GÉOLOGIE, 3ÈME ANNÉE / OPTION : PÉTROCHIMIE INDUSTRIELLE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

Préliminaires

1. Finalités de la formation

La formation en géologie de troisième année a pour finalité de synthétiser et d’appliquer l’ensemble des connaissances géologiques acquises pour la résolution de problèmes techniques concrets. L’objectif est de former un technicien supérieur capable d’intégrer les données de la minéralogie, de la stratigraphie et de la géologie structurale pour évaluer le potentiel en ressources d’un site, analyser les risques géologiques et contribuer à des projets d’ingénierie.

2. Compétences visées

À l’issue de cette année terminale, l’élève devra maîtriser l’analyse stratigraphique pour reconstituer une histoire géologique, savoir identifier les principaux minéraux et comprendre leur classification, et être capable d’analyser les structures tectoniques (plis, failles) sur une carte et en coupe. Il pourra également expliquer les processus de formation des gisements minéraux (gîtologie) et appliquer les principes de l’hydrogéologie et de la géotechnique à des problématiques simples.

3. Approche Pédagogique

L’enseignement est axé sur l’étude de cas et la résolution de problèmes intégrés. L’analyse de dossiers géologiques complets, incluant des cartes, des coupes, des logs de forage et des analyses minéralogiques, constitue la principale modalité d’apprentissage. Des projets de synthèse, comme l’évaluation préliminaire du potentiel minier d’un périmètre dans la ceinture cuprifère du Katanga ou l’analyse des contraintes géotechniques pour un projet d’infrastructure à Matadi, permettent à l’élève de mobiliser l’ensemble de ses compétences.

4. Méthodologie du Rapport Géologique

Une compétence clé de cette dernière année est la capacité à communiquer des informations géologiques de manière claire et professionnelle. L’élève apprendra la structure et la méthodologie de rédaction d’un rapport géologique, incluant la description des affleurements, la présentation des cartes et des coupes, l’interprétation des données et la formulation de conclusions argumentées.

Partie I : Géologie Historique et Stratigraphie Appliquée ⏳

Cette partie approfondit l’étude du temps géologique en se concentrant sur les méthodes de reconstitution des environnements et des événements passés. L’élève apprendra à utiliser les archives sédimentaires non plus seulement pour dater, mais pour reconstruire des cartes de géographie ancienne et comprendre les dynamiques climatiques. Cette compétence est fondamentale pour l’exploration des ressources sédimentaires comme le pétrole, le charbon ou les phosphates.

Chapitre 1 : Les Principes de la Stratigraphie

Ce chapitre formalise les outils d’analyse des successions de couches sédimentaires.

1.1. Lithostratigraphie et Biostratigraphie

L’élève apprendra à différencier la lithostratigraphie, qui regroupe les roches en formations sur la base de leurs caractéristiques lithologiques, de la biostratigraphie, qui utilise les associations de fossiles pour définir des biozones et corréler les couches.

1.2. La Chronostratigraphie et l’Étage Stratigraphique

La chronostratigraphie sera présentée comme l’objectif ultime, visant à établir des corrélations temporelles globales. L’étage, unité de base définie par un affleurement de référence (stratotype), sera introduit.

1.3. Les Discordances et l’Analyse des Lacunes

Les discordances, surfaces d’érosion ou de non-dépôt qui séparent deux ensembles de couches, seront analysées en détail. L’élève apprendra à les reconnaître et à interpréter la durée et la nature de l’événement (tectonique, eustatique) qu’elles représentent.

1.4. La Stratigraphie Séquentielle

L’élève sera initié aux concepts de la stratigraphie séquentielle, une méthode moderne qui interprète l’agencement des dépôts sédimentaires en fonction des variations relatives du niveau marin, un outil puissant pour l’exploration pétrolière.

Chapitre 2 : La Paléogéographie et la Paléoclimatologie

Ce chapitre est consacré à la reconstitution des mondes disparus.

