COURS DE GÉOLOGIE, 2ÈME ANNÉE DES HUMANITÉS SCIENTIFIQUES

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

PRÉLIMINAIRES

I. Présentation du cours 📜

Ce cours de géologie de deuxième année approfondit l’étude de la Terre solide, en se concentrant sur la minéralogie, la pétrologie et la tectonique. S’appuyant sur les concepts fondamentaux de la première année, le programme est conçu pour développer une expertise dans l’identification des minéraux et des roches, la compréhension de leur genèse et l’analyse des structures géologiques. Il vise à forger une vision intégrée de la dynamique de la lithosphère, en lien direct avec les richesses géologiques de la RDC.

II. Objectifs généraux 🎯

L’objectif principal est de permettre à l’élève de maîtriser les méthodes d’analyse pétrographique et structurale pour interpréter l’histoire géologique d’une région. Au terme de ce cours, il devra être capable d’identifier les principaux minéraux formateurs de roches, de classer les roches selon leur origine, de reconnaître les grandes structures tectoniques (failles, plis) et de comprendre leur relation avec la tectonique des plaques et les ressources minérales.

III. Compétences visées 🧠

Ce programme vise à développer des compétences d’observation, d’analyse et d’interprétation géologique. L’élève apprendra à utiliser une clé de détermination des minéraux, à décrire un échantillon de roche en termes de texture et de composition, à interpréter une carte géologique simple pour en déduire les structures, et à évaluer les risques et les opportunités géologiques d’un territoire, comme l’instabilité des sols à Bukavu.

IV. Méthode d’évaluation 📝

L’évaluation sera axée sur les compétences pratiques et analytiques. Elle comprendra des travaux pratiques d’identification de minéraux et de roches, des exercices de cartographie structurale et des examens semestriels. Ces derniers intégreront des études de cas complexes, comme l’analyse pétrologique des roches de la ceinture de cuivre du Katanga ou l’interprétation de la sismicité liée au rift Est-Africain.

V. Matériel requis 🔬

La réussite dans ce cours exige l’accès à un laboratoire de géologie bien fourni. Une collection de référence de minéraux et de roches est indispensable. L’utilisation de microscopes pétrographiques, même pour des démonstrations, est fortement recommandée. Le matériel de terrain, incluant marteaux de géologue, boussoles-clinomètres et cartes topographiques, est essentiel pour les applications pratiques.

PREMIÈRE PARTIE : LITHOSPHÈRE ET MINÉRALOGIE

Cette partie développe les connaissances fondamentales sur la composition et la structure de la lithosphère terrestre. Elle aborde les propriétés physiques et chimiques des minéraux, leur classification et leurs méthodes d’identification, fournissant aux élèves les bases nécessaires pour comprendre la formation des roches et les processus géologiques de la croûte terrestre. 💎

CHAPITRE 1 : STRUCTURE DE LA LITHOSPHÈRE

Ce chapitre se concentre sur l’enveloppe rigide externe de la Terre.

1.1 Organisation interne de la Terre

La structure globale de la Terre (croûte, manteau, noyau) est revue pour situer précisément la lithosphère.

1.2 Croûte continentale et océanique

Les différences fondamentales en termes de composition (granitique vs basaltique), d’épaisseur et de densité entre la croûte continentale et la croûte océanique sont analysées.

1.3 Manteau et limite lithosphère–asténosphère

La lithosphère est définie comme l’ensemble rigide formé par la croûte et la partie supérieure du manteau. Sa base correspond à la limite mécanique avec l’asthénosphère ductile, sur laquelle elle se déplace.

1.4 Propriétés physiques de la lithosphère

Les propriétés rhéologiques (comportement rigide et cassant) de la lithosphère sont étudiées en opposition avec la plasticité de l’asthénosphère, une distinction clé pour comprendre la tectonique des plaques.

CHAPITRE 2 : MINÉRAUX ET PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

Ce chapitre détaille les critères utilisés pour l’identification macroscopique des minéraux.

2.1 Critères de détermination des minéraux

Un minéral est défini par sa composition chimique et sa structure cristalline. Ses propriétés physiques en découlent et servent à son identification.

2.2 Couleur, trait, éclat et clivage

Ces propriétés optiques et mécaniques sont définies et utilisées comme premiers critères d’identification. Le clivage, tendance d’un minéral à se casser selon des plans préférentiels, est une propriété particulièrement diagnostique.

2.3 Densité, dureté et transparence

La dureté, mesurée par l’échelle de Mohs, et la densité sont des propriétés physiques importantes. Des exemples comme le diamant du Kasaï (dureté 10) illustrent ces concepts.

2.4 Propriétés optiques et magnétiques

D’autres propriétés comme le magnétisme (pour la magnétite) ou la réaction à l’acide (pour la calcite) sont présentées comme des tests d’identification spécifiques.

