GÉOLOGIE, 2ÈME ANNÉE / OPTION : PÉTROCHIMIE INDUSTRIELLE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

Préliminaires

1. Finalités de la formation

La formation en géologie de deuxième année a pour finalité de faire évoluer l’élève d’une connaissance descriptive des objets géologiques à une compréhension intégrée des processus qui les gouvernent dans le temps et l’espace. L’objectif est de le rendre apte à déchiffrer l’histoire d’une région à travers l’étude de ses roches et de ses structures, et d’appliquer ces connaissances à la recherche de ressources naturelles, notamment les hydrocarbures.

2. Compétences visées

À l’issue de cette année, l’élève devra maîtriser les principes de la datation relative et absolue, savoir lire une carte géologique simple et réaliser une coupe schématique. Il sera capable d’expliquer en détail la genèse des roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques dans le cadre du cycle pétrologique. Enfin, il pourra décrire précisément le processus de formation, de migration et de piégeage du pétrole, et l’appliquer au contexte des bassins sédimentaires congolais.

3. Approche Pédagogique

L’enseignement se fonde sur l’analyse de documents et la résolution de problèmes géologiques. L’étude approfondie des cartes géologiques de la RDC, l’analyse de colonnes stratigraphiques (logs) issues de forages pétroliers dans le bassin côtier, et l’interprétation de lames minces de roches au microscope polarisant (si disponible) constituent le cœur de la démarche. L’objectif est de développer un raisonnement hypothético-déductif appliqué aux sciences de la Terre.

4. Rappels de Sécurité sur le Terrain

Les rappels de sécurité pour les travaux pratiques et les éventuelles excursions géologiques sont renforcés. L’accent est mis sur la manipulation correcte du marteau de géologue, la protection des yeux lors de la fragmentation des roches, la prudence à proximité des affleurements instables (carrières, falaises) et le respect de l’environnement et des propriétés privées lors des observations de terrain.

Partie I : Les Outils de Lecture du Temps et de l’Espace Géologique ⏳

Cette partie a pour but de doter l’élève des outils intellectuels fondamentaux pour appréhender les deux dimensions essentielles de la géologie : le temps profond et l’espace tridimensionnel. La maîtrise des techniques de datation et de la lecture de cartes est une compétence transversale qui permet de replacer chaque roche et chaque structure dans son contexte historique et géographique.

Chapitre 1 : Le Temps en Géologie

Ce chapitre introduit les méthodes permettant de dater les roches et les événements géologiques.

1.1. La Datation Relative : Ordonner les Événements

Les principes de la datation relative, qui permettent d’établir l’ordre chronologique des événements sans donner d’âge chiffré, seront étudiés. L’élève maîtrisera les principes de superposition, de continuité horizontale, d’intersection et d’inclusion.

1.2. La Datation par les Fossiles (Biochronologie)

L’utilisation des fossiles stratigraphiques comme marqueurs temporels sera expliquée. L’élève comprendra qu’un fossile ayant eu une courte extension temporelle et une vaste répartition géographique est un excellent outil pour corréler des couches sédimentaires distantes.

1.3. La Datation Absolue : L’Horloge Radiochronologique

Le principe de la radioactivité et de la décroissance radioactive sera introduit comme base de la datation absolue. L’élève découvrira les principaux couples d’isotopes utilisés (Carbone 14, Uranium-Plomb, Potassium-Argon) et leur domaine d’application respectif.

1.4. L’Articulation entre Datation Relative et Absolue

L’élève apprendra comment les géologues combinent les deux méthodes : la datation relative établit la succession des couches, tandis que la datation absolue d’éléments clés (comme une coulée de lave intercalée) permet de calibrer numériquement cette succession.

Chapitre 2 : L’Échelle des Temps Géologiques

Ce chapitre présente le calendrier officiel de l’histoire de la Terre.

2.1. Structure et Hiérarchie de l’Échelle

La structure hiérarchique de l’échelle des temps géologiques (Éons, Ères, Périodes, Époques) sera détaillée. L’élève apprendra à se repérer dans cette chronologie et à associer un nom aux grandes subdivisions de l’histoire terrestre.

