Géologie

La géologie, du grec ancien γη- (ge-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est la science qui traite de la composition, de la structure, de l'histoire et de l'évolution des couches externes de la Terre, et des processus qui la façonnent. La géologie est une discipline importante parmi les sciences de la Terre. Associée à des méthodes de datations radiochronologiques et des études de météorites, elle a permis de déterminer l’âge de la Terre, que l'on estime actuellement à 4,57 milliards d'années. Elle intervient, en même temps que la géophysique appliquée, dans la recherche et/ou l’exploitation des ressources naturelles notamment le pétrole, le charbon, les minerais, les pierres précieuses et semi-précieuses et l'eau. Dans son acception actuelle, le terme géologie fut utilisé pour la première fois par Jean-André Deluc en 1778 ; il fut fixé l’année suivante par Horace-Bénédict de Saussure.

Bref historique

Contrairement à d’autres sciences qui ont pris leur essor « moderne » aux XVIIModèle:E et XVIIIModèle:E siècles, en particulier l'astronomie et la physique, la géologie s’est heurtée longtemps au dogme de l’Église catholique concernant l'âge de la Terre. En effet, le concept-clé de la géologie est la durée, et les premières observations scientifiques contredisaient directement l'enseignement biblique tel qu'il se trouve au premier chapitre de l'Ancien Testament, traitant de la Genèse ; il y est dit que la Terre fut créée en six jours. Théophraste, un disciple d’Aristote, interpréta les fossiles de manière erronée, mais son interprétation ne fut pas contredite jusqu’à la révolution scientifique du XVIIModèle:E siècle. L'œuvre de ce savant grec ancien, traduite en latin et dans d'autres langues, servait de référence pendant près de deux mille ans. En Chine, l’érudit Shen Kua (1031–1095) observa des fossiles marins dans les différentes couches géologiques de la montagne T'ai-hang Shan qui se trouve à plusieurs centaines de kilomètres de la mer la plus proche. Il en déduisit correctement que ces montagnes furent à un moment situées au niveau de la mer « J’ai vu des coquilles de bivalves […] dans une couche horizontale, traversant une falaise […]. Ceci [cette couche de fossiles] était à un moment donné au bord de la mer, bien que la mer soit maintenant à plusieurs centaines de kilomètres plus à l’Est. », mais son hypothèse ne gagna l'Europe que de nombreux siècles plus tard. Il pensait également que les plantes fossiles étaient des preuves de changements intervenus dans le climat. Le grand humaniste Georg Bauer dit Georgius Agricola (1494–1555) résuma les connaissances minières et métallurgiques de son temps dans son plus célèbre ouvrage « De re metallica libri xii » qui parut de manière posthume en 1556. Ce dernier comporte aussi un appendice intitulé Buch von den Lebewesen unter Tage (Livre des créatures souterraines). Il traite notamment d’énergie éolienne et hydrodynamique, du transport et de la fonte des minerais et de l’extraction de différents gisements, et constitue donc un véritable traité de métallurgie. En réalité, l'œuvre d'Agricola qui intéresse peut-être le plus la géologie fut publiée en 1544 sous le titre In 1544 De ortu et causis subterraneorum ; il y critiqua les hypothèses anciennes et posa les premières fondations de ce qui allait devenir plus tard la géologie physique. À l'aube du XVIIModèle:E siècle, Jean-Étienne Guettard et Nicolas Desmarest arpentèrent le centre de la France et enregistrèrent leurs observations sur une carte géologique, soulignant l’origine volcanique de cette région.

L'Écossais James Hutton (1726–1797) est considéré comme le père fondateur de la géologie moderne. En 1785, il présenta un article intitulé Theory of the Earth ; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution and Restoration of Land upon the Globe qui fut publié en 1788 dans les « Transactions of the Royal Society of Edinburgh». Cet article, sous une forme pratiquement inchangée, constitue le premier chapitre de son ouvrage paru en 1795 en deux volumes, intitulé Theory of the Earth, with Proofs and Illustrations (Théorie de la Terre, avec Preuves et Illustrations). On peut considérer qu'il s'agit-là du premier traité moderne de géologie puisque Hutton y expose les principes d'uniformitarisme et de plutonisme. La nouvelle théorie géologique que Hutton propose implique que la Terre doit être bien plus vieille que ce qu'on supposait auparavant. En effet, le temps que les montagnes mettent à s’éroder, et le temps que mettent les sédiments à former de nouvelles roches sous la mer, qui à leur tour seront soulevées et émergées, ne peut pas se chiffrer en millénaires, mais doit se compter en dizaines ou centaines de millions d'années. Hutton fut sans conteste un brillant chercheur, mais il exposa ses idées par écrit de manière trop confuse et trop compliquée pour que son génial ouvrage fût immédiatement compris. C'est son ami, le mathématicien écossais John Playfair (1748–1819), qui en fit un exposé clair et accessible à un large public dans son livre Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth, paru en 1802. C'est grâce à ce digest de Playfair que la théorie de Hutton fut connue et finalement acceptée par un nombre croissant de géologues, parmi lesquels figurera l'Écossais Charles Lyell.

