Du casse-tête à une théorie : la tectonique des plaques

Sur un globe terrestre, les continents ressemblent à des morceaux de casse-tête qui s'imbriquent presque parfaitement les uns dans les autres.

L'observation qui précède, ainsi que plusieurs autres, ont mené à la théorie de la tectonique des plaques. Selon cette théorie, l'écorce terrestre est segmentée en une vingtaine de plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Cette théorie explique comment se forment les chaînes de montagnes et les bassins océaniques et pourquoi les tremblements de terre et le volcanisme sont concentrés dans cette région du globe. La théorie de la tectonique des plaques illustre bien comment la méthode scientifique fonctionne.

Comment ça marche ?

Pour comprendre comment les plaques tectoniques se déplacent, il suffit d'observer la débâcle au printemps. Pendant la débâcle, les plaques de glace s'entrechoquent ou coulissent les unes contre les autres. Finalement, elles s'empilent et forment une grande crête le long des rives.

Les plaques de glace sur l'eau se comportent comme des microcontinents et des îles volcaniques à la dérive sur le manteau. Elles finissent par entrer en collision avec une grosse plaque continentale. Dans notre analogie, la terre ferme est le continent. La crête de glaces, elle, correspond à la chaîne de montagnes formée par la collision des plaques. Seules les bordures du continent subissent le contrecoup de la collision. L'action se passe donc à la jonction des plaques. C'est là que se concentrent les tremblements de terre et l'activité volcanique. C'est aussi là que se construisent de nouvelles chaînes de montagnes.

Des plaques qui entrent en collision

Quand une plaque continentale entre en collision avec une plaque océanique, la plus dense, la plaque océanique, s'enfonce sous l'autre. C'est la subduction. La zone de subduction est marquée par un fossé océanique pouvant atteindre plusieurs kilomètres de profondeur. Parfois le continent agit comme un chasse-neige. Il gratte une partie des sédiments qui recouvrent la croûte océanique. Ceux-ci s'accumulent le long du continent comme un banc de neige.

La croûte océanique bien "mouillée" s'enfonce jusqu'à une centaine de kilomètres sous le continent et perd son eau. Les sédiments qui ont été entraînés avec cette croûte océanique et les roches au-dessus fondent pour former du magma . Les magmas montent à la surface et donnent naissance à des volcans alignés en forme d'arc le long des continents, comme ceux de la Ceinture de feu du Pacifique. Les volcans se forment parfois directement sur le continent, comme dans les Andes, en Amérique du Sud. Ce sont des arc continentaux. D'autres forment une série d'îles comme le Japon et l'Indonésie. On les appelle des "arcs insulaires". Avec le temps, les arcs insulaires finissent généralement par entrer en collision avec le continent.

Lorsque les plaques océaniques se referment, une collision entre deux continents survient inévitablement. Cette collision peut se comparer à celle entre deux autos. Sous l'impact, la carosserie se déforme, se bosselle immédiatement. La différence, cependant, est que la roche volcanique et les sédiments se déforment extrêmement lentement. Le choc de la collision, loin d'être instantané, dure des millions d'années. C'est ce qui s'est passé entre l'Inde et l'Asie, il y a 53 millions d'années. Cette collision a donné naissance à la chaîne de montagnes l'Himalaya. Même aujourd'hui l'Inde se rapproche de l'Asie à la vitesse de 4 à 6 cm par année!

Des plaques qui s'éloignent

Après toutes ces collisions, le cycle dit "orogénique" repart à zéro. La plaque continentale, devenue trop grosse, se casse et se morcelle. Certaines cassures ne font que s'entrouvrir et forment des zones de rift comme les rifts le long du fleuve St-Laurent et de la vallée de l'Outaouais. D'autres s'ouvriront pour constituer un océan. Du magma venant du manteau remplit alors le rift pour former un début de croûte océanique. Au fur et à mesure que du nouveau magma arrive à la surface et se solidifie, la croûte océanique s'agrandit et s'éloigne de la fissure. Des volcans font éruption sous la mer, des blocs se soulèvent. C'est ce qui a donné naissance aux plus longues chaînes de montagne de la planète, les "dorsales" ou "rides océaniques".

Par exemple, il y a 200 millions d'années, l'océan Atlantique n'éxistait même pas. Aujourd'hui, il continue de s'agrandir de quelques centimètres par an.

Sous l'eau, les océans ne sont pas tous pareils. Regardez attentivement cette figure. La dorsale de l'Atlantique sépare cette océan en deux et mesure plus de 2 200 km de longueur. L'océan Pacifique, par contre, a une dorsale très irrégulière et proche du continent américain.

Des plaques qui se frottent

Quand deux plaques frottent l'une contre l'autre, le coulissage est intermittent et se fait par cassures. La région est donc secouée périodiquement par des tremblements de terre. La plus célèbre de ces failles est certainement celle de San Andreas qui sépare la péninsule californienne du continent nord-américain. Au rythme où elle bouge, la péninsule de la Californie rejoindra l'Alaska... dans quelques dizaines de millions d'années!