2.2. Le Précambrien : L’Aube de la Terre

Cette immense période, couvrant près de 90% de l’histoire de la Terre, sera présentée. L’élève découvrira les grands événements qui la caractérisent : la formation de la croûte, l’apparition de la vie et l’oxygénation de l’atmosphère, dont les traces sont visibles dans les formations anciennes du Supergroupe du Katanga.

2.3. Le Paléozoïque : L’Ère de la Vie Ancienne

Le Paléozoïque sera étudié comme l’ère de l’explosion de la vie marine, de la conquête des continents par les végétaux et de la formation des premières grandes chaînes de montagnes.

2.4. Le Mésozoïque et le Cénozoïque : L’Ère des Dinosaures et des Mammifères

Le Mésozoïque sera présenté comme l’ère des dinosaures, marquée par l’ouverture de l’océan Atlantique. Le Cénozoïque, ère des mammifères, verra la mise en place des paysages actuels, notamment la formation du système de rift est-africain qui traverse l’est de la RDC.

Chapitre 3 : La Carte Géologique

Ce chapitre enseigne la lecture du document de synthèse par excellence du géologue.

3.1. Définition et Utilité d’une Carte Géologique

Une carte géologique sera définie comme une représentation sur un fond topographique de la nature et de la structure des terrains qui affleurent à la surface du sol. Son utilité pour l’aménagement du territoire, la recherche de ressources et la prévention des risques sera soulignée.

3.2. La Lecture de la Légende

L’élève apprendra que la clé de lecture d’une carte est sa légende, qui classe les formations géologiques par âge (de la plus jeune à la plus ancienne) et représente chaque formation par une couleur et une notation spécifiques.

3.3. L’Interprétation des Structures Géologiques

L’élève apprendra à reconnaître sur la carte les principales structures : les strates horizontales (limites parallèles aux courbes de niveau), les strates inclinées (limites recoupant les courbes de niveau) et les plis (répétition symétrique des couches).

3.4. La Réalisation d’une Coupe Géologique

La coupe géologique, qui représente une tranche verticale du sous-sol, sera présentée comme l’outil d’interprétation de la carte. L’élève s’exercera à construire une coupe simple à partir d’une carte pour visualiser la structure en profondeur.

Partie II : Le Cycle des Roches et la Pétrologie Approfondie ⛏️

S’appuyant sur les connaissances de première année, cette partie explore en détail la genèse et l’évolution des trois grandes familles de roches. L’étude est unifiée par le concept central du cycle pétrologique, qui montre comment les roches se transforment continuellement les unes en les autres sous l’effet des dynamiques interne et externe de la Terre.

Chapitre 4 : Le Grand Cycle Pétrologique

Ce chapitre offre une vision d’ensemble des transformations incessantes des matériaux de l’écorce terrestre.

4.1. Le Concept de Cycle des Roches

Le cycle pétrologique sera présenté comme un modèle illustrant les liens entre le magmatisme, l’érosion/sédimentation et le métamorphisme. L’élève comprendra qu’aucune roche n’est immuable et que toutes sont engagées dans un processus de recyclage à l’échelle des temps géologiques.

4.2. Le Moteur Interne : Magmatisme et Métamorphisme

La chaleur interne de la Terre sera identifiée comme le moteur des processus profonds. L’élève verra comment la fusion des roches en profondeur génère les magmas et comment l’enfouissement et la compression transforment les roches (métamorphisme).

4.3. Le Moteur Externe : Érosion et Sédimentation

L’énergie solaire, moteur du climat et du cycle de l’eau, sera présentée comme la force motrice des processus de surface. L’altération, l’érosion et la sédimentation démantèlent les reliefs pour former de nouvelles roches sédimentaires.

