introduction à la sédimentologie
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Introduction à la sédimentologie
Laurie Bougeois
ST3 - Polytech’ Paris UPMC
8 avril 2015
Navajo - Utah
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
2 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Rochesmagmatiques
Rochesmétamorphiques
Rochessédimentaires
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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
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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
....
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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
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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
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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
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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
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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
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
8 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Grès de Fontainebleau Carrière d’argile (Géorgie)
Conglomérat
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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)
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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
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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
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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
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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
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Érosion
14 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Bioérosion parorganisme lithophage
Cryoclastie
Ruissellement(demoiselles coiffées)
Érosion fluviatile
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation continentaleÏ Les systèmes fluviatiles
30 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Cône alluvial Tresse
MéandriformeAnastomosé
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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
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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
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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
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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
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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
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Ï Grandes lignes du relief des fonds océaniques
35 / 41Introduction à la sédimentologie
N
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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
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Introduction Cycle des roches Environnements sédimentaires
Sédimentation océanique
Sédimentation littorale
37 / 41Introduction à la sédimentologie
N
Delta du Nil Delta du Mississipi
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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
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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
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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
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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
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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