Classification et caractérisation des roches vis-à-vis de l’altération

Contribution à l’inventaire des mousses dans le bassin versant du lac Tonga

Les grands ensembles géologiques de la petite Kabylie

Le socle Kabyle

Il forme un ensemble charrié sur des terrains mésozoiques et cénozoiques. Il comporte à sa base des gneiss à intercalations de marbre et d’amphibolites. Cet ensemble de base est surmonté par des gneiss œillés, des schistes et micaschistes. Dans la partie septentrionale de Collo, aux environs de Tamanart, affleure un socle composé de kinzigites et de lherzolites serpentinisées ; ce socle est isolé du reste par le bassin de Collo – Oued Zhour (fig. 3). Le socle Kabyle était probablement émergé durant tout le secondaire et jusqu’à l’oligocène terminal. En effet les dépôts de l’oligo-miocène Kabyle (Durand-Delga, 1969 ; Bouillin et al, 1973) reposent directement sur le socle par l’intermédiaire d’un niveau conglomératique et des grés micacés daté de l’oligocène terminal. Au-dessus se mettent en place des formations tectono- sédimentaires à débris de flyschs (maurétanien et massylien), ce sont les olistostromes décrits pour la première fois en Algérie par (Durand-Delga, 1969) au Sud du Chenoua à l’Ouest d’Alger puis en petite Kabylie par (Bouillin et Raoult, 1971). 

L’oligo-miocène et les olistostromes 

L’oligo-miocène kabyle (OMK)

Il constitue la couverture sédimentaire transgressive du socle de la petite Kabylie. C’est une formation détritique qui comporte trois termes lithologiques. Un conglomérat discordant sur le socle à la base ; des grés micacés à débris de socle associés à des perlites micacées et des silexites au sommet. 

Les Olistostromes

En petite Kabylie les olistostromes ont été décrit pour la première fois par (Bouillin, Raoult, 1971). Ces formations téctonosédimentaires, constituées de flyschs massyliens et Chapitre I Cadre géologique 8 maurétaniens, reposent sur l’oligo-miocène kabyle et des passées de grés micacés semblables à ceux de l’OMK peuvent se retrouver intercalées entre les flyschs.

La dorsale kabyle ou chaîne calcaire

La chaîne (dorsale) calcaire constitue la couverture méridionale du socle Kabyle, elle marque la limite entre ce dernier au Nord et les zones telliennes au Sud. Raoult, 1974, distingue trois domaines paléogéographiques qui sont du nord au sud, la dorsale interne, la dorsale médiane et la dorsale externe. Ces domaines ont un début d’histoire comparable, tout au moins jusqu’au Crétacé moyen (Lahondère, 1987) avec, un épisode continental qui s’achève durant le Trias avec des dépôts de grés et de conglomérats. Ils se traduisent durant le Lias inférieur par une sédimentation calcaire puis par des marno-calcaires colorés à céphalopodes au Lias supérieur (Lahondère, 1987), suivi d’une période à sédimentation condensée et lacuneuse allant du Dogger au Néocomien. Du barrémien à l’Albien les dépôts deviennent exceptionnels, c’est à ce moment que ces trois domaines vont se différencier nettement. Cette chaîne calcaire n’affleure pas dans le secteur d’étude, 1- La dorsale interne, caractérisée par une série complète allant du Permo-Trias au Néocomien. 2- La dorsale médiane, qui associe des termes du Permo-Trias, au Lias, du Crétacé inférieur et surtout des marnes du Crétacé supérieur au Lutétien inférieur. 3- La dorsale externe, caractérisée par des formations détritiques du Crétacé supérieur et de l’éocène inférieur.

