Roches, cycle géologique et tectonique des plaques

Les roches sont les archives de la Terre et le produit de sa dynamique. Ce chapitre présente les trois grandes familles de roches et le cycle qui les relie, les déformations qu'elles subissent, puis le cadre unificateur de toute la géologie moderne : la tectonique des plaques. Il fait le lien entre la géodynamique interne et externe introduite au chapitre 1.

1. Les roches magmatiques

Les roches magmatiques (ou ignées) proviennent du refroidissement et de la cristallisation d'un magma, liquide silicaté produit par fusion partielle du manteau ou de la croûte. Si le magma cristallise lentement en profondeur, il donne une roche plutonique à texture grenue, entièrement cristallisée : c'est le cas du granite (quartz, feldspaths, micas), roche typique de la croûte continentale, et du gabbro. Si le magma atteint la surface, il refroidit vite et donne une roche volcanique à texture microlitique, avec quelques cristaux dans une pâte vitreuse : le basalte, roche des fonds océaniques, la rhyolite ou l'andésite. La classification repose aussi sur la teneur en silice : roches acides (riches en SiO₂, claires, comme le granite) ou basiques (pauvres en silice, sombres, riches en fer et magnésium, comme le basalte).

2. Les roches sédimentaires et la diagenèse

Les roches des continents subissent, au contact de l'atmosphère et de l'hydrosphère, une altération mécanique (gel, variations thermiques) et chimique (hydrolyse, dissolution) qui les désagrège. Les produits sont repris par l'érosion, transportés par l'eau, le vent ou la glace, puis déposés dans un bassin : c'est la sédimentation, le plus souvent en milieu aqueux. Le dépôt procède de trois mécanismes : accumulation de particules détritiques (conglomérats, grès, argiles, classés par taille de grain), précipitation chimique à partir de solutions (évaporites : sel gemme, gypse ; certains calcaires) et accumulation biologique de squelettes d'organismes (calcaires à coquilles, craie, charbon). Les sédiments meubles se transforment ensuite en roches par la diagenèse : compaction sous le poids des couches sus-jacentes, expulsion de l'eau, et cimentation par précipitation de calcite ou de silice entre les grains. Les roches sédimentaires sont stratifiées et sont les seules à contenir des fossiles.

3. Les roches métamorphiques et le cycle des roches

Le métamorphisme transforme une roche préexistante à l'état solide, sous l'effet d'une augmentation de température et/ou de pression (enfouissement, collision, contact d'une intrusion), avec recristallisation des minéraux et apparition d'une foliation ou d'une schistosité. Une argile devient successivement schiste, micaschiste puis gneiss ; un calcaire devient marbre ; un grès devient quartzite. Au-delà d'un certain seuil, la roche fond partiellement (anatexie) et redonne un magma. Le cycle des roches relie ainsi les trois familles : le magma cristallise en roches magmatiques ; celles-ci, altérées et érodées, fournissent des sédiments qui deviennent roches sédimentaires ; enfouies, elles se métamorphisent ; fondues, elles régénèrent un magma. Ce cycle est le moteur des transformations décrites dans le cycle géologique.

4. Les déformations des roches : plis et failles

Soumises à des contraintes tectoniques, les roches se déforment. Une déformation souple (ductile) produit des plis : l'anticlinal, pli à convexité tournée vers le haut, dont le cœur contient les couches les plus anciennes, et le synclinal, pli à concavité vers le haut, dont le cœur contient les couches les plus récentes ; on décrit leurs flancs, leur charnière et leur plan axial (pli droit, déjeté, déversé, couché). Une déformation cassante produit des failles : normales en extension, inverses (chevauchements) en compression, décrochantes en cisaillement horizontal. Un niveau structural lie le style de déformation à la profondeur : cassant près de la surface, plis de plus en plus souples puis écoulement et métamorphisme en profondeur. Les grands chevauchements et nappes de charriage du Rif en sont l'illustration marocaine.

5. La tectonique des plaques

Wegener proposa en 1912 la dérive des continents (complémentarité des côtes, fossiles et structures identiques de part et d'autre de l'Atlantique) sans pouvoir expliquer le moteur. Dans les années 1960, l'exploration des océans révèle les dorsales, le paléomagnétisme symétrique des fonds océaniques et l'âge croissant de la croûte océanique en s'éloignant des dorsales : c'est l'expansion des fonds océaniques (Hess), puis la théorie de la tectonique des plaques. La lithosphère est découpée en une douzaine de plaques rigides qui se déplacent, à quelques centimètres par an, sur l'asthénosphère ductile, entraînées par la convection du manteau et le poids des plaques plongeantes.

Trois types de frontières. Aux frontières divergentes (dorsales océaniques, rifts continentaux), les plaques s'écartent et un magma basaltique crée de la croûte océanique ; séismes superficiels et volcanisme fissural. Aux frontières convergentes, soit une plaque océanique dense plonge sous une autre (subduction : fosse océanique, séismes jusqu'à 700 km le long du plan de Wadati-Benioff, volcanisme andésitique explosif), soit deux lithosphères continentales entrent en collision et bâtissent une chaîne de montagnes (Himalaya, Alpes, Rif). Aux frontières transformantes (faille de San Andreas), les plaques coulissent horizontalement sans création ni destruction de lithosphère. Le Maroc est situé sur la plaque africaine, près de sa limite avec la plaque eurasienne : c'est cette convergence lente qui explique la sismicité du Rif et d'Al Hoceima.