CHAPITRE 3 : CLASSIFICATION DES MINÉRAUX

Ce chapitre organise la diversité du monde minéral en familles basées sur leur composition chimique.

3.1 Silicates et non-silicates

La grande division du règne minéral est présentée. Les silicates, construits autour du tétraèdre (SiO₄), constituent plus de 90% de la croûte terrestre.

3.2 Oxydes, sulfures et halogénures

Ces familles de non-silicates sont étudiées. Elles regroupent de nombreux minerais importants, comme l’hématite (oxyde de fer) ou la chalcopyrite (sulfure de cuivre et de fer), abondants dans la ceinture cuprifère congolaise.

3.3 Carbonates, sulfates et phosphates

D’autres familles importantes sont décrites, notamment les carbonates (calcite, dolomite) qui forment les roches calcaires, et les phosphates, exploités pour les engrais.

3.4 Minéraux rares et gemmes

Une introduction aux minéraux d’intérêt particulier est proposée, incluant les gemmes (diamant, émeraude) et les minéraux stratégiques comme la colombo-tantalite (coltan) extraite dans l’est de la RDC.

CHAPITRE 4 : TECHNIQUES D’IDENTIFICATION MINÉRALE

Ce chapitre présente les outils, du plus simple au plus sophistiqué, pour l’étude des minéraux.

4.1 Observation macroscopique et loupes

L’identification à l’œil nu et à l’aide d’une loupe de terrain est présentée comme la compétence de base du géologue, reposant sur l’observation systématique des propriétés physiques.

4.2 Techniques de microscopie optique

Le microscope polarisant est introduit comme l’outil fondamental pour l’étude des minéraux en lames minces, permettant d’observer leurs propriétés optiques et de déterminer leur nature.

4.3 Analyse par diffraction des rayons X

Le principe de la diffraction des rayons X est expliqué comme la méthode de référence pour déterminer la structure cristalline d’un minéral et l’identifier de manière non équivoque.

4.4 Spectroscopie et microsonde

Des techniques d’analyse plus avancées sont mentionnées, comme la microsonde électronique, qui permet de déterminer avec une grande précision la composition chimique ponctuelle d’un minéral.

DEUXIÈME PARTIE : PÉTROLOGIE ET FORMATION DES ROCHES

Cette partie explore les processus de formation, de classification et d’évolution des roches. Elle couvre les trois grands types de roches – magmatiques, sédimentaires et métamorphiques – et étudie les environnements géologiques dans lesquels elles se forment, ainsi que leurs cycles de transformation au sein de la tectonique globale. 🪨

CHAPITRE 5 : ROCHES MAGMATIQUES

Ce chapitre est consacré à l’étude des roches issues du refroidissement d’un magma.

5.1 Origine des magmas et cristallisation

La formation des magmas par fusion partielle du manteau ou de la croûte est expliquée. La cristallisation fractionnée est présentée comme le processus qui diversifie la composition des magmas.

5.2 Roches plutoniques et roches volcaniques

La distinction fondamentale est basée sur le lieu de refroidissement : lent en profondeur pour les roches plutoniques (ex: granite), rapide en surface pour les roches volcaniques (ex: basalte).

5.3 Texture et composition chimique

La texture (taille des cristaux) renseigne sur la vitesse de refroidissement. La composition minéralogique (quartz, feldspaths, micas) permet de classer les roches.

5.4 Environnements de formation magmatique

Le lien entre le type de roche magmatique et le contexte géodynamique est établi : basaltes aux dorsales océaniques, andésites aux zones de subduction, granites dans les racines de chaînes de montagnes.

CHAPITRE 6 : ROCHES SÉDIMENTAIRES

Ce chapitre explore les roches formées à la surface de la Terre, véritables archives des paléoenvironnements.

6.1 Processus d’érosion, transport et dépôt

Les étapes de la sédimentation sont détaillées, depuis l’altération de la roche mère jusqu’au dépôt des sédiments dans des bassins, comme le vaste bassin sédimentaire du fleuve Congo.

6.2 Roches détritiques et roches chimiques

La classification des roches sédimentaires est présentée : détritiques (issues de fragments, ex: grès), chimiques (issues de précipitation, ex: sel gemme) et biochimiques (issues d’organismes, ex: calcaire).

6.3 Structure et stratification sédimentaires

La stratification est la caractéristique la plus évidente des roches sédimentaires. D’autres structures (rides, fentes de dessiccation) sont des indicateurs précieux des conditions de dépôt.

6.4 Interprétation des environnements sédimentaires

Les élèves apprennent à utiliser les caractéristiques d’une roche sédimentaire pour reconstituer l’environnement dans lequel elle s’est formée (fluvial, lacustre, marin profond).

