Introduction

I/ Qu'est-ce que la géologie des formations superficielles et pourquoi est-ce important ?

La géologie des formations superficielles est l'étude de la couche la plus externe de la Terre continentale, allant de 0 à 10 mètres environ de profondeur maximum (Figure 1). Bien que cette épaisseur puisse sembler insignifiante à l'échelle planétaire (comparable à un élément dix fois plus petit qu'un coronavirus sur la peau d'une orange), elle est d'une importance capitale (Figure 2). Ce cours se penche sur la constitution et le façonnement de la surface des continents. Son importance réside dans son lien direct avec de nombreux aspects de notre vie : la vie elle-même et les êtres vivants, la nature et l'environnement, les changements climatiques, l'aménagement du territoire (construction, fondations de bâtiments, routes, voies ferrées), la gestion de l'eau potable et l'assainissement, ainsi que la prévention des risques naturels (crues, inondations, glissements de terrain, effondrements).

Quelle est la structure interne de la Terre et quelle partie est étudiée dans ce cours ?

La Terre est une planète tellurique composée principalement de roches et de métaux, avec un rayon d'environ 6400 km. Sa structure est constituée d'enveloppes concentriques (Figure 3):

• Noyau interne : solide, d'environ 1200 km de rayon, composé de fer et de nickel.
• Noyau externe : liquide, d'environ 2300 km d'épaisseur, composé de fer et de nickel.
• Manteau : d'environ 2900 km d'épaisseur, composé principalement de silicates de magnésium.
• Croûte : la couche la plus externe, d'une épaisseur moyenne de 30 à 35 km pour la croûte continentale.
  

  Figure 3: structure du globe terrestre

  Ce cours ne s'intéresse ni au noyau ni au manteau, et n'effleure la croûte continentale que sur une épaisseur allant de 0 à 10 mètres environ maximum, se concentrant ainsi sur les formations superficielles.

Comment les géochimistes perçoivent-ils la surface de la Terre et quel rôle y jouent les formations superficielles ?

Pour les géochimistes, la surface de la Terre est conceptualisée comme cinq réservoirs interconnectés par des flux d'échanges :

• L'atmosphère : l'enveloppe gazeuse.
• L'hydrosphère : l'enveloppe d'eau liquide (océans, mers, lacs, rivières).
• La cryosphère : la masse d'eau glacée (glaciers, banquise).
• La lithosphère : le volume rocheux sur lequel reposent les autres réservoirs.
• La biosphère : la matière vivante, incluant les formations superficielles. Ce cinquième réservoir, la biosphère, est à l'intersection des trois réservoirs principaux (atmosphère, hydrosphère, lithosphère) et est essentiel à la vie, nécessitant de l'eau liquide, de l'air (oxygène) et de la matière minérale.

  Les formations superficielles sont le produit de phénomènes agissant à la surface de la Terre, où les échanges jouent un rôle déterminant. Dans ces milieux, ce n’est pas tant le volume qui importe que la surface mise en contact. Leur grande surface exposée, associée à un faible volume et une faible masse, se traduit par une surface spécifique élevée, facteur essentiel dans de nombreux processus physiques, chimiques et biologiques.

Ce principe se retrouve aussi dans d’autres systèmes naturels : les feuilles des plantes, grâce à leur large surface par rapport à leur masse, optimisent la photosynthèse ; les poumons, avec l’immense surface alvéolaire déployée, permettent des échanges gazeux efficaces ; et, dans le sol, la finesse des particules comme les argiles offre une surface spécifique considérable, favorisant l’adsorption des nutriments (sels minéraux) ou le stockage temporaire de l’eau.

Quelle est la principale difficulté rencontrée par les géologues sur le terrain et qu'est-ce qu'un "affleurement" ?

