Cours de Minéralogie.

Chapitre 1 :
Rappels.
I\ Les tissus épithéliaux.
Les tissus épithéliaux sont composés de cellules jointives. Ces cellules vont établir une barrière entre deux milieux de nature différente. Les jonctions réunissent les cellules pour former un épithélium réglant la cohésion entre cellules et les échanges entre celles-ci.
A\ Les jonctions assurant la cohérence de l’épithélium.
La jonction la plus importante est la jonction fermée (ou tight junction) ; elle définie une polarité : le pôle apical est situé entre deux jonctions fermées ; à l’opposé, on trouve le pôle bas.
Le pôle apical est tourné vers le milieu extérieur alors que le pôle basal est orienté vers la lame basale (où il y a production de cellules épithéliales). Le pôle basal est tourné vers le circuit de capillaires sanguins qui est souvent placé à la base de la lame basale.

Il existe dans la membrane plasmique de ces cellules, des protéines (les occludines) qui ont la propriété de traverser cette membrane et d’interagir avec les occludines de la cellule voisine : il y a établissement d’une barrière entre les deux membranes plasmiques par l’interaction du domaine extracellulaire de ces protéines (interaction par les ions Ca2+).



Pour séparer les cellules, il faudra utiliser de l’EDTA qui permet la destruction de ces liaisons.
Par leur domaine cytosolique, les protéines sont associées indirectement avec les éléments du cytosquelette (les microfilaments) : il y a immobilisation de ces protéines à l’apex des cellules.
On peut aussi voir la position des protéines intégrées dans la membrane, organisées de façon particulière (en lignes anastomosées) entre elles, sur plusieurs rangées. On a un réseau de lignes anastomosées autour de la cellule : c’est la ceinture continue.
Si l’on place dans un des milieux, par exemple extracellulaire, un marqueur opaque aux électrons, on constate qu’il n’y a pas de passage. Si le marqueur se trouve dans le sang, il ne diffuse pas jusque dans le milieu extérieur. à S’il y a un passage, il est géré par les cellules.
L’épithélium est une véritable barrière entre deux milieux.
Les protéines forment des lignes anastomosées. Elles sont adhérentes l’une à l’autre et organisées en ligne.
Au-dessous de la jonction fermée, on trouve un autre dispositif comparable : la ceinture d’adhérence. Cette ceinture fait le tour de la cellule.
Cette ceinture est en relation avec les microfilaments d’actine. Dans le cas des entérocytes, les filaments d’actine s’organisent dans le cytoplasme en formant un plan : le réseau terminal.
Les desmosomes.
Les desmosomes sont des formations d’un micromètre de diamètre. L’espace intercellulaire est dilaté et dans la région intracellulaire sous membranaire, sont différenciées des plaques opaques aux électrons. Dans la membrane, au niveau de ces desmosomes, il existe des protéines intégrées (cadhérines) qui interagissent entre elles d’une cellule à l’autre.
Par leur domaine cytosolique, ces cadhérines agissent sur les protéines de la plaque (les desmoplaquines). Elles sont reliées avec des filaments intermédiaires (tonofilaments à kératine). Ces derniers filaments, dans une cellule épithéliale, s’organisent en allant d’un desmosome à l’autre : ils donnent une tonicité à la cellule. Cela équivaut au squelette de la cellule.
Sur la face basale, il existe des jonctions augmentant l’adhérence mais qui ont pour partenaire la lame basale et non une autre cellule. On trouve surtout deux types de jonctions :
- Les hémidesmosomes : Ce sont des formations asymétriques ; l’implantation des cadhérines se fait dans la lame basale.
- Les contacts focaux : Ce sont des différenciations locales qui permettent un ancrage transitoire à un support (normalement la lame basale). Cette différenciation transitoire est labile et permet à la cellule de se positionner sur un support et d’y migrer. La jonction avec la membrane basale est réalisée par des intégrines (protéines) qui traversent la membrane plasmique. Leur domaine extracellulaire interagit surtout avec les protéines de la lame basale (particulièrement la fibronectine). Par le domaine intracellulaire, il y a interaction indirecte avec les microfilaments d’actine.