Ces volcans qui crachent du feu et des pierres

De tout temps, l'être humain a été fasciné, terrorisé par les explosions volcaniques. Dans l'Antiquité, on croyait que les volcans représentaient les portes de l'enfer. On considère maintenant qu'ils sont plutôt des fenêtres sur l'intérieur de la Terre.

La roche fondue à l'intérieur de la Terre est moins dense que les roches qui l'entourent. Elle cherche donc à monter à la surface en se frayant un chemin à travers le manteau et la croûte terrestre. Elle s'écoule à la surface sous forme de lave ou est projetée dans les airs en cendres volcaniques. La lave se refroidit très rapidement, en l'espace de quelques jours, au contact de l'air et de l'eau. L'accumulation de lave durcie, ou de cendres non volcaniques, durcies ou non, forment des plateaux ou des reliefs coniques : les volcans.

Plus de la moitié des quelques 600 volcans actifs à la surface de la Terre sont situés le long de la Ceinture de feu du Pacifique.

Les volcans des zones de subduction : des volcans explosifs

Les magmas qui construisent les volcans au-dessus des zones de subduction sont très visqueux et contiennent beaucoup d'eau. Les gaz ne peuvent pas s'échapper facilement tant que les magmas sont en profondeurs. Mais dès que le magma approche de la surface, les gaz s'échappent, un peu comme quand on ouvre une cannette de boisson gazeuse bien brassée. Les éruptions sont alors violentes et explosives. Ces volcans, soit qu'ils se trouvent en marge du continent, comme le mont St.Helens sur la côte ouest des États-Unis, et forment les arcs continentaux, soit qu'ils forment des îles le long du continent, des arcs insulaires.

Les volcans des zones de rifts

Les dorsales océaniques sont de grandes cassures terrestes d'où s'échappe du magma. Quand cette lave arrive à la surface, elle a une température d'environ 1250 °C. L'Islande est une île volcanique le long de la dorsale océanique de l'Atlantique. On retrouve aussi des volcans dans les rifts continentaux, comme celui qui découpe l'Afrique de l'Est.

Les volcans à l'intérieur des plaques océaniques ou continentales

Les îles d'Hawaii représentent les sommets d'une série de volcans à l'intérieur des plaques océaniques. Leur lave riche en fer et en magnésium est très fluide et les gaz s'en échappent facilement. Arrivée à la surface, la lave s'écoule sans grande explosion.

Quand l'eau de mer est chauffée par du magma

Lorsque des magmas s'infiltrent dans les roches des fonds sous-marins, ils chauffent l'eau de mer qui circule dans les fissures sous la surface. Cette eau chaude lessive alors les roches, c'est-à-dire qu'elle leur enlève certains éléments comme le sodium, le fer, le cuivre et l'or. Quand l'eau revient vers la surface, souvent le long des failles, elle se refroidit. Les métaux qu'elle transportait jusqu'alors en solution se déposent. Ces métaux s'accumulent et forment parfois de très gros gisements de cuivre et d"or.

Les roches, archives de la Terre

Les roches renferment des indices qui nous permettent de reconstituer l'histoire de la Terre.

Selon leur mode de formation, on distingue trois grandes classes de roches. Ce sont les roches ignées, sédimentaires et métamorphiques. Une roche ignée, c'est du magma solidifié; une roche sédimentaire, de la boue, du sable ou du gravier compactés et cimentés; une roche métamorphique, une roche ignée ou sédimentaire qui a été enfouie à de grandes profondeurs et cuites à de hautes températures. Les roches métamorphiques peuvent être plissées car elles sont généralement déformées. Pour classer les roches, il faut bien les observer: d'abord l'allure générale et la couleur, puis la grosseur du grain et la texture.

Si les grains sont plus petits que 1 mm, la roche est dite à grain fin. Si les grains mesurent entre 1 et 5 mm, la roche est à grain moyen et si les grains sont plus gros que 5 mm, c'est une roche à grain grossier. Une fois cette observation faite, vous pouvez utiliser le tableau ci-dessous pour identifier votre roche en fonction de ses autres propriétés.

Même la terre recycle !

Les roches sous vos pieds ont peut-être été recyclées plusieurs fois.

Toutes les roches à la surface de la Terre s’altèrent et se désagrègent lentement. Les particules ainsi générées sont transportées par l’eau, le vent, ou tout simplement par la gravité. Elles s’accumulent pour former des sédiments. Ceux-ci subiront de nombreux changements physiques et chimiques et deviendront, plus tard, des roches sédimentaires.

Si les roches sédimentaires sont ensevelies à de grandes profondeurs dans la croûte terrestre, elles seront transformées en roches métamorphiques. Si ces dernières sont soumises à de plus hautes températures, elles pourront fondre, former un magma qui cristallisera en roches ignées. Puis le cycle recommencera. Le cycle peut aussi être interrompu ou court-circuité comme l’indiquent les flèches à l’intérieur du diagramme représentant le cycle des roches.