2.1. Les Indicateurs de Paléoenvironnements

L’élève apprendra à utiliser la nature des roches (faciès), les figures sédimentaires et les associations de fossiles comme des indicateurs directs de l’environnement de dépôt (marin profond, côtier, fluvial, glaciaire, etc.).

2.2. La Reconstitution de Cartes Paléogéographiques

En combinant les données de plusieurs points d’étude, l’élève s’exercera à reconstituer la distribution des terres et des mers à une époque donnée pour une région, comme par exemple la RDC durant le Crétacé, lorsque la mer a envahi le bassin côtier.

2.3. Les Indicateurs Paléoclimatiques

Certaines roches, comme les évaporites (climats arides), les bauxites (climats tropicaux humides) ou les tillites (climats glaciaires), seront présentées comme des archives des climats passés.

2.4. Les Grands Changements Climatiques du Passé

L’élève découvrira que l’histoire de la Terre a été marquée par de grandes variations climatiques, incluant des périodes « serre » (chaudes, sans calottes glaciaires) et des périodes « glacière », afin de mettre en perspective les changements actuels.

Chapitre 3 : La Géologie Historique de la RDC

Ce chapitre applique les principes précédents pour retracer la grande histoire géologique du territoire congolais.

3.1. Le Socle Archéen et Protérozoïque

Les terrains les plus anciens de la RDC, constituant le craton du Congo et les ceintures mobiles qui l’entourent, seront décrits. L’élève comprendra que ces terrains sont à l’origine de l’essentiel des richesses minières du pays (ceinture cuprifère, or, diamants).

3.2. La Couverture Sédimentaire de la Cuvette Centrale

L’histoire du remplissage du vaste bassin intracratonique de la Cuvette Centrale, depuis le Paléozoïque jusqu’au Cénozoïque, sera retracée, en soulignant les périodes de sédimentation continentale et marine qui conditionnent son potentiel pétrolier.

3.3. La Formation du Bassin Côtier

La formation du bassin côtier au Mésozoïque, liée à l’ouverture de l’océan Atlantique Sud, sera étudiée. L’élève analysera le rôle des dépôts de sel (diapirisme) dans la formation des pièges pétroliers de cette région.

3.4. La Tectonique Cénozoïque et le Rift Est-Africain

L’histoire géologique plus récente, dominée par la formation de la branche occidentale du rift est-africain (Graben Albertine et Tanganyika), avec son volcanisme associé (chaîne des Virunga) et son potentiel en hydrocarbures, sera détaillée.

Partie II : Minéralogie Approfondie et Cristallographie 💎

Cette partie est consacrée à l’étude détaillée des constituants fondamentaux des roches : les minéraux. S’appuyant sur les acquis des années précédentes, l’élève explorera la structure interne ordonnée des cristaux, apprendra à utiliser des techniques d’identification plus avancées et maîtrisera la classification systématique des espèces minérales, une compétence essentielle pour la géologie minière et l’étude des matériaux.

Chapitre 4 : La Cristallographie Géométrique

Ce chapitre analyse l’ordre et la symétrie qui règnent à l’intérieur des cristaux.

4.1. La Notion de Maille Élémentaire et de Réseau Cristallin

L’état cristallin sera défini par sa structure périodique tridimensionnelle. Les notions de réseau cristallin (arrangement des nœuds) et de maille élémentaire (motif de base qui se répète) seront introduites.

4.2. Les Éléments de Symétrie

L’élève apprendra à reconnaître les différents éléments de symétrie d’un cristal : les centres, les axes et les plans de symétrie, qui régissent la morphologie externe des cristaux bien formés.

4.3. Les Sept Systèmes Cristallins

Les sept grands systèmes cristallins (cubique, quadratique, orthorhombique, monoclinique, triclinique, hexagonal, rhomboédrique), qui classifient tous les minéraux en fonction de leur symétrie, seront décrits.

4.4. La Notation de Hermann-Mauguin et les Classes de Symétrie

Une introduction à la notation internationale de Hermann-Mauguin sera proposée pour décrire de manière concise le groupe de symétrie d’un cristal.