B\ Les jonctions permettant la communication entre les cellules épithéliales.
Ces jonctions sont sur les faces latérales ; leur but est de transférer des informations d’une cellule à l’autre. è L’épithélium est une unité fonctionnelle.
On peut observer une coupe transversale avec une jonction ouverte qui occupe un espace délimité de la membrane
On peut observer une ensité importante de protéines au niveau de la jonction. Ces protéines sont des connexines ; elles sont organisées les unes par rapport aux autres par groupe de 6 et forment un connexon. Un connexon est un cylindre au centre duquel les molécules solubles dans l’eau pourront diffuser d’une cellule à l’autre. Un canal d’une cellule possède un canal en vis-à-vis dans la cellule voisine. Des petites molécules d’une taille inférieure ou égale à 1200Da (»1 nucléotide) peuvent passer par ce canal. è Une information apportée à une cellule peut ainsi facilement diffuser aux cellules voisines.
Cette jonction est dynamique : elle peut s’ouvrir et se fermer. Si la quantité de Ca augmente, il va y avoir fermeture du connexon. Si un trauma a lieu dans un épithélium, il va y avoir fermeture des jonctions ouvertes.
L’épithélium fonctionne comme une entité répondant à des variations du milieu extérieur
On peut observer des épithéliums différents selon des critères fonctionnels :
- Epithélium à cellules endocrines ; facilement identifiable car les cellules sont capables de synthétiser des protéines et de les exporter vers le pôle basal.
- Une cellule exocrine, elle, exportera ces produits de synthèse vers l’apex (milieu extérieur).
- La cellule absorbante : si une cellule capte des molécules au niveau de son pôle apicale et les fait transiter vers le pôle basal, c’est une cellule absorbante ; à l’inverse, une cellule excrétrice fera passer les molécules du milieu intérieur vers le milieu extérieur.
Les épithéliums peuvent être classés en fonction de caractères morphologiques. Le premier critère est le nombre d’assises composant l’épithélium.
- Une assise cellulaire : Epithélium simple. Il faut ensuite regarder la forme générale des cellules.
· Si elles exposent vers la base la plus grande surface de contact et ont une faible hauteur : c’est un épithélium squameux.
· Si la surface de la base est à peu près aussi grande que la hauteur, c’est un épithélium cuboïdal.
· Si les cellules sont étroites et hautes, c’est un épithélium palissadique.
- Plusieurs assises cellulaires. Il faut regarder l’assise supérieure de cellules (les cellules proches de la lame basale sont souvent cuboïdales).
· On peut avoir, selon les cellules de surface, un épithélium stratifié squameux, cuboïdal, palissadique.
· Selon la différenciation des cellules de surface, on parlera d’épithélium strié si l’on est en présence de microvillosités ou d’épithélium cilié si l’on est en présence de cellules ciliées.
Au niveau de la trachée, on décrit un épithélium pseudo-stratifié. En fait, cet épithélium est simple mais les cellules n’atteignent pas toutes le haut de l’épithélium. On observe des cellules différenciées (vieilles) et des cellules indifférenciées (jeunes) qui pourront remplacer les vieilles cellules.

C\ L’épithélium de la peau.

L’épiderme de la peau est un épithélium stratifié squameux, formé par des kératinocytes. Les cellules en contact avec la lame basale forment une assise génératrice pendant toute la vie de l’individu. Leur noyau est central, le cytoplasme bien colorable.
Les cellules, au dessous, sont reliées entre elles par des desmosomes, avec des filaments de cytokératine. Quand elles perdent le contact avec la lame basale, elles perdent l’aptitude à se multiplier et vont se différencier. Elles changent de forme et donneront les cellules de surface, mortes, aplaties, qui se détachent.
Les protéines synthétisées pendant la remontée interdisent les échanges et augmentent la protection. Quand il y a une destruction locale, ce sont les cellules de l’assise basale qui permettent la réparation des tissus.
C’est par la lame basale qu’arrivent les facteurs de croissance intervenant dans la multiplication cellulaire.
Pour obtenir un tissu équivalent à l’épiderme, il faut cultiver des kératinocytes mais aussi des fibroblastes. On pourra alors avoir un tissu épithélial stratifié.
1\ Les différenciations de l’épiderme
Les différenciations de l’épiderme vont pénétrer jusque dans le derme. Les poils ou les cheveux sont profondément implantés dans celui-ci ; ils ont une origine épidermique. Autour, on va trouver des cellules épithéliales formant un tissu stratifié. A la base, on a une papille de tissu conjonctif avec des filets nerveux.
Une glande exocrine, la glande sébacée libère des lipoprotéines.
Un muscle lisse s’insère sur la formation pileuse et la rend mobile (muscle horripilateur).
Des glandes, formées d’un épithélium simple, pénètrent dans le derme : les glandes sudoripares.
Ces structures doivent leur maintien au tissu conjonctif sous-épithélial.
2\ Les tissus conjonctifs.
La peau est un organe formé de deux tissus différents. Le derme comprend un tissu conjonctif lâche et un tissu formé de cellules séparées les unes des autres au sein d’une matrice extra-cellulaire.
Remarque : il existe d’autres tissus conjonctifs spécialisés dans la fonction de soutien : cartilage, os. Le sang est formé de cellules dans une matrice extra-cellulaire fluide.
3\ Le derme.
a\ Cellules mises en jeu.
Le derme est formé de cellules qui sont à l’origine de la matrice extra-cellulaire (fibroblastes, adipocytes, …).



- Les adipocytes forment des plages dans la partie profonde du derme (l’hypoderme). Par leur fonction de stockage, ils interviennent dans l’homéothermie.



- Cellules émigrées du sang : lymphocytes B et T et plasmocytes. Les lymphocytes sont aisément reconnaissables par leur volume nucléaire important (noyau sphérique très colorable). Les plasmocytes sont des cellules actives dans la production d’Ig. Ces cellules présentent d’importantes modifications du cytoplasme. Elles ont un noyau sphérique, le cytoplasme est beaucoup plus abondant et contient des profils de REG pour la synthèse de protéines exportables, le golgi est bien développé. C’est dans le golgi que les protéines venant du REG sont modifiées (par glycosylation). Il part ensuite du golgi, des vésicules d’exocytose qui libèrent les Ig synthétisées à cause de la présence d’Ag.



- Les histiocytes. Ce sont des macrophages résidant. Ils ont de nombreux lysosomes dans lesquels est assurée la dégradation de particules étrangères.



- Les mastocytes. Ils contiennent dans leur cytoplasme de volumineux grains de sécrétion. Dans les grains sont accumulés des molécules de protéoglycanes (comme l’histamine). Leur exocytose est déclenchée par la présence (dans la matrice extra-cellulaire) de cellules étrangères à l’organisme. L’histamine attire les globules blancs : c’est une réponse du tissu à un traumatisme. Les mastocytes sont visibles en microscopie photonique si la coloration est adéquate.



