Chapitres 2. Sédimentation et milieux de sédimentation

A la fin de cette séance

• j’ai compris les notions suivantes : sédiments, roche détritique, milieu de sédimentation.
• j’ai compris comment se forment les roches sédimentaires.

Que deviennent les produits de l’érosion, de la montagne au littoral  ?

I/ Étude d’un exemple : les alluvions de la Loire

TP Le devenir des produits de l’érosion

Les roches sont altérées sous l’action de différents agents, comme l’eau. Ce processus libère des produits d’érosion, qui sont peu à peu transportés. La taille des particules en suspension ou déposées au fond de la rivière est un critère de détermination des particules issus de l’érosion. La répartition des produits de l’érosion selon leur taille définit leur granulométrie.

Activité 1 : Détermination de la granulométrie d’un échantillon.

Tableau de résultats de tamisage

Granulométrie en μm	Total
Masse sèche en g
Pourcentage	100 %

Activité 2  : Transport et sédimentation 

Proposer une relation entre la granulométrie des sables déposés et la vitesse du courant en remplissant la dernière ligne du tableau de l’activité 1.  

Document à exploiter et vidéo à regarder sur la  rivière expérimentale 

Dans des conditions contrôlées (une maquette de rivière à gauche, voir vidéo 1’12 »), on peut établir le diagramme suivant, qui permet de relier vitesse du courant et dimensions des particules :

Vidéo 4’20 »  : Lois physiques sur le charriage

Compléter le diagramme en convertissant les courants forts en m/s et les courants faibles en mm/s, puis en convertissant les tailles de particules en µm ou cm.
1. Que devient une alluvion de 0,1mm dans un courant de

• 1 m/s ?
• 10 cm/s ?
• 1 cm/s ?

2. Dans un courant de 1 m/s, que devient un grain de

• 1 µm ?
• 0,1 mm ?
• 10 cm ?

Si la marée monte sur une plage avec un courant de 10 cm/sec en transportant des particules, et se retire avec un courant de 1 cm/sec, de quelles tailles seront les particules ayant sédimenté sur la plage pendant la marée haute ?

exercice 5p127 le fabuleux destin des particules de la Corrèze

Bilan

Une partie des produits d’altération, solubles et/ou solides, sont transportés jusqu’au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification du paysage. Le sédiment finit par se déposer sous l’effet de la gravité, souvent en couches ou strates successives. Un sédiment est caractérisé par sa nature (composition physicochimique), son origine, sa granulométrie, les espèces qu’il contient.

Activité 3 : compaction puis cimentation

Problème : Comment passe-t-on d’un sédiment meuble (sable) à une roche compacte ?

Schématise le protocole et les résultats en indiquant si le sédiment est resté meuble ou si il a cimenté.

Bilan :

Une partie des produits d’altération, soluble et/ou solides, sont transportés jusqu’au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification des paysages. Lorsque les dépôts s’accumulent, ils sont enfouis en profondeur. Le poids des roches compacte les sédiments et chasse l’eau présente entre les particules : c’est la compaction.

Le départ de l’eau entre les grains entraîne la précipitation d’un ciment naturel, parfois calcaire, parfois siliceux : c’est la cimentation, c’est-à-dire création d’un liant entre les particules. L’ensemble des étapes permettant le passage d’un dépôt sédimentaire meuble à une roche sédimentaire solide s’appelle la diagenèse.

Des substances dissoutes peuvent précipiter par évaporation : les roches formées s’appellent des évaporites. Les principales évaporites sont le gypse (CaSO₄ (2H₂O)) et la halite (NaCl = sel gemme). Les évaporites sont des indicateurs paléoenvironnementaux de lagunes ou de lacs salés (sebkhasسبخة).

Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts. Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation.

II/ Le devenir des produits de l’érosion-livre page 114-115

L’eau qui coule sur une roche peu cohérente entraîne les produits de l’altération. Ils se retrouvent dans les cours d’eau (ruisseaux, fleuves, rivières), sur ou au front d’un glacier, ou emportés par le vent s’ils sont très petits.

Les particules transportées par l’eau sont entraînées plus ou moins loin (on les appelle alluvions) et se déposent sur le fond du cours d’eau ou d’un océan. On parle alors de sédimentation, les dépôts étant nommés des sédiments.

exercice 6p128 évolution de la granulométrie le long du Rhône.

Les variations de vitesse du courant dans une rivière (revoir les photos de la page précédente) conduisent à des dépôts de granulométries variables ; grâce à ce granoclassement des alluvions, on peut connaître la force du courant qui existait lors du dépôt des particules, même des milliers d’années après.

On considère en effet que les causalités du passé sont les mêmes qu’aujourd’hui (la force du courant d’autrefois avait les mêmes effets que les courants actuels) : c’est le principe de l’actualisme très utilisé en géologie pour reconstituer les environnements du passé.

exercice 7p128 35 000 ans d’histoire d’un fleuve

 

Pour aller plus loin

On distingue

1. les sédiments détritiques (ex : poudingue) issus de la fragmentation de roches d’origine terrigène (uniquement roches de la croûte terrestre) ;
2. les sédiments biogènes (ex : récif corallien) issus de la précipitation des ions présents dans l’eau, sous l’action des organismes constructeurs (mollusques, polypes,…) ;
3. les sédiments bioclastiques (ex : calcaire coquiller) issus de la fragmentation de calcaires d’origine biotique (coquilles, coraux, etc…) ;
4. les sédiments évaporitiques (ex : gypse) issus de la précipitation de sels en milieu lagunaire ;

1. Les roches détritiques sont formées de grains plus ou moins grossiers. Les grains des roches détritiques correspondent aux dépôts sédimentaires initiaux, c’est-à-dire les particules issues de l’érosion acheminés au niveau d’un milieu de sédimentation (par exemple un bassin sédimentaire).

