introduction à la sédimentologie
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Introduction à la sédimentologie
Laurie Bougeois
ST3 - Polytech’ Paris UPMC
8 avril 2015
Navajo - Utah
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
2 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Rochesmagmatiques
Rochesmétamorphiques
Rochessédimentaires
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
2 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Rochesmagmatiques
Rochesmétamorphiques
Rochessédimentaires
MAGMA
refroidissementrapide en surface
refroidissementlent en profondeur
r. volcaniques r. plutoniques
ROCHE
modification P/Tchangement compo-sition minéralogique
Rhyolite Granite Gneiss
ROCHES CRISTALLISÉES- ENDOGÈNES
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
2 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Rochesmagmatiques
Rochesmétamorphiques
Rochessédimentaires
MAGMA
refroidissementrapide en surface
refroidissementlent en profondeur
r. volcaniques r. plutoniques
ROCHE
modification P/Tchangement compo-sition minéralogique
Rhyolite Granite Gneiss
ROCHES CRISTALLISÉES- ENDOGÈNES
ROCHES NON CRISTALLISÉES- EXOGÈNES
SédimentationPrécipitationStratification
....
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
3 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Définitions
Sédimentologie
Discipline qui étudie les processus de production des sé-
diments, les mécanismes de leur transport et de leur dépôt
sous forme de couches ou strates sédimentaires.
Ï Le but de la sédimentologie est la reconstitution des milieux et
environnements de dépôt c’est à dire la reconstitution des
paysages passés et des paléogéographies.
Ï L’approche naturaliste se fait par la détermination des sédiments :
natures minéralogiques, analyses et agencements des constituants
(biogènes ou non), figures sédimentaires, géométrie des dépôts.
4 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Quelques chiffres
Ï Les roches sédimentaires :
représentent 5% du volume de la croûte supérieure
(enveloppe superficielle cassante du globe Terrestre)
représentent 75% des surfaces continentales
sont très souvent stratifiées
peuvent contenir des fossiles
5 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Classification
Ï Selon leur origine
Détritique= terrigène
Biogène= biominéralisations
Précipitationchimique
6 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Conglomérat
Grès micacé
Calcaire à Nummulites
Madréporaires actuels
Halite
Gypse en tête d’alouette
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
ClassificationÏ Selon leur composition
CarbonatéesCO2−
3
calcaire,dolomie
SiliceusesSiO2
diatomites, grèsquartzeux
CarbonéesC>40%
houille, charbons,hydrocarbures
SulfatéesSO2−
4
gypse
7 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
8 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Grès de Fontainebleau Carrière d’argile (Géorgie)
Conglomérat
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
9 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Falaise d’ÉtretatCraie (roche carbonatée)
White Sands Park USAGypse (roche évaporitique)
Salar Uymi BolivieHalite (roche évaporitique)
Carrière de Charbon France(roche carbonée)
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
10 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Le cycle des roches sédimentaires
11 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Roche
Altération - Érosionphysique
(pesanteur, T, P)chimique
(pH, potentionionique)
Particulesdétritiques
Solutionset colloïdes
Transport(gravitaire - éolien - aquatique)
Sédimentation
Diagenèse
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
12 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Altération et érosion
Toutes roches exposées aux conditions de surfaces peuvent
potentiellement subir une dégradation
Ï Physique ou mécanique (désagrégation) par l’action du gel, de lagravité, du vent, des vagues etc.
Préserve la nature minéralogique
Ï Chimique par l’action de l’eau (hydrolyse)
Transforme des minéraux (parfois dissolution totale)
13 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Érosion
14 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Bioérosion parorganisme lithophage
Cryoclastie
Ruissellement(demoiselles coiffées)
Érosion fluviatile
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Altération chimique
L’altération chimique est fonction de :
Ï la résistance des minéraux à la solubilisation
Ï l’état de surface des continents (relief, végétation, nature des roches)
Ï paramètres climatiques (T°C, précipitations, drainage)
15 / 41Introduction à la sédimentologie
N
halitegypse
pyrite
calcitedolomite
olivineaugite
hornblendebiotite
plagioclases Ca
plagioclase Na
feldspaths K
muscovite
smectitequartz
kaolinite
gibbsite, hématite, goethite
Altérabilité décroissante
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
16 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Transport
Vecteurs de transports
Transit de la matière entre les zones hautes érodées et leszones basses qui constituent les bassins sédimentaires sefait grâce à :
Ï l’eau (liquide ou glace)
Ï le vent
Ï la gravité
17 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Transport
Cas de l’eau
Transport et sédimentation des particules dépendent de :
Ï la taille des particules
Ï la vitesse d’écoulement du fluide
18 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Diagrammede Hjulström
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
19 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Rappel : différentes roches sédimentaires
20 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Roches sédimentaires
Roches carbonatéescalcaires
Roches siliceusessilex
Roches carbonéescharbon, pétrole
Roches évaporitiqueshalite, gypse
Roches détritiquesconglomérats, grès
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Du sédiment transporté à la roche sédimentaire
Roche sédimentaire meuble Roche sédimentaire consolidée
21 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Sables et graviers Grès micacé
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
22 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Diagenèse
Diagenèse
Ensemble des processus transformant progressivement un
dépôt meuble en roche sédimentaire solide.