- Les fibroblastes. Ils produisent la majorité des produits de la matrice. Ils sont souvent de petite taille, allongés. Autour de ces cellules, on voit de grandes fibres dans la matrice. Ce sont des cellules spécialisées dans la synthèse de fibres de collagène et de protéoglycanes.
b\ Les transformations des produits de synthèse des fibroblastes.
Les molécules de collagène : plusieurs sortes de gènes permettent la synthèse de nombreuses chaînes peptidiques qui sont les éléments de base des molécules de collagène mature.

Une molécule de collagène est une chaîne peptidique de grande taille (300nm de long). Cette chaîne a une séquence particulière : un acide aminé sur trois est une molécule de glycocol. Les autres acides aminés sont essentiellement des lysines et des prolines. On n’y trouve pas de tryptophane. Chaque molécule correspond à l’assemblage de trois chaînes peptidiques. On a une région en cordage dans la partie centrale ; les extrémités (N ou C) restent libres les unes les autres.
Les transformations. La glycosylation a lieu sur les molécules d’asparagine (avec une greffe de chaîne osidique) et dans les parties terminales, aussi bien en N qu’en C. à Les glycosylations permettent le maintien de l’écartement des chaînes. L’hydroxylation va porter sur les acides aminés. La lysine est transformée en hydroxylysine et la proline en hydroxyproline. Il y a donc des modifications importantes de la structure des chaînes de collagène. Les maladies de la peau sont généralement dues à des modifications des enzymes qui participent à ces réactions).

Ces molécules, une première fois transformées, vont dans le golgi où elles seront encore modifiées. Il va y avoir une évolution des motifs N-liés et des glycosylations nouvelles sur les groupements hydroxyles (à chaînes O-liées). Ces dernières modifications sont importantes pour la stabilité ultérieure.



Ces molécules peuvent alors être dirigées vers la membrane plasmique. Leur sécrétion se fait de manière continue, sans stockage intra-cellulaire : c’est une sécrétion constitutive. Au moment de l’exocytose, il y a une dernière modification moléculaire : il y a un clivage des extrémités N et C terminales è la molécule mature est uniquement composée de la région centrale du précurseur.
A l’extérieur, ces molécules s’assemblent et forment de grandes fibres visibles à la périphérie des cellules. L’assemblage se fait par formation d’un filament de fibrilles élémentaires.
Les striations parallèles sont claires et régulières.
Des liens intermoléculaires covalents renforcent ces assemblages et les fibres ainsi formées ont une solidité exceptionnelle à la traction comme les tendons (pour l’insertion des muscles). Ces tendons sont formés presque exclusivement de collagène. La résistance est due à la composition chimique et à l’assemblage.
Les molécules de collagène forment un réseau tridimensionnel à l’extérieur des cellules. Ce réseau permet à d’autres molécules (comme les protéoglycanes) de se stabiliser.
Les cellules libres peuvent même se frayer un passage à travers le réseau.
Le collagène formant ces fibres est appelé « collagène de type I ». Il est caractéristique des tissus conjonctifs lâches.
D’autres collagènes existent dans les tissus de soutien : la matrice extra-cellulaire est spécialisée à l’interface entre un tissu épithélial et un tissu conjonctif.
La lame basale, les tissus épithéliaux, le tissu conjonctif, les capillaires sanguins contiennent du collagène de type IV. Il a la particularité de ne pas subir de clivage des extrémités N et C au moment de l’exportation. De plus, il s’organise de manière à former des réseaux alvéolaires.
Ces réseaux se superposent les uns les autres et ils donnent une surface où les cavités ne sont pas obstruées : l’ensemble est un support pour les cellules qui y sont au contact.
Les cellules épithéliales établissent des interactions médiées par les intégrines et les fibres de fibronectine placées au niveau du collagène de type IV :
- il y a ancrage des cellules épithéliales.
- Il y a filtration des toutes les molécules dont la taille est inférieure à celle du réseau.



Dans cette lame, on trouve aussi des facteurs de croissance qui permettent la prolifération des cellules épithéliales. Il y a aussi des facteurs de différenciation cellulaire. Par exemple, l’épithélium intestinal est formé de cellules peu différenciées qui, au moment de leur formation et de leur migration, se différencient grâce aux facteurs rencontrés.
Les protéoglycanes sont aussi synthétisés par les fibroblastes. Ce sont des molécules formées d’un composant protéique sur lequel sont greffés (sur les résidus sérine) des chaînes en nombre et taille variable. Une chaîne est formée de glucose amino-glycane (ou GAG). Chaque chaîne a une longueur variable mais souvent élevée.

Les disaccharides répétés de ces chaînes sont composés d’un sucre aminé (glucose aminé) et d’un sucre acide. Ces disaccharides peuvent être répétés de nombreuses fois (10 à 150 résidus). Ces chaînes sont libres ou greffées sur des protéines. Quand elles sont greffées sur des protéines, on a des protéoglycanes.



Les GAG sont chargés (hydrophiles) et permettent de retenir l’eau et les substances dissoutes au sein des matrices qu’elles structurent.
Il existe des formes protéiques ou glycoprotéiques à distribution variable :
L’élastine : elle est dans la matrice extra-cellulaire sous-épithéliale des vaisseaux sanguins. Comme elle est hydrophobe, elle se replie sur elle-même. L’élastine va établir, avec les molécules du même type, des liaisons covalentes. L’assemblage se comporte, lors de l’étirement, comme un élastique. Quand l’élastine est en quantité importante, on a une bonne élasticité des parois.
La fibronectine : elle est formée de glycoprotéines de grande taille. Au niveau des lames basales, elle permet l’adhérence des cellules épithéliales. Elle se trouve aussi dans la matrice extra-cellulaire où elle joue un rôle important dans l’embryogenèse : les cellules en migration circulent selon les réseaux de fibronectine.



