Sédimentation et milieux de sédimentation

1. Le devenir des alluvions

Livre p114-115

TP Sables de la Loire

exercice 6p128

2. Transport et dépôt

Livre p116-117

Dans des conditions contrôlées (une maquette de rivière), on peut établir le diagramme suivant :

lecture du diagramme de Hjulström
diagramme de Hjulström

Compléter le diagramme en repérant le courant fort et le courant faible, 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 p127

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.

Granoclassement dans une terrasse fluviatile

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.

Les produits de l’érosion sont transportés jusqu’en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation). On les appelle alors sédiments.

exercice 7p128

3. Différents types de roches sédimentaires

Livre p132-133

TP roches sédimentaires

On distingue

  1. les sédiments détritiques issus de la fragmentation de roches d’origine terrigène (uniquement roches de la croûte terrestre) ;
  2. les sédiments biogènes issus de la précipitation des ions présents dans l’eau, sous l’action des organismes constructeurs (mollusques, polypes,…) ;
  3. les sédiments bioclastiques issus de la fragmentation de calcaires d’origine biotique (coquilles, coraux, etc…) ;
  4. les sédiments évaporitiques 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). 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.

dépôt, compaction, cimentation

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.

  • 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).
  • Lorsque les grains sont très fins (grains de quartz 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 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 (sebkhas سبخة).

exercice 8 et 9p144

4. 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.

 

le site de Curio Bay en Nouvelle-Zélande

La forêt pétrifiée de Curio Bay poussait il y a 180 millions d’années (au Jurassique)

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.

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