Chapitre 5 : L’Identification des Minéraux

Ce chapitre approfondit les techniques de reconnaissance des minéraux.

5.1. Révision et Approfondissement des Propriétés Physiques

Les propriétés macroscopiques (couleur, éclat, dureté, densité, clivage, cassure, trace) seront révisées avec une plus grande rigueur. Des tests spécifiques comme le magnétisme (pour la magnétite) ou la radioactivité seront ajoutés.

5.2. Introduction à la Minéralogie Optique

Le principe du microscope polarisant, outil fondamental du minéralogiste, sera introduit. L’élève découvrira comment le comportement de la lumière polarisée traversant une lame mince de roche permet d’identifier les minéraux avec une grande certitude.

5.3. Propriétés en Lumière Polarisée Non Analysée (LPNA)

L’élève apprendra à observer en LPNA la forme des minéraux, leur couleur (pléochroïsme) et leur relief, qui sont de premiers critères d’identification.

5.4. Propriétés en Lumière Polarisée Analysée (LPA)

L’observation entre polariseurs croisés (LPA) sera expliquée. L’élève apprendra à reconnaître l’isotropie ou l’anisotropie des minéraux et à utiliser les teintes de polarisation pour affiner leur identification.

Chapitre 6 : La Minéralogie Systématique

Ce chapitre présente la classification chimique des minéraux, des plus simples aux plus complexes.

6.1. Les Éléments Natifs, Sulfures et Oxydes

Les minéraux d’intérêt économique majeur seront étudiés : les éléments natifs (or, cuivre, diamant), les sulfures (pyrite, chalcopyrite, galène) et les oxydes (hématite, magnétite, cassitérite), qui sont les principales sources de métaux.

6.2. Les Halogénures, Carbonates et Sulfates

Cette section couvrira d’autres familles importantes : les halogénures (halite ou sel gemme), les carbonates (calcite, dolomite, malachite), qui sont des constituants majeurs des roches sédimentaires et de certains gisements, et les sulfates (gypse, barytine).

6.3. La Classification des Silicates

La classification des silicates, famille la plus abondante de la croûte terrestre, sera détaillée. L’élève apprendra qu’elle est basée sur l’arrangement des tétraèdres de silice (SiO₄) : isolés (nésosilicates), en chaînes (inosilicates), en feuillets (phyllosilicates) ou en charpente (tectosilicates).

6.4. Étude des Principaux Silicates

Les principaux silicates constitutifs des roches seront étudiés en détail : l’olivine, les pyroxènes, les amphiboles, les micas (biotite, muscovite), les feldspaths (orthose, plagioclases) et le quartz.

Chapitre 7 : Les Argiles : Minéralogie et Applications Industrielles

Ce chapitre est une étude de cas approfondie sur une famille de minéraux d’une importance capitale.

7.1. Structure et Propriétés des Minéraux Argileux

Les argiles seront présentées comme des phyllosilicates hydratés de très petite taille. Leur structure en feuillets sera reliée à leurs propriétés remarquables : plasticité, capacité d’échange d’ions et gonflement en présence d’eau.

7.2. Les Grandes Familles d’Argiles

L’élève apprendra à distinguer les principales familles de minéraux argileux : la kaolinite (non gonflante), les smectites (comme la montmorillonite, très gonflante) et les illites.

7.3. Les Argiles dans l’Industrie Pétrolière

Le rôle crucial des argiles (bentonites, à base de smectite) dans la formulation des boues de forage sera analysé en détail, en lien avec leurs propriétés de viscosité et de colmatage.

7.4. Les Argiles dans la Céramique et le Génie Civil

Les autres applications industrielles des argiles seront explorées : la fabrication de briques, de tuiles et de poteries (utilisant la plasticité de la kaolinite) et leur rôle, souvent problématique (gonflement, glissements de terrain), en géotechnique.