Les capillaires sanguins sont particulièrement abondants près de l’épiderme. Ils peuvent, en fonction des variations de leur calibre, participer à l’homéothermie. La vasoconstriction (pâleur de la peau) permet la diminution des pertes caloriques.
Les filets nerveux peuvent arriver jusque dans la région proche de l’épiderme où se différencient des structures sensorielles (bourgeons du tact).
La peau est un organe composé de deux tissus (derme et épiderme) qui sont irrigués, innervés et qui participent à la sensibilité et à l’homéothermie.
II\ Les Tissus Conjonctifs de soutien.
L’inter-conversion et la différenciation de ces cellules est réalisée par les hormones, les facteurs de croissance…
A\ Le cartilage.
Les chondrocytes sont des cellules productrices de collagène et de protéoglycane. Elles sont relativement sphériques. Leur taille est proche de celle d’une bactérie. Leur cytoplasme est riche en réticulum endoplasmique rugueux (pour la synthèse de protéines exportables) et le golgi est bien différencié (sert à la maturation des protéines).
Autour de ces cellules, on trouve une matrice extra-cellulaire avec de nombreuses fibrilles de petit calibre et courtes de longueur (collagène de type II).

Dans le réseau formé, se trouvent des protéoglycanes abondants et de grande taille. Ils sont caractéristiques des matrices extra-cellulaires de chondrocytes.
1\ Constitution du cartilage.
Les gros assemblages de cartilage sont formés par la liaison sur l’acide hyaluronique (GAG), sur les placements de nombreuses molécules de protéoglycane (avec partie protéique et chaîne de glucose amino-glycane).
2\ Nutrition du cartilage.
La structure du cartilage est importante dans sa physiologie car c’est le seul tissu vivant qui est sans capillaire sanguin. Il est pourtant constitué de cellules vivantes. Les cellules reçoivent les nutriments depuis les capillaires situés à l’extérieur du cartilage, via, les super-assemblages de protéoglycane.
Lors de la compaction du cartilage, l’eau et les substances dissoutes des assemblages, sont chassées vers le liquide articulaire et vers les vaisseaux sanguins. A la décompression, des fluides riches en nutriments pénètrent et sont mis à disposition des cellules pour leur nutrition. La vie de ce tissu dépend de ces mouvements mécaniques.
3\ Constitution du cartilage.
Les cellules cartilagineuses se divisent et selon la disposition de ces divisions, on obtiendra deux types de tissus.
En a, les divisions amènent à des piles de cellules. C’est un groupe isogénique axial. On trouve ces divisions dans les zones d’élongation des os.
En b, on voit le cas des divisions dans la tête des os et dans la périphérie des vertèbres. L’origine est isogénique coronaire.
Remarque : c’est à partir de cartilage isogénique axial que se fait l’ossification endochondrale.
B\ L’os.
L’os est formé de cellules disposées dans une matrice extra-cellulaire : ce sont les ostéocytes. La matrice est appelée « osséine » ; elle est faite de collagène de type I. Elle contient des protéoglycanes et surtout, sert de support aux dépôts minéraux qui donnent la solidité de cette matrice.
Les ostéocytes ont des caractéristiques très proches de celles de chondrocytes : beaucoup de réticulum endoplasmique rugueux, un golgi bien visible è ce sont des cellules sécrétrices de protéines. A la périphérie, on trouve des fibres de grosse taille (collagène de type I). Quand on s’éloigne, la matrice devient minéralisée. Les cellules bénéficient d’un apport de nutriments en émettant des prolongements cytoplasmiques qui se dirigent vers les capillaires sanguins.
Autour des capillaires on voit une couronne de cellules qui envoient des prolongements. Les cellules lointaines envoient des prolongements sur les cellules précédentes (avec des jonctions ouvertes). è On a une organisation en rangées concentriques de cellules.
La coupe d’un os décalcifié montre une organisation avec plusieurs rangées de cellules (en cercle) qui est caractéristique des os longs : les systèmes de Havers.
L’os est un tissu vivant capable de se remodeler, de se refaire : c’est un tissu dynamique. On peut voir en coupe des systèmes fonctionnels et d’anciens systèmes non fonctionnels. Ce remodelage est possible grâce à l’intervention dans les os, d’une catégorie cellulaire particulière : les ostéoclastes. Ces cellules sont des cellules géantes, plurinucléées et qui présentent une polarité fonctionnelle. Ces cellules ont, à l’un des pôles, une grande surface de membrane formée de microvillosités. La face opposée est lisse. Malgré cette constitution, c’est une cellule libre.
Au pôle avant, il y a sécrétion d’hydrolases qui dégradent les protéines de la matrice osseuse, ce qui crée un passage pour l’entrée d’un capillaire. à On va avoir un nouveau système qui se développe à partir d’un système déjà formé. Cette capacité permet l’augmentation du diamètre de l’os et la soudure des fractures.
L’ossification endochondrale :
L’ébauche cartilagineuse n’est pas vascularisée. Il suffit qu’un capillaire sanguin pénètre, pour que se crée une zone d’ossification. Les ostéoclastes broutent le cartilage comme l’os. On va obtenir une région ossifiée de plus en plus grande, jusqu’à atteindre le plein diamètre.
La croissance en hauteur est possible grâce aux ostéoclastes qui dégradent une colonne de chondrocytes pour permettre l’entrée d’un nouveau capillaire.
La lithosphère océanique et son devenir.
I\ La lithosphère océanique.
A\ Origine des magmas.
1\ Formation de la lithosphère océanique.
La lithosphère océanique se développe à partir des dorsales médio-océaniques qui s’édifient entre deux plaques en s’écartant par des courants de convections.
La croûte est générée par la fusion partielle de manteau lherzolithique (péridots), provoquée par la décompression adiabatique (sans perte de chaleur) du matériel mantellique en cours d’ascension.