Les roches sédimentaires : des sédiments compactés et cimentés, et des précipités chimiques

Certaines roches sédimentaires, comme le calcaire, le sel et le chert, sont formées directement par la précipitation de minéraux à partir de l’eau de mer. Les calcaires peuvent aussi se former lorsque les coraux, coquilles et le squelette des animeaux aquatique s'accumulent sur le fond marin ou au fond d'un lac par exemple pour former des fossiles qui vont se ciementerés les uns aux autres avec le temps.

Au cours d’une vie humaine, les processus géologiques sont généralement imperceptibles. Mais sur des millions d’années, des chaînes de montagnes peuvent être rasées par l’érosion. Des débris en quantité énorme sont alors transportés et déposés dans de nouveaux environnements sédimentaires. C’est ainsi que des débris de la chaîne de montagnes qui occupait autrefois le plateau des Laurentides se retrouvent aujourd’hui dans les roches des Appalaches.

Pourquoi étudier les roches sédimentaires ?

Les roches sédimentaires sont un grand livre ouvert sur les environnements passés de notre planète. Elles nous permettent aussi de retracer l’évolution de la vie et de documenter les grands changements climatiques qu’a déjà connus la Terre. Elles peuvent renfermer des hydrocarbures, des métaux. Pour bien saisir leur potentiel, le géologue doit répondre à diverses questions. À l’origine, les sédiments se sont-ils déposés dans un delta, le long d’une plage ou dans les profondeurs de la mer ? Quelle était la composition de l’atmosphère et celle des océans à ce moment-là ? Que sait-on du climat d’alors : était-il aride, tropical ou polaire ? Pour ce faire, les géologues comparent les caractéristiques des roches sédimentaires à celles des sédiments déposés dans les environnements actuels.

On peut déterminer le milieu de dépôt à partir de divers indicateurs préservés dans la roche. La stratification ou le litage marque les dépôts successifs et donne un aspect en couches. Si les roches n’ont pas bougé depuis leur consolidation, les couches seront à peu près horizontales. Mais si elles ont subi des déformations, elles seront basculées ou plissées. À l’intérieur des couches, la grosseur et la nature du grain ainsi que les structures sédimentaires aident le géologue à reconnaître le milieu de dépôt. Par exemple, une roche sédimentaire formée de particules très fines provient probablement d’un milieu calme, comme un lac ou les profondeurs de la mer.

Les roches ignées : du magma solidifié

Au cours d’éruptions volcaniques, on assiste à la formation quasi instantanée d’un grand type de roche : les roches ignées extrusives ou les roches volcaniques.

Les magmas qui forment les roches ignées sont tous générés à de grandes profondeurs dans la croûte terrestre et dans le manteau.

Certains montent jusqu’à la surface et se solidifient très vite en roches volcaniques. Celles-ci sont généralement à grain fin parce qu’elles se refroidissent et se solidifient rapidement au contact de l’air ou de l’eau.

D’autres magmas montent presque à la surface ; d’autres, enfin, montent un peu mais figent à de très grandes profondeurs. Comme il fait beaucoup plus chaud à l’intérieur de la croûte terrestre qu’à la surface, ces magmas prennent des milliers, voire des centaines de milliers d’années, à refroidir et à se solidifier. Les minéraux ont donc le temps de former de gros grains, bien visibles à l’œil nu. Ce sont des roches ignées intrusives. Ces roches grenues sont exposées seulement après le soulèvement et l’érosion des roches qui les recouvrent.

On peut classifier les roches ignées selon leur texture, la grosseur du grain, leur composition chimique, le pourcentage des différents minéraux et la composition des feldspaths.

Les Montérégiennes : des magmas qui ont figé près de la surface

Rescapées des profondeurs

Les roches métamorphiques sont des roches ignées ou sédimentaires qui ont été transformées sous l’effet de la chaleur et de la pression, par exemple lors de la formation de grandes chaînes de montagnes.

Le métamorphisme : la cuisson des roches

Quand une roche est soumise à des conditions de température et de pression différentes (généralement plus fortes) de celles auxquelles elle a été formée, elle devient instable. De nouveaux minéraux se forment. De nouvelles textures aussi. Les minéraux recristallisent; ceux qui se présentent en feuillets ou en bâtonnets s’alignent pour résister à la pression. Cet alignement des minéraux donne un aspect rubané ou zébré à la roche. C’est la foliation.

On peut comparer le métamorphisme à la cuisson des aliments. La plupart des recettes nécessitent un liquide pour faciliter la cuisson. Il faut aussi régler le fourneau à une certaine température pour réussir la recette. La chaleur brise les liens entre les molécules et accélère les réactions chimiques. À l’intérieur de la Terre, la chaleur augmente à mesure que la profondeur s’accroît. Elle peut aussi être fournie par l’intrusion de grandes masses de magma. Les roches se transforment graduellement à des températures allant de 250 oC à 950 oC. Les fluides (eau, gaz carbonique) proviennent de l’eau des pores des roches, de la transformation des minéraux hydratés comme le mica, ou même de l’océan. Dans la nature, on peut observer toutes les progressions d’une roche sédimentaire argileuse qui devient une ardoise légèrement métamorphisée, puis un schiste et enfin un gneiss. Ce dernier se développe au cours d’un métamorphisme intense comme celui qu’ont connu les roches de la réserve. Le gneiss a un aspect rubané, résultant de l’alternance de bandes foncées et de bandes claires.

