COURS DE GÉOLOGIE ET ÉVOLUTION, 4ÈME ANNÉE DES HUMANITÉS SCIENTIFIQUES

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

PRÉLIMINAIRES

I. Présentation du cours

Ce programme de Géologie et Évolution propose une étude intégrée de la planète Terre comme un système dynamique et de l’histoire de la vie qu’elle abrite. Le cours explore la structure interne de la Terre, la théorie de la tectonique des plaques, le cycle des roches, ainsi que les méthodes de reconstitution des temps géologiques et les grandes étapes de l’évolution biologique. Il vise à forger une compréhension profonde des liens indissociables entre la géosphère et la biosphère.

II. Objectifs généraux

L’objectif central est de maîtriser les concepts fondamentaux de la géodynamique et de la paléontologie pour interpréter les archives géologiques de la Terre. Le cours entend développer la capacité à penser à l’échelle des temps profonds, à comprendre les mécanismes de l’évolution des espèces en lien avec les changements environnementaux, et à appliquer les connaissances géologiques aux enjeux sociétaux actuels.

III. Compétences visées

À l’issue de cette formation, l’élève sera capable d’analyser une carte géologique, d’interpréter une colonne stratigraphique, de reconnaître les principaux types de roches et de fossiles, et de mettre en relation les processus tectoniques avec la distribution des séismes, des volcans et des ressources minérales, notamment dans le contexte exceptionnellement riche de la République Démocratique du Congo.

IV. Méthode d’évaluation

L’évaluation portera sur la compréhension des grands principes théoriques (tectonique, évolution), la capacité à appliquer des méthodes d’analyse (datation relative, interprétation de fossiles) et l’aptitude à synthétiser des informations pour résoudre des problèmes géologiques. Elle inclura des examens écrits, des travaux pratiques sur échantillons et cartes, et des études de cas sur des sites congolais emblématiques.

V. Matériel requis

La pratique de la géologie requiert l’utilisation d’échantillons de roches, de minéraux et de fossiles. Le matériel de base inclut également des cartes géologiques et topographiques, une boussole de géologue, un marteau de géologue et une loupe de terrain. L’accès à des bases de données en ligne et à des logiciels de visualisation géologique sera un atout.

PREMIÈRE PARTIE : STRUCTURE INTERNE ET DYNAMIQUE GÉOLOGIQUE 🌍

Cette partie explore la Terre de l’intérieur, en disséquant sa structure en couches concentriques et en élucidant les mécanismes de la tectonique des plaques, le moteur fondamental de la dynamique terrestre. La compréhension de ces processus internes est la clé pour expliquer la géographie des continents et des océans, la localisation des chaînes de montagnes, l’activité volcanique telle que celle observée dans les Virunga, et la formation des gisements miniers.

CHAPITRE 1 : STRUCTURE TERRESTRE

1.1 Croûte continentale et océanique

Les deux types de croûte terrestre sont distingués par leur composition (granitique vs basaltique), leur densité et leur épaisseur. Cette dichotomie fondamentale explique la différence de niveau entre les continents et les fonds océaniques et est un élément clé de la tectonique des plaques.

1.2 Manteau supérieur et inférieur

Le manteau, qui constitue l’essentiel du volume terrestre, est étudié en détail. La distinction entre la lithosphère rigide, l’asthénosphère ductile (où se produisent les mouvements de convection) et le manteau inférieur plus visqueux est établie.

1.3 Noyau externe et interne

La structure du noyau terrestre est présentée. Le noyau externe, liquide et composé de fer et de nickel, est à l’origine du champ magnétique terrestre par un effet dynamo. Le noyau interne, solide en raison de la pression extrême, constitue la « graine » centrale de la planète.

1.4 Discontinuités sismiques

Ce chapitre explique comment la structure interne de la Terre est connue indirectement grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques. Les grandes discontinuités (Mohorovičić, Gutenberg, Lehmann), qui marquent les frontières entre les couches, sont définies comme des zones de changement brutal de vitesse des ondes.

CHAPITRE 2 : TECTONIQUE DES PLAQUES

2.1 Théorie et limites de plaques

La théorie de la tectonique des plaques est présentée comme le paradigme unificateur des sciences de la Terre. La surface de la Terre est décrite comme une mosaïque de plaques lithosphériques rigides en mouvement relatif les unes par rapport aux autres, dont les interactions se concentrent au niveau de leurs frontières.