On obtient des magmas basaltiques de type MORB (Mid Ocean Ridge Basalt) qui sont injectés par une fissure étroite dans l’axe et on a un résidu d’harzburgite correspondant à de la lherzolite appauvrie en éléments incompatibles et enrichie en éléments compatibles par extraction dans le liquide magmatique ( péridotites résiduelles de l’harzburgite).

Sous l’action de courants de convection, la lithosphère océanique se développe en permanence (1cm à 15cm par an). Cette lithosphère océanique est chaude et se refroidie et donne un épaississement par accrétion de péridotites asthénosphériques son augmentation de densité au fur et à mesure qu’elle s’éloigne de la dorsale.



2\ Le manteau primitif.



Le manteau actuel est appauvri par rapport au manteau primitif. La composition de ce dernier est recherchée dans les météorites, la lune et le manteau archéen (4,5 à 2,5 GA), dans les komatiites.

Les roches mantelliques primitives sont riches en Mg (30%) et pauvres en terres rares : le taux de fusion du manteau impliqué dans leur genèse devait avoisiner 50% contre les 25% actuels.

Les températures d’épanchement de ces roches étaient de l’ordre de 1700°C, soit, 400°C de plus qu’aujourd’hui. Ces températures élevées s’expliqueraient par la présence d’isotopes radioactifs de période courte en désintégration.
B\ La nature de la lithosphère océanique.
La lithosphère océanique a été échantillonnée par des insubmersibles dans l’atlantique et dans le pacifique. Elle est constituée :

- D’un litage composé d’une alternance d’un lit de pyroxène et d’un de plagioclases.

- De péridotites litées.

- De péridotites foliées (avec aussi de la déformation tectonique)
Cette lithosphère océanique est de composition voisine à celle des séries ophiolitiques observées dans les montagnes comme les Alpes : ces séries, malgré quelques différences sont des lithosphères océaniques remontées par obduction. Les différences observées sont dues à un métamorphisme (hydrothermal, faciès zéolithes [basaltes], faciès schistes verts, faciès amphibolites[gabbros]).
C\ Géochimie.
1\ Les éléments majeurs.
• Les basaltes MORB et les ophiolites ont une même composition de type tholéitique, à quartz virtuel car il est sous forme de verre mais qui constitue 33% de la roche.

Dans ces basaltes, on va trouver :

- Olivine + Spinel (CrMg)

- Olivine + Spinel + Plagioclases.

- Olivine + Plagioclases + Pyroxène.• Les Gabbros.

Ils sont composés de plagioclases calciques + de clinopyroxènes (cpx) + d’orthopyroxènes (opx) + d’olivine. On trouve des amphiboles primaires rares qui sont obtenues par altération hydrominérale (ou ralites : hornblende verte + actinote)
• Les Péridotites.

Selon les régions, on trouve :

- Des harzburgites : olivine + opx + spinel

- Des lherzolithes : roches pauvres en SiO2 (< 45%), riches en MgO (environ 42%) et en FeO (environ 9%). Les minéraux participant sont : l’olivine, les cpx, les opx, et, selon la profondeur : plagioclase (faible), spinel (forte : entre 25 et 70 km) et des grenats (p>70km).
\ Les éléments en trace.
La plupart des MORB ont des teneurs faibles en gros ions de faible valence (Ka, Sr, Ba, Pl, Ca).
3\ Les isotopes radioactifs.
Pour mettre en présence les isotopes radioactifs, on utilise le rapport (Sr87)/(Sr86) qui est de l’ordre de 0,702.
II\ Le devenir de la lithosphère océanique : le métamorphisme HP-BT ou gradient franciscain.
La lithosphère océanique est en perpétuelle formation. Il faut donc un moyen pour la faire disparaître : c’est la subduction qui assure sa disparition.

L’essentiel de ces roches, disparues par enfouissement dans le manteau, sont en très faible quantité, exhumées par la collision qui fait suite.

A cause de sa forte densité (3 à 3,3) plus forte que la densité de la croûte continentale (2,8 à 2,9), la lithosphère océanique rentre facilement en subduction avec le continent : elle va alors subir un « métamorphisme HP-BT de gradient prograde » ou « Franciscain ».
Pour les vitesses de subduction actuelles (1cm/an), la plaque s’enfonce plus vite qu’elle ne se réchauffe on a alors une dépression des isothermes
Ce retard à l’échauffement explique que la plaque plongeante garde au sein de l’asthénosphère une identité thermique (donc mécanique) jusqu’à des profondeurs de plusieurs centaines de kilomètres et pendant plusieurs millions d’années.
A cause de ces températures trop basses pour les pressions locales, la courbe du solidus n’est pas atteinte : la lithosphère océanique plongeante n’entre pas en fusion si ce n’est exceptionnellement. Les minéraux des Gabbros, basaltes cessent d’être stables et forment un assemblage plus dense.


A\ subduction et réactions progrades.

1\ Paragenèse dans les métabasides (métaophiolithes).

Dans ces cas là, les minéraux obtenus sont des sphénites et des pumpféllytes. On trouve ensuite de l’albite, de la lawsonite et de la chlorite. La série suivante comporte du glaucophane (bleu), de la lawsonite et de l’omphacite. La dernière série comprend des grenats et du disthène (silicate d’alumine).
2\ Paragenèse des métapélithes (roches acides argiles).

C’est le type de paragenèse caractéristique des prismes d’accrétion.

Le premier stade présente de la phengite (muscovite HP), de la chlorite et du quartz.

