9 Sédimentation et milieux de sédimentation

Rappel : 

On appelle « érosion » l’ensemble des phénomènes se déroulant à la surface du sol ou à faible profondeur qui détruit les roches superficielles et déplace les fragments obtenus modifiant ainsi le relief. Les fragments obtenus peuvent être solides ou en solution, on parle de sédiments.

A retenir : 

Les roches sédimentaires sont des roches formées uniquement à la surface de la Terre. Elles représentent 5 % du volume de la croûte terrestre mais couvrent 75 % de sa surface. Elles se sont formées à la suite du transport et du dépôt de matériaux (sédiments, molécules) ayant appartenu à d’autres roches et qui ont subi une transformation (compaction + cimentation) appelée « diagénèse ».

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Quelques exemples de sédiments et de roches sédimentaires :

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Il existe plusieurs catégories de roches sédimentaires :

• les roches sédimentaires détritiques formées par l’agglomération de fragments de roches préexistantes et liées par un ciment. Exemple : les grès.

• les roches sédimentaires physico-chimiques formées par précipitation d’éléments en solution. Exemples : le calcaire, le gypse.

• les roches sédimentaires biochimiques formées par des dépôts minéralogiques liés à l’action d’êtres vivants. Exemple : les calcaires polypiers (construits par des coraux).

• les roches sédimentaires combustibles formées par accumulation de matière organique produite par les êtres vivants suite à l’assimilation de  molécules en suspension provenant de l’érosion. Exemple : le charbon,  le pétrole.

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Il existe une grande diversité de roches sédimentaires détritiques classées selon la taille des éléments qui les constituent :

• la classe des « rudites » correspond à l’ensemble des roches constituées de particules dont le diamètre est supérieur à 2 mm. Les éléments constituant ces roches peuvent être des « gravelles, des graviers, des cailloux, des galets ou des blocs ». Ces sédiments meubles (communément appelé cailloutis et graviers) vont être consolidés en microconglomérats ou en conglomérats selon la taille des éléments.
• La classe des « arénites » correspond à l’ensemble des roches constituées de particules dont le diamètre est compris entre 2 mm et 63 µm et appelées « grains ». Les grains non jointés et déposés au sol en tant que sédiments meubles sont appelés « sables ». Une fois cimentés et consolidés ils deviennent une roche qui prend le nom de « Grès ». 
• La classe des « lutites » ou « pélites » correspond à l’ensemble des roches constituées de particules fines dont la taille est inférieure à 63 µm. L’accumulation de sédiments meubles compris entre 63 µm et 4 µm est appelée « silt » et la version consolidée est appelée « siltite ». L’accumulation des sédiments meubles <4 µm de diamètre est appelée « argile » et la version consolidée est appelée « argilite ».

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Étude d’un microconglomérat : le Beach rock de l’île de la Réunion

Cet échantillon est constitué de sable corallien correspondant à des débris d’origine biologique, de débris de roches volcaniques. Les débris d’origine biologique proviennent de l’érosion des êtres vivants constitutifs de la barrière de corail suite à l’action des vagues (coraux, coquillages, oursins…). Les particules de roches volcaniques proviennent de l’érosion liée à l’activité des rivières qui traversent l’île. L’ensemble de ces débris se cimente plus ou moins solidement grâce aux hydrogénocarbonates présents dans l’eau de mer et qui précipitent lorsque les vagues se brisent sur la plage. Le ciment liant les éléments est donc calcaire car il réagit à l’acide et dégage du dioxyde de carbone. Cet échantillon possède des éléments de taille supérieure à 2 mm il est donc classé dans les rudites et c’est un microconglomérat car les éléments sont de petite taille. Il est très courant d’observer des échantillons de Beach-rock classés dans les arénites quand leurs éléments sont inférieurs à 2 mm : on parle alors de « grès de plage ». Ils se forment au même endroit.

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Étude d’un grès : une quartzite

Cette roche est constituée de plus de 95 % des cristaux de quartz. Elle se forme souvent au pied des talus continentaux (en milieu marin) ou dans de grands lacs, par accumulation des grains de quartz provenant de l’érosion de granites et transportés par les rivières. Son ciment est siliceux car il ne réagit pas à l’acide. Ses éléments sont compris entre 2 mm et 63µm, c’est donc une roche de la classe des arénites.

Quartzite observée à l’œil nu :                  

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Quartzite observée au microscope polarisant en lumière analysée x40 révélant uniquement des grains de quartz jointifs :

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Étude d’une siltite à fougères :

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Cette roche ne semble pas contenir de grains et est très douce au toucher. On pourrait croire à une précipitation d’éléments chimiques cependant ne réagissant pas l’acide, on peut affirmer qu’elle ne contient pas de calcaire. Elle s’est donc formée par dépôt de sédiments très fins au fond d’un bassin à une distance du rivage plus importante que celle où s’est formée la quartzite. En effet, suite à la rupture de la vitesse du courant au niveau de l’embouchure de la rivière dans le bassin, les éléments les plus lourds se déposent en premier et les éléments les plus légers continueront d’être transportés dans le bassin et se déposeront plus loin. C’est une roche de la classe des pélites et c’est précisément une siltite car ses grains sont compris entre 63 µm et 4 µm

Différents milieux de sédimentation et dynamique de sédimentation :

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Les roches formées dépendent donc des apports et du milieu de sédimentation. 

Le tri de particules selon leur taille et leur masse sera effectué lors du transport par les rivières ou les courants marins. L’étude du diagramme de Hjulström indique qu’en fonction de la taille de la particule et de la vitesse du courant, cette dernière sera soit déposée, soit transportée, soit érodée. 

