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Introduction à la sédimentologie
Introduction à la sédimentologie Laurie Bougeois ST3 - Polytech’ Paris UPMC 8 avril 2015 Navajo - Utah Introduction Cycle des roches Roches magmatiques Environnements sédimentaires Roches métamorphiques Roches sédimentaires Introduction à la sédimentologie N 2 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Roches magmatiques Roches métamorphiques MAGMA ROCHE refroidissement rapide en surface refroidissement lent en profondeur r. volcaniques r. plutoniques Rhyolite Granite Roches sédimentaires modification P/T changement composition minéralogique Gneiss ROCHES CRISTALLISÉES - ENDOGÈNES Introduction à la sédimentologie N 2 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Roches magmatiques Roches métamorphiques MAGMA ROCHE refroidissement rapide en surface refroidissement lent en profondeur r. volcaniques r. plutoniques Rhyolite Granite ROCHES CRISTALLISÉES - ENDOGÈNES modification P/T changement composition minéralogique Roches sédimentaires Sédimentation Précipitation Stratification .... Gneiss ROCHES NON CRISTALLISÉES - EXOGÈNES Introduction à la sédimentologie N 2 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 3 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Définitions Sédimentologie Discipline qui étudie les processus de production des sédiments, 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. Introduction à la sédimentologie N 4 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 5 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Classification Ï Selon leur origine Détritique = terrigène Conglomérat Précipitation chimique Biogène = biominéralisations Calcaire à Nummulites Halite Grès micacé Madréporaires actuels Gypse en tête d’alouette Introduction à la sédimentologie N 6 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Classification Ï Selon leur composition Carbonatées CO23− calcaire, dolomie Siliceuses SiO2 diatomites, grès quartzeux Carbonées C>40% houille, charbons, hydrocarbures Sulfatées SO24− gypse Introduction à la sédimentologie N 7 / 41 Introduction Cycle des roches Grès de Fontainebleau Environnements sédimentaires Carrière d’argile (Géorgie) Conglomérat Introduction à la sédimentologie N 8 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Falaise d’Étretat Craie (roche carbonatée) White Sands Park USA Gypse (roche évaporitique) Salar Uymi Bolivie Halite (roche évaporitique) Carrière de Charbon France (roche carbonée) Introduction à la sédimentologie N 9 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 10 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Le cycle des roches sédimentaires Roche Altération - Érosion Diagenèse chimique (pH, potention ionique) Sédimentation Particules détritiques physique (pesanteur, T, P) Solutions et colloïdes Transport (gravitaire - éolien - aquatique) Introduction à la sédimentologie N 11 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 12 / 41 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 la gravité, du vent, des vagues etc. Préserve la nature minéralogique Ï Chimique par l’action de l’eau (hydrolyse) Transforme des minéraux (parfois dissolution totale) Introduction à la sédimentologie N 13 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Érosion Bioérosion par organisme lithophage Cryoclastie Ruissellement (demoiselles coiffées) Érosion fluviatile Introduction à la sédimentologie N 14 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Altération chimique L’altération chimique est fonction de : Ï la résistance des minéraux à la solubilisation Altérabilité décroissante halite gypse pyrite calcite dolomite olivine plagioclases Ca augite hornblende plagioclase Na biotite feldspaths K muscovite smectite quartz kaolinite gibbsite, hématite, goethite Ï l’état de surface des continents (relief, végétation, nature des roches) Ï paramètres climatiques (T°C, précipitations, drainage) Introduction à la sédimentologie N 15 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 16 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Transport Vecteurs de transports Transit de la matière entre les zones hautes érodées et les zones basses qui constituent les bassins sédimentaires se fait grâce à : Ï l’eau (liquide ou glace) Ï le vent Ï la gravité Introduction à la sédimentologie N 17 / 41 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 Diagramme de Hjulström Introduction à la sédimentologie N 18 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 19 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Rappel : différentes roches sédimentaires Roches sédimentaires Roches carbonatées Roches détritiques calcaires conglomérats, grès Roches siliceuses Roches évaporitiques silex halite, gypse Roches carbonées charbon, pétrole Introduction à la sédimentologie N 20 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Du sédiment transporté à la roche sédimentaire Roche sédimentaire meuble Roche sédimentaire consolidée Sables et graviers Grès micacé Introduction à la sédimentologie N 21 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 22 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 23 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Diagenèse - La compaction Compaction mécanique Perte de porosité Ré-arrangement des grains Compaction chimique Processus de pression-dissolution Introduction à la sédimentologie N 24 / 41 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 . Introduction à la sédimentologie N 25 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 26 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Environnements sédimentaires Sédim enta CONTtion en dom INEN a TAL ine Sédim entatio OCÉA n en dom aine NIQU E Lagunaire Néritique Récifal Pélagique Désertique Lacustre Fluviatile Glaciaire Introduction à la sédimentologie N 27 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 28 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation continentale Surface des continents modelée par 3 agents principaux : l’eau la glace le vent Introduction à la sédimentologie N 29 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation continentale Ï Les systèmes fluviatiles Cône alluvial Méandriforme Tresse Anastomosé Introduction à la sédimentologie N 30 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation continentale Ï Les systèmes glaciaires Glaciers de vallées : fleuves de glace en mouvement Glacier Serrano Torres del Paine Chili Introduction à la sédimentologie N 31 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation continentale Ï Les systèmes glaciaires Glaciers de vallées : fleuves de glace en mouvement Mer de Glace Massif du Mont Blanc Introduction à la sédimentologie N 31 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation continentale Ï Les systèmes glaciaires Glaciers de vallées : empruntent les vallées fluviales préexistantes durant les périodes glaciaires Vallée en V FLUVIATILE Vallée en U GLACIAIRE Introduction à la sédimentologie N 32 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 33 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 34 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation océanique Ï Grandes lignes du relief des fonds océaniques Introduction à la sédimentologie N 35 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 36 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation océanique Sédimentation littorale Delta du Nil Delta du Mississipi Introduction à la sédimentologie N 37 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation océanique Sédimentation en bas de talus Ï Fraction fine de la charge sédimentaire du littoral (boues et sables très fins) transportée vers le large par suspension Ï Sédiments plus grossiers (sables et graviers) chenalisés dans les canyons sous-marins Introduction à la sédimentologie N 38 / 41 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 Introduction à la sédimentologie N 39 / 41 Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires Sédimentation océanique Sédimentation de plate-forme Espèces benthiques (domaine néritique) Algue verte Bivalve Échinoderme Algue rouge Gastéropode Corail Foraminifère benthique Introduction à la sédimentologie N 40 / 41 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) Introduction à la sédimentologie N 41 / 41 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) SiO2 CaCO3 Diatomées Coccolithophoridés Phytoplancton Zooplancton Radiolaires Foraminifères Introduction à la sédimentologie N 41 / 41
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