La principale difficulté pour les géologues de terrain est le manque d'affleurements. Sur le terrain, que ce soit en campagne (champs, prairies, bois) ou en ville (maisons, bâtiments, routes), les roches et formations géologiques du sous-sol sont souvent cachées par la végétation ou des constructions. Les géologues sont souvent "aveugles" et ne voient "rien".

Un affleurement est un endroit ou un lieu où les roches ou formations géologiques du sous-sol ont été dégagées, mises à nu, et ne sont plus recouvertes par des formations superficielles. Le terme viendrait du vieux français "fleur", désignant à l'origine la partie la plus fine et délicate d'une chose, puis par extension une surface ou un niveau. Dans le langage des mineurs, "affleurer" signifiait dégager une veine (par exemple de charbon) pour pouvoir l'attaquer. Pour les géologues, il s'agit donc de faire remonter quelque chose à la surface.

Comment doit-on adapter son langage lorsqu'on parle de géologie à des non-spécialistes ?

Il est crucial d'adapter son discours au niveau de compréhension de son interlocuteur, surtout lorsqu'il s'agit de non-spécialistes. L'exemple donné dans le cours illustre parfaitement cette difficulté : une personne diplômée en lettres et patrimoine touristique n'avait pas compris le terme "affleurement", pourtant fondamental pour les géologues. Ce mot, bien que courant dans le jargon géologique, n'est pas connu du grand public. Il est donc essentiel d'utiliser un langage clair et accessible, en évitant les termes techniques ou en les expliquant de manière simple, pour garantir une communication efficace et éviter les malentendus.

Qu'est-ce que les "formations superficielles" du point de vue d'un géologue universitaire ou d'un professionnel du génie civil ?

Pour certains géologues universitaires, les formations superficielles sont souvent perçues comme peu intéressantes, voire gênantes, car elles cachent les roches d'intérêt. Elles sont la partie altérée que l'on retrouve en surface, sous la végétation, souvent désagrégée, altérée et déstructurée, qualifiée de "bordélique" ou "sale".

Dans le domaine du génie civil ou des travaux publics (BTP), ces matériaux sont souvent appelés, parfois à tort, "terre végétale". Ils doivent être enlevés par terrassement et éventuellement retravaillés par compactage pour améliorer leurs propriétés mécaniques avant toute construction. Paradoxalement, bien que "pas très intéressant" pour les géologues traditionnels, l'étude de ces formations est cruciale pour l'ingénierie et la compréhension des processus de surface.

Quelles sont les ressources bibliographiques recommandées pour l'étude des formations superficielles ?

Deux ouvrages sont particulièrement recommandés, tous deux en français et disponibles en bibliothèque universitaire :

• "Les formations superficielles : traité de géologie" par Wolf et Bourrié (coordinateurs) : C'est un ouvrage collectif volumineux, considéré comme une référence pour les chercheurs et les doctorants. Il couvre l'ensemble du sujet mais peut être dense.
• "Géologie des formations superficielles" par Campy et Macaire : Ce livre est plus concis et accessible, idéal pour les étudiants en licence et master. Le contenu du cours s'appuie en grande partie sur cet ouvrage, reconnu pour sa clarté. C'est le seul livre actuellement considéré comme facilement accessible pour ce niveau d'études.

Quels types d'exercice pratique sont proposés pour aborder les formations superficielles ?

L'exercice de base est la description d'affleurement. C'est une tâche qui demande du temps et de la précision. Cela demande la réalisation d'un croquis avec échelle, localisation et orientation. Un exercice pratique est proposé ici, basé sur une photo d'affleurement de formations superficielles tirée du livre de Campy et Macaire (un marteau de géologue de 30 cm servant d'échelle). L'exercice consiste à réaliser un schéma descriptif de cette photo, comme on le ferait sur le terrain, en annotant les différentes caractéristiques observées avec des termes descriptifs. L'objectif est d'apprendre à observer et à interpréter les éléments d'un affleurement de formations superficielles, malgré leur aspect souvent peu "parlant" à première vue.