Domaine des flyschs

Deux types de séries de flyschs sont connus depuis les travaux de Glangeaud, (1933) (flyschs Albo-Aptien et flyschs de Guerrouch). Des travaux ultérieurs ont permis de définir deux grands types de flyschs :

Le flysch maurétanien

Il comporte de bas en haut les formations de calcaires fins du thitonique-néocomien, un flysch argilo-gréseux de l’albien moyen, des microbrèches à ciment calcaire d’âge cénomanien, des conglomérats datés depuis le sénonien supérieur jusqu’au paléocène, des calcaires microbréchiques du paléocène au lutétien supérieur. 

Le flysch massylien

Bouillin et al., (1971), montrent que le flysch massylien comporte de bas en haut: une série de quartzites associés à des argiles du crétacé inférieur, suivie d’une série de phtanites du néocomien et une série de microbrèches à ciment pélitique du crétacé supérieur et enfin, une série de calcaires à calpionelles du néocomien.

Le Numidien

Le numidien occupe la position structurale la plus haute dans l’édifice structural de la région et comportent de bas en haut : Des argiles dites « argiles sous numidiennes » de couleur verte, rouge ou violacée à Tubotomaculum, des grés à grains de quartz hétérométriques et à dragées de quartz, des argiles à silexites ou encore « argiles supranumidiennes. 

Les séries Telliennes

Les séries telliennes ont été découpées par les phases tectoniques tertiaires en trois grandes unités (Vila, 1980). Elles sont caractérisées par d’épaisses formations à dominante marneuse qui seraient issues du sillon tellien. On distingue les unités suivantes : Les unités ultratelliennes, dont les formations typiques du crétacé inférieur sont constituées par des marno- calcaires du néocomien au Lutétien. Les unités telliennes sensu stricto, avec un crétacé inférieur plus ou moins riche en dépôts terrigènes et où les intercalations des faciès néritiques restent modérées du crétacé supérieur à l’éocéne. Les unités péni- telliennes et les unités méridionales à Nummulites, elles sont caractérisées par la prépondérance des faciès néritiques du crétacé supérieur à l’éocène. Ces séries montrent de grandes affinités avec celles de leurs avants- pays méridionaux (le sillon des Sellaoua, les unités sud- sétifiennes et le môle néritique constantinois).

Le miocène post-nappes

Le miocène post-nappe est caractérisé par deux cycles sédimentaires : – Un premier cycle, constitué de marnes grises ou bleues, transgressives sur les formations précédentes ; – un deuxième cycle dont l’épaisseur ne dépasse pas les 50 m, comprenant essentiellement des grés provenant de la destruction du numidien. Chapitre I Cadre géologique 10 En 1979, Bouillin, propose une structuration de la Kabylie de Collo en trois compartiments :  Un compartiment Nord-inférieur, constitué par l’empilement de nappes (flysch maurétanien, massylien et tellien) sous le socle kabyle (fenêtre des Beni-Touffout)  Un compartiment Nord-supérieur, comprenant le socle recouvert en discordance par l’oligo-miocène kabyle et surmonté lui-même successivement par des olistostromes, des formations telliennes et des nappes de flyschs du crétacé-paléogène. Vient ensuite le numidien et enfin le miocène poste-nappe discordant sur l’ensemble.  Un compartiment structural Sud qui regroupe les formations numidiennes ainsi que des nappes de flyschs maurétanien et massylien superposées aux unités telliennes.