Le calcaire se transforme en marbre, une roche formée essentiellement de calcite. Le chert et les grès riches en quartz deviennent des quartzites, une roche formée de grains de quartz. Comme la calcite a la forme d’un carré aligné et le quartz, une forme trapue, ces roches ne montrent pas d’alignement marqué des minéraux.

Les minéraux : des thermomètres et des baromètres

Les processus métamorphiques se produisent à de grandes profondeurs dans la croûte terrestre ; on ne peut donc pas les observer. On étudie toutefois en laboratoire comment différents assemblages de minéraux réagissent à des changements de température et de pression. Par la suite, on peut appliquer ces connaissances aux roches pour déterminer à quelle profondeur elles ont été enfouies. Certains assemblages de minéraux sont de bons indicateurs des conditions de métamorphisme. De plus, certains minéraux changent de composition à mesure que la pression ou la température augmente. Les roches de la réserve ont subi un métamorphisme très intense. La présence de cordiérite, d’orthopyroxène et de grenat dans une même roche et la composition respective de ces minéraux indiquent des températures extrêmes, jusqu’à 950 oC. Les minéraux métamorphiques des sites 21 et 22 reflètent un enfouissement sous 30 km de roches.

Les gneiss granitiques des monts Devlin et Bondy proviennent initialement de la cristallisation de magmas qui se sont insérés tranquillement il y a plus de 1 240 millions d’années dans les roches déjà existantes. Ils ont été depuis métamorphisés.

La zone grise

Métamorphisme et déformation vont souvent de pair

Les terrains métamorphiques sont aussi très déformés. On peut souvent déceler de grandes structures régionales dans les roches, comme le pli que nous pouvons voir dans la photo aérienne à droite. Ce superbe exemple provient de la région à l’est de l’Entrée du Sourd, dans la réserve faunique de Papineau-Labelle en Outaouais. Sur le terrain, l’orientation des couches et l’alignement des minéraux dans les roches suivent bien le pli délimité par la photo aérienne. Les plis se répètent jusqu’à l’échelle de l’affleurement et même des lames minces.

Minéral, minéral, dis-moi qui tu es?

Par exemple, le quartz, c'est du silicium combiné à de l'oxygène. Mais pas n'importe comment. Chaque atome de silicium se combine avec deux atomes d'oxygène. Parfois, la façon dont les éléments sont attachés entre eux fait toute la différence. Prenons l'exemple du carbone. À de très hautes pressions, les atomes de carbone forment une structure très compacte : c'est le diamant, le minéral le plus dur qui soit. À des pressions moins élevées, les atomes de carbone se regroupent d'une façon moins dense : c'est le graphite, minéral qu'on peut rayer avec l'ongle, qu'on trouve en abondance dans des roches de l'Outaouais et qui est bon marché.

L'or est rarement combiné à d'autres éléments dans la nature; on parle d'or natif. Le cuivre peut être natif ou combiné à de l'oxygène ou du soufre. Certains métaux, comme le zinc, sont toujours combinés à d'autres éléments. Une matière organique provient d'un matériel qui est ou qui a été vivant. Le sucre provient de la transformation d'une plante c'est donc une matière organique, le charbon provient de la décomposition de plantes, de morceaux de bois, etc. C'est donc une matière organique. Par contre, les minéraux n'ont jamais été vivants, leur matière est dite inorganique.

L'éclat

C'est l'aspect qu'offre la surface des minéraux à la lumière du jour. Les minéraux métalliques brillent comme du métal parce qu'ils réfléchissent presque totalement la lumière. Ils peuvent être très brillants, comme un feuille de papier d'aluminium, ou un peu moins, comme une tige de fer. Ils sont tous foncés. Les minéraux non métalliques, eux, peuvent être de toutes les couleurs; leur aspect peut être vitreux, transparent, satiné ou gras.

La dureté

La dureté mesure la difficulté à rayer un minéral. Plus les liens entre les atomes sont forts, plus le minéral est dur. Certains minéraux sont si tendres qu'on peut les rayer avec l'ongle. C'est le cas du graphite. D'autres sont si durs qu'on n'arrive même pas à les marquer avec une lame de canif ou un clou. Pour évaluer la dureté, il faut peser très fort avec le clou ou la lame de canif et essayer de faire un trait continu.