2.2 Marges convergentes

Les zones de convergence, où deux plaques se rapprochent, sont étudiées. Ce processus peut conduire à la subduction (une plaque plonge sous l’autre), entraînant un volcanisme explosif et des séismes profonds, ou à la collision continentale, formant de vastes chaînes de montagnes.

2.3 Marges divergentes

Les marges divergentes, où deux plaques s’écartent, sont présentées comme les zones de création de nouvelle croûte océanique. Le Rift Est-Africain, qui traverse l’est de la RDC, est étudié comme un exemple spectaculaire de divergence continentale en cours (rifting).

2.4 Failles transformantes

Les failles transformantes, où deux plaques coulissent horizontalement l’une contre l’autre, sont décrites. Ces frontières sont le siège de séismes importants mais sont généralement dépourvues de volcanisme.

CHAPITRE 3 : PROCESSUS MAGMATIQUES

3.1 Origine des magmas

Les mécanismes de fusion partielle des roches du manteau ou de la croûte pour former les magmas sont expliqués (décompression adiabatique, ajout de fluides, augmentation de la température). La différenciation magmatique, qui modifie la composition du magma au cours de son refroidissement, est également abordée.

3.2 Roches ignées intrusives

Les roches magmatiques qui cristallisent lentement en profondeur (plutoniques), comme les granites et les gabbros, sont étudiées. Les différentes formes de corps intrusifs (batholites, dykes, sills) sont décrites.

3.3 Roches volcaniques

Les roches qui se forment lors du refroidissement rapide du magma en surface (lave), comme les basaltes et les rhyolites, sont présentées. Leur texture et leur composition sont liées au type d’éruption volcanique, un phénomène directement observable avec le volcan Nyiragongo près de Goma.

3.4 Zones de point chaud

Le volcanisme intraplaque, associé à des panaches mantelliques fixes (points chauds), est expliqué. Ce mécanisme est à l’origine de la formation d’alignements d’îles volcaniques comme Hawaï et peut être responsable de vastes provinces magmatiques.

CHAPITRE 4 : CYCLE DES ROCHES

4.1 Formation des roches sédimentaires

Ce chapitre décrit comment les roches préexistantes sont altérées et érodées, puis leurs débris transportés et déposés pour former des sédiments. Le processus de diagenèse, qui transforme ces sédiments meubles en roches sédimentaires consolidées (grès, calcaires, argilites), est détaillé.

4.2 Métamorphisme et faciès

Le métamorphisme est défini comme la transformation d’une roche à l’état solide sous l’effet de changements de température et de pression. La notion de faciès métamorphique, qui regroupe des roches ayant subi des conditions similaires, est introduite comme un indicateur des conditions géodynamiques passées.

4.3 Roches magmatiques

Le rôle des roches magmatiques (ignées) comme matériau « primaire » de la croûte terrestre est rappelé. Issues de la cristallisation du magma, elles sont le point de départ du cycle des roches.

4.4 Érosion, transport, dépôt

Les processus de surface qui façonnent les paysages et produisent les sédiments sont analysés. L’action des agents d’érosion (eau, vent, glace), les modes de transport des particules et les différents milieux de sédimentation (fluvial, marin, lacustre) sont décrits, en prenant pour exemple le bassin du fleuve Congo, un des plus grands systèmes de transport sédimentaire au monde.

DEUXIÈME PARTIE : PALÉONTOLOGIE ET CHRONOSTRATIGRAPHIE ⏳

Cette partie est consacrée à la lecture des archives de la Terre. Elle explore la science des fossiles (paléontologie) pour comprendre les formes de vie passées et utilise les principes de la stratigraphie pour ordonner les couches géologiques dans le temps. En combinant ces approches, il devient possible de reconstituer les 4,5 milliards d’années de l’histoire de la planète et de l’évolution de la vie.

CHAPITRE 5 : FORMATION DES FOSSILES

5.1 Taphonomie

La taphonomie est définie comme l’étude de l’ensemble des processus qui affectent un organisme après sa mort, depuis l’enfouissement jusqu’à la fossilisation et la découverte. Elle permet de comprendre les biais de l’archive fossile.

5.2 Types de fossilisation

Les différents modes de préservation des restes d’organismes sont passés en revue : minéralisation (perminéralisation, remplacement), carbonisation, moulage (interne et externe) et préservation de la matière organique dans des conditions exceptionnelles (ambre, glace).

5.3 Fossiles index

Un bon fossile stratigraphique (ou fossile index) est une espèce qui a eu une large répartition géographique mais une courte durée d’existence. Ces fossiles sont des outils de datation relative extrêmement précieux pour corréler des couches de roches d’âge identique dans des régions différentes.