Le second et dernier stade comprend les trois minéraux précédents ainsi que du disthène et des grenats.
Le gradient franciscain n’est pas constant en tous points de la plaque plongeante :

- A cause de l’épaisseur : pression plus élevée à son plancher qu’à son toit (différence de 2kBar).

- A cause d’un cisaillement lié au plan de subduction et localisé au sommet de la croûte : chaleur dans la partie supérieure à cause des frottements.

La disposition du faciès n’est pas liée qu’à la vitesse de plongement mais aussi à la disposition des matériaux dans l’unité plongeante.
Les gradients rétrogrades ont été observés dans les Alpes.
La trajectoire tendue du métamorphisme au Mont Viso dénote une exhumation très rapide dans un environnement à faible chaleur.
A Voltri, le gradient rétrograde a traversé des domaines de températures relativement élevées. Cela suggère une ascension lente vers la surface qui a facilité une ré-équilibration thermique partielle sous l’effet du flux thermique régional.
A Dora Maira, ce sont des roches du prisme de subduction qui sont remontées. Elles ont recristallisé dans le faciès des éclogites à coésites et grenats. Il y a donc eu enfouissement à très grande profondeur (+ de 100km).
La ré-équilibration par l’érosion n’aurait pas offert une décompression assez rapide pour rendre compte des gradients rétrogrades. Seule une tectonique en raccourcissement autorise les vitesses de remontées du même ordre que celles de subduction.
Les gradients rétrogrades ont été observés dans les Alpes.


La trajectoire tendue du métamorphisme au Mont Viso dénote une exhumation très rapide dans un environnement à faible chaleur.
A Voltri, le gradient rétrograde a traversé des domaines de températures relativement élevées. Cela suggère une ascension lente vers la surface qui a facilité une ré-équilibration thermique partielle sous l’effet du flux thermique régional.
A Dora Maira, ce sont des roches du prisme de subduction qui sont remontées. Elles ont recristallisé dans le faciès des éclogites à coésites et grenats. Il y a donc eu enfouissement à très grande profondeur (+ de 100km).
La ré-équilibration par l’érosion n’aurait pas offert une décompression assez rapide pour rendre compte des gradients rétrogrades. Seule une tectonique en raccourcissement autorise les vitesses de remontées du même ordre que celles de subduction.
A\ Origine des magmas.
La plaque subduite, sommise à un métamorphisme prograde et une déshydratation qui procure de l’eau et des minéraux aux parties situées au-dessus. Elle peut éventuellement subir une fusion partielle.

Les sources potentielles de magma sont :

- Point de manteau au-dessus de la plaque subduite.

- Croûte océanique plongeante.
- Eau de mer libérée par le métamorphisme.
Le dégagement d’eau est responsable de la fusion.
L’arrivée d’eau dans le point de manteau de la plaque plongeante entraîne une fusion partielle de ce manteau. On obtient alors des andésites et des dacites mais aussi des basaltes.
B\ Nature des magmas.
Ce diagramme permet de distinguer les différentes séries calco-alcalines entre elles, avec :


- Série faiblement alcaline.

- Série calco-alcaline.

- Série alcaline.

- Série shoshowlithique.Ces séries sont riches en andésine (plagioclase) et en pyroxène : la roche est de l’andésite.

Ces types de magmas sont visqueux, riches en éléments volatils, en micas et amphiboles.

La texture est le plus souvent porphyrique.

Le volcanisme est de type explosif (meurtrier).
La différenciation du magma en profondeur permet d’obtenir différentes roches grâce à une évolution au cours du temps.

On a une évolution spatiale car en s’éloignant de la fosse, les magmas sont tholéitiques et deviendront calco-alcalins en allant vers le centre puis alcalins en s’éloignant de la fosse.

Près de la fosse, la croûte est mince à traverser et ne permet que peu de différenciation. Plus on s’éloigne, plus il y a d’assimilation car il y a plus de croûte à traverser.
C\ Géochimie.
Les éléments majeurs : K2O montre la plus grande variabilité dans la série alcaline. On a une grande richesse en volatils : H2O, CO, CO2, H2S, SO2.

Ces laves contiennent du Be10 fabriqué dans la haute atmosphère. Il est absent des roches mantelliques et sa présence dans les magmas des arcs insulaires ne peut s’expliquer que par la participation des sédiments à la fusion partielle.

II\ Les marges actives continentales.
Le modèle utilisé est la chaîne des Andes car la convergence dure depuis 250 millions d’années. La lithosphère océanique passe sous la croûte continentale dont certains éléments sont du précambrien. Toutes les séries calco-alcalines sont présentes.

La différence avec les arcs insulaires est la présence de laves acides (dacites, rhyolithes) car la lithosphère océanique plonge sous un continent : ce phénomène conduit à des variations de la composition chimique des laves par rapport aux arcs insulaires.
Il existe des concentrations élevées en K, Sr, Rb, Ba, Th, Ur. On explique ces variations par une plus large assimilation crustale par les laves de ce type de volcanisme.

Ces magmas forment dans les Andes, un volume important de plutons : le volume de plutons est dix fois supérieur au volume de roches volcaniques. Par exemple, le batoïde du Pérou fait environ 1600km de long.

Les roches plutoniques que l’on trouve sont des diorites, des quartz-diorites, des granodiorites et des granites (granites cordillérains).
A\ Origine des magmas.
La grande différence vient de la grande épaisseur de lithosphère à traverser pour les magmas (140km contre 70km pour les arcs) dont 50km de croûte alors qu’il n’y en a de 10 dans les arcs.
Il y a donc contamination et différenciation importante des magmas. De plus, ces magmas peuvent avoir trois origines différentes :

- Fusion partielle du manteau qui n’est pas déprimé car il est attaché depuis longtemps à la croûte du dessus.