4.4. Interaction des Processus : L’Exemple des Chaînes de Montagnes

L’exemple de la formation et de la destruction d’une chaîne de montagnes sera utilisé pour illustrer l’ensemble du cycle : la collision des plaques provoque métamorphisme et magmatisme, tandis que l’érosion sculpte les reliefs et transporte les sédiments vers les bassins.

Chapitre 5 : Les Roches Magmatiques : Intrusion et Effusion

Ce chapitre approfondit l’étude des roches issues du refroidissement d’un magma.

5.1. La Différenciation Magmatique

L’élève apprendra qu’un magma initial peut évoluer chimiquement au cours de son refroidissement par cristallisation fractionnée, donnant naissance à une grande diversité de roches magmatiques à partir d’un même magma parental.

5.2. Les Séries Magmatiques

Les grandes séries de roches magmatiques (calco-alcaline, tholéiitique, alcaline) seront présentées et reliées à leur contexte géodynamique (zones de subduction, dorsales océaniques, points chauds). Le volcanisme des Virunga, à l’est de la RDC, sera étudié comme un exemple de série alcaline.

5.3. Les Roches Plutoniques et les Intrusions

Les différentes formes de mise en place des roches plutoniques en profondeur (batholites, dykes, sills) seront décrites. L’étude de l’altération du granite et de la formation d’arènes granitiques sera approfondie.

5.4. Les Roches Volcaniques et le Dynamisme Éruptif

La relation entre la composition chimique d’un magma (viscosité, teneur en gaz) et le type d’éruption volcanique (effusif ou explosif) sera analysée en détail, en comparant les laves fluides du Nyamuragira et les éruptions plus dangereuses d’autres volcans.

Chapitre 6 : Les Roches Métamorphiques : Pression et Température

Ce chapitre explore les transformations subies par les roches à l’état solide.

6.1. Le Métamorphisme de Contact (Thermique)

Ce type de métamorphisme, qui se produit à la périphérie d’une intrusion magmatique, sera étudié. L’élève comprendra que la chaleur du magma « cuit » les roches encaissantes, formant une auréole de métamorphisme où apparaissent de nouveaux minéraux.

6.2. Le Métamorphisme Régional (Thermodynamique)

Associé à la formation des chaînes de montagnes, ce métamorphisme affecte de vastes régions. L’élève apprendra comment l’augmentation simultanée de la pression et de la température conduit à la formation de roches foliées comme les schistes et les gneiss.

6.3. Les Faciès Métamorphiques

Le concept de faciès métamorphique sera introduit comme un ensemble de minéraux caractéristiques d’un domaine de pression et de température donné. Il permet de reconstituer les conditions subies par la roche au cours de son histoire.

6.4. Le Devenir des Roches Métamorphiques : Anatexie

L’élève découvrira que si la température continue d’augmenter, la roche métamorphique peut commencer à fondre partiellement. Ce processus, appelé anatexie, marque la transition entre le métamorphisme et le magmatisme et boucle le cycle pétrologique.

Partie III : La Sédimentologie et la Stratigraphie 🗺️

Cette partie se concentre sur l’étude des roches sédimentaires, qui couvrent la majorité de la surface terrestre et contiennent l’essentiel des archives de l’histoire de la vie ainsi que la totalité des ressources en hydrocarbures. L’élève y apprendra à interpréter les roches sédimentaires pour reconstituer les paysages et les climats anciens.

Chapitre 7 : Les Environnements de Sédimentation

Ce chapitre décrit les différents lieux où les sédiments s’accumulent et se transforment en roches.

7.1. Les Milieux de Dépôts Continentaux

Les principaux environnements continentaux seront étudiés : les systèmes fluviatiles (dépôts de sables et galets, comme dans le lit du fleuve Congo), les lacs (argiles et matière organique) et les déserts (dunes de sable éolien).

7.2. Les Milieux de Dépôts Marins

L’élève découvrira la diversité des environnements marins, depuis la plateforme continentale peu profonde (dépôts de sables et de calcaires) jusqu’aux plaines abyssales (dépôts d’argiles fines et de boues siliceuses).