Partie III : Géologie Structurale et Tectonique Analytique 🗺️

Cette partie se concentre sur l’étude des déformations des roches de l’écorce terrestre. Après leur formation, les roches sont soumises à des contraintes tectoniques qui les plissent et les cassent. L’élève y apprendra à décrire, à classifier et à analyser ces structures (plis, failles) pour reconstituer les champs de contraintes qui leur ont donné naissance, une compétence essentielle pour l’exploration minière et pétrolière ainsi que pour le génie civil.

Chapitre 8 : L’Analyse des Déformations Ductiles : Les Plis

Ce chapitre est consacré à l’étude des déformations continues qui courbent les couches rocheuses.

8.1. Contraintes et Déformation des Matériaux

Les notions de contrainte (force par unité de surface) et de déformation (changement de forme) seront introduites. L’élève distinguera le comportement élastique, plastique (ductile) et fragile (cassant) des roches en fonction de la pression, de la température et de la vitesse de déformation.

8.2. Description Géométrique d’un Pli

Les éléments qui permettent de décrire un pli seront définis : les flancs, la charnière, l’axe et le plan axial. L’élève apprendra à mesurer l’orientation de ces éléments sur le terrain (direction et pendage).

8.3. La Classification Morphologique des Plis

Les plis seront classifiés selon leur forme (anticlinal, synclinal), l’inclinaison de leur plan axial (droit, déversé, couché) et l’angle entre leurs flancs.

8.4. Les Plis et l’Exploration des Ressources

L’élève comprendra que les plis, notamment les anticlinaux, constituent des pièges structuraux majeurs pour les hydrocarbures et peuvent également contrôler la localisation de certains gisements minéraux.

Chapitre 9 : L’Analyse des Déformations Cassantes : Failles et Joints

Ce chapitre se concentre sur les fractures qui coupent les formations rocheuses.

9.1. Les Joints et les Diaclases

Les joints seront définis comme des fractures sans déplacement notable. Leur importance pour la circulation des fluides (eau, hydrocarbures) et pour la stabilité des massifs rocheux en génie civil sera soulignée.

9.2. Description et Classification des Failles

Une faille sera définie comme une fracture accompagnée d’un déplacement relatif des deux blocs. L’élève apprendra à classifier les failles en fonction du mouvement relatif : failles normales (extension), inverses (compression) et décrochantes (coulissage).

9.3. Les Indicateurs de Mouvement sur les Plans de Faille

L’élève apprendra à reconnaître sur le terrain les indices (stries, miroirs de faille, fentes en échelon) qui permettent de déterminer le sens de déplacement d’une faille, une étape clé de l’analyse structurale.

9.4. Les Failles et les Risques Géologiques

Les failles actives seront présentées comme la source des séismes. L’étude des failles du rift est-africain permettra d’illustrer la relation directe entre la géologie structurale et le risque sismique dans l’est de la RDC.

Chapitre 10 : La Tectonique Globale et Régionale

Ce chapitre intègre les structures locales dans le cadre global de la tectonique des plaques.

10.1. Les Moteurs de la Tectonique des Plaques

Les forces qui gouvernent le mouvement des plaques lithosphériques (convection mantellique, traction des plaques plongeantes) seront discutées, fournissant le cadre conceptuel pour comprendre l’origine des contraintes.

10.2. Les Structures Associées aux Frontières Divergentes

Les structures typiques des zones d’extension (rifts continentaux, dorsales océaniques) seront analysées : failles normales, grabens et horsts. Le Graben Albertine sera étudié comme un exemple de rift actif.

10.3. Les Structures Associées aux Frontières Convergentes

L’élève étudiera les structures complexes des zones de compression : failles inverses, plis, chevauchements et nappes de charriage, caractéristiques des chaînes de montagnes comme les Alpes ou les Andes.

10.4. L’Analyse Tectonique : Reconstitution des Champs de Contraintes

L’élève apprendra à utiliser un ensemble de failles et de plis mesurés dans une région pour reconstituer l’orientation des contraintes principales (σ₁, σ₂, σ₃) qui ont affecté cette région dans le passé.