La couleur

Elle n'est caractéristique que pour certains minéraux, comme les micas et les minéraux métalliques. Un grand nombre de minéraux se trouvent sous différentes couleurs. La couleur varie selon la composition chimique ou la présence d'inclusions ou d'impuretés. une inclusion, c'est un minéral ou un groupe de minéraux inclus dans un autre minéral. Leur présence peut faire beaucoup changer la couleur du minéral hôte. On ne peut donc généralement pas se fier à la couleur d'un minéral. Par exemple, le quartz peut être incolore, blanc, mauve, jaune, gris et noir.

La couleur du trait

La couleur de la poudre d'un minéral est généralement beaucoup plus fiable que celle du minéral lui-même. On l'obtient en frottant le minéral sur une plaque de porcelaine (ou une surface dure telle qu'une tuile, ou une assiette de terre cuite à surface lisse non glacée). Par exemple, l'hématite peut être brune, rouge ou gris argent mais son trait est toujours brun rougeâtre. Le trait peut aussi nous aider à distinguer les minéraux métalliques. Ceux-ci présentent des traits foncés et les minéraux non-métalliques des traits blancs ou pâles.

Le clivage

Certains minéraux se brisent le long d'un ou plusieurs plans pour donner de belles surfaces lisses, qu'on appelle "clivages". Ceux-ci reflètent des plans de faiblesse dans la structure cristalline, c'est-à-dire l'organisation des atomes. Le quartz n'a pas de clivage, le mica a un clivage parfait, le feldspath en a deux et la calcite, trois.

Le magnétisme

Quelques minéraux de fer, comme la magnétite, sont attirés par l'aimant.

La forme cristalline

Certains minéraux présentent des surfaces lisses et planes qui reflètent leur structure interne. Le quartz, par exemple, a une forme cristalline hexagonale. On trouve parfois de tels cristaux dans des cavités ou des fractures dans la roche. La forme cristalline est donc très utile pour identifier les minéraux.

Roche ou Minéral ?

Minéraux qui brillent, minéraux de toutes les couleurs, minéraux en formes étonnantes. Roches dures, roches qui s'effritent, roches au passé mouvementé. Mais au fait, quelles différences y a-t-il entre les roches et les minéraux ? Et comment peut-on les reconnaître ?

Une roche, c'est un agrégat, un mélange ou un assemblage de minéraux

Voiçi une roche formée de trois minéraux: le feldspath rose, le quartz et le mica. C'est une pegmatite, roche ignée caractérisée par un très gros grain. Ce type de roche forme de petits filons ou des amas qui généralement recoupent les autres types de roches.

Comment détermine-t-on l'âge d'une roche ?

Par ses minéraux ! Les géologues ont d’abord utilisé les fossiles pour donner un âge relatif aux roches. Grâce à la découverte de la radioactivité et aux progrès technologiques, il est maintenant possible de dater les roches de façon absolue.

Pour chaque type d’événement à dater, les géologues ont trouvé des horloges atomiques appropriées. Par exemple, le potassium qui se transforme en argon en dit long sur le métamorphisme. L’uranium qui se désintègre en thorium nous renseigne sur les événements beaucoup plus près de nous. Le carbone permet de dater des organismes plus jeunes que 70 000 ans, comme les coquillages ou les mammifères qui vivaient dans la Mer de Champlain, il y a environ 10 000 ans.

Ces minéraux « horloges »

Certains minéraux, tels le zircon, la monazite et la titanique piègent de l’uranium, et presque pas de plomb, dans leur structure cristalline au moment de leur formation. Comme l’uranium se désintègre lentement en plomb et que la vitesse de cette désintégration est connue, nous pouvons mesurer le contenu en uranium (qui reste) et en plomb (qui s’est ajouté). Et de là, on calcule l’âge de la roche au million d’années près.

Le zircon est le minéral le plus utilisé pour dater les roches ignées et les roches métamorphiques. Il est présent en petites quantités dans la plupart des roches et il demeure très stable au cours des processus géologiques.

Dater une roche

Pour dater les roches, il faut des laboratoires spécialisés comme ceux de la Commission géologique du Canada, du Musée royal de l’Ontario et du GEOTOP, à l’UQAM.

À partir d’un gros seau de roche d’environ 50 kg, il faudra récupérer une dizaine de grains de zircon de la grosseur de grains de sable. Pour en arriver là, il faut de nombreuses étapes : concassage, broyage, tamisage, concentration des minéraux lourds puis séparation des zircons. Finalement les zircons sont examinés au microscope et triés un par un. On sélectionne des grains sains pour s’assurer que le plomb formé ne s’est pas échappé du minéral. Puis, on dissout les grains dans des laboratoires propres, propres, propres. Saviez-vous que les quantités de plomb aux abords d’une autoroute sont beaucoup plus élevées que celles mesurées dans notre échantillon ? Les chercheurs doivent donc éviter à tout prix que l’échantillon soit contaminé. Finalement, on mesure les quantités d’uranium, de thorium et de plomb contenues dans ces zircons avec un sphéromètre de masse.