- Fusion de la base de la croûte.

- Fusion de la plaque en subduction (lithosphère océanique) qui est riche en ferro-magnésiens (rares).
B\ Nature des magmas.
Les produits de fusion sont à l’origine de basaltes mais la cristallisation fractionnée comme la contamination dans les chambres magmatiques font rapidement apparaître des termes plus acides.

On rencontre toutes les séries calco-alcalines mais les potassiques sont les plus fréquentes. Elles constituent des plutons allant des gabbros aux granites. Les éléments majeurs sont : les plagioclases, les feldspaths potassiques (microcline et orthose), quartz, pyroxène, amphibole (riche en eau) et biotite.
C\ Géochimie.
Les éléments majeurs sont : - SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 –FeO – MnO – MgO – CaO – Na2O – K2O – H2O.

Les éléments rares sont :

- enrichissement en : Sr, K, Ba

- appauvrissement en Ta, Nb, Ce, Zn, Hf.
Ces modifications d’éléments sont attribuées à l’étasomatisme de ce manteau par des effluves échappées de la plaque plongeante.

Ce magmatisme orogénique est du à l’apport d’eau par la plaque plongeante.
III\ Collisions des continents.
On a un épaississement de la croûte à l’endroit de la collision et des déformations importantes des matériaux. ? on obtient une organisation en foliation métamorphique.


Selon la pression et la température, certains minéraux vont pouvoir apparaître.
La remontée de la partie épaissie va provoquer un relief important mais aussi une forte érosion. Il y a alors disparition d’une grande partie des matériaux.

Le système va perdre de l’épaisseur, remonter un peu plus, se faire à nouveau éroder, perdre de l’épaisseur, remonter encore… jusqu’à ce que la croûte retrouve son épaisseur standard et qu’il ne reste qu’une cicatrice de la collision.
Les modifications des minéraux permettent d’avoir une idée du métamorphisme.
A\ Métamorphisme de pression intermédiaire (Dalradien).
Ce métamorphisme a été décrit sur des roches détritiques. La pression est le facteur le plus rapide à se manifester. La température est longue à s’exprimer (car les roches sont de bons isolants thermiques).
Ce gradient existe dans le Massif Central, dans la chaîne des Pyrénées. C’est un métamorphisme chaud limité dans l’espace.
On y trouve : des séricites (schistes à chlorite), des micaschistes à muscovite et biotite et des micaschistes à biotite et andalousite.

On a les séries :

- Séricite-chlorite.

- Muscovite-biotite.

- Muscovite-biotite-andalousite.

- Cordiérite-andalousite.

- Andalousite-grenat-muscovite-biotite

- Grenat-silimanite.
Quand le réchauffement est important, même la croûte continentale se met à fondre et il y a apparition de plutons.

Leucogranite : granites clairs, avec peu de ferromagnésiens (ce qui est normal, car c’est le manteau qui est riche en fer).
Chapitre 4 ,
Extension.
I\ Les rifts continentaux.
A\ Les magmas alcalins.

La lithosphère océanique est trop haute (épaisse) pour donner facilement naissance à un rift ; l’extension se fait donc dans les continents.

On trouve des rifts continentaux en Afrique (est) et près de Clermont (Limagnes).

On peut observer deux types de rifts :

- Les actifs : remontée de manteau.

- Les passifs : déchirure puis remontée asthénosphérique.
A température constante et diminution de pression, il y a entrée en fusion et le manteau laisse échapper les magmas.
B\ Nature.
Quand le manteau subit la fusion, les éléments alcalins passent dans les magmas et donnent des magmas alcalins.

Toutefois, les roches n’arrivent pas toutes en surface car le chemin est long et laisse et/ou incorpore des éléments. C’est le cas de magmas très différenciés, où, en profondeur, des plutons sont piégés.

Les magmas sont alcalins et donnent de la Siennites.

Les magmas émis après les magmas alcalins sont tholéitiques.


II\ Le volcanisme intra-océanique.

Ces volcans correspondent à des ponts chauds qui viennent percer la plaque océanique.


Les types des magmas.



On a un brassage du manteau à un ou deux étages Brassage complexe.

Vraisemblablement, on voit apparaître des morceaux de croûtes disparues dans les zones de subduction.

Au bout d’un moment, elles créent des instabilités et essaient de ressortir. On retrouve alors par endroit, des rapports isotopiques qui sont ceux de la croûte.

Exemple : Zr/Nb < 10 : normal dans les OIB (hot spot)

Zr/Nb >> 30 : typique des MORB

Quand on trouve ces deux rapports ensemble, on sait que les réservoirs sont différents.

Les OIB sont alcalins, sous-saturés en SiO2, riches en olivine.

La convection peut commencer avec les éléments de la partie supérieure, puis, ce sera au tour des éléments du fond. Le brassage est plus efficace dans la partie supérieure.

C’est un volcanisme qui ne présente pas de danger. On assiste à des « torrents » de lave sans aucune explosion.
Chapitre 5 ,
Les roches sédimentaires détritiques.

Les roches sédimentaires détritiques sont constituées d’éléments apportés et re-sédimentés. Il existait avant une roche ayant fourni ces éléments par altération chimique, climatique… Ces éléments libérés vont être transportés avant la sédimentation.

On distingue deux parties dans ces roches :

- La partie héritée : c’est ce qui a été transporté.

- Le liant : c’est ce qui lie la partie transportée.
I\ Les textures.
Les caractères de ces roches sont exprimés quand les éléments se déposent : quand le transporteur s’arrête ou diminue et n’est plus capable de transporter les éléments C’est un tri naturel sélectif.