7.3. Les Milieux de Dépôts Transitionnels

Les zones intermédiaires entre continent et océan seront présentées : les deltas (comme celui, ancien, qui a contribué aux gisements pétroliers du bassin côtier), les estuaires et les lagunes, caractérisés par une forte interaction des processus continentaux et marins.

7.4. Les Figures Sédimentaires

L’élève apprendra à reconnaître et interpréter les figures sédimentaires préservées dans les roches, comme les rides de courant (ripples), les fentes de dessiccation et les traces de fossiles, qui sont de précieux indices sur l’environnement de dépôt.

Chapitre 8 : La Stratigraphie : Les Archives Sédimentaires

Ce chapitre introduit les principes qui permettent d’organiser les couches sédimentaires en une histoire cohérente.

8.1. Le Principe de Superposition et la Notion de Strate

Le principe fondamental de la superposition, stipulant que les couches les plus basses sont les plus anciennes, sera réaffirmé. La strate sera définie comme l’unité de base de l’enregistrement sédimentaire.

8.2. Le Principe de Continuité Latérale

L’élève apprendra qu’une même couche sédimentaire peut être suivie sur de grandes distances, même si elle est interrompue par l’érosion. Ce principe est essentiel pour corréler des affleurements de part et d’autre d’une vallée.

8.3. La Notion de Lacune Stratigraphique

L’élève comprendra que l’enregistrement sédimentaire est rarement continu. Une lacune, ou discordance, représente une période de temps non enregistrée, due soit à une interruption de la sédimentation, soit à une phase d’érosion.

8.4. L’Analyse Séquentielle

Une introduction à la stratigraphie séquentielle sera proposée. L’élève découvrira comment les géologues regroupent les couches sédimentaires en « séquences » liées aux variations du niveau marin, un outil puissant en exploration pétrolière.

Chapitre 9 : L’Histoire d’un Bassin Sédimentaire

Ce chapitre applique les principes de la sédimentologie pour reconstituer l’évolution d’un bassin.

9.1. La Tectonique et la Sédimentation (Subsidence)

L’élève apprendra que la formation d’un bassin sédimentaire nécessite un phénomène de subsidence, c’est-à-dire un enfoncement de la croûte terrestre (par exemple, par rifting comme dans le Graben Albertine) qui crée l’espace nécessaire à l’accumulation des sédiments.

9.2. Les Transgressions et les Régressions Marines

Les concepts de transgression (avancée de la mer sur le continent) et de régression (retrait de la mer) seront expliqués. L’élève apprendra à reconnaître les séquences de dépôts caractéristiques de ces phénomènes.

9.3. La Reconstitution des Paléoenvironnements

L’élève réalisera une synthèse des informations (nature des roches, fossiles, figures sédimentaires) pour reconstituer les paysages anciens (paléogéographie) et les climats passés (paléoclimatologie) d’un bassin.

9.4. Application à l’Histoire du Bassin du Congo

L’histoire géologique du vaste Bassin du Congo sera esquissée, depuis son remplissage sédimentaire au Paléozoïque jusqu’à sa configuration actuelle, pour illustrer de manière concrète la reconstitution de l’histoire d’un bassin.

Partie IV : Introduction à la Géologie du Pétrole et des Ressources 🛢️

Cette dernière partie constitue le cœur de la spécialisation pour les futurs techniciens en pétrochimie. Elle applique tous les concepts de géologie sédimentaire et structurale à la compréhension de la formation et de la localisation des gisements d’hydrocarbures. L’élève y découvrira la notion de système pétrolier et l’appliquera au contexte congolais.

Chapitre 10 : La Formation du Pétrole et du Gaz

Ce chapitre détaille les processus bio-géochimiques à l’origine des hydrocarbures.

10.1. La Roche Mère et la Matière Organique

La notion de roche mère sera définie comme une roche sédimentaire riche en matière organique (kérogène). L’élève étudiera les environnements (marins ou lacustres confinés) propices à la préservation de cette matière organique.