Les percées en déchronologie dépendent du raffinement des méthodes d’analyse. Ainsi pour pouvoir analyser les zircons qui ont enregistré plusieurs événements géologiques successifs, des chercheurs ont mis au point un nouvel appareil : une micro sonde à rayon ionique. Celle-ci permet de faire des dizaines d’analyses sur un même grain et de dater différents événements enregistrés par un seul zircon. Le Canada a maintenant sa propre sonde ionique. Elle est aux laboratoires de la Commission géologique du Canada.

Quelques définitions

Sur les traces des glaciers

Observez bien autour de vous ! Vous trouverez de nombreux vestiges du passage des glaciers

Des surfaces rocheuses polies et striées, une couverture de sable et de gravier, des blocs rocheux de quelques tonnes qui ont été transportés sur de grandes distances, etc. Au début du 19è siècle, on croyait que ces vestiges provenaient du Déluge universel décrit dans la Bible. Cinquante ans plus tard, l'observation de phénomènes identiques, tant dans les Alpes qu'en Écosse et dans le nord de l'Amérique, démontrait l'existence d'une glaciation à l'échelle des continents.

Des glaciers ?
Oui, mais pourquoi ?

Pour qu'il y ait une glaciation, il faut qu'il fasse plus froid ! Mais pourquoi ces changements climatiques ? On croit qu'ils sont intimement liés à des variations de divers facteurs astronomiques comme l'inclinaison et l'orientation de l'axe de rotation de la Terre et son orbite autour du soleil. Ces variations influencent la quantité de rayonnement solaire à la surface de la Terre et, ultimement, le climat.

Les changements climatiques ne datent pas d’hier. La Terre a connu plusieurs grands épisodes de glaciation tout au long de son histoire. Le Canada a subi au moins dix grandes glaciations depuis 1,6 million d’années. À chacune de ces glaciations, une calotte glaciaire d’échelle continentale, que l’on nomme « Inlandsis », s’est formée. Elle s’est étendue parfois jusqu’au centre des États-Unis. Les vestiges de la dernière glaciation sont évidemment plus nombreux car, tel un grand coup de chiffon, celle-ci a effacé la plupart des traces laissées par les précédentes.

La glace qui se déplace

C’est son propre poids qui permet à un glacier de s’écouler. Il provoque des déformations à l’intérieur de la glace et est responsable, en général, de la présence d’un film d’eau à la base du glacier. Cette eau agit comme un lubrifiant. Elle réduit la friction entre le glacier et l’assise rocheuse et facilite le glissement.

Lorsque le glacier se déplace, il arrache des morceaux de la roche en place. Ceux-ci agissent comme un papier-émeri sur le bois. Observez les fines rainures parallèles sur certaines surfaces rocheuses . Elles témoignent du mouvement et de la direction du glacier.

Les dépôts et les formes glaciaires

Le passage du glacier laisse sur la majeure partie du territoire une couche de blocs, de graviers, de sables et de particules fines bien mélangés. C’est le till. Le poids de la glace peut compacter le till. Il devient parfois si dur qu’on doit se servir d’une pioche pour l’échantillonner.

Dans la région, le till forme un placage discontinu souvent sans forme particulière ou des bourrelets accumulés au front du glacier, appelés « moraines ». Parfois, ces moraines contiennent des sables et des graviers qui proviennent des eaux de fonte.

Beaucoup d’eau est évidemment libérée lors de la fonte du glacier. Cette eau trie les débris rocheux contenus dans la glace. Un autre grand type de dépôt glaciaire se forme alors : les dépôts stratifiés.

Lorsque cette eau de fonte circule dans les tunnels à l’intérieur de la glace, elle transporte des débris arrachés aux parois. Aujourd’hui, il ne reste de ces tunnels que de longues crêtes que l’on nomme « eskers ». Leur tracé sinueux, comme celui des rivières actuelles, est généralement parallèle à la direction du retrait du glacier.

Quand le torrent d’eau de fonte se jette dans un lac ou la mer, la vitesse de l’eau diminue abruptement. Les débris rocheux qui ne peuvent plus être transportés par ces eaux se déposent alors en couches horizontales. Des deltas se forment . Ce sont des accumulations de forme triangulaire constituées principalement de sable et de gravier qu’on utilise aujourd’hui pour l’entretien des routes.

Les coupes dans les sédiments meubles changent au gré des éboulis et de leur exploitation. Ainsi, au moment de votre visite, vous serez peut-être les premiers à observer de nouveaux indices des événements du passé.

Histoire d'une mer éphémère

Les glaciers se retirent à la suite d'un réchauffement de l'ensemble du climat terrestre. Ils laissent derrière eux des dépressions plus profondes que le niveau de la mer, causées par le poids du glacier sur le continent.

Il y a environ 10 000 ans, à la suite de la fonte des glaciers, les eaux de l'océan Atlantique ont envahi les basses terres du Saint-Laurent pour former la Mer de Champlain. Cette mer a recouvert une superficie d'environ 55 000 km2, s'étendant de Québec à Pembrooke, en Ontario, et des Appalaches aux Laurentides. La datation des coquillages fossiles, par la méthode du carbone 14, permet de dire que la Mer de Champlain a existé durant 3 000 ans, soit de 12 500 à 9 500 ans avant aujourd'hui.