Les successeurs de Hutton furent connus sous l'appellation de plutonistes, car ils pensaient que les roches étaient formées par un dépôt de laves produites sous terre dans des volcans. Ils s'opposaient en cela aux neptunistes qui pensaient que les roches s’étaient formées dans un grand océan dont le niveau baissait au cours du temps. Bien que défendant pour l'essentiel des thèses neptunistes, Georges Cuvier (1769–1832) et Alexandre Brongniart (1770–1840) postulèrent en 1811 eux aussi un âge très grand pour la Terre. Leur théorie fut inspirée par la découverte de Cuvier de fossiles d’éléphants à Paris. Pour étayer leur thèse, ils formulèrent le principe stratigraphique selon lequel des couches géologiques superposées représentent une succession dans le temps. Toutefois, il convient de noter qu'ils ne furent pas les premiers à énoncer le principe fondamental de la stratigraphie, puisqu'ils furent, apparemment à leur insu, devancés par Nicolas Stenon (1638-1686) et par William Smith]] (1769–1839) qui dessina quelques-unes des premières cartes géologiques et commença l’ordonnancement des couches géologiques d’Angleterre et d’Écosse en examinant les fossiles qui y étaient contenus.

Sir Charles Lyell (1797–1875) publia la première édition de ses Principes de Géologie en 1830, qu’il mit à jour par de nouvelles éditions jusqu’à sa mort en 1875. Il pensait à raison que les processus géologiques étaient lents et avaient eu lieu pendant toute l’histoire de la Terre, et se poursuivaient de la même manière à l’heure actuelle. Cette théorie, l'actualisme, est à opposer au catastrophisme selon lequel les caractéristiques terrestres ont été formées et ont évolué grâce à une suite d'événements catastrophiques. Bien que les observations contredisent cette idée, les créationnistes refusent toujours maintenant de réfuter les écrits bibliques. Il est à noter que les travaux de Lyell, et les principes de chronologie relative bien connus et bien développés à l'époque, ont conduit Charles Darwin (1809–1882) à publier en 1859 son ouvrage monumental, et crucial pour les idées philosophiques, intitulé The Origin of Species (L'origine des espèces) et plus tard, en 1871, son non moins important ouvrage concernant les ancêtres de l'humanité (The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex). L'observation de fossiles au sommet des Andes et à leur base poussa cet auteur à s'interroger sur la suite des événements qui avaient bien pu mener à cette répartition disparate.

Au Modèle:XIXe siècle, la géologie se pencha donc sérieusement sur l’épineuse question de l’âge de la Terre. Les estimations oscillèrent entre à peine cent mille ans jusqu'à plusieurs milliards d’années. La communauté géologique a pu, cependant, s'entendre sur le fait que la Terre devait au moins avoir plusieurs centaines de millions d'années. À cette époque les physiciens, et en particulier le très influent Lord Kelvin, n'acceptaient guère cette estimation. En effet, utilisant les lois de la thermodynamique, Lord Kelvin avait calculé que la Terre, en se refroidissant graduellement depuis sa formation, devait avoir tout au plus cinquante mille ans. Ce résultat est inattaquable si l'on omet de considérer, comme Kelvin le fit, des sources d'énergie internes à la Terre autres que la chaleur résultant de la contraction gravifique. C'est la découverte de la radioactivité, en 1896, par Henri Becquerel et Pierre et Marie Curie qui fit changer les choses et mit les estimations des physiciens de l'âge de la Terre en accord avec celles des géologues, en les précisant plus tard bien davantage que ne le permettent la stratigraphie.

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Alfred Wegener (1880–1930)

Une nouvelle avancée, appelée « révolutionnaire » par certains géologues, eut lieu en géologie dans les années 1960. Il s'agit du développement et de l’acceptation par la communauté scientifique de la tectonique des plaques. Celle-ci consiste en une revitalisation de la théorie de la dérive des continents, proposée dès 1912 par le météorologiste allemand Alfred Wegener (1880–1930), mais rejetée d'emblée par la majeure partie des géologues (DuToit en Afrique du Sud et Holmes en Écosse constituent de notables exceptions) et la totalité des géophysiciens. En réalité, la théorie de Wegener péchait par deux points faibles :

1. avec les méthodes géodésiques de l'époque, il était impossible de mettre en évidence la dérive de deux continents l'un par rapport à l'autre
2. personne n'arrivait à expliquer les forces capables de mouvoir des continents à travers le milieu résistant sous-jacent.