A\ Granulométrie.


Quand on a étudié un sédiment, on réalise des courbes de fréquence.
On a deux cas :

- Le sédiment est homogène : on dit que le sédiment est bien classé.

- Le sédiment est hétérogène : on dit qu’il est mal classé.
C’est une courbe bimodale : on mélange deux types d’apports. Par exemple, quand un fleuve calme est rejoint par un torrent violent ; après le confluant, on observe deux types de sédiments distincts.

Courbe de fréquence cumulée.

Chartes visuelles pour des classements à l’œil nu.
Le classement le meilleur est obtenu pour un transport long par un transporteur régulier au cours du temps.


B\ Morphologie.
1\ Morphoscopie.


La morphoscopie, c’est regarder l’aspect extérieur des différents éléments. Par exemple, dans le sable, on trouve de nombreux grains de quartz qui résistent à l’érosion.
Les grains de sable anguleux expriment un transport court, sans usure mécanique (torrent ou glacier). Les glaciers sont typiques d’un transport long, sans usure de ce qui est porté mais de ce qui est dessous.

Les grains émoussés et luisants sont typiques de transports fluviaux et maritimes.

Les grains ronds et mats sont transportés par le vent.


2\ Morphométrie.


La morphométrie s’applique aux galets et aux sables. On mesure la longueur, la largeur et les rayons de courbure de l’aplatissement. Le but est de chiffrer le galet pour trouver quel a été son transport et la durée de ce transport
Toutefois, les galets sont de nature rocheuse différente, les résultats ne s’appliquent pas pareil pour ces diverses roches.
Les sables sont majoritairement faits de quartz : il y a homogénéité dans leur constitution et donne des résultats plus homogènes.
C\ Nature des grains.
On distingue trois éléments :

- Le quartz : c’est un minéral dur, souvent présent, inaltérable et qui reste à la fin de l’histoire de la roche.

- Les feldspaths sont relativement altérables. S’ils sont présents, c’est que leur transport n’a pas été long, avec des conditions d’altération peu sévères.

- Les lithiques : ils sont de natures diverses. Le fait de retrouver un élément ou un autre de cette famille renseigne sur la nature et le type de transport.



La mollasse de Carcassonne a ses constituants venant des Pyrénées. C’est une formation récente.

Les formations les plus vieilles ne présentent pas d’éléments rocheux : en étudiant les constituants, on est capable d’avoir des informations sur la date de la formation de montagnes, et donc du relief.

La muscovite est comme le quartz, inaltérable. Quand ce minéral et le quartz sont seuls présents, c’est que le transport a été court mais avec une très forte altération.
D\ Le liant.
Le liant peut être une matrice ou un ciment.

La matrice : Ce sont les éléments de plus petite taille qui soudent les gros éléments entre eux. Ce phénomène a lieu pendant le dépôt. Il y a un rapport entre les grains et la matrice qui donne la maturation du sédiment. Quand la maturité est importante, il y a peu de matrice.
Le ciment : Le ciment vient postérieurement et soude les grains entre eux : formation diagénétique. Ce ciment peut être de même nature que les grains ou de nature différente
Pour les sables cimentés, le processus est très long (les grès des Vosges ont plus de 200 millions d’années). Il y a donc empilement de sphères de taille égale. Le volume est alors d’une qualité de 40%. Après compaction, il reste seulement 1 à 2% de pores. Les grains rentrent donc en contact et se dissolvent puis recristallisent dans les zones vides : c’est la cimentation de même nature.
Quand de l’eau circule entre les grains, il peut y avoir du quartz cristallisé dans de la calcite.
E\ Diagenèse.
C’est le passage du sédiment à la roche. Ils se déroulent des phénomènes de compaction. On trouve une alternance de bancs durs et de bancs mous, et ceci, plusieurs fois d’affilé.
II\ Structure.
A\ Stratification, Litage.
1\ Disposition en couches parallèles.
Quand l’épaisseur de la couche est inférieure à 3cm, on parle de « lamine ». Dans ce cas, le dépôt résulte de la gravité, avec parfois, des avalanches sous-marines.
2\ Les dépôts dus à l’agent de transport.
Le courant déplace des grains vers l’avant en érodant l’arrière.

Les marées vont former des vagues de sable ; Les courants plus forts, par une sédimentation dans la partie protégée, donneront des dunes ; On peut aussi trouver des anti-dunes qui ont une évolution face au courant, à l’inverse des dunes.


B\ Figures sédimentaires.
1\ Figures hydrodynamiques.
Les figures hydrodynamiques sont les marques du courant trouvées dans le sédiment par la mise en place du dépôt. Les particules les plus grosses tombent le plus vite et l’on obtient un grano-classement.
On trouve des traces de chenaux, de flûtes… Ces figures sont ensuite moulées par les sédiments arrivant par le dessus. Dans ce cas, on parle de « cast ». On trouve des objets roulés par le courant qui gravent les sédiments : les « toolcast ». Les objets qui rebondissent sur le fond sont appelés : « bouncecast ». Les objets qui se plantent sont les « prodcast ». Les figures provenant de l’évacuation d’eau (à cause de la compaction) sont les « loadcast ».
2\ Figures d’origine biologique.
Ces figures ont été réalisées par des gastéropodes, des vers…
C\ Classification.
La classification est généralement guidée par la taille.
Classification pour le sable, les clay et les silt.
Classification pour les arénites et les gravi
Classification de Petty John. Cette classification tient compte du quartz, des feldspaths, des éléments lithiques et de la proportion de boue.