La température moyenne des eaux de la Mer de Champlain s'apparentait à celle de la baie James, soit entre -1o et 8 oC. C'était donc une mer froide où vivaient des mammifères marins tels que le béluga, la baleine boréale, le morse et différents types de phoques. Rien à voir avec la mer des Caraïbes!

Lors des glaciations, le poids des glaces était tel qu'il a causé l'enfoncement de la croûte terrestre. Lorsque le glacier a fondu, les terres tout juste libérées des glaces sont demeurées enfoncées un certain temps. Les eaux de l'océan Atlantique, gonflées par la fonte des glaciers, ont envahi les basses terres du Saint-Laurent. Ces eaux se sont retirées au fur et à mesure que la croûte terrestre remontait à sa position initiale. Aujourd'hui, on observe des indices de cette invasion marine jusqu'à environ 230 m d'altitude.

Les vestiges de la Mer de Champlain

La Mer de Champlain a laissé dans le paysage différents vestiges comme des deltas, des plages et des terrasses. Les deltas de sable représentent des accumulations formées par le déversement des eaux de fonte des glaciers dans la Mer de Champlain. Les particules plus fines se sont déposées dans les parties profondes de cette mer et ont formé des plaines argileuses dans la vallée du Saint-Laurent.

Les terrasses et les plages soulevées témoignent du retrait des eaux marines, à la suite du soulèvement du continent. Elles marquent l'abaissement progressif du niveau marin, comme des cernes dans une baignoire. Dans la vallée du Saint-Laurent, les terrasses forment des escarpements courbes observables sur des kilomètres. Les terrasses se sont développées grâce au sapement incessant des vagues sur les berges. Leur succession en altitude témoigne de niveaux plus stables de la Mer de Champlain. Les plages de la Mer de Champlain représentent un équivalent ancien d'un phénomène observable autour de la plupart des plans d'eaux actuels. Elles sont constituées de sable, de gravier et de galets et contiennent ici et là des coquillages.

Les photographies aériennes : indispensables au travail des géologues

Ces sols qui portent la vie

Les sols sont des milieux vivants, complexes et dynamiques. Ils évoluent constamment sous l'action du climat et de la végétation

Le développement des sols

Les sols se forment directement à partir de la roche en place ou de la couverture de matériel laissée par les glaciers. Leur formation à partir de la roche nécessite d'abord une période d'altération chimique ou mécanique de façon à rendre la roche plus propice à la végétation. Ensuite, les sols se développent très progressivement, au fur et à mesure que la roche se fragmente et que les plantes peuvent s'y installer. Plusieurs processus faisant intervenir, entre autres éléments, le climat, le type de roches et les plantes entrent alors en action. Le dépôt meuble purement minéral se transforme en un milieu vivant, très dynamique, à la base des écosystèmes.

L’entraînement des éléments de la surface vers le bas par l’eau de ruissellement est l’un des processus les plus importants pour l’évolution et l’enrichissement des sols. C’est lui qui est responsable de la formation des horizons, c’est-à-dire des couches de sol plus ou moins parallèles à la surface et qui se distinguent les unes des autres par leur couleur, leur composition (chimique, biologique ou minéralogique), etc.

Les podzols

La succession et les caractéristiques des horizons sont à la base de la classification canadienne des sols. Sur la réserve Papineau-Labelle en Outaouais ,où des recherches ont été effectuées, le type dominant est le podzol, un sol bien ou imparfaitement drainé. Il se développe dans les régions froides et humides. Son nom provient de l’aspect particulier d’un de ses horizons. Dans la langue russe, pod signifie « sous » et zola, « cendre ». Sous les horizons de surface, riches en débris végétaux et de couleur foncée, on observe un horizon plus pâle, presque blanc. Pourquoi est-il blanc ? Parce qu’il est appauvri en matières organiques et en certains éléments chimiques. Ces derniers vont s’accumuler plus bas et forment un horizon généralement de couleur rouille à cause de la présence de fer oxydé.

Dans la réserve Papineau-Labelle, les podzols se sont développés principalement sur des tills. Ils contiennent donc de nombreux blocs. Ceux-ci limitent l’utilisation du sol à l’exploitation des forêts ou, lorsque les podzols sont déboisés, comme terre de pâturage. Dans les vallées couvertes par des sédiments mieux triés et plus fins, déposés dans la Mer de Champlain ou dans des lacs formés en bordure des glaciers, les terrains sont mieux drainés, contiennent peu de pierres. Ils sont donc meilleurs pour l’agriculture. C’est le cas des sols fertiles des basses terres du Saint-Laurent.