Partie IV : Introduction à la Géologie Appliquée 🏗️

Cette dernière partie est la synthèse de tout le cursus de géologie. Elle vise à montrer comment les connaissances fondamentales en minéralogie, pétrologie et géologie structurale sont mises au service de la société pour la recherche et l’exploitation des ressources et pour la construction d’infrastructures. L’élève y découvrira les métiers de l’ingénieur géologue.

Chapitre 11 : La Gîtologie (Géologie des Gisements)

Ce chapitre explore les processus géologiques qui concentrent les substances minérales utiles.

11.1. Définition d’un Gisement et Notions Économiques

Un gisement (ou gîte minéral) sera défini comme une concentration anormale d’une substance utile, exploitable économiquement. Les notions de teneur de coupure, de réserves et de ressources seront introduites.

11.2. Les Processus de Formation des Gisements (Métallogénie)

Les grands processus à l’origine des concentrations minérales seront classifiés : processus magmatiques (ségrégation, fluides hydrothermaux), sédimentaires (placer, dépôts chimiques) et métamorphiques.

11.3. Les Gisements Associés au Magmatisme

L’élève étudiera des exemples de gisements liés aux intrusions magmatiques, comme les gisements de cuivre porphyrique ou les gisements de diamants associés aux kimberlites du Kasaï.

11.4. Application aux Gisements Cupro-Cobaltifères du Katanga

Le cas mondialement célèbre des gisements de cuivre et de cobalt du Katanga sera étudié. L’élève découvrira leur origine sédimentaire (piégés dans des roches du Protérozoïque) et leur remobilisation lors d’événements tectoniques ultérieurs.

Chapitre 12 : L’Hydrogéologie et la Géotechnique

Ce chapitre aborde l’application de la géologie aux domaines de l’eau et du génie civil.

12.1. L’Hydrogéologie : La Géologie des Eaux Souterraines

L’hydrogéologie sera présentée comme la science qui étudie l’origine, le mouvement et la captation des eaux souterraines. Les notions de perméabilité, de porosité et d’aquifère seront approfondies.

12.2. La Caractérisation d’un Aquifère

Les méthodes pour caractériser un aquifère (piézométrie, essais de pompage) et pour évaluer ses ressources et sa vulnérabilité à la pollution seront présentées, en lien avec les défis de l’approvisionnement en eau potable de grandes villes comme Kinshasa.

12.3. La Géotechnique : La Géologie de l’Ingénieur

La géotechnique sera définie comme l’application des sciences de la Terre à la construction. L’élève comprendra que tout projet (route, bâtiment, barrage) nécessite une étude géotechnique préalable pour caractériser le sol et le sous-sol.

12.4. Les Propriétés Mécaniques des Sols et des Roches

Une introduction aux propriétés mécaniques des géomatériaux (cohésion, angle de frottement, compressibilité) sera proposée. L’élève analysera les risques géotechniques comme les glissements de terrain (fréquents à Bukavu ou dans le Bas-Congo) et le gonflement des argiles.

Annexes

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

1. Glossaire de Géologie Structurale et Appliquée

Une définition claire des termes techniques clés (ex: pendage, anticlinical, faille inverse, gîtologie, aquifère) est fournie pour assurer la maîtrise du vocabulaire spécialisé.

2. Classification Détaillée des Minéraux

Des tableaux de classification systématique pour les principales familles de minéraux (silicates, sulfures, carbonates) avec leur composition chimique et leurs propriétés distinctives.

3. Stéréogrammes et leur Utilisation en Géologie Structurale

Une introduction à la projection stéréographique (canevas de Wulff ou de Schmidt) comme outil graphique pour représenter et analyser l’orientation des plans et des lignes en géologie structurale.

4. Exemples de Cartes et Coupes de Gisements Miniers Congolais

Des cartes et des coupes géologiques simplifiées de gisements types de la RDC (un gisement de cuivre stratiforme du Katanga, un pipe de kimberlite du Kasaï), illustrant le contrôle structural et lithologique des minéralisations.