UNE BRÈVE HISTOIRE DE LA TERRE

Frédéric Boulvain

Une brève histoire de la Terre

Académie royale de Belgique

rue Ducale, 1 - 1000 Bruxelles, Belgique

www.academieroyale.be

Informations concernant la version numérique

ISBN : 978-2-8031-0752-0

© 2020, Académie royale de Belgique

Collection L’Académie en poche

Sous la responsabilité académique de Didier Viviers

Volume 130

Diffusion

Académie royale de Belgique

www.academie-editions.be

Crédits

Conception et réalisation : Laurent Hansen, Académie royale de Belgique

Couverture : © FWStudion, Image nº 237894850, Shutterstock

Publié en collaboration avec

Introduction

La Terre a une histoire ! À l’échelle de la vie humaine, notre planète semble immuable, quoique… Le changement climatique actuel est là pour nous rappeler que, même à brève échéance, la Terre se modifie. Que dire alors si l’on examine son histoire non pas à l’échelle de la centaine ou du millier d’années mais à celle du million ou du milliard d’années ? À cette échelle, les continents sont baladeurs, l’océan se modifie et les espèces animales et végétales ne font que de courtes apparitions avant de retourner au néant. C’est à ce très long et passionnant récit que vous convie ce petit livre.

Avant de résumer brièvement l’histoire de notre planète, il est nécessaire de faire le point sur les différents types de roches dont sa croûte est constituée (actuellement sa seule partie accessible à l’observation) et sur la mesure du temps en géologie.

On verra aussi que l’histoire de la Terre est intimement liée à l’histoire de la vie. Non seulement notre planète l’abrite et l’entretient mais elle est un acteur majeur de son apparition.

Chapitre 1

Les familles de roches

Trois grandes familles de roches sont présentes sur Terre : les roches magmatiques, les roches sédimentaires et les roches métamorphiques (Fig. 1).

Fig. 1 — Les principaux types de roches : A : granite (roche magmatique), B : calcaire fossilifère (roche sédimentaire), C : gneiss (roche métamorphique).

Les roches magmatiques résultent du refroidissement et de la cristallisation de magmas, issus soit du manteau terrestre, soit de la croûte continentale (cf. Fig. 15).

Les roches métamorphiques résultent de la modification, par l’action de la chaleur et de la pression, de roches magmatiques ou sédimentaires, lesquelles proviennent de la consolidation (diagenèse) de sédiments.

Comme ces sédiments proviennent de la désagrégation de roches magmatiques, métamorphiques ou sédimentaires, l’ensemble de ces phénomènes forme un cycle appelé cycle géologique (Fig. 2).

Fig. 2 — Le cycle géologique.

Les roches magmatiques sont principalement constituées de quartz, feldspaths, pyroxènes, olivines, amphiboles et micas, minéraux de la famille des silicates. Lorsque le magma fait éruption à la surface de la Terre (volcanisme), il se refroidit très rapidement, parfois sous forme de verre. Les roches volcaniques ont ainsi une granulométrie fine (basalte…). Par contre, lorsque le magma se met en place en profondeur, il refroidit lentement et constitue des roches plutoniques ayant une granulométrie plus grossière (granite…) (Fig. 1A).

Les dépôts pyroclastiques se forment lors des éruptions volcaniques explosives lorsque des fragments de verre, de roches ou de minéraux sont projetés dans l’atmosphère pour ensuite se déposer à une distance plus ou moins importante de l’édifice volcanique.

Les roches sédimentaires, généralement en couches ou stratifiées (cf. Fig. 3), se reconnaissent par la présence fréquente de fossiles (Fig. 1B) et aussi par le caractère relativement peu varié des minéraux qui les constituent: quartz, argiles, micas, feldspaths, calcite, dolomite, débris organiques. Ces grains sont souvent usés par un certain transport.

On peut répartir les roches sédimentaires en trois grandes classes génétiques :

les roches détritiques : elles sont formées de grains issus de l’altération et de l’érosion de roches préexistantes. Ces grains sont transportés par l’eau, la glace, le vent, les courants de gravité et se déposent lorsque la vitesse de l’agent de transport diminue (ou lors de la fonte de la glace). Les roches détritiques sont généralement classées en fonction de la granulométrie de leurs constituants (du plus grossier au plus fin : conglomérat, grès, siltite, argilite). Elles forment près de 2/3 de l’ensemble des roches sédimentaires ;

les roches biogéniques : elles sont le produit d’une activité animale, végétale ou microbienne. L’altération des continents fournit, outre les grains solides entrant dans la constitution des roches détritiques, des substances dissoutes qui aboutissent dans les rivières, les lacs et les mers où elles sont extraites et précipitées par des organismes. Ces êtres vivants utilisent les carbonates, phosphates, silicates pour produire leurs tests ou leurs os et ce sont leurs restes qui constituent les roches biogéniques (Fig. 1B). Les plantes accumulent des matériaux carbonés par photosynthèse et sont directement à l’origine du charbon. D’autres types de roches carbonées comme les schistes bitumineux et le pétrole sont générés par des microorganismes. Les roches biogéniques forment près de 10 % des roches sédimentaires ;

les roches chimiques résultent de la précipitation de minéraux dans un milieu sursaturé. Les évaporites (anhydrite, halite, gypse,…) en sont le meilleur exemple : elles se forment par évaporation de saumures. L’importance relative de ces roches est faible : de l’ordre du %.

Le métamorphisme agit lorsque des roches magmatiques ou sédimentaires sont amenées dans des conditions de température et de pression différentes de celles de leur formation. Ces changements induisent généralement une remise à l’équilibre des roches et de nouveaux minéraux apparaissent. La température augmente avec la profondeur. C’est ce qu’on appelle le gradient géothermique. Sa valeur moyenne est de 30°C/km.

L’augmentation de pression résulte des forces exercées verticalement par le poids des roches surincombantes et des forces orientées horizontalement, dues aux mouvements tectoniques de l’écorce terrestre. Comme la chaleur diminue la résistance des roches, la pression dirigée les plie et les déforme. Les minéraux vont recristalliser, subir des rotations, s’allonger et de cette manière, ils s’aligneront selon une direction déterminée par la déformation. Cette structure planaire induite par la déformation s’appelle la schistosité (Fig. 3).

Fig. 3 — Stratification (S0) et schistosité (S1). La stratification se forme lors du dépôt des sédiments, par exemple sur le fond d’un lac ou d’une mer, alors que la schistosité se développe bien après, lorsque les contraintes tectoniques réorientent les grains minéraux. Stratification et schistosité sont souvent sécantes.

Sur base des circonstances géologiques dans lesquelles se produit le métamorphisme, on en distingue différents types, notamment :

le métamorphisme régional implique des zones étendues de l’écorce terrestre. Il est associé à la formation des chaînes de montagnes (orogenèse). Les roches les plus courantes sont les schistes et les gneiss (Fig. 1C) qui contiennent des argiles, du quartz, des micas et des feldspaths ;

le métamorphisme de contact se développe dans l’auréole thermique liée à la mise en place de magmas chauds dans des roches plus froides. On obtient des cornéennes ;

le métamorphisme d’impact est spécifiquement lié aux impacts de météorites. Il induit la fracturation voire la fusion des roches ainsi que l’apparition de minéraux de très haute pression.

Remarque quant aux cycles orogéniques...