CHAPITRE 7 : ROCHES MÉTAMORPHIQUES

Ce chapitre étudie la transformation des roches à l’état solide sous l’effet de la température et de la pression.

7.1 Agents du métamorphisme : pression et température

L’influence de la température et de la pression sur la stabilité des minéraux et la texture des roches est analysée.

7.2 Index minéraux et zones métamorphiques

Certains minéraux, comme le disthène ou la sillimanite, ne sont stables que dans des conditions de pression et de température spécifiques. Ils servent d’index minéraux pour cartographier le degré de métamorphisme.

7.3 Roches métamorphiques foliées et non foliées

La foliation (schistosité, gneissosité) est une texture acquise sous l’effet de contraintes orientées. Les roches non foliées (marbre, quartzite) se forment en l’absence de contraintes dirigées.

7.4 Métamorphisme de contact et régional

La distinction est faite entre le métamorphisme de contact, localisé autour d’intrusions magmatiques, et le métamorphisme régional, qui affecte de vastes régions lors de la formation des chaînes de montagnes.

CHAPITRE 8 : CYCLE DES ROCHE ET TECTONIQUE

Ce chapitre unifie les concepts de la pétrologie dans le cadre dynamique de la tectonique des plaques.

8.1 Cycle géologique des roches

Le cycle des roches est revisité pour montrer comment les trois types de roches sont interconnectés par les processus de fusion, d’érosion et de métamorphisme.

8.2 Relation avec la tectonique des plaques

Le cycle des roches est présenté comme la conséquence directe de la tectonique des plaques, qui crée les conditions nécessaires à chaque type de transformation.

8.3 Subduction, convergence et divergence

Les contextes géodynamiques spécifiques sont associés aux types de roches qu’ils génèrent : magmatisme aux zones de subduction et de divergence, métamorphisme aux zones de convergence.

8.4 Exemples de terrains géologiques

Des exemples de terrains géologiques congolais sont utilisés pour illustrer ces relations, comme les roches volcaniques récentes du rift des Virunga ou les roches métamorphisées anciennes du craton du Kasaï.

TROISIÈME PARTIE : STRUCTURES GÉOLOGIQUES ET TECTONIQUE

Cette partie analyse les structures majeures de la croûte terrestre et les mécanismes tectoniques responsables de leur formation. Elle étudie les failles, plis, chevauchements et nappes, ainsi que les grands domaines tectoniques, permettant aux élèves de comprendre la dynamique terrestre et les séismes. 🌍

CHAPITRE 9 : FAUTES ET MODES DE DÉPLACEMENT

Ce chapitre est consacré à l’étude des cassures de la croûte terrestre.

9.1 Types de failles : normales, inverses, décrochantes

Les trois grands types de failles sont définis en fonction du mouvement relatif des blocs et du champ de contraintes associé : normale (extension), inverse (compression) et décrochante (cisaillement).

9.2 Cinématique des failles

Les critères pour déterminer le sens de déplacement sur une faille (stries, miroirs de faille) sont présentés.

9.3 Superposition des déformations

Dans des régions tectoniquement complexes, plusieurs générations de failles peuvent se superposer. L’analyse de leurs relations chronologiques permet de reconstituer l’histoire des déformations.

9.4 Mouvements relatifs des blocs

La quantification du déplacement (le rejet) sur une faille est abordée.

CHAPITRE 10 : PLIS ET DÉFORMATION DUCTILE

Ce chapitre explore la déformation continue (ductile) des roches.

10.1 Morphologie des plis : anticlinal et synclinal

Les éléments d’un pli (charnière, flancs, plan axial) sont définis. Les deux formes de base, l’anticlinal (convexe vers le haut) et le synclinal (concave vers le haut), sont décrites.

10.2 Genèse et mécanismes du plissement

Le plissement est expliqué comme le résultat d’une compression lente des roches en profondeur. Différents mécanismes (flexion, aplatissement) sont discutés.

10.3 Relation faille–pli

Les relations géométriques et temporelles entre les plis et les failles sont analysées. Des failles peuvent se propager à partir de plis, ou inversement.

10.4 Champs de contraintes et déformations

L’analyse de l’orientation des plis et des failles permet de reconstituer la direction des contraintes tectoniques qui ont affecté une région.

CHAPITRE 11 : CHEVAUCHEMENTS ET NAPPES

Ce chapitre étudie les structures compressives à grande échelle.

11.1 Chevauchements crustaux

Un chevauchement est une faille inverse de faible pendage, qui provoque le transport de blocs crustaux sur de grandes distances.

11.2 Nappes de recouvrement et tectonique en nappe

Lorsque le déplacement sur un chevauchement est de plusieurs dizaines de kilomètres, on parle de nappe de charriage. Ces structures sont caractéristiques des chaînes de montagnes.