Les éléments qui ont finalement suggéré, au canadien Morgan et au français Le Pichon, la notion de plaques rigides transportées par des mouvements de convection dans les grandes profondeurs de la Terre à la façon dont sont véhiculées des personnes et des objets sur les tapis roulants sont :

• les mesures paléomagnétiques,
• la cartographie des fonds sous-marins pour des besoins commerciaux et militaires,
• la reconnaissance des dorsales médio-océaniques et celle de l'expansion des fonds océaniques,
• la cartographie des épicentres sismiques à l'échelle mondiale.

Les forces capables de faire bouger des continents entiers trouvent donc leur origine dans la grande réserve de chaleur à l'intérieur de la Terre.

La théorie de la tectonique des plaques possède l'avantage de regrouper géologues, géophysiciens et géodésiens dans une même entreprise dont le but est de connaître de mieux en mieux notre planète. Les géologues y contribuent par leurs observations sur le terrain, les sismologues par l'étude qu'ils font des mécanismes produisant les tremblements de terre, les géodésiens par la détermination de plus en plus précise des ondulations du géoïde et des anomalies gravimétriques y attachées, et les géodynamiciens par une modélisation mathématique des courants de convection à l'intérieur de la Terre. Mais il ne faut pas oublier qu'il s'agit à l'heure actuelle toujours d'une théorie qui présente beaucoup de lacunes et de faiblesses, même si ses points essentiels semblent définitivement acquis. D'autre part, malgré l'engouement des jeunes géologues pour cette théorie, nombreux sont ceux qui devront toujours, ne fût-ce que pour gagner leur vie dans un service géologique ou une entreprise de prospection quelconques, faire de la « géologie de papa », c'est-à-dire prélever des échantillons de roche sur le terrain, savoir dresser et interpréter des cartes géologiques à l'échelle locale ou régionale et, éventuellement, être à même de se servir d'instruments de mesure que les géophysiciens mettent à leur disposition.

Différentes disciplines apparentées

La géologie possède de nombreuses attaches avec d'autres sciences, parmi lesquelles il convient de citer :

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La Planète Bleue, notre patrie

• la géochimie de la croûte terrestre, qui étudie la chimie des couches superficielles de la Terre ; la géochimie des couches plus profondes concerne davantage la géophysique interne, ou physique du globe, que la géologie ;

• la géophysique, organisée à l'échelle internationale dans l'Union géodésique et géophysique internationale (U.G.G.I.), qui étudie la structure et la composition interne de la Terre avec des outils empruntés à la physique et aux mathématiques ; contrairement aux sciences géologiques et minérales, qui sont des sciences essentiellement descriptives et qualitatives, les sciences géophysiques sont rangées parmi les sciences exactes et quantitatives ; les géologues entendent souvent sous le vocable « géophysique » seulement la géophysique appliquée (comprenant des méthodes sismiques, gravimétriques, magnétiques, électriques, électromagnétiques, ... appliquées à la prospection pétrolière et minière, à l'archéologie, aux études environnementales, etc.) ; l'hydrogéophysique fait partie de cette dernière ;

• le génie sismique qui s'occupe d'études macrosismiques sur le terrain à la suite d'un tremblement de terre de quelqu'importance ; il s'occupe aussi d'évaluer le risque sismique et de fixer des normes parasismiques pour un pays ou une région donnés ; il participe aussi à la surveillance de régions à risque et, si possible, essaye de prévoir des tremblements de terre futurs, soit par des méthodes statistiques, soit par des méthodes déterministes lorsque c'est possible ;

• la paléosismologie est une branche de la sismologie directement tributaire de la géologie ; son but est de trouver dans des tranchées ou coupes géologiques des indices de séismes anciens, de les dater pour qu'ils puissent servir dans la prévision statistique des séismes, et de fournir aux géophysiciens des informations permettant éventuellement de quantifier (mécanisme au foyer, magnitude, moment sismique, ...) ces tremblements de terre anciens ;

• l'hydrogéologie, qui étudie les écoulements des eaux souterraines, sachant que la nature du sous-sol traversé par les eaux influence directement la quantité et la qualité de l'eau émergeant à la source ou exhaurée du forage ;

• la géomorphologie, qui étudie les formes du relief terrestre ; on considère qu'elle concerne plus le géographe que le géologue, et on la range le plus souvent parmi les branches de la géographie physique ;