5.4 Limites de la fossilisation

Ce chapitre souligne que l’archive fossile est extrêmement incomplète. La fossilisation est un événement rare qui favorise les organismes dotés de parties dures et vivant dans des milieux propices à l’enfouissement rapide, ce qui biaise notre perception de la biodiversité passée.

CHAPITRE 6 : DATATION GÉOLOGIQUE

6.1 Datation relative

Les principes de la datation relative (superposition, continuité, recoupement, inclusion) sont établis. Ces lois de la stratigraphie permettent d’ordonner les événements géologiques les uns par rapport aux autres sans leur donner un âge chiffré.

6.2 Datation absolue radiométrique

La datation absolue, qui fournit un âge en années, est expliquée à travers les méthodes de chronologie radiométrique (Carbone-14, Potassium-Argon, Uranium-Plomb). Le principe repose sur la désintégration radioactive régulière d’isotopes instables présents dans les roches et les minéraux.

6.3 Datation par isotopes stables

L’analyse des isotopes stables (qui ne se désintègrent pas) est présentée comme un outil de reconstitution des paléo-environnements. Par exemple, le rapport des isotopes de l’oxygène (¹⁸O/¹⁶O) dans les sédiments marins ou les glaces polaires est un indicateur des températures passées.

6.4 Corrélations stratigraphiques

La corrélation consiste à établir des équivalences d’âge entre des couches de roches situées dans des régions géographiques différentes. Les méthodes de biostratigraphie (basées sur les fossiles index) et de chimiostratigraphie (basées sur les signatures isotopiques) sont présentées.

CHAPITRE 7 : ÉTAGES ET PÉRIODES

7.1 Échelle stratigraphique

L’échelle des temps géologiques est présentée comme le calendrier standard de l’histoire de la Terre, divisé hiérarchiquement en éons, ères, périodes, époques et étages. Chaque division est définie par des événements géologiques et paléontologiques majeurs.

7.2 Paléozoïque

L’ère Primaire (Paléozoïque) est décrite, de l’explosion cambrienne qui voit l’apparition de la plupart des grands embranchements animaux, à la conquête des terres par les végétaux et les vertébrés, jusqu’à la plus grande extinction de masse de tous les temps à la fin du Permien.

7.3 Mésozoïque

L’ère Secondaire (Mésozoïque) est présentée comme « l’âge des Dinosaures ». Elle est marquée par la fragmentation du supercontinent Pangée, l’apparition des mammifères, des oiseaux et des plantes à fleurs, et se termine par l’extinction Crétacé-Paléogène.

7.4 Cénozoïque

L’ère Tertiaire et Quaternaire (Cénozoïque) est décrite comme « l’âge des Mammifères ». Elle est caractérisée par la diversification rapide des mammifères et des oiseaux après l’extinction des dinosaures, les cycles glaciaires du Pléistocène et l’émergence de la lignée humaine.

CHAPITRE 8 : ÉVOLUTION BIOLOGIQUE

8.1 Origine de la vie

Les hypothèses scientifiques actuelles sur l’apparition de la vie sur Terre (abiogenèse) sont discutées, en abordant les conditions de la Terre primitive et les étapes probables depuis les molécules organiques simples jusqu’aux premières cellules.

8.2 Radiations évolutives majeures

Les périodes de diversification rapide et massive de la vie, appelées radiations adaptatives, sont analysées. Des exemples comme l’explosion cambrienne ou la diversification des mammifères au Cénozoïque sont étudiés pour comprendre leurs causes et leurs conséquences.

8.3 Extinctions de masse

Les cinq grandes crises d’extinction de masse qui ont ponctué l’histoire de la vie sont présentées. Les causes possibles (volcanisme, impacts d’astéroïdes, changements climatiques) et leur rôle dans le remodelage de la biosphère sont examinés.

8.4 Émergence des vertébrés

Ce chapitre retrace les grandes étapes de l’évolution des vertébrés, depuis les premiers poissons sans mâchoires jusqu’à la sortie des eaux des amphibiens, le développement des amniotes (reptiles, oiseaux, mammifères) et l’acquisition des caractères clés à chaque transition.

TROISIÈME PARTIE : GÉODYNAMIQUE ET CLIMAT ANCIEN 🧊

Cette section se concentre sur l’interaction à long terme entre les processus géologiques et le système climatique de la Terre. Elle explore comment la dérive des continents, la formation des montagnes et les catastrophes géologiques ont profondément influencé les climats du passé, et comment ces changements climatiques ont, à leur tour, laissé leur empreinte dans les archives sédimentaires et impacté le cours de l’évolution.

