Géologie

La géologie (du grec γη- (ge-, "la terre") et λογος (logos, "la parole", "la raison ") est la science qui traite de la composition, de la structure, de l'histoire et de l'évolution de la Terre ainsi que de ses propriétés physiques et des processus qui la façonnent. La géologie est la discipline mère des sciences de la terre. La géologie a permis, entre autre, de déterminer l’âge de la terre, et permet la découverte et l’exploitation des ressources naturelles (pétrole, charbon, eau, minerais, pierres gemmes). Le mot géologie a pour la première fois été utilisé dans son acceptation actuelle par Jean-André Deluc en 1778 ; il a été fixé l’année suivante par Horace-Bénédict de Saussure.

Histoire

Contrairement à d’autres sciences qui ont pris leur essor "moderne" aux XVIIeme et XVIIIeme siècle (astronomie, physique, chimie et biologie en particulier), la géologie s’est heurtée de plein fouet au dogme de l’Eglise catholique : le concept-clé de la géologie est le Temps, et les premières observations scientifiques contredisaient directement la Genèse (chapitre 1) selon laquelle laquelle la terre a été créée en six jours.

Le travail sur les roches de Théophraste (un disciple d’Aristote) fut une référence durant près de deux millénaires. Son interprétation des fossiles n’a pas été contredite jusqu’à la révolution scientifique du XVIIeme siècle, et fut traduite en latin ainsi que dans les principales langues européennes. En Chine, l’érudit Shen Kua (1031 - 1095) observa des fossiles marins dans les différentes couches géologiques de la montagne T'ai-hang Shan éloignée de l’océan ; il en déduisit que ces montagnes furent à un moment au niveau de la mer (« J’ai vu des coquilles de bivalves […] dans une couche horizontale, traversant une falaise […]. Ceci [cette couche de fossiles]] était à un moment donné au bord de la mer, bien que la mer soit maintenant à plusieurs centaines de kilomètres plus à l’Est. »). Il pensait également que les plantes fossiles étaient des preuves de changements du climat. Georg Bauer (Georg Agricola, 1494-1555), physicien de son état, résuma les connaissances minières et métallurgiques de son temps dans un ouvrage « De re metallica libri xii » qui parut en 1556. Il comportait un appendice, "Buch von den Lebewesen unter Tage" ("livre des créatures de l’intérieur de la Terre"). Ce livre traite d’énergie éolienne et hydrodynamique, du transport et de la fonte des minerais, et de l’extraction de différents gisements. A l’aube du XVIIeme siècle, Jean-Étienne Guettard et Nicolas Desmarest arpentèrent le centre de la France et enregistrèrent leurs observations sur une carte géologique, soulignant l’origine volcanique de cette région. James Hutton est souvent considéré comme le père fondateur de la géologie moderne. En 1785, il présenta un article intitulé "Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution and Restoration of Land upon the Globe" publié en 1788 dans les "Transactions of the Royal Society of Edinburgh". Il explique sa théorie selon laquelle la Terre doit être bien plus vieille que ce qui était supposé, pour pouvoir laisser le temps aux montagnes de s’éroder, et aux sédiments de former de nouvelles roches sous la mer, qui à leur tour seront soulevées et émergées. Les successeurs de Hutton furent connus sous le nom de "plutonistes", car ils pensaient que les roches étaient formées par volcanisme (dépôt de laves volcaniques, par opposition aux "neptunistes" qui pensaient que les roches s’étaient formées dans un grand océan dont le niveau baisserait au court du temps. En 1811, Georges Cuvier et Alexandre Brongniart publièrent leur explication d’un âge ancien de la Terre, inspirée de la découverte par Cuvier de fossiles d’éléphants à Paris. Pour étayer leur thèse, ils formulèrent le principe stratigraphique de succession temporelle des couches géologiques. Indépendamment, ils furent devancés par William Smith (1769-1839) qui dessina quelques unes des premières cartes géologiques et commença l’ordonnancement des couches géologiques d’Angleterre et d’Écosse en examinant les fossiles qui y étaient contenus. Sir Charles Lyell publia sa première édition des ses "Principes de Géologie" en 1830, qu’il mit à jour par de nouvelles éditions jusqu’à sa mort en 1875. Il pensait à raison que les processus géologiques étaient lents et avaient eu lieu pendant toute l’histoire de la Terre, et se poursuivaient à l’heure actuelle. Cette théorie, l'actualisme, est à opposer au catastrophisme selon lequel les caractéristiques terrestres ont été formées et ont évolué grâce à une suite d'événements catastrophiques. Bien que les observations contredisent simplement cette idée, les créationnistes refusent aujourd’hui encore de réfuter les écrits bibliques. Il est à noter que les travaux de Lyell et les principes de chronologie relative bien connus et bien développés à l'époque ont mené à la publication en 1859 d'un ouvrage monumental et crucial, "De l'origine des espèces" de Charles Darwin. L'observation de fossiles au sommet des Andes et à leur base a poussé cet auteur à se questionner sur la suite des événements qui ont pu mener à cette répartition disparate. Au XIXème siècle, la géologie se pencha sérieusement sur l’épineuse question de l’âge de la Terre. Les estimations oscillèrent entre à peine 100 000 ans jusqu'à plusieurs milliards d’années. La communauté géologique a pu, cependant, s'entendre sur le fait que la Terre devait au moins avoir plusieurs centaines de millions d'années. Le milieu de la physique, de la thermodynamique et de Lord Kelvin en particulier, était particulièrement rébarbatif à cette estimation. En utilisant les lois de la thermodynamique, Lord Kelvin avait comparé la Terre a un immense boulet se refroidissant graduellement et uniformément. Il arriva au résultat que la Terre devait avoir au plus 50000 ans. Néanmoins, il y avait 2 erreurs fondamentales dans son calcul. La première était de considérer la Terre comme uniforme. La deuxième, de plus grande importance, était de négliger les éléments radioactifs. On ne peut cependant pas blâmer Lord Kelvin, qui, dans les années 1880, n'avait guère connaissance de la radioactivité. En effet, la radioactivité a été découverte en 1896 par Henri Becquerel. Un peu trop tard pour Lord Kelvin. Cette nouvelle découverte a propulsé les calculs des physiciens au niveau des estimations des géologues. Ce fût la fin du temps où les géologues n'étaient pas pris au sérieux. L’avancée la plus significative, révolutionnaire, et probablement la naissance de la géologie moderne a été le développement et l’acceptation par la communauté scientifique de la tectonique des plaques dans les années 1960. Dès 1920, Alfred Wegener proposa la théorie de la dérive des continents, suivi dans les années 1940 par Arthur Holmes, mais sans convaincre une large audience avant les années 1960. L'événement marquant de ces années a été la cartographie des fonds sous-marins pour cause d'impératifs commerciaux et militaires. Ces nouvelles connaissances ont démontré la présence de longues dorsales médio-océaniques, la présence de longs fossés abyssaux et d'un fond océanique absolument pas uniforme. Ceci était, avec toutes les autres preuves que Wegener, météorologue, avait fournis, ce qu'il fallait pour démontrer le bien fondé de la théorie de la dérive des continents, qui devint à ce moment la tectonique des plaques.

