A. La Terre

I] Qu’est-ce que la géologie ?
D’après l’encyclopédie Larousse Universel, la géologie est la discipline scientifique qui a pour but l’étude des constituants de la Terre, visant à en comprendre la nature, la distribution, l’histoire et la genèse.
Actuellement, la géologie est devenue une science quantitative, et l’utilisation de techniques de plus en plus sophistiquées permet le stockage d’une très grande quantité de données qui doivent être traitées par l’informatique.
Comme les êtres vivants, les objets géologiques appartiennent à différents niveaux d’organisation qui sont, du plus simple au plus complexe : le minéral, la roche, le complexe rocheux (volcanique plutonique, stratigraphique), le complexe structural (massif ancien, chaîne plissée, bassin sédimentaire, marge continentale, plaine abyssal, dorsale océanique), la plaque (on en distingue six principales). Les sciences géologiques qui étudient ces différents objets sont : la minéralogie et la cristallographie, la pétrographie avec différentes orientations (volcanologie, sédimentologie, pétrologie), la géologie structurale et la géologie globale. La géologie dynamique ou géodynamique, s’intéresse plus particulièrement aux phénomènes qui affectent ses objets, dynamique de surface (qui est abordée aussi par la géographie physique) et dynamique profonde. Le terme de « géologie historique », qui regroupe l’ensemble pétrographie, stratigraphie et paléontologie, tend à devenir désuet.

II] Objets et processus géologiques de notre planète
1) Une tectonique particulière
a. La tectonique des plaques
L'enveloppe superficielle du globe terrestre, ou lithosphère, est formée de plaques relativement rigides, épaisses d'une centaine de kilomètres et flottant sur l'asthénosphère, relativement plastique. La lithosphère inclut la croûte continentale ou océanique et la partie supérieure du manteau.
La limite inférieure des plaques correspond à un changement de comportement mécanique : la lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquent fragile ; la température, augmentant avec la profondeur, modifie ce comportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-à-dire capable de fluer comme du fer chauffé à blanc. Ce passage du domaine cassant au domaine ductile marque la limite lithosphère/asthénosphère, qui se situe à 150-200 km sous les continents.
Ces plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres, et c'est le long des frontières les séparant que les phénomènes tectoniques sont les plus importants. Il existe trois types de limites :
+Les zones d'expansion océanique, dans lesquelles apparaissent de la croûte océanique.
Ce sont des zones de divergences qui correspondent aux dorsales médio-océaniques où se manifeste un volcanisme d’ouverture de type effusif (voir paragraphe le volcanisme sur Terre). Elles sont situées aux frontières de plaques qui s’écartent l’une de l’autre et sont responsable de l’expansion océanique à partir de l’asthénosphère.

+Les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matériel crustal.
Lorsqu’une plaque plonge sous l’autre, on parle de subduction. Une plaque océanique « lourde », qui plonge sous une plaque continentale plus « légère », donne naissance à une cordillère volcanique. Quand une plaque océanique plonge sous une autre plaque océanique, un arc insulaire volcanique se développe.
Ces zones de subductions sont à l’origine des plus importants reliefs du globe : les fosses océaniques (Philippines), les hauts plateaux et édifices volcaniques (Andes) sont une preuve de l’importance de telles zones pour la morphologie terrestre.

+Les zones transformantes, le long desquelles coulissent des plaques ou des fragments de plaques sans création ni résorption de croûte (failles transformantes de la dorsale medio-atlantique par exemple).
Cette tectonique de plaques n’est que le résultat d’une dynamique terrestre très importante. Elle constitue un modèle formidablement complexe qui génère de nombreux phénomènes géologiques étudiés partout à travers le monde.

b. Influence sur la morphologie de surface
Je tiens à préciser que pour ne pas trop s’éloigner du sujet, je ne traiterai pas les morphologies de marges actives (zones de subduction) ni des marges passives (zones en extension) puisque de nos connaissances actuelles, il n’existe pas d’équivalence sur les autres corps du système solaire ; une comparaison ne peut donc pas être effectuée avec ce type de relief.
Nous ne ferons que de brèves études sur la formation d’une chaîne de montagne (notion de déformation de l’écorce terrestre) et les failles.
i) Déformations de la lithosphère
La surface terrestre est en mouvement perpétuel : il est alors évident que la lithosphère subira diverses déformations.
Il existe en effet deux types de déformations : les déformations continues (les plis) (Fig A.1) et les déformations discontinues (les failles). Ces deux déformations seront d’origines extensives ou compressives.

Fig A.1 : Les différents cas de déformations continues (ou plis)

Une faille active est définie comme une fracture plane ou légèrement gauche de l'écorce terrestre, le long de laquelle des déplacements tectoniques peuvent se produire.
Lorsqu'une faille active, à l'origine d'un séisme, débouche en surface :
+elle peut induire des déplacements le long de la ligne de rupture (rupture des terrains à la surface du sol).
+elle peut générer également des mouvements vibratoires particuliers en source très proche, c'est-à-dire dans une zone de quelques centaines de mètres de part et d'autre de cette ligne de rupture ; cet effet peut se traduire par des amplifications aussi bien dans le sens horizontal que vertical (Fig A.2).

Fig A.2 Les différents cas d’une déformation discontinue

L’exemple d’une grande faille est donné par celle de San Andrea (Fig A.3), qui se trouve sur la côte ouest américaine : résultat de mouvements des plaques nord américaine et pacifique.