Ï C’est aussi ce qu’on appelle la lithification
Deux principales étapes :
Ï la compaction (chimique et mécanique)
Ï la cimentation
23 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Diagenèse - La compaction
24 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Compaction mécanique
Perte de porositéRé-arrangement des grains
Compaction chimique
Processus de pression-dissolution
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Diagenèse - La cimentation
Cimentation
Précipitation de matière sur un substrat et accroissement
progressif des cristaux ainsi formés.
Ï disparition progressive de la porosité
.
25 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
26 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Environnements sédimentaires
27 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Lagunaire
Sédimentation en domaineCONTINENTAL Sédimentation en domaine
OCÉANIQUE
Désertique
Lacustre
Glaciaire
FluviatileNéritique
PélagiqueRécifal
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
28 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentale
Surface des continents modelée par 3 agents principaux :
l’eau le vent la glace
29 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentaleÏ Les systèmes fluviatiles
30 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Cône alluvial Tresse
MéandriformeAnastomosé
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentale
Ï Les systèmes glaciaires
Glaciers de vallées : fleuves de glace en mouvement
31 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Glacier SerranoTorres del PaineChili
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentale
Ï Les systèmes glaciaires
Glaciers de vallées : fleuves de glace en mouvement
31 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Mer de GlaceMassif duMont Blanc
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentaleÏ Les systèmes glaciaires
Glaciers de vallées : empruntent les vallées fluviales préexistantes
durant les périodes glaciaires
32 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Vallée en V
Vallée en U
FLUVIATILE
GLACIAIRE
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
1. Introduction
2. Cycle des roches sédimentaires
Altération et érosion Transport Sédimentation - Dépôt Diagenèse
3. Environnements sédimentaires
Domaine continental Domaine océanique
33 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Les océans :
Ï ∼75% de la surface de la Terre
Ï constituent un gigantesque bassin sédimentaire
Ï sédiments océaniques (marins) ont diverses origines :
particules détritiques (résidus de l’altération continentale)
véhiculées par les fleuves ou le vent
production biogène in situ
précipitation chimique in situ
34 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Ï Grandes lignes du relief des fonds océaniques
35 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation littorale
Ï Littoral = zone tampon entre continent et océan
Ï Sédimentation soumise à deux ensembles de processus :
continentaux marins
Ï Deltas = zone de décharge des grands cours d’eau
36 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation littorale
37 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Delta du Nil Delta du Mississipi
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation en bas de talus
Ï Fraction fine de la charge sédimentaire du littoral (boues et sablestrès fins)
transportée vers le large par suspension
Ï Sédiments plus grossiers (sables et graviers)
chenalisés dans les canyons sous-marins
38 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation biogène vs terrigène
Ï sédimentation au niveau de la marge continentale
principalement terrigène
Ï B contribution de l’océan pour produire ses propres sédiments
production biologique
39 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation de plate-forme
Espèces benthiques (domaine néritique)
40 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Échinoderme
Bivalve
Foraminifèrebenthique
Gastéropode
Algueverte
Alguerouge
Corail
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation pélagique
Ï Restes d’organismes planctoniques microscopiques (carbonatés et
siliceux) ± dilués par une fraction fine d’origine terrigène (argiles)
41 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation pélagique
Ï Restes d’organismes planctoniques microscopiques (carbonatés et
siliceux) ± dilués par une fraction fine d’origine terrigène (argiles)
41 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Phytoplancton
Zooplancton
SiO2 CaCO3
Diatomées
RadiolairesForaminifères
Coccolithophoridés