Magmatisme Oligocène-Quaternaire de la marge algérienne

Un volcanisme est bien développé au centre de l’Algérie et à l’Ouest (Oranais), postérieurement aux évènements alpins. Il est de nature calco-alcaline, souvent associé à des granitoïdes de même âge. A l’Est, c’est à dire en Algérie nord-orientale (Bejaïa – Amizour, El Aouana, région de Collo, Filfila et Cap de Fer), existe une nette prédominance des roches plutoniques (granitoïdes et diorites) sur les roches volcaniques andésites, dacites et rhyolites (Arafa,2007). MP GN USK Unité de socle s.s Miocène post-nappes Nappe numidienne Granite miocène UB : Unité Bougaroun UB.F : Unité des Beni-Ferguène Unité infra-kabyle Fig. 3. Situation du massif de Petite Kabylie dans le domaine interne maghrébin. Au Cap Djenat à l’Est d’Alger (Raymond, 1976), se mettent en place des basaltes tholeïtiques, des andésites et des dacitoïdes, ainsi que des intrusions plutoniques représentées par des microgranites et granodiorites à biotites plus ou moins amphiboles (Belanteur, 1989). Dans l’Ouest Algérois, à Ténès et Hadjout (Hernandez et Lepvrier, 1979 ; Aït Hammou, 1987), les laves sont essentiellement des andésites, dacites et rhyolites d’affinité calcoalcaline. Plus à l’Ouest, les laves miocène de l’Oranais (Megarsti, 1985) correspondent à des rhyolites, andésites et dacites, à tendance calco-alcaline. Elles sont associées à des basaltes alcalins plio-quaternaires. Selon les données géochronologiques disponibles, l’ensemble de ce magmatisme calco-alcalin semble être le résultat de deux périodes d’activités, l’une aux environs de 22 Ma, et l’autre entre 16 et 13 Ma.

– Les unités du socle kabyle S.l

Le socle de petite Kabylie a fait l’objet de deux monographies régionales, (Roubault, 1934 et Durand Delga, 1955). Les travaux de Roubault, (1934) ont porté sur la transversale de Collo. Ceux de Durand Delga, 1955 ont été consacrés à la partie occidentale et méridionale du socle (région de Texenna, Sidi Merouane, Moule Ed Demamen). Ces travaux révèlent la superposition de trois ensembles d’unités principales. 

Les unités supérieurs ou unités de socle s.s

Ce sont les unités les plus hautes de l’édifice alpin. Elles sont constituées par les mêmes unités lithologiques de Grande Kabylie et le massif d’Alger (Mahdjoub, 1981 ; Saad Allah, 1981).

Les parties centrale et orientale de l’édifice supérieur

D’après Mahdjoub (1991), cette partie montre la superposition de trois ensembles lithologiques. Un ensemble inférieur paragneïssique, parfois migmatitique, formant le cœur d’une structure antiforme EW. Ces paragneïss sont surmontés par une alternance de métapélites et de roches carbonatées (bancs de marbres interstratifiés dans les micaschistes). Ces séries sont largement intrudées par des granites orthogneïssifiés (granites à grains fin à moyen, lames granitiques à grands cristaux de feldspaths potassiques et orthogneïss oeillés). Un ensemble intermédiaire constitué par une alternance de grés-quartzites et de métapélites  renfermant des lentilles de marbres. Enfin, un ensemble supérieur, constitué de schistes noirs graphiteux, séricitoschistes et chloritoschistes. Le passage de l’ensemble intermédiaire à l’ensemble supérieur est marqué par les lames d’orthogneiss oeillés (orthogneiss de Skikda à l’Est et orthogneiss de Sidi Mezghiche au sud du massif, Boukaoud, 2007). 

La partie occidentale de Texenna

Elle est caractérisée par la série Khondalito-Kinzigitique de Texenna chevauchant les unités infra-kabyles (Djellit, 1987). Cet ensemble granulitique est surmonté par des schistes noirs, puis par le paléozoïque du massif de Beni Affeur. 

Les unités des Beni-Ferguene (Oued Zhour)

