de réseaux fluviatiles se jetant dans des mers.

📖 18. Notions des cycles biogéochimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle biogéochimique : Un cycle biogéochimique est un ensemble de processus permettant à un élément de passer d’un milieu à un autre puis de retourner dans son milieu d’origine.
• État stationnaire : Une boîte est en état stationnaire lorsque la somme de ses entrées égale celle de ses sorties et que son contenu reste constant au cours du temps.
• Temps de séjour : Le temps de séjour d’une boîte bien mélangée à l’état stationnaire est le rapport de son contenu à la somme de ses entrées, ou de ses sorties.
• Boîte : Une boîte, ou réservoir, est un ensemble de constituants aux propriétés communes, qui peut être défini sans limite physique et communique généralement avec d’autres boîtes dans un système.
• Échanges : Les échanges sont les transits de matière entre boîtes par unité de temps ; un flux désigne plus précisément un échange rapporté à une unité de surface et de temps.

★ À maîtriser

📌 Un système fermé ne connaît ni entrée ni sortie de matière, tandis qu’un système ouvert échange de la matière avec l’extérieur.

Compléments

• La fermeture apparente d’un système dépend de l’échelle de temps : des échanges externes négligeables à court terme peuvent devenir importants à long terme.

📌 Une source ajoute une substance à un réservoir, tandis qu’un puits la retire de ce réservoir.

📐 Formule - Un processus d’échange de premier ordre est décrit par $Q = kM$, où l’échange est proportionnel au contenu M de la boîte.

📐 Formule - À l’état stationnaire, les entrées et sorties totales vérifient $\sum Q_E = \sum Q_S$.

📐 Formule - Le temps de séjour vérifie $\tau = \frac{M}{\sum Q_E} = \frac{M}{\sum Q_S} = \frac{1}{k}$ à l’état stationnaire.

💡 Astuce mémo

Boîtes → échanges → état stationnaire → temps de séjour.

📖 19. Cycles du carbone et de l’azote

★ À maîtriser

• Dans le cycle du carbone, les végétaux transforment le CO₂ en glucose par photosynthèse, le carbone passe aux animaux par l’alimentation, puis la respiration, la décomposition et les feux en renvoient une partie dans l’atmosphère.

• Les organismes ne peuvent pas utiliser directement le diazote atmosphérique N₂ et doivent le convertir en ammoniac, ammonium, nitrites ou nitrates.

• Dans le cycle de l’azote, des bactéries fixent le diazote en ammoniac et ammonium, d’autres oxydent l’ammonium en nitrites puis en nitrates, les végétaux absorbent ammonium et nitrates, les animaux acquièrent l’azote par alimentation, les décomposeurs régénèrent l’ammonium et des bactéries réduisent les nitrates en diazote atmosphérique.

Compléments

• Les éléments essentiels cités sont :

  • le carbone
  • l’hydrogène
  • l’oxygène
  • l’azote
  • le phosphore
  • le soufre

• Une partie du CO₂ dissous dans l’eau devient du carbonate de calcium, qui peut former des roches carbonatées au fond des océans ; le contact de ces roches avec le magma peut libérer du carbone lors d’éruptions volcaniques.

• La combustion des combustibles fossiles fournit du CO₂ à l’atmosphère, et les activités humaines ont accéléré son transfert depuis l’industrialisation.

• Le cycle de l’azote est perturbé par la température, l’humidité et le pH, ainsi que par les engrais azotés et les rejets d’ammoniac industriels.

📖 20. Cycles du phosphore et du soufre

★ À maîtriser

• Le phosphore est essentiel à la fabrication de l’ARN et de l’ADN et se trouve aussi dans le squelette des organismes sous forme de PO₄.

• Le cycle du phosphore ne possède pas de composante gazeuse significative et ses transferts ne sont pas contrôlés par des réactions microbiennes comme ceux de l’azote.

• Les réactions microbiennes sont déterminantes dans le cycle du soufre, et le sulfate assimilé par les organismes est réduit puis converti en soufre organique entrant dans les protéines.

• La combustion des pétroles et des charbons émet surtout du SO₂, qui réagit sous l’effet des radiations solaires avec la vapeur d’eau et les radicaux OH pour former des gouttes d’acide sulfurique contribuant aux pluies acides.

Compléments

• Le phosphore terrestre provient principalement de l’altération des roches de surface, notamment de l’apatite, et le temps estimé pour saturer les océans par rapport à l’apatite dépasse 3 Ga.

• Le phosphore passe des roches altérées aux sols et aux organismes, puis aux océans et aux sédiments ; l’enfouissement transforme ces sédiments en roches que la tectonique peut ramener en surface.

• L’excès de phosphates issus notamment des fertilisants peut être drainé vers les eaux et provoquer l’eutrophisation lorsque le phosphore y est limitant.

• Le soufre terrestre initial était contenu dans les roches ignées, principalement sous forme de pyrite, puis le dégazage et l’altération en conditions aérobies en ont transféré une grande quantité vers l’océan sous forme de sulfate.

• Les principaux composés soufrés cités sont le DMS (CH₃SCH₃), le COS, le SO₂ et les sulfates en aérosols dans l’atmosphère ; les sulfates dissous dans les eaux ; et, dans les sédiments, la pyrite, le gypse, l’anhydrite et les matières organiques.

• Le DMS issu de la décomposition du phytoplancton s’oxyde en quelques jours en SO₂ puis en sulfate, qui forme des aérosols favorisant la formation de nuages et pouvant contribuer aux précipitations acides.

• Le COS océanique s’échappe vers l’atmosphère, reste inerte dans la troposphère puis s’oxyde en sulfates dans la stratosphère, où les aérosols réfléchissent une partie du rayonnement solaire.

• Le flux anthropique de composés soufrés dépasse largement le flux naturel par endroits et constitue globalement le principal flux d’échange de soufre entre la surface terrestre et l’atmosphère.

💡 Astuce mémo

Combustion des hydrocarbures → SO₂ → aérosols et pluies acides.

📊 Tableaux de synthèse

Couches de la lithosphère océanique