CHAPITRE 9 : PALÉOCLIMATOLOGIE

9.1 Indicateurs climatiques

Les différents « proxies » ou indicateurs indirects utilisés par les scientifiques pour reconstituer les climats passés sont passés en revue. Cela inclut l’analyse des isotopes dans les carottes de glace et les sédiments marins, l’étude des pollens fossiles et des cernes de croissance des arbres.

9.2 Cycles glaciaires

Les cycles glaciaires du Quaternaire, caractérisés par l’alternance de périodes glaciaires et interglaciaires, sont étudiés. Les cycles de Milankovitch, variations orbitales de la Terre, sont présentés comme le principal mécanisme déclencheur de ces changements climatiques.

9.3 Événements anoxiques

Les événements anoxiques océaniques (EAO) sont des épisodes du passé géologique durant lesquels de vastes portions de l’océan sont devenues dépourvues d’oxygène. Leurs causes et leurs conséquences sur la vie marine et le cycle du carbone sont analysées.

9.4 Réchauffements rapides

L’étude de périodes de réchauffement climatique rapide dans le passé, comme le Maximum Thermique du Paléocène-Éocène (PETM), fournit des analogues importants pour comprendre les conséquences potentielles du changement climatique anthropique actuel.

CHAPITRE 10 : ORIGINE DES CHAÎNES DE MONTAGNES

10.1 Orogenèses calédonienne et varisque

Les anciens cycles de formation de montagnes qui ont contribué à la construction du supercontinent Pangée sont étudiés. Les traces de ces orogenèses paléozoïques sont encore visibles dans les structures géologiques de l’Europe et de l’Amérique du Nord.

10.2 Orogenèse alpine

La formation de la chaîne alpine, résultant de la collision entre les plaques africaine et eurasienne au Cénozoïque, est détaillée. Ce processus a donné naissance aux Alpes, mais aussi à d’autres chaînes de l’Atlas aux Carpates.

10.3 Orogenèse himalayenne

L’orogenèse himalayenne est présentée comme l’exemple le plus spectaculaire de collision continent-continent, résultant de la collision de la plaque indienne avec la plaque eurasienne. Son impact sur la mousson asiatique et le climat mondial est discuté.

10.4 Érosion et isostasie

Ce chapitre explique que les chaînes de montagnes sont le produit d’un équilibre dynamique entre le soulèvement tectonique et l’érosion. Le concept d’isostasie, qui décrit l’équilibre de la lithosphère flottant sur l’asthénosphère, est introduit pour expliquer le rebond post-érosion.

CHAPITRE 11 : SUPERCONTINENTS

11.1 Formation du Rodinia

L’existence de supercontinents antérieurs à la Pangée, comme Rodinia à la fin du Protérozoïque, est discutée. Leur reconstitution, bien que plus incertaine, s’appuie sur des données paléomagnétiques et géologiques.

11.2 Pangée et fragmentation

La Pangée, le supercontinent qui a existé à la fin du Paléozoïque et au début du Mésozoïque, est étudiée en détail, ainsi que les étapes de sa fragmentation qui a conduit à la configuration actuelle des continents.

11.3 Cycle de Wilson

Le cycle de Wilson est présenté comme un modèle conceptuel qui décrit les étapes successives de l’ouverture et de la fermeture d’un bassin océanique, depuis le rifting continental jusqu’à la collision et la formation d’une chaîne de montagnes, illustrant le caractère cyclique de la tectonique des plaques.

11.4 Impacts climatiques

L’assemblage et la dislocation des supercontinents ont des conséquences climatiques majeures, en modifiant les courants océaniques, en créant de vastes zones continentales arides et en influençant le cycle global du carbone par le volcanisme et l’altération des roches.

CHAPITRE 12 : CATASTROPHES GÉOLOGIQUES

12.1 Impacts météoritiques

L’importance des impacts d’astéroïdes et de comètes comme agents de changement géologique et biologique est soulignée. L’impact de Chicxulub, à la fin du Crétacé, est étudié comme la cause probable de l’extinction des dinosaures.

12.2 Grandes éruptions volcaniques

Les éruptions de « trapps » ou de grandes provinces ignées sont des épisodes de volcanisme basaltique colossal qui ont eu des impacts climatiques majeurs et sont souvent corrélés avec des extinctions de masse.