L’édifice des Beni-ferguène s’étend entre la région de Sidi Abd El Aziz et Beni Bel Aïd à l’Ouest et la région de Kerkera (Sud de Collo) à l’Est. Cet ensemble montre de haut en bas l’empilement de plusieurs sous-unités probablement alpines (Fig .4). La sous-unité supérieure paragneissique (micaschistes feldspathiques ou gneiss fin), recoupée par des sils d’amphibolites. La sous-unité intermédiaire métapélitique dans laquelle s’intercalent des lames d’épaisseur plurimétrique d’orthogneiss oeillés (dalles d’orthogneiss) et de granite à sillimanite. La sous unité inférieure formée par alternance de métapélites claires, de métapélites sombres, lentilles de pyroxénites et granite à grain fin orthogneissifiés et à couronne de grenat. Cet édifice est chevauché au Sud par l’édifice supérieur (unité de socle s.s) et recouvert au Nord par les formations nummidiennes, l’OMK et les olistostromes de flyschs. Le pluton granitique de Beni Touffout traverse l’ensemble des formations de cet édiffice. Une des particularités de cet édifice réside dans la superposition de deux métamorphismes M1 (BP) et M2 (HP), où on note un remplacement des paragénèses minérales de BP par des paragénèses minérales de HP. (Andalousite Disthène). (Mahdjoub, 1991). Dans cet édifice, comme dans l’édifice supérieur (unité de socle s.s) deux déformations majeures superposées (D1 et D2) ont été mises en évidence :  D1, de direction NW associée au métamorphisme synschisteux M1 à (BP) est synchrone à la mise en place des granites tardi-hercynien (intrusif dans les deux édifices).  D2, de direction subméridienne prédomine dans les unités de Beni-ferguène, où elle s’accompagne d’un métamorphisme de faciès amphibolites de type Barrovien M2 (HP). On note que l’intensité de déformation D2 est variable d’une sous-unité à une autre. 