11.3 Exemples orogéniques

Des exemples classiques de chaînes de collision comme les Alpes ou l’Himalaya sont utilisés pour illustrer la tectonique en nappe.

11.4 Cartographie des structures majeures

Les élèves apprennent à reconnaître les chevauchements et les nappes sur les cartes géologiques, notamment par la présence de contacts anormaux superposant des terrains anciens sur des terrains plus récents.

CHAPITRE 12 : TECTONIQUE DES PLAQUES

Ce chapitre synthétise la théorie unificatrice de la dynamique terrestre.

12.1 Convergence, divergence et coulissage

Les trois types de mouvements aux frontières de plaques et les structures géologiques associées (fosses, dorsales, failles transformantes) sont revus.

12.2 Marges actives et passives

La distinction est faite entre les marges continentales actives, qui coïncident avec une frontière de plaque (ex: côte ouest de l’Amérique du Sud), et les marges passives, situées à l’intérieur d’une plaque (ex: côte atlantique de la RDC).

12.3 Séismes et tomographie sismique

La répartition des foyers sismiques en profondeur permet de visualiser les plaques plongeantes (plan de Wadati-Benioff). La tomographie sismique est présentée comme une technique d’imagerie de l’intérieur du globe.

12.4 Dynamique interne de la Terre

Les moteurs de la tectonique des plaques, notamment la convection mantellique, sont discutés pour expliquer l’origine des forces qui déplacent les continents.

QUATRIÈME PARTIE : GÉOLOGIE APPLIQUÉE ET RESSOURCES

Cette partie présente les applications pratiques de la géologie dans la recherche de ressources naturelles, la protection de l’environnement et l’évaluation des risques géologiques. Elle couvre les méthodes d’exploration, l’exploitation des ressources minérales et énergétiques, et les stratégies de prévention des risques liés aux processus géologiques. 🏗️

CHAPITRE 13 : RESSOURCES MINÉRALES ET ÉNERGÉTIQUES

Ce chapitre explore la manière dont les connaissances géologiques sont utilisées pour trouver et exploiter les richesses du sous-sol.

13.1 Prospection et exploration géologique

Les différentes étapes de la recherche de gisements sont présentées, de la cartographie géologique à la géophysique et à la géochimie, jusqu’aux forages d’exploration.

13.2 Gisements métalliques et non métalliques

La genèse des différents types de gisements est liée à des contextes géologiques précis (gisements magmatiques, hydrothermaux, sédimentaires).

13.3 Hydrocarbures et ressources énergétiques

La formation du pétrole et du gaz naturel dans les bassins sédimentaires est expliquée (roche mère, réservoir, piège). Le potentiel du bassin côtier près de Moanda est un exemple congolais.

13.4 Développement durable des ressources

Les enjeux d’une exploitation minière et énergétique qui soit économiquement viable, socialement acceptable et respectueuse de l’environnement sont discutés.

CHAPITRE 14 : RISQUES GÉOLOGIQUES ET ENVIRONNEMENT

Ce chapitre se concentre sur l’interaction entre les processus géologiques et les sociétés humaines.

14.1 Séismes et mouvements de terrain

L’évaluation de l’aléa sismique et la prévention des risques de glissements de terrain, particulièrement pertinents dans les régions montagneuses et peuplées de l’Est de la RDC comme à Bukavu, sont abordées.

14.2 Volcans et activités éruptives

La surveillance des volcans actifs comme le Nyiragongo et la cartographie des aléas (coulées de lave, retombées de cendres) sont présentées comme des outils essentiels pour la protection des populations de Goma.

14.3 Érosion, inondations et submersion

Les risques liés aux processus de surface sont analysés, comme l’érosion des sols sur les pentes déboisées ou les inondations dans les plaines alluviales des grands fleuves.

14.4 Gestion des risques et aménagement du territoire

La géologie appliquée est présentée comme un outil indispensable à l’aménagement du territoire, permettant de choisir les sites les plus sûrs pour les infrastructures et de mettre en place des plans de prévention des risques.

ANNEXES

Annexe I : Glossaire des termes géologiques 📖

Cette annexe fournit des définitions claires et précises de tous les termes techniques introduits dans le cours, constituant un outil de référence indispensable pour l’élève.

Annexe II : Tableaux des propriétés pétrographiques 📋

Des tableaux synoptiques résument les caractéristiques (texture, composition minéralogique) des principales roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques pour faciliter leur identification.

Annexe III : Méthodes d’analyse géologique sur le terrain 🗺️

Une fiche méthodologique décrit les étapes d’une observation géologique sur le terrain : description d’un affleurement, utilisation de la boussole, et prélèvement d’échantillons.