Différentes disciplines

La géologie inclut, entre autres :

la géochimie, qui étudie la chimie de la Terre ;
la géophysique, qui étudie la structure et la nature interne de la Terre avec des outils de la physique (magnétisme, gravimétrie, sismique...) ;
l'hydrogéologie, qui étudie les écoulements des eaux souterraines (la nature du sous-sol traversé influence directement la quantité et la qualité de l'eau émergeant à la source ou exhaurée du forage) ;
la géomorphologie, qui étudie les formes du relief ;
la minéralogie, qui étudie la nature, la composition et les propriétés physiques des minéraux qui composent les roches ;
la paléontologie, qui étudie les organismes passés grâce à la description et à l'analyse des restes fossilisés ;
la micropaléontologie, qui étudie les fossiles microscopiques contenus dans les sédiments ;
la pétrologie, qui étudie la nature des roches et les mécanismes qui président à la genèse et à la transformation des roches ;
la sédimentologie qui étudie les roches et les formations sédimentaires ; dans ce cas on parle également de stratigraphie qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates ;

éruption du Mont Saint Helens en 1980

la sismologie, qui étudie les tremblements de terre et la propagation des ondes sismiques naturelles ou provoquées (on parle alors de sismique) ;
la volcanologie, qui analyse et tente de prévoir les phénomènes volcaniques, qui étudie la composition chimique et minéralogique et les processus de mise en place des produits volcaniques ;
la géologie structurale qui est l'étude des déformations des roches et des mécanismes présidant à la déformation de ces roches à toutes les échelles ; à grande échelle, on parle de tectonique;
la métallogénie, qui étudie les mécanismes de formation des gisements métallifères et se propose de définir des outils méthodologiques et des guides de prospection utilisables par les explorateurs et prospecteurs miniers ;
la géoarchéologie, qui étudie les sédiments archéologiques et les dépôts d'âge quaternaire ;
l’exogéologie ou astrogéologie qui, sur base de la télédétection, de l’expérimentation in situ ou d’échantillons, étudie la composition, la structure et l’histoire des satellites et des planètes du système solaire.
la géotechnique, qui travaille sur la mécanique des roches et des sols en amont du génie civil.
La géodésie,qui étudie la forme de la terre et ses relations avec la pesanteur.