Formation géologique : définition, lithologie et exemples
Formation géologique : définition, lithologie, faciès et exemples — comprendre les strates, leur composition et leur rôle pour reconstruire l'histoire géologique de la Terre.
Une formation, ou formation rocheuse, est l'unité fondamentale de la lithostratigraphie. C'est une unité mappable de roches qui se distingue des unités adjacentes par des caractéristiques lithologiques, sédimentaires ou physiques reconnaissables sur le terrain ou sur des coupes géologiques.
Définition précise
Une formation est constituée d'un ensemble de strates rocheuses qui partagent une lithologie (type de roche), un faciès sédimentaire (aspect et conditions de dépôt) ou d'autres propriétés homogènes ou caractéristiques. Les formations sont définies pour être facilement repérables et cartographiables à l'échelle régionale ; elles ne sont pas établies en fonction d'une épaisseur fixe, et la puissance des formations peut varier considérablement d'un endroit à l'autre.
Lithologie et faciès
La lithologie d'une formation décrit la nature dominante des roches qui la composent. On distingue couramment :
- Les formations clastiques (grès, conglomérats, argilites), issues d'arrangements mécaniques de débris.
- Les formations carbonatées (calcaires, dolomies), issues de dépôts biologiques ou chimiques en milieu marin.
- Les évaporites (gypse, halite) formées en bassins salés peu profonds.
- Les formations volcaniques (laves, tufs) souvent incluses lorsqu'elles sont suffisamment continues et caractéristiques.
Le faciès (granulométrie, stratification, structures sédimentaires) renseigne sur l'environnement de dépôt (rivière, plage, plateau continental, milieu profond, lagon, etc.). Une même formation peut présenter des variations latérales importantes de faciès tout en restant considérée comme une unité unique si elle reste mappable avec des critères définis.
Subdivision, hiérarchie et nomenclature
Dans la hiérarchie lithostratigraphique, une formation peut être subdivisée en membres (unités plus petites) et plusieurs formations peuvent être regroupées en groupes. En dessous du membre se trouve parfois l'unité litée ou le bed lorsqu'il s'agit d'une couche très distincte mais de faible extension.
Les règles de nommage suivent en général la convention « nom géographique + type lithologique (éventuel) », par exemple « Formation de X » ou « Grès de Y ». Une formation est définie par une section-type (ou stratotype) où ses caractéristiques sont décrites et mesurées pour servir de référence.
Critères de délimitation et limites physiques
Les contacts entre formations peuvent être :
- Conformes : continuité sédimentaire sans interruption majeure.
- Inconformables : surfaces d'érosion ou d'absence qui indiquent une interruption du dépôt.
- Transgressifs/ régressifs : liés à des variations du niveau marin et à des changements de faciès vers l'intérieur ou l'extérieur du bassin.
Les formations sont des unités lithostratigraphiques (basées sur la roche) et ne devraient pas être confondues avec des unités chronostratigraphiques (basées sur l'âge) : une même formation peut donc englober des roches déposées sur une durée variable et ne représente pas nécessairement une période de temps unique.
Utilités et méthodes d'étude
Les formations servent à :
- La cartographie géologique et l'interprétation des bassins sédimentaires.
- La corrélation régionale des successions sédimentaires.
- L'exploration des ressources (minerais, hydrocarbures, aquifères).
- La compréhension des paléoenvironnements et de l'histoire tectono-sédimentaire.
Pour définir et corréler des formations, les géologues utilisent l'observation de terrain, les descriptions lithologiques, les coupes stratigraphiques mesurées, la paléontologie (fossiles pour la corrélation biostratigraphique), la géochronologie absolue (datations radiométriques) et des méthodes géophysiques lorsque la couverture empêche l'observation directe.
Exemples remarquables
Quelques exemples bien connus illustrent la diversité des formations :
- Bassin de Hammersley, Pilbara (Australie-Occidentale) : bassin sédimentaire du Protérozoïque où jusqu'à 1 200 millions d'années de sédimentation sont conservées. On y trouve une unité formelle importante constituée de banded iron formations (formations de fer en bandes) et de schistes ; localement, une seule unité peut représenter plusieurs centaines de millions d'années de dépôt (jusqu'à ~300 Ma dans certains cas).
- Stephen Formation (Burgess Shale), Canada : formation cambrienne célèbre pour ses fossiles exceptionnellement préservés (Burgess Shale), le Burgess Shale étant une unité- membre de la Stephen Formation.
- Groupes du Crétacé (White Chalk), Royaume-Uni : le Chalk Group forme les célèbres falaises blanches et est une formation carbonatée extensive riche en fossiles et utile pour la corrélation régionale.
- Succession du Grand Canyon (États-Unis) : composée de formations comme le Tapeats Sandstone, le Bright Angel Shale et le Muav Limestone (rassemblées parfois en groupes), qui illustrent des transitions marines et des changements de faciès sur des centaines de kilomètres.
Remarques finales
La notion de formation est essentielle pour organiser l'observation des roches à l'échelle régionale. Elle fournit un cadre pratique et standardisé pour la description, la cartographie et la communication des données géologiques. Les définitions et la nomenclature doivent être documentées par des descriptions de sections-type et conformes aux guides internationaux et aux commissions de nomenclature stratigraphique afin d'assurer la clarté et la reproductibilité des travaux géologiques.
Une coupe géologique du Grand Canyon. Les chiffres noirs correspondent à des groupes de formations et les chiffres blancs à des formations (cliquez sur l'image pour plus d'informations).
Strates du Grand Canyon
Dans l'ordre
- Groupes stratigraphiques
- Formations
- Membres
- Stratum (la plus petite unité)
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'une formation ?
R : Une formation, ou formation rocheuse, est l'unité fondamentale de la lithostratigraphie. Elle est constituée d'un certain nombre de strates rocheuses qui présentent une lithologie (roches), un faciès sédimentaire (apparence) ou d'autres propriétés similaires.
Q : Comment les formations sont-elles définies ?
R : Les formations ne sont pas définies sur l'épaisseur des strates rocheuses, et l'épaisseur de différentes formations peut donc varier considérablement. Le concept de couches ou strates formellement définies est central à la stratigraphie.
Q : Que sont les membres et les groupes par rapport aux formations ?
R : Une formation peut être divisée en "membres" qui sont eux-mêmes regroupés en "groupes".
Q : Comment les formations étaient-elles initialement décrites ?
R : Les formations étaient initialement décrites comme des marqueurs temporels, sur la base de la datation relative et de la loi de superposition. Les divisions de l'histoire de la Terre étaient les formations décrites et mises en ordre chronologique par les géologues et les stratigraphes au cours des 18e et 19e siècles.
Q : Pendant combien de temps persistent les environnements où des dépôts sédimentaires se produisent pour former des formations rocheuses ?
R : Les environnements où des dépôts sédimentaires se produisent pour former des formations rocheuses peuvent persister pendant des centaines de millions d'années. Par exemple, jusqu'à 1200 millions d'années de sédimentation ont été conservées intactes dans le bassin de Hammersley de Pilbara en Australie occidentale. Ici, jusqu'à 300 millions d'années sont représentées par une seule unité composée de formation de fer rubané et de schiste.
Q : Qui a été le premier à étudier la stratigraphie géologique ?
R : Les géologues et stratigraphes des 18e et 19e siècles ont d'abord étudié la stratigraphie géologique en décrivant diverses formations rocheuses comme des marqueurs temporels basés sur des principes de datation relative tels que la superposition de lois.
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