De la roche polie par les glaciers à la forêt laurentienne

Lorsque les calottes glaciaires puis les mers postglaciaires se sont retirées du sud du Québec, il y a environ 9 500 ans, le climat était de type subarctique. Des plantes de toundra ont été les premières à pousser sur les terrains mis à nu par la fonte des glaces. Cette végétation, constituée essentiellement de lichens, de mousses, d’herbes basses et de plantes rampantes, a suffisamment modifié les sols pour que des arbustes puissent y pousser. Grâce à l’étude des pollens qu’on trouve préservés dans le fond des lacs, on sait que les changements de végétation qui ont suivi ont été assez rapides à cause d’un réchauffement climatique à l’échelle planétaire.

Bien des espèces végétales qui avaient migré vers le sud des États-Unis au cours de la période glaciaire se sont alors rapidement répandues vers le nord. Une végétation composée surtout de bouleaux, de saules, d’aulnes, et même d’épinettes, a remplacé les plantes de toundra. En effet, des épinettes fossiles, vieilles de 10 000 ans, ont été trouvées sur la rive sud du Saint-Laurent. Le pin et la pruche ont ensuite fait leur apparition. Enfin les feuillus de grande taille, tels le chêne, l’érable et le merisier, ont envahi le territoire à partir de 5 000 ans avant aujourd’hui. Les forêts, telles que nous les connaissons maintenant, se sont alors développées sous l’effet de perturbations naturelles et de l’intervention humaine (coupes, agriculture, etc.).

L’activité humaine et l’érosion des sols

Pour satisfaire ses besoins, l’homme exploite les ressources de la Terre. Il est donc essentiel qu’il comprenne les processus naturels qui régissent celles-ci. Le déboisement, par exemple, peut provoquer la destruction du sol. Sans les arbres de la forêt, le sol mis à nu est plus exposé à l’action érosive de la pluie, du vent, du gel et du dégel, et du dessèchement. Il en résulte une perte de sol appréciable, sans compter les dégâts provoqués par les machines utilisées. Dans des conditions très favorables, on a estimé qu’un podzol prend quelques centaines d’années à se former...

L’agriculture peut également provoquer la disparition du sol. En effet, les pratiques agricoles le laissent souvent à nu. Cela crée des conditions de surface qui s’apparentent à celles des zones situées sous les climats arides à semi-arides, où les taux d’érosion du sol sont très élevés.

L'eau, ressource fragile

Partout, l'eau joue un rôle primordial. Sans elle, pas de vie. Elle tombe du ciel, coule dans les ruisseaux, les rivières et les fleuves, remplit nos lacs et fait vivre nos arbres. L'eau mène aussi une existence cachée. Lorsqu'elle s'infiltre dans le sol, elle entame un voyage long et complexe qui se termine parfois dans votre verre !

Le cycle de l'eau souterraine

Lorsque vous ouvrez le robinet, vous êtes-vous déjà demandé d'où venait cette eau ? Dans les grandes villes, elle provient généralement des rivières ou des lacs et subit un long traitement avant de prendre le chemin de nos maisons. Mais dans les régions rurales, la plus grande partie de l'approvisionnement en eau potable se fait grâce aux puits qui la capte sous terre. Comment se retrouve-t-elle là ?

Quand il pleut, une bonne partie de l’eau s’infiltre lentement dans le sol. Elle circule alors dans des milieux poreux et perméables que l’on nomme « aquifères » et y forme la nappe phréatique. La région de Papineau-Labelle comporte deux types d’aquifères. Le premier est constitué de vastes couches de sable et de gravier qui recouvrent les roches sous-jacentes. Le second est un immense réseau de fractures qui parcourt les roches du sous-sol.

Les roches de la région sont très peu perméables. L’eau ne peut y circuler que dans les fractures. Dans un tel cas, la facilité de l’eau à s’écouler dépendra principalement de la largeur des fractures, de leur nombre et de la manière dont elles sont reliées. L’eau souterraine peut être entreposée durant de nombreuses années ou aboutir dans des lacs et des rivières et recommencer son cycle.

Les différences entre les eaux souterraines

L’eau qui circule dans les aquifères près de la surface traverse des sédiments de plus ou moins grande épaisseur, qui peuvent filtrer les déchets solides mais pas les contaminants dissous : ces aquifères sont vulnérables. L’eau qui circule dans les fractures plus profondes des roches est souvent très pure. Ayant rejoint un milieu moins accessible, l’eau peut rester des centaines et même des milliers d’années dans les fractures des roches. Cette eau est aussi dépourvue de microorganismes nuisibles à cause de la profondeur, de l’absence d’air et de substances nutritives.

Au contact des sédiments ou des roches, l’eau peut acquérir des sels minéraux ; l’eau résultante est parfois qualifiée d’« eau dure », particulièrement en présence de roches calcaires. D’autres sédiments, d’autres roches, selon leur composition, peuvent rendre l’eau ferrugineuse, sulfureuse, acide, etc. L’eau qui provient d’une roche riche en pyrite, par exemple, tend à être sulfureuse et à présenter une odeur d’œufs pourris.

L'eau peut être contaminée