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TP N 3 :

PROCESSUS DIAGENETIQUES DES CARBONATES

1 - Introduction

La "diagense" se rapporte l'ensemble des modifications physico-chimiques que subit un

sdiment, aprs dpt, dans les conditions de pression et temprature "faibles" qui rgnent en

environnement de sub-surface. La diagense n'englobe pas les modifications du sdiment lies

uniquement aux facteurs biologiques (bioturbation, biorosion) et s'arrte l o commence le

mtamorphisme. Pour dissiper l'impression d'incertitude qui se dgage de cette frontire qualitative,

disons qu'en pratique, dans l'tude de facis carbonats, la diagense traite de problmes de

cimentation, dissolution, recristallisation et remplacement affectant les phases carbonates,

siliceuses ou sulfates.

Ces dernires annes, de nombreuses tudes de bioconstructions palozoques d'Europe, des

Etats-Unis, d'Australie et du Canada ont trait de ce sujet, suite l'intrt des compagnies

ptrolires pour tous les phnomnes intervenant dans la formation et l'volution des rservoirs. Ces

travaux s'attachent principalement prciser la nature et l'origine des divers types de ciments qui se

succdent dans les cavits. Ces squences peuvent ensuite tre interprtes en termes d'volution du

milieu de diagense: "Chaque milieu principal (sous-marin, littoral et continental) se caractrise par

une diagense distincte conditionne la fois par la qualit des eaux parentales et par le degr de

saturation" (Purser, 1980). L'tude diagntique s'inscrit donc aussi dans un cadre de reconstitution

des paloenvironnements d'enfouissement.

2 - Processus diagntiques (Rappel)

Les principaux processus diagntiques sont la cimentation, la dissolution, la

recristallisation et le remplacement.

2 - 1 - Cimentation

La cimentation correspond la prcipitation de matire sur un substrat et l'accroissement

progressif des cristaux ainsi forms. La cimentation a pour consquence la disparition progressive

de la porosit. La taille des cristaux s'accrot partir de la paroi des vides : couche de base

microcristalline, puis cristaux spathiques allongs perpendiculairement au support, ou en

agencement palissadique ou prismatique (Tab. 4, Fig. 27, 28, 29).

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Fig. 27 : profil schmatique localisant les types de ciments prcoces et leur environnement de formation. A : subtidal (=zone phratique marine) : ciment aragonitique fibreux disposition rgulire; B : intertidal (=zone vadose marine) : ciment aragonitique fibreux tendance microstalactitique ; C : supratidal (=zone vadose marine) : aragonite micritique disposition microstalactitique, associe des particules la partie suprieure des cavits ; D : continental (=zone vadose mtorique) : calcite sparitique non magnsienne et silt vadose.

Milieu continental Milieu ctier et marin

Fabrique Drusique Aciculaire, fibreuse ou en lame

Minraux

Calcite peu magnsienne avec

peu de Sr

Aragonite, calcite trs

magnsienne riche en Sr

(jusqu 10 000ppm)

Rapport Mg / Ca Faible (eau douce : 0.5) Elev (eau de mer : 3)

14 19 % MgCO3

Tab. 4 : Principaux caractres des ciments carbonats en milieux continental, ctier et marin.

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Fig. 28 : Principaux types de ciments carbonats

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2 - 2 - Recristallisation

Cest la transformation de taille, de forme de l'orientation cristallographique de minraux

prexistants, sans modifications de leur composition chimique originelle. Elle peut affecter, soit

l'lment, soit le liant, soit les deux, et tre partielle ou totale. Exemples: augmentation de la taille

moyenne des cristaux par coalescence dans une masse dj cristallise ; "inversion" de l'aragonite

en calcite : l'aragonite (=2,94) tant 8% plus dense que la calcite (=2,71), du CaCO3 est ds lors disponible pour des processus de cimentation).

Les contacts entre la mosaque spatique et la matrice fine ou les grains sont tantt tranchs,

tantt flous. Certains composants primitifs sont compltement englobs par la calcite (texture

"flottante"). La taille des cristaux varie irrgulirement dans ces plages, en fonction souvent

d'htrognits texturales de dtail primitives. Les impurets sont souvent abondantes.

On peut avoir croissance syntaxiale ou pitaxique de cristaux de calcite autour de certains

bioclastes monocristallins (entroques par exemple).

2 - 3 - Compaction

Comme la plupart des sdiments, les carbonates sont susceptibles de subir une compaction,

que l'on peut reconnatre par exemple la modification morphologique de fossiles fragiles, ou

pntration d'lments durs dans des lments tendres. Mais la compaction n'est pas un fait

fondamental et gnral dans les roches carbonates (Fig. 29).

