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