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Hjulstr%C3%B6m

Ainsi dans les gorges d’une rivière on observe de gros blocs car la vitesse du courant n’est pas assez importante pour les transporter. 

Gros blocs dans la partie des gorges du loup, Côte d’azur

Gorges du Loup.jpg Par Patrick Rouzet via  Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gorges_du_Loup.jpg?uselang=fr

Les blocs plus petits, au fur et à mesure que la vitesse diminuera,  seront donc érodés en même temps que transportés puis uniquement transportés puis déposés quand la vitesse du courant sera alors trop faible. Ainsi au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la source d’une rivière, nous allons observer des sédiments de plus en plus fins. Les gros blocs seront déplacés voir érodés à l’occasion de grandes crues. 

Gros blocs dans la partie basse de la rivière du mât, Ile de la Réunion

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Lors de leur arrivée dans un lac ou un bassin maritime, suite à la rupture du courant, sous l’effet de la gravité, il va s’effectuer un granoclassement vertical, c’est-à-dire un classement des grains suivant leur taille décroissante de bas en haut. Ainsi au fond d’un bassin on peut retrouver plusieurs traces de dépôts successifs présentant chacun un granoclassement. Les roches formées appartiendront à la classe des rudites ou des arénites.

Bloc montrant au moins trois dépôts successifs avec granoclassement :

©RS.2019

Les particules les plus légères ne participeront pas à ce granoclassement et continueront d’être entraînées par les courants marins ou lacustres jusqu’à ce que ceux-ci ne permettent plus de les transporter. Elles finiront à ce moment-là par se déposer donnant alors des roches de la classe des pélites.

Au fur et à mesure des apports réalisés par les rivières, les sédiments meubles s’accumulent couche après couche emprisonnant au passage parfois des êtres vivants qui deviendront alors des fossiles.   Sous le poids des sédiments les plus récents provoquant un enfouissement des sédiments les plus anciens, ces derniers vont se trouver compactés. Ce phénomène chasse l’eau des pores diminuant ainsi l’espace entre les  éléments. Les minéraux présents dans l’eau résiduelle des pores vont alors précipiter c’est-à-dire cristalliser ce qui va réduire peu à peu la porosité, rendant le sédiment compact et donnant ainsi naissance à une roche sédimentaire détritique. La superposition des roches sédimentaires ainsi formées est appelée « série sédimentaire ». 

©RS.2019 d’après http://geologie.discip.ac-caen.fr/themes/TransgressionRegression/index.htm

Elle témoigne de dépôts successifs de sédiments de natures différentes et dans des conditions géologiques et climatiques différentes. Une série de roches sédimentaires permet ainsi de reconstituer la suite des événements et des paysages qui se sont succédés au cours du temps.

Dans le cas de la série sédimentaire du cambrien inférieur étudiée au niveau de Laize-la-ville, on peut reconstituer l’histoire suivante. 

• Il y a 560 millions d’années suite à l’orogenèse cadomienne, des cours d’eau de forte énergie érodent les reliefs de la chaîne de montagne. Ils transportent ainsi des sédiments de grandes tailles qui se déposent au pied des montagnes, emplacement de dépôt correspondant actuellement à l’emplacement de Laize-la-ville. 

©RS.2019 d’après http://geologie.discip.ac-caen.fr/themes/TransgressionRegression/index.htm

• Au fur et à mesure du temps, les reliefs s’aplanissent progressivement, les cours d’eau perdent ainsi en énergie (pente moins forte) et apportent des matériaux détritiques de plus en plus fins au niveau de Laize-la-ville car le rivage a avancé dans les terres éloignant l’emplacement de la ville de la source de matériaux d’érosion.

©RS.2019 d’après http://geologie.discip.ac-caen.fr/themes/TransgressionRegression/index.htm

• Enfin les reliefs sont totalement aplanis et le bassin de sédimentation fluviatile laisse place à de vastes lagunes ou lacs aux eaux calmes. L’emplacement correspondant à la ville actuelle se trouvait très éloigné du rivage et de ce fait ne recevait que des éléments solubles qui ont précipité donnant du calcaire.

©RS.2019 d’après http://geologie.discip.ac-caen.fr/themes/TransgressionRegression/index.htm

L’étude des dépôts sédimentaires actuels permet de profiler le paysage futur d’une région. Ainsi par exemple dans la baie du Mont-Saint-Michel, les sédiments déposés par les courants marins sont de plus en plus fins du large vers la côte traduisant un apport de sédiments maritimes. Les rivières apportent aussi des sédiments qui vont s’ajouter à ceux des marées. On évalue à 1 million de mètres cubes l’apport annuel en sédiments dans la baie. Ces sédiments vont provoquer en 10 ans une élévation du niveau du sol de 3 cm et de 15 cm en 50 ans. Les herbes s’installent progressivement sur les matériaux abandonnés par la mer et les rivières. Dans l’avenir, la mer n’entourera plus le Mont-Saint-Michel car le niveau des sédiments sera plus haut empêchant la mer de rejoindre le rivage. Cette zone sera régulièrement inondée lors des crues car les rivières auront de plus en plus de mal à s’écouler.

©RS.2019 d’après Baie du Mont St Michel vue du ciel par Tech.Sgt.Chrsitopher Boitz, VIRIN: 170711-F-HA566-885.JPG, domaine public, https://www.defense.gov/observe/photo-gallery/igphoto/2001776686/

Sédimentation - SVT - ENJEUX 2nde #2 - Mathrix