• On parle de conglomérats lorsque les éléments sont d’une taille allant de 2 mm à plus de 10 cm. Dans les conglomérats, si les éléments sont arrondis (=galets), on parle de poudingues, si les éléments sont grossiers et anguleux, on parle de brèches. Par actualisme, on déduit qu’un poudingue se forme dans le lit mineur d’une rivière ou sur une plage de galets, et qu’une brèche se forme près de la source d’érosion (en montagne), avant que les roches n’aient eu le temps d’être arrondies par le transport.
• Lorsque les grains sont des grains très solides (quartz ou autre) et fins avec ciment siliceux, la roche s’appelle un grès (=sandstone =Sandstein). Elle signale une plage fossile.
• Lorsque les grains sont très fins et le ciment est calcaire, la roche s’appelle une marne (à peu près équivalent à mudstone). Elle signale un milieu vaseux (fond de lac, fond de baie).
• Lorsque les blocs sont énormes et associés à des vallées en forme de U, on parle de moraine glaciaire.

2. Les calcaires sont des carbonates de calcium qui se forment par précipitation des ions carbonate HCO₃^– et calcium Ca⁺⁺, selon l’équation

2HCO₃ ^– + Ca²⁺ –> CaCO₃ + H₂O + CO₂.

Soit le dépôt de carbonate de calcium se fait de manière purement physico-chimique comme le tartre, alors on parle de tuf ; soit le calcaire est formé en bloc par l’action d’organismes constructeurs comme les coraux, on parle de roche biogène ; soit la roche est une accumulation de débris (généralement calcaires tels que des coquilles ou des fragments de corail), on parle de roche bioclastique. C’est la plupart des calcaires connus, comme la craie.

Selon les êtres vivants à l’origine du calcaire, on peut déduire (par actualisme) les conditions écologiques qui régnaient lorsqu’il s’est formé : plateau continental, plage, récif corallien. Le tuf se dépose dans les embouchures ou dans les cours d’eau à fort courant.

3. D’autres substances dissoutes peuvent précipiter par évaporation : les évaporites (déjà citées plus haut)

exercice 8p144 roches ou dépôts

exercice 9p144 à la recherche du grès noir

Regarder la vidéo 14’50 » sur le processus et mesures sur le terrain

III/ La reconstitution de paléoenvironnements – livre p136-137

La formation des roches sédimentaires témoigne des conditions qui régnaient à l’époque du dépôt et lors de la diagenèse. C’est grâce au principe d’actualisme que l’on peut reconstituer les paléoenvironnements. Le principe d’actualisme veut que les processus physico-chimiques observables aujourd’hui aient été les mêmes par le passé.

TP Reconstitution d’un paléoenvironnement

Ainsi, on retrouve des fentes de dessiccation (mud cracks = motifs de sécheresse), des traces de littoraux (cordons de galets ou de coquilles), de marée et de courant marin (ripple marks = rides de courant = rides de plage) au sein même des roches sédimentaires ou bien des empreintes fossiles permettant de reconstituer le peuplement végétal et animal d’une époque.

Bilan
La morphologie, la taille et la nature des grains sont des indices de l’origine de la distance parcourue et du mode de transport des sédiments. La nature des grains et du liant permettent de reconstituer les conditions de dépôt et de retrouver le milieu sédimentaire. Ainsi, en appliquant le principe d’actualisme (étude des conditions du dépôt des sédiments actuels) on peut reconstituer le milieu de sédimentation ou le paléo-environnement des roches sédimentaires du passé.

La forêt pétrifiée de Curio Bay poussait il y a 180 millions d’années (au Jurassique). Aujourd’hui, on y observe les troncs et souches fossilisés, sur une dalle rocheuse grignotée par la mer.

Pour en savoir plus : website de présentation de ce site exceptionnel (où l’on peut aussi voir des Manchots, des Dauphins, des Otaries, etc…)

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Connaissances

Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts. Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation. Ces roches sont formées par compaction et cimentation des dépôts sédimentaires suite à l’enfouissement en profondeur.

Notions fondamentales : sédiments, roche détritique, milieu de sédimentation.

Objectifs : on décrit dans ce thème le passage du sédiment à la roche sédimentaire en prenant l’exemple des roches détritiques.

Capacités

– Étudier, notamment en microscopie, quelques roches sédimentaires détritiques pour en déduire la nature des particules sédimentaires, leur morphologie et la nature du liant.

– Reconstituer un paléo-environnement de sédimentation à partir de l’étude d’une roche sédimentaire, en appliquant le principe d’actualisme.

Précisions : on ne développera pas les processus de diagénèse, on se limitera à indiquer l’importance de la compaction (avec perte d’eau liée à l’enfouissement) et la nécessité de la cimentation. Les professeurs choisiront des exemples de roches sédimentaires détritiques.