12.3 Tsunamis et séismes majeurs

L’étude des paléo-séismes et des paléo-tsunamis permet de mieux comprendre la récurrence de ces événements catastrophiques. Les dépôts sédimentaires caractéristiques laissés par ces événements (tsunamites) sont utilisés pour reconstituer leur histoire.

12.4 Effets sur l’évolution

Ce chapitre conclut en montrant que les catastrophes, loin d’être de simples interruptions, peuvent jouer un rôle créatif dans l’évolution en libérant des niches écologiques et en favorisant la diversification des groupes survivants.

QUATRIÈME PARTIE : APPLICATIONS ET GESTION DES RESSOURCES 💎

Cette dernière partie fait le lien entre la géologie fondamentale et ses applications pratiques, qui sont d’une importance capitale pour l’économie et le développement de la RDC. Elle aborde les méthodes scientifiques de recherche des ressources minérales et énergétiques, et se penche sur la gestion des risques naturels d’origine géologique, montrant comment la connaissance de la Terre est essentielle pour une gestion durable du territoire.

CHAPITRE 13 : PROSPECTION MINIÈRE

13.1 Méthodes géophysiques

Les techniques de prospection indirecte qui mesurent les propriétés physiques des roches en profondeur sont présentées. Cela inclut les méthodes sismiques (réflexion et réfraction), gravimétriques (mesure des anomalies de densité), magnétiques et électriques pour détecter des structures géologiques et des gisements potentiels.

13.2 Prospection géochimique

La prospection géochimique repose sur l’analyse de la concentration d’éléments chimiques dans les roches, les sols, les sédiments de cours d’eau ou la végétation. Des concentrations anormalement élevées (anomalies géochimiques) peuvent indiquer la présence d’un gisement en profondeur.

13.3 Forages et carottages

Le forage est la seule méthode directe pour vérifier la présence et la teneur d’un gisement en profondeur. L’analyse des carottes de forage fournit des informations cruciales sur la lithologie, la minéralogie, la structure et la teneur du minerai, une pratique courante dans la ceinture de cuivre du Katanga.

13.4 Évaluation des gisements

Après la découverte, une phase d’évaluation est nécessaire pour déterminer si le gisement est économiquement exploitable. Cela implique une modélisation géologique 3D du corps minéralisé, une estimation des réserves (tonnage et teneur) et une analyse de la faisabilité économique et technique de l’exploitation.

CHAPITRE 14 : GESTION DES RISQUES GÉOLOGIQUES

14.1 Cartographie des aléas

La première étape de la gestion des risques est l’identification et la cartographie des zones exposées à un aléa géologique (sismique, volcanique, glissement de terrain). Cette cartographie de l’aléa est basée sur la connaissance de la géologie locale, de l’histoire des événements passés et de la modélisation des processus.

14.2 Prévention des séismes

Bien qu’on ne puisse pas prévoir les séismes avec précision, des mesures de prévention peuvent réduire leur impact. Cela inclut la construction de bâtiments parasismiques, l’élaboration de plans d’urbanisme tenant compte des failles actives, et l’éducation des populations aux bons réflexes.

14.3 Vulnérabilité volcanique

La gestion du risque volcanique, particulièrement pertinente pour la ville de Goma, est abordée. Elle repose sur la surveillance continue du volcan (sismicité, déformation, émissions de gaz), la modélisation des écoulements de lave potentiels et l’élaboration de plans d’évacuation.

14.4 Aménagement du territoire

Ce chapitre conclut en montrant que la géologie est un outil indispensable pour un aménagement durable du territoire. La connaissance du sous-sol permet de choisir les meilleurs emplacements pour les grandes infrastructures, de protéger les ressources en eau souterraine et de minimiser l’exposition des populations aux risques naturels.

ANNEXES

I. Chronostratigraphie détaillée

Cette annexe fournit la version la plus récente de la charte chronostratigraphique internationale, avec les noms et les âges de tous les étages géologiques. Elle sert de référence standard pour tous les travaux de datation et de corrélation.

II. Formules de datation radiométrique

Les équations mathématiques de base de la décroissance radioactive utilisées pour le calcul de l’âge dans les différentes méthodes de datation (U-Pb, K-Ar, ¹⁴C) sont présentées. Des exemples de calculs sont fournis pour illustrer leur application.

III. Glossaire des termes géologiques

Un glossaire complet définit de manière précise les termes techniques utilisés tout au long du cours, de A (Asthénosphère) à Z (Zircon). Il constitue un outil de référence essentiel pour maîtriser le vocabulaire spécifique des sciences de la Terre.