Fig. 29 : Cimentation avant et aprs la compaction.

2 - 3 - Dissolution

La dissolution d'un substrat ou d'une phase diagntique prexistante a videmment comme

consquence une augmentation de la porosit. Ce phnomne joue diverses chelles, depuis celle

du systme karstique jusqu' la porosit intraparticulaire. Un processus de dissolution implique

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toujours le passage par une tape o existe un vide : ce vide peut tre ensuite rempli par des

sdiments internes, ciment...

2 - 4 - Epignisation (remplacement)

Le remplacement implique quant lui, non seulement un changement de cristallinit (taille

et forme primitives), mais galement un changement chimique d'un substrat prexistant. La

dolomitisation dite secondaire en est un exemple frquent (Fig. 30), comme la silicification. Notons

que les minraux constituant les lments figurs peuvent tre remplacs sans que leur morphologie

soit affecte.

Fig. 30 : Dolomitisation (x25)

3 Mthode dobservation en lames minces

3 -1 - Dessin : avec lgendes, chelle, etc.

3 -2 - Elments figurs

- Evaluation du pourcentage des lments figurs par rapport l'ensemble des constituants.

- Diffrenciation et reconnaissance des divers lments figurs et valuation de leur

pourcentage par rapport l'ensemble des lments figurs.

- Dtermination de la forme et de la taille des lments.

3 3 - Phase de liaison : Matrice (micrite), Ciment (sparite).

3 -4 - Phnomnes diagntiques.

3 5 - Nomenclature (application des diffrentes classifications) : l'inventaire termin, le nom de la

roche est attribu en fonction des classifications de Folk et de Dunham.

3 6 - Milieu de dpt : l'essentiel est de reconstituer le milieu de sdimentation.

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4 - Critres de caractrisation des milieux de dpt (figures 31, 32, 33)

4 1 - Critres lis aux facteurs biologiques

Dans le cas d'un profil complexe, barrire, ces critres peuvent contribuer distinguer les

zones internes par rapport au reste du profil. Le rle d'cran jou par la barrire (organismes

coloniaux constructeurs) permet gnralement de diffrencier le milieu subtidal interne (organismes

spcialiss) du milieu marin ouvert qui est le domaine de vie des organismes plagiques.

L'utilisation (rflchie) de modles de rpartition de la faune et de la flore trouve ici sa pleine

justification (voir exemples).

Si le profil est plus simple (sans barrire), la distinction entre plate-forme interne et externe est

parfois difficile. Le passage peut tre graduel et correspondre une limite d'nergie entre un milieu

peu profond et un milieu plus profond. La distinction entre ces milieux diffrents est alors base sur

la frquence et l'oligospcificit d'organismes benthiques, plus forte en plate-forme interne et sur la

frquence des algues, galement plus grande en plate-forme interne.

4 2 - Critres lis aux facteurs physiques (dynamisme des eaux)

Le niveau d'nergie est estim en gnral en fonction de la taille, de la densit et de

l'angularit des grains d'une part et de la prsence ou non d'un matriau fin d'autre part (absence ou

prsence de boue primaire). Cependant, la diffrence des sries dtritiques, l'origine mme des

carbonates joue videmment un rle important et ne permet pas d'tablir un rapport direct entre le

niveau d'nergie et le facis. Les variations du niveau d'nergie seront donc dfinies par estimation

de la proportion relative du matriau fin et des grains, en relation avec leurs caractristiques

morphologiques initiales. Il faut toujours se rappeler que les lments pris en considration doivent

tre critiqus en fonction d'autres facteurs possibles: taille des bioclastes et angularit fonction de

leur origine, micrite d'origine secondaire, par microsparitisation d'un grainstone par exemple. Ceci

permet en gnral de dterminer si les sdiments tudis se sont dposs en eau calme ou agite,

sans indication d'environnement particulier. Dans le cas d'un profil de plate-forme complexe, le

gradient des niveaux d'nergie est discontinu: la plate-forme externe et la barrire prsentent des

niveaux d'nergie forts, comparables ceux de l'intertidal, alors que ceux de la plate-forme interne

sont faibles. Un niveau d'nergie faible peut tre significatif d'un dpt en eau profonde, sous la

zone d'action des vagues ou bien, au contraire, caractriser un dpt en eau trs peu profonde dans

un domaine protg par la prsence d'une barrire.

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Fig. 31 : Critres biologiques de caractrisation des milieux de dpt.

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Fig. 32: critres dynamiques de caractrisation des milieux de dpt.

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Fig. 33 : critres physico-chimiques de caractrisation des milieux de dpt.