Fig A.3 Photographie de la faille de San Andrea

Il était important de parler de ces déformations là puisque parmi les objets géologiques que l’on a pu observer sur les autres corps du système solaire, les failles sont couramment mentionnées.

ii) Exemple de déformations compressives : la chaîne de collision.
Les chaînes de collision ne sont que le résultat d’un raccourcissement crustal. En effet, comme nous l’avons vu dans le chapitre « tectonique des plaques », des plaques se meuvent sur l’asthénosphère et peuvent rentrer en collision (subduction continentale ou océanique) : la croûte se raccourcit, s’épaissit et édifie peu à peu des reliefs.
La formation des chaînes des montagnes (Paul Tapponier, la Recherche, Septembre 2001) est donc étroitement liée aux mouvements des plaques lithosphériques et particulièrement à la fermeture et l’ouverture d’océans. On peut tout de suite cité l’orogenèse alpine (de « oros » qui veut dire montagne en grec) qui résulte de la fermeture de l’ancien océan Téthys et qui a former les Alpes (Fig A.4), les Pyrénées, l’Himalaya et les chaînes bétiques d’Afrique du Nord (il y a environ 40 Ma, c'est-à-dire à l’éocène).

Fig A.4 Formation de la chaîne alpine : de -120Ma à nos jours

Plus impressionnant encore que la formation de la chaîne alpine, la chaîne de l’Himalaya en Asie. Réparti sur quatre pays (Chine, Inde, Népal, Pakistan), c’est la plus haute chaîne de montagnes de la Terre. On y trouve dix des quatorze sommets dépassant le seuil des 8000 mètres d’altitude. Elle représente le meilleur exemple d’une chaîne de collision intercontinentale et prouve le rôle
fondamental d’une tectonique de plaque dans l’établissement du relief terrestre.

c. Origine de ces mouvements
Un fluide dilatable soumis à un chauffage suffisant se met en mouvement : c'est la convection thermique. L'exemple le plus simple est celui de l'eau que l'on fait bouillir sur une plaque chauffante (voir Fig A.5) : au voisinage de celle-ci, le fluide se réchauffe, devient plus léger et se met à monter, tandis qu'à la surface, au contact de l'air, il se refroidit, devient plus lourd et se met à descendre.
Deux types de structure peuvent alors apparaître : des rouleaux correspondant à un mouvement circulaire du fluide sur toute l'épaisseur du système, ou des panaches, conduits très étroits qui apparaissent au niveau des limites chaudes et froides du système et se dirigent vers la limite opposée.
La désintégration des éléments radioactifs du noyau ont pour conséquence de dégager beaucoup d’énergie (et donc de chaleur) et chauffe l’asthénosphère. Le phénomène de convection se réalise alors et provoque les mouvements de plaques terrestres : la théorie de la tectonique des plaques s’appliquent…

Fig A.5 Principe de convection

2) Le volcanisme sur Terre
a. Origines volcaniques
D’où provient la lave que l’on voit s’épancher sur les flancs d’un volcan ?
Quelques soient les types de volcanisme, que nous verrons plus tard, la lave qui s’épanche des volcans, provient de l’ascension du magma à partir de l’asthénosphère. Ce magma parvient à se frayer un chemin à travers toutes les fissures de la lithosphère jusqu’à atteindre la surface au niveau des volcans.
Le volcanisme résulte de la fusion partielle du manteau terrestre en profondeur.
Le volcanisme de zone d’extension au niveau des dorsales océaniques est très important et permet la création de la croûte océanique.
Le volcanisme de zone de subduction est obtenu grâce à la fusion de la croûte océanique lorsque celle-ci passe sous la croûte continentale (Fig A.6).

Fig A.6 Emission volcanique liée à la subduction

Le volcanisme de point chaud est différent de ces prédécesseurs puisqu’il est de nature intraplaque (à l’intérieur d’une plaque océanique ou continentale). Les « hot spot » comme les appellent les anglo-saxons, jouent le rôle d’un véritable chalumeau sur la croûte terrestre et perforent celle-ci pour former par accrétions successives des édifices volcaniques (Fig A.7). Ils sont considérés comme références fixes, et on peut apprécier, grâce à se référentiel, le mouvement des plaques.

Fig A.7 L’exemple bien connu de l’archipel des îles Hawaï qui ont été formées au cours des derniers millions d’années par un volcanisme de point chaud

b. Dynamique des éruptions et morphologies résultantes
Les données actuelles sur les volcans du système solaire ne nous permettent pas d’apprécier les fonctions internes de ces volcans : nous ne voyons que la partie « immergée de l’iceberg » ! Une étude détaillé du volcanisme terrestre serai ici inutile vu que la comparaison avec les autres corps se limite à la surface : seul les cônes, les éruptions et les caldeiras seront abordés.
Il paraît donc important avant toutes choses de définir ce qu’est une caldeira.
C’est un cratère géant formé par l'explosion d'une cheminée de volcan lors d'une éruption ou par l’affaissement d’un sommet.
Les caldeiras se remplissent fréquemment d'eau pour former des lacs volcaniques. Il est important de comprendre la signification de ce terme puisqu’il sera beaucoup utilisé par la suite.

L’éruption est une manifestation de l’énergie interne du globe. Elle se distingue par quatre types différents :
Tout d’abord, le type Hawaïen (domaine des coulées).