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Cadre géologique
I.1- Cadre géologique régional
I.1.1- Position géo-structurale de l’Afrique du Nord dans la chaîne tellienne
I.1.2- Unités structurales de la chaîne tellienne
I.1.3- Cadre géologique régional
I.1.3.1- Position de la petite kabylie dans la chaîne tellienne
I.1.3.2- Dispositif structural alpin du massif de la petite Kabylie
I.1.3.3- Les grands ensembles géologiques de la petite Kabylie
I.1.3.3.1- Le socle Kabyle.
I.1.3.3.2- L’Oligo-miocène et les olistostromes
I.1.3.3.2.1- L’oligo-miocène kabyle (OMK)
I.1.3.3.2.2- Les Olistostromes
I.1.3.3.3.- La dorsale kabyle ou chaîne calcaire
I.1.3.3.4- Domaine des flyschs
I.1.3.3.4.1- Le flysch maurétanien
I.1.3.3.4.2- Le flysch massylien
I.1.3.3.4.3- Le Numudien
I.1.3.3.5- Les séries telliennes
I.1.3.3.6- Le miocène post-nappe
I.1.4- Le magmatisme (Oligocène-Quaternaire) de la marge algérienne
I.1.5- Les unités de socle kabyle (S.l)
I.1.5.1- Les unités supérieures ou unités de socle (S.S)
I.1.5.1.1- Les parties centrale et orientale de l’édifice supérieur
I.1.5.1.2- La partie occidentale de Texenna
I.1.5.2- Les unités des Beni-Ferguene (Oued Zhour
I.1.5.3- L’unité de Bougaroune
I.2- Cadre géographique et géologique local des sites étudiés
I.2.1- Situation géographique locale des sites étudiés.
I.2.2- Relief
I.2.3- Climat
I.2.4- Géologie locale des sites étudiés
I.2.4.1- Sites de Tamazert et Hadj Ali
I.2.4.1.1- Unité de Beni Belaid
I.2.4.1.2- Unité de Hallam-Cap Aourer
I.2.4.1.3- Unité de Marbouha
I.2.4.2- Site de Chekfa
Chapitre II : Echantillonnage, prétraitement des échantillons et techniques analytiques
II.1- Echantillonnage
II.2- Préparation des échantillons
II.3- Techniques analytiques
II.3.1- Diffraction des rayons X (DRX)
II.3.1.1- Principe de la méthode
II.3.1.2- Minéralogie totale
II.3.1.3- Extraction de la fraction argileuse
II.3.2- Spectroscopie infrarouge IR
II.3.2.1- Principe de la méthode
II.3.2.2- Préparation des échantillons
II.3.3- Analyse thermique gravimétrique ATG
II.3.4- Analyse morpho-structurale (EMES/EDS)
II.3.5- Capacité d’échange cationique CEC
II.2.5.1- Protocol de mesure
II.3.6- Surface spécifique Ss
II.3.6.1- Principe de mesure
II.3.7- Limite d’atterberg
II.3.7.1- Mode opératoire
II.3.8- Analyse granulométrique
II.3.9- Analyses chimiques
II.3.9.1- Principe de l’ICP/OES
II.3.9.2- Principe de l’ICP/MS
Chapitre III : Aperçu bibliographique sur les altérations
III.1- Introduction
III.2- Historique de recherches sur l’altération
III.3- Mécanismes de l’altération
III.3.1- Mécanisme physique
III.3.2- Mécanisme chimique
III.3.2.1- Mise en solution
III.3.2.2- Hydratation et déshydratation
III.3.2.3- L’hydrolyse
III.3.2.4- Oxydation-réduction
III.4- Types d’altération
III.4.1- L’altération météorique (supergène)
III.4.2- L’altération hydrothermale
III.5- Grands types d’études sur l’altération
III.6- Différents milieux d’altération
III.6.1- Altération dans un milieu artificiel
III.6.2- Altération dans le milieu naturel
III.7- Facteurs influençant l’altération dans le milieu naturel
III.7.1- Nature de la roche mère (lithologie)
III.7.1.1- Altérabilité des minéraux
III.7.2- Les facteurs climatiques
III.7.2.1- Effets du climat sur l’altération chimique
III.7.2.2- Effets du climat sur l’altération physique
III.7.2.3- Néoformation vs climat
III.7.3- Topographie
III.7.4- Activité biologique
III.7.5- Temps
III.8- Classification et caractérisation des roches vis-à-vis de l’altération
Chapitre IV : Etude pétrographique
IV.1- Description pétrographique des profils d’altération
IV.1.1- Description de la roche mère
IV.1.2- Description des échantillons altérés
IV.1.2.1- Echantillon N°1(gneiss altéré)
IV.1.2.1.1- Minéraux secondaires et phénomènes
IV.1.2.2- Echantillon N°2 (gneiss fortement altéré)
IV.1.2.3- Echantillon N°3 (gneiss totalement altéré)
IV.2- Conclusion
Chapitre V : Bilans géochimiques
V.1- Evaluation du bilan de masse
V.1.1- Introduction à l’approche du bilan massique
V.2- Pourcentages des changements absolus
V.3- Changements absolus des éléments majeurs