10.2. La Maturation Thermique du Kérogène

Le processus de transformation du kérogène en pétrole puis en gaz sous l’effet de l’enfouissement et de l’augmentation de la température sera expliqué. La notion de « fenêtre à huile » et « fenêtre à gaz » sera introduite.

10.3. La Genèse des Huiles et des Gaz

L’élève apprendra que la nature des hydrocarbures générés dépend du type de matière organique initiale et de l’histoire thermique de la roche mère.

10.4. L’Expulsion des Hydrocarbures de la Roche Mère

Le mécanisme d’expulsion (ou migration primaire) des hydrocarbures hors de la roche mère compacte vers des couches plus perméables sera décrit comme une étape cruciale du processus.

Chapitre 11 : La Migration et le Piégeage des Hydrocarbures

Ce chapitre suit le parcours des hydrocarbures depuis leur source jusqu’à leur accumulation.

11.1. La Migration Secondaire

La migration secondaire sera décrite comme le déplacement des hydrocarbures à travers des couches perméables (roches-drains), sous l’effet de la poussée d’Archimède, jusqu’à ce qu’ils rencontrent un obstacle.

11.2. La Roche Réservoir : Qualités et Caractéristiques

Les qualités requises pour une bonne roche réservoir (forte porosité et perméabilité) seront révisées en détail, avec des exemples de grès et de calcaires.

11.3. La Roche Couverture (Le Sceau)

La nécessité d’une roche couverture imperméable (comme l’argile ou le sel) pour stopper la migration verticale des hydrocarbures et permettre leur accumulation sera mise en évidence.

11.4. Les Différents Types de Pièges Pétroliers

Les pièges structuraux (anticlinaux, failles) et stratigraphiques (biseaux, récifs) seront étudiés en détail à l’aide de schémas en coupe, car leur identification est l’objectif principal de l’exploration pétrolière.

Chapitre 12 : Les Systèmes Pétroliers de la RDC

Ce chapitre final applique la notion de système pétrolier aux bassins sédimentaires de la RDC.

12.1. Le Système Pétrolier du Bassin Côtier

Le système pétrolier productif du bassin côtier sera analysé : identification des roches mères, des réservoirs gréseux du Crétacé et des pièges salifères qui ont permis l’accumulation des gisements actuellement en exploitation.

12.2. Le Système Pétrolier du Graben Albertine

L’élève étudiera les caractéristiques du système pétrolier du Rift Albertine, connu pour ses roches mères lacustres de grande qualité et ses pièges structuraux complexes liés à la tectonique du rift.

12.3. Le Potentiel de la Cuvette Centrale

Le système pétrolier supposé de la Cuvette Centrale sera discuté. L’élève comprendra les incertitudes qui subsistent sur la présence et la maturité des roches mères, qui sont la clé du potentiel de ce vaste bassin inexploré.

12.4. De l’Exploration à la Production : Synthèse

Le cours se conclura par une synthèse de la démarche de l’exploration pétrolière, montrant comment la compréhension de tous les éléments du système pétrolier permet de réduire les risques et de cibler les forages pour assurer la découverte de nouvelles ressources pour le pays.

Annexes

Cette section fournit des documents de référence pour une consultation rapide et une meilleure assimilation des concepts.

1. Glossaire de Géologie Sédimentaire et Pétrolière

Une définition claire des termes techniques clés (ex: subsidence, diagenèse, kérogène, discordance) est fournie pour assurer la maîtrise du vocabulaire spécialisé.

2. Échelle Stratigraphique Détaillée

Une version plus détaillée de l’échelle des temps géologiques, avec les principales époques et les caractéristiques des systèmes sédimentaires associés.

3. Symboles Conventionnels des Cartes Géologiques

Un récapitulatif des figurés utilisés sur les cartes géologiques pour représenter les failles, les plis, l’inclinaison des couches (pendage), afin de faciliter leur lecture.

4. Exemples de Coupes Géologiques de la RDC

Des coupes géologiques simplifiées du bassin côtier et du Graben Albertine illustrant les structures de pièges (anticlinal, bloc faillé) et la disposition des réservoirs et couvertures.