Caractéristiques de la croûte continentale

La France est caractérisée par ses paysages variés qui ont évolué au cours des temps géologiques. Cette richesse est directement liée à la variété des roches constituant le sous-sol français.

On observe un socle granitique présent à l’affleurement en Bretagne et dans le centre de la France. Ce socle granitique est recouvert par des roches sédimentaires dans les bassins sédimentaires (Bassin parisien, Bassin Aquitain) et dans les fossés d’effondrement (Fossé Rhénan). En Auvergne, on trouve les traces d’une activité volcanique.


• Le granite est une roche magmatique de type plutonique.
Il est de texture grenue (holocristalline). Il se forme en profondeur par cristallisation lente dans les plutons à partir d’un magma. Il est formé en abondance de quartz (SiO₂) associés à des feldspaths plagioclases et des feldspaths potassiques ainsi que des micas (biotite noir et muscovite blanc).

• Les roches sédimentaires se forment par dépôts successifs de sédiments issus de la désagrégation des roches continentales.
Parmi ces roches on peut citer le grès (désagrégation du granite en sable), le calcaire (issus de la précipitation des carbonates dans les fonds marins), l’argile (désagrégation des roches silicatées en fines particules), la marne (mélange d’argile et de calcaire).

• Les roches magmatiques volcaniques sont de plusieurs types : (i) le basalte issu du volcanisme de type effusif (ii) les andésites issus du volcanisme de type explosif.
Il existe un troisième type de roches, les roches métamorphiques qui témoignent des contraintes subies par les roches du sous-sol. On trouve ce type de roches au niveau des chaînes de montagnes qui se sont formées par collision continentale.


On distingue une croûte superficielle formée de roches sédimentaires (épaisseur de 2 à 3 km) qui peuvent être recoupées par des roches volcaniques recouvrant le socle granitique délimité par la discontinuité de Mohorovicic à sa base. La croûte continentale repose sur le manteau supérieur. L’ensemble croûte continentale / manteau supérieur constitue la lithosphère continentale.

Il est possible de calculer la densité d’une roche en suivant le protocole suivant :

1. Peser l’échantillon de roche.
2. Placer l’échantillon dans une éprouvette graduée de 500 mL.
3. Remplir d’eau l’éprouvette jusqu’à 500 mL.
4. Récupérer l’eau dans une seconde éprouvette de 500 mL et calculer le volume occupé par l’échantillon de roche.
5. Calculer la densité (d) de la roche :
La densité de quelques roches est donnée dans le tableau suivant :

	Nom de la roche	Densité
Roches volcaniques	Andésite	2,4 à 2,8
	Basalte (compact)	2,7 à 3,2
Roches sédimentaires	Argile	2,2 à 2,6
	Craie	1,25
	Grès	1,8 à 3,2
Roches plutoniques	Granite	2,4 à 2,8
	Rhyolite	2,2 à 2,7
	Gabbro	2,9 à 3,1

Les roches composant la croûte continentale présentent des densités plus faibles que les roches composant majoritairement la croûte océanique (basalte compact, gabbro).
Par conséquent, la croûte continentale présente une densité moyenne plus faible (2,8) que celle de la croûte océanique. Cette différence de propriété physique joue un rôle important lors des mouvements de subduction.

En 1896, Becquerel découvre la radioactivité.
Il existe des éléments chimiques possédant des isotopes naturels radioactifs. Lors de leur désintégration, ces éléments vont émettre des rayonnements et se transformer en éléments stables, présentant une légère différence de masse.
La spectrométrie de masse va permettre d’analyser cette différence et de doser la quantité des différents isotopes présents dans un échantillon.

Les roches de type magmatique et métamorphique sont de bons candidats pour la datation par radiochronologie. Elles contiennent naturellement des isotopes radioactifs dans un système fermé lors de la cristallisation des minéraux.
Dans ce type de système, les isotopes radioactifs (dits « Père ») vont se désintégrer et donc disparaître au profit de l’élément stable (dit « Fils »).
Quel que soit le couple Père / Fils, la désintégration se fait en suivant une décroissance exponentielle en fonction du temps. Ainsi, il faut toujours le même temps pour que la quantité initiale soit diminuée de moitié. Cette durée est appelé période radioactive (T) ou demi-vie (Document 2). Par contre, elle varie d’un élément à un autre.


Prenons l’exemple du Rubidium (⁸⁷Rb).
Il se désintègre en Strontium 87 (87Sr) selon une période radioactive de 50 × 10⁹ années.
Les roches contiennent aussi du ⁸⁶Sr qui est un élément stable. Sa quantité ne va donc pas varier dans un système fermé.
Au temps t = 0, correspondant à la date de cristallisation du magma, les échantillons de roches ont tous du ⁸⁷Rb et du ⁸⁶Sr. Par contre, il n’y a pas de ⁸⁷Sr.
Au cours du temps, la quantité de ⁸⁷Rb diminue au profit du ⁸⁷Sr.
Afin de déterminer l’âge d’une roche, on va quantifier ces éléments dans différents minéraux constituant la roche.

	87Rb (en atomes / mg)	86Sr (en atomes / mg)	87Sr (en atomes / mg)
Orthose	110 × 1019	26,8 × 1019	19,9 × 1019
Mica noir	107 × 1019	2,1 × 1019	2,4 × 1019
Mica blanc	93 × 1019	3,1 × 1019	3,0 × 1019

On trace ensuite la courbe (⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr) en fonction du rapport (⁸⁷Rb / ⁸⁶Sr).
Les points des minéraux d’une même roche se retrouvent alignés sur une droite de formule y = ax + b. Avec : .


La radiochronologie permet ainsi de déterminer l’âge des roches. Associée à l’étude pétrographique, elle permet de reconstituer l’histoire géologique d’une région.

Les roches de la croûte continentale présentent des âges très variés.
Les plus anciennes sont datées de - 3,8 Ga. Ce sont les gneiss (roches métamorphiques) que l’on trouve au Canada (Acasta) mais aussi au Groenland, en Australie et en Antarctique. Elles sont donc beaucoup plus anciennes que les roches de la croûte océanique qui sont au plus âgées de 180 Ma.

Les continents sont formés d’un « noyau » ancien (les boucliers) daté du précambrien représentant 77,5 % de la surface continentale émergée qui peut être recouvert de structures plus récentes (roches sédimentaires).
Ce noyau est entouré de structures plus récentes ayant subi des déformations (chaînes de montagnes) datées d’au plus de 250 Ma qui représentent 22 % de la surface continentale émergée.
Sur la surface continentale, on trouve aussi des structures géologiques récentes correspondant à des fossés d’effondrement (ou rift) le plus souvent recouverts de roches sédimentaires. Elles ne représentent que 0,5 % de la surface émergée des continents.