V.3.1- Profil de Tamazert
V.3.2- Profil de Hadj Ali
V.3.3- Profil de Chekfa
V.4- Changements absolus des éléments en traces
V.4.1- Profil de Tamazert
V.4.2- Profil de Hadj Ali
V.4.3- Profil de Chekfa
V.5- Conclusion.
V.6- Lessivage des éléments
V.6.1- Normalisation par rapport à la roche mère
V.6.1.1- Profil de Tamazert
V.6.1.2- Profil de Hadj Ali
V.6.1.3- Profil de Chekfa
V.6.2- Comparaison entre les profils d’altération
V.7- Conclusion
Chapitre VI : Caractérisation des produits d’altération
VI.1- Aperçu bibliographique
VI.2- Structure des minéraux argileux
VI.2.1- Phyllosilicates simples
VI.2.2- Phyllosilicates interstratifiées
VI.3- La kaolinite
VI.3.1- Principaux pays producteurs de kaolin
VI.3.2- Principaux usages industriels de kaolin.
VI.3.2.1- Industrie de papier
VI.3.2.2- Industrie céramique
VI.3.2.3- Industrie médicale et cosmétique.
VI.4- Economie du kaolin.
VI.5- Conclusion
VI.6- Identification des phases minérales par DRX90
VI.6.1- Minéralogie totale
VI.6.1.1- Roche saine
VI.6.1.2- Echantillons altérés
VI.6.2- Identification des minéraux argileux (fraction <2µm)
VI.6.3- Estimation de l’abondance des minéraux
VI.6. 3.1- Site de Tamazert
VI.6.3.2- Site de Hadj Ali
VI.6.3.3- Site de Chekfa
VI.6.4- Conclusion
VI.6.5- Distinction entre mica/illite
VI.6.5.1- Indice d’aigui (IA)
VI.7- Spectroscopie infrarouge IR
VI.8- Analyse morpho-structurale ESEM/EDS
VI.9- Analyse granulométrique
VI.10- Analyse thermogravimétrique (ATG)
VI.6- Capacité d’échange cationique (CEC) et surface spécifique (Ss)
VI.7- Limite d’atterberg
VI.8- Conclusion
Chapitre VII : Evaluation du degré d’altération
VII.1- Introduction
VII.2- Rôle des indices d’altération
VI.3- Examen des indices d’altération chimiqu
VII.4- Choix des indices d’altération chimiques et leur application
VII.4.1- Ruxton Ratio (R)
VII.4.2- Indice Résiduelle de Vogt (V)
VII.4.3- Indice Chimique de vieillissement (CIW)
VII.4.4- Indice chimique d’altération (CIA)
VII.4.5- Indice d’altération de Parker (WIP)
VII.4.6- Indice d’altération des plagioclases (PIA)
VII.4.7- Indice de la silice-titane (STI)
VII.4.8- Facteur de lixiviation (L.F)
VII.5- Calcul des indices d’altération
VII.5.1- Profil de Tamazert
VII.5.2- Profil de Hadj Ali
VII.5.3- Profil de Chekfa
VII.6- Conclusion.
VII.7- Calcul des paramètres statistiques (t-test)
VII.7.1- Profil de Tamazert
VII.7.2- Profil de Hadj Ali
VII.7.3- Profil de Chekfa
VII.8- Conclusion
VII.9- Géochimie des terres rares et origine du kaolin
VII.9.1-Comportement des terres rares au cours des processus d’altération Continentale
VII.9.2- Les terres rares dans le milieu supergène
VII.9.3- Distribution des terres rares dans les profils d’altération
VII.9.3.1- Profil de Tamazert
VII.9.3.2- Profil de Hadj Ali
VII.9.3.3- Profil de Chekfa.
VII.9.4- Discussion sur le comportement des terres rares
VII.9.5- Interprétation des diagrammes de normalisation de REE
VII.9.6- Normalisation des terres rares et présentation graphiques
VII.9.6.1- Normalisation des terres rares
VII.9.6.2- Présentation graphique des terres rares
VII.9.6.2.1- Profil de Tamazert
VII.9.6.2.2- Profil de Hadj Ali
VII.9.6.2.3- Profil de Chekfa
VII.9.7- Conclusion
VII.10- Formation de kaolin0
VII.10.1- Origine hypogène et origine supergèn
VII.10.2- Distinction entre kaolin d’origine hypogène et kaolin d’origine supergène
VII.10.2.1- Diagramme Zr vs TiO
VII.10.2.2- Diagramme (Cr+Nb) vs (Ti+Fe)
VII.10.2.3- Diagramme (Ce+Y+La) vs (Ba+Sr)
VII.10.3- Discussion
VII.10.4- Conclusion
Chapitre VIII : Conséquences hydrogéologiques6
VIII.1- Introduction
VIII.2- Position des sites étudiés dans le réseau hydraographique de Petite Kabylie
VIII.3- Aperçu descriptif des bassins versant
VIII.3.1- Bassin versant de l’Oued El Guebli
VIII.3.2- Bassin versant de l’Oued Zhour
VIII.3.2.1- Caractéristiques du BV de l’Oued Zhour
VIII.3.2.2- Données physico-chimiques du BV de l’Oued Zhour
VIII.3.3- Bassin versant de l’Oued Nil
VIII.3.3.1- Paramètres du BV de l’Oued Nil
VIII.3.3.2- Acquisition des analyses chimique
VIII.4- Conclusion

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