• la minéralogie, qui étudie la nature, la composition et les propriétés physiques des minéraux qui composent les roches ;

• la paléontologie, qui étudie les organismes passés grâce à la description et à l'analyse des restes fossilisés ;

• la micropaléontologie, qui étudie les fossiles microscopiques contenus dans les sédiments ;

• la pétrologie, qui étudie la nature des roches et les mécanismes qui président à la genèse et à la transformation des roches ;

• la sédimentologie qui étudie les roches et les formations sédimentaires ; dans ce cas on parle également de stratigraphie qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates ;

• la sismologie, qui étudie les tremblements de terre et la propagation des ondes sismiques naturelles ou provoquées (on parle alors de sismique) ; cette discipline est une branche importante de la géophysique, et seul certains de ses résultats intéressent le géologue ;

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Éruption du mont Saint Helens en 1980

• la volcanologie, qui analyse et tente de prévoir les phénomènes volcaniques, qui étudie la composition chimique et minéralogique et les processus de mise en place des produits volcaniques ;

• la géologie structurale qui est l'étude des déformations des roches et des mécanismes présidant à la déformation de ces roches à toutes les échelles ; à grande échelle, on parle de tectonique ;

• la métallogénie, qui étudie les mécanismes de formation des gisements métallifères et se propose de définir des outils méthodologiques et des guides de prospection utilisables par les explorateurs et prospecteurs miniers ;

• la géoarchéologie, qui étudie les sédiments archéologiques et les dépôts d'âge quaternaire ;

• l'exogéologie ou astrogéologie qui, grâce à des méthodes de télédétection, à l’expérimentation in situ ou en laboratoire et au prélèvement d’échantillons, étudie la composition, la structure et l’histoire de la surface des planètes du système solaire et de leurs satellite naturels, l'aréologie s'occupe plus particulièrement de la planète Mars ;

• la géotechnique, qui travaille sur la mécanique des roches et des sols en amont du génie civil ;

• la géodésie, qui étudie la forme et les dimensions de la Terre ; celle-ci est une science exacte, sœur-jumelle de l'astronomie, qui par sa partie gravimétrie se situe parmi les disciplines de la géophysique.

• la spéléologie, concerne l'étude des cavités naturelles, le plus souvent en zone karstique; cette étude englobe la connaissance géologique du terrain encaissant.

Voir aussi ...

Bibliographie

• R. Dars (2000). La géologie, 3Modèle:E éd., Collection « Que sais-je ? », Presses universitaires de France, Paris. ISBN 2-13-050844-8.
• A. Foucault & J.-F. Raoult (2005). Dictionnaire de géologie, 6Modèle:E éd., Dunod, Paris. ISBN 2-10-049071-0.
• G. Gohau (1990). Une histoire de la géologie, Collection « Points – Sciences », No. S66, Éditions du Seuil, Paris. ISBN 2-02-012347-9.
• L. Moret (1962). Précis de géologie, 4Modèle:E éd., Masson et Cie., Paris
• Ch. Pomerol, M. Renard & Y. Lagabrielle (2000). Éléments de géologie, 12Modèle:E éd., Dunod, Paris. ISBN 2-10-004754-X.

Liens internes

• Paléontologie
• Sédimentologie
• Stratigraphie
• Structure interne de la Terre
• Géochimie
• Géophysique
• Liste de périodiques géologiques

Liens externes

• Une brève histoire de la géologie (Université de Liège)
• Introduction à la cartographie géologique (Université de Liège)
• Une introduction à la géologie de la Wallonie (Université de Liège)
• Eléments de Sédimentologie et de Pétrologie sédimentaire (Université de Liège)
• Une introduction aux processus sédimentaires (Université de Liège)
• Excursions des cours de géologie générale (partim), processus sédimentaires et géologie régionale (Université de Liège)
• Compléments de Pétrologie sédimentaire (Université de Liège)
• Identification microscopique des principaux constituants des roches sédimentaires (notes de travaux pratiques) (Université de Liège)

• Modèle:Fr Pierre-André Bourque Planète Terre (Université Laval à Québec)

• Modèle:Fr Modèle:Dmoz
• Modèle:Fr La géologie des Alpes
• Modèle:Fr Les géosciences Marine
• Modèle:Fr La société géologique de France
• Modèle:Fr Géomorphologie glaciaire
• Modèle:Fr Cours de géologie générale online de l'Université de Lausanne (Suisse)
• Modèle:Fr Dossier Sagascience du CNRS : Geomanips - Les mouvements de la Terre

• Modèle:En James Hutton Théorie sur la terre
• Modèle:En Histoire de la sismologie