Sédimentation et milieux de sédimentationCours

Les mécanismes de l'érosion tendent :

  • d'une part, à aplanir les reliefs, en arrachant des particules de roches et en les transportant à distance ;
  • d'autre part, à emplir les bassins sédimentaires (= les lieux de dépôt) de ces sédiments qui se déposent peu à peu.

Les sédiments déposés vont se transformer en roches sédimentaires détritiques, dont la nature varie selon la nature des particules déposées et les caractéristiques du milieu de dépôt.

I

La formation des roches sédimentaires

Les roches sédimentaires, notamment détritiques (dont les constituants proviennent de la désagrégation de reliefs), se forment selon un processus qui comporte trois grandes étapes.

A

Le dépôt des sédiments

Les particules détritiques arrachées aux roches des reliefs soumis à l'érosion sont transportées sur des distances plus ou moins importantes selon leur taille et selon l'agent assurant le transport (vent, eau, etc.).

Lorsque la force de cet agent de transport devient insuffisante pour transporter une particule, en raison de la masse de cette dernière, la particule tombe en vertu des lois de la gravité.

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Le graphique montre la force qu'il faut à l'eau (vitesse du courant) pour arracher ou transporter une particule détritique en fonction de sa taille (et de sa masse).

  • La zone A du graphique correspond à la force qui permet d'arracher les particules à la roche d'origine (1 m/s peut suffire pour arracher une particule de taille voisine de 10 mm, mais il faudra une force plus importante, environ 5 m/s, pour arracher une particule de taille 100 mm).
  • La zone B correspond à la force nécessaire pour transporter une particule déjà arrachée à sa roche d'origine.
  • La zone C correspond à la zone de sédimentation. Dès que les valeurs sont dans ce domaine de la courbe, les particules se déposent, le courant n'étant pas assez puissant pour les transporter. Dans un courant de 0,01 m/s, une particule de 0,01 mm est toujours transportée, alors qu'une particule de 1 mm se dépose.

Lorsqu'ils parviennent dans un lieu de dépôt, les sédiments tombent et s'empilent les uns sur les autres. Une particule sédimentaire tombe sur des particules qui sont tombées avant elle. Les sédiments se superposent donc du bas (les plus anciens) vers le haut (les plus récents).

Ce principe de superposition permet d'expliquer la présence de couches dans les terrains sédimentaires, ainsi que les variations de couleur, de nature, de ces couches, qui montrent les variations de la nature des dépôts sédimentaires et/ou des conditions de dépôt au cours du temps.

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© Wikipédia

Sur cette image, il est possible de voir des strates (= couches sédimentaires) superposées, dont la nature varie du bas (les plus anciennes couches) vers le haut (les plus récentes), témoignant des modifications des dépôts sédimentaires au cours du temps.

B

L'enfouissement et la subsidence

Les particules détritiques qui se déposent dans un bassin sédimentaire s'accumulent parfois sur des épaisseurs considérables et dépassent souvent la profondeur de ce bassin. Ceci est la conséquence d'un phénomène de subsidence : le fond du bassin sédimentaire s'enfonce peu à peu sous le poids des sédiments accumulés.

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Petit à petit, les sédiments enfouis sont soumis à des pressions de plus en plus fortes. Cela va entraîner leur modification et la formation des roches.

C

La compaction de la roche

Sous l'influence de la pression croissante liée à l'enfouissement profond des sédiments accumulés dans le bassin de dépôt, il va se produire des modifications conduisant à la formation de roches détritiques.

Parmi les modifications déterminantes subies par les sédiments, il y a un phénomène de compaction qui s'accompagne d'une perte d'eau (l'eau qui se trouvait entre les particules sédimentaires). Au-delà de cette compaction, une cimentation des particules détritiques peut se produire dans la roche en formation.

Le ciment qui lie les particules peut être d'origine :

  • exogène (une boue qui va cimenter les particules) ;
  • endogène (par des mécanismes de dissolution puis cristallisation de composants chimiques des particules elles-mêmes).

Lorsque l'ensemble du processus est achevé, la roche sédimentaire est formée : on parle de diagenèse.

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Cette roche est toujours située à des profondeurs importantes. Lors de mouvements tectoniques, elle peut être soulevée et ramenée à la surface où elle est visible à affleurement.

II

Quelques exemples de roches sédimentaires

A

Les roches sédimentaires d'origine chimique ou biologique

Il existe des roches sédimentaires dont les constituants sont le résultat d'une précipitation chimique en milieu liquide (océan, lac, mer, lagunes, etc.).

C'est le cas de certains calcaires (calcaires oolithiques, par exemple) ou de roches qui se forment par précipitation de minéraux dans des zones lagunaires où l'évaporation est importante et où les concentrations minérales sont telles qu'une cristallisation s'effectue spontanément.

Le sel (NaCl) est une roche sédimentaire formée par précipitation du sel en milieu surconcentré. Dans le document suivant, une nette superposition de couches est visible. Il s'agit toujours de sel (NaCl), mais diverses impuretés peuvent s'y ajouter (la couleur rouge étant, par exemple, liée à la présence d'oxydes de fer).

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D'autres roches sédimentaires résultent de l'accumulation de restes d'organismes vivants.

La craie résulte d'une accumulation, parfois sur des centaines de mètres, de micro-coquilles calcaires d'organismes nommés coccolithophoridés.

Le charbon est une roche formée à partir de restes organiques (végétaux).

B

La classification des roches détritiques

À l'issue du processus de diagenèse, la roche sédimentaire détritique qui se forme a une structure et une composition qui dépendent de deux grands facteurs :

  • la nature et la taille des particules sédimentaires qui ont été compactées, voire cimentées ;
  • les conditions qui régnaient sur le milieu de sédimentation et qui ont pu, par exemple, modifier la nature du ciment apparaissant entre ces particules.

La taille des particules sédimentaires est un premier critère de classification :

Taille des particules sédimentaires Dénomination des sédiments Dénomination de la roche
> 2 mm Gravier Conglomérat
< 2 mm et > 0,0625 mm Sable Grès
< 0,0625 mm Boue Pélite (argile)
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La présence d'un ciment rendant la roche non friable ainsi que la nature de ce ciment sont également prises en compte pour reconstituer les conditions de dépôt et de formation de la roche.

La présence dans le ciment d'oxydes de fer, de couleur rouge, témoigne d'une altération des roches en climat tropical humide.

La présence, dans le ciment, d'argile blanche (kaolin) témoigne plutôt d'une altération de roches en climat équatorial.

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Les photographies présentent deux grès (grains de taille comprise entre 2 mm et 0,0625 mm). La couleur rouge provient de la présence d'oxydes de fer.

Les grès présentent une grande diversité : si les grains (éléments détritiques) qui les composent sont toujours de nature siliceuse (sables), le ciment est de nature variable.

Nature des grains Nature du ciment Dénomination

Sables siliceux

taille comprise entre 2 et 0,0625 mm

Silice Quartzite
Calcaire Poudingue ou brèche
Argileuse Grès argileux

Si les roches sédimentaires détritiques se forment toutes selon un même processus, la diversité de leurs profils révèlent la diversité de l'origine des particules les constituant et des conditions de leur formation. Le climat joue un rôle prépondérant dans les mécanismes d'altération et la nature du bassin de dépôt a également un rôle important (bassin sédimentaire océanique profond ou non, oxygéné ou non, agité ou non, etc.).