L1 SVG TP TD Les Roches Sedimentaires

Les roches sédimentaires

• 75% de la surface terrestre• 5% du volume de la croûte• roches exogènes : formées en surface

Qu’est-ce qu’une roche sédimentaire ?

Roche résultant de l’accumulation d’éléments(fragments minéraux, débris coquilliers..) et/ou de précipitations à partir de solutions

(Dictionnaire de géologie)

Caractères d’une roche sédimentaire

• Fossiles (souvent)

• Roche litée mais cristaux pas orientés dans le plan du litage

• Faible densité

• Cristaux non jointifs (en général)

Problématiques

• Sur quels critères peut-on se baser pour classer les roches sédimentaires ?

• Quelles sont les conditions de formationdes roches sédimentaires ?

I. Classification générale des roches sédimentaires

I. Classification générale des roches sédimentairesA. Classification génétique

Cycle d’évolution d’une roche

(Dercourt et Paquet)

Diagenèse : 4 étapes principales

(Caron et coll.)

Formation en 2 étapes

1. Dépôt de particules ou de coquilles / précipitation d’ions dissous => sédiment meuble

2. Transformation du sédiment meuble en roche sédimentaire consolidée= diagenèse (ou lithification)

Subdivisions de base : 3 classes génétiques

(Brahic et coll.)

I. Classification générale des roches sédimentairesA. Classification génétiqueB. Classification minéralogique ou chimique

Critères d’identification• Macroscopiques :

- Observations : Couleur d’ensemble, aspect de la cassure, texture, structures…

- Tests : HCl, dureté, cohérence, comportement vis-à-vis de l’eau, goût…

• Microscopiques :Eléments figurés, liant, porosité, fractures...

Quelques tests

• Test au HCleffervescence => carbonate CO3

2-

CaCO3 + 2 HCl → CO2 + H2O + CaCl2

• Lécher la roche- happe la langue => argile- goût salé => sel gemme

• Duretérésistance d’un minéral à la destruction mécanique de sa structure=> un minéral est plus dur qu’un autre s’il le raye

Verre AcierOngle

très tendre tendre dur très dur

Classement selon l’échelle de Mohs

• Cohérence

frotter la roche :- bonne cohésion, ne s’effrite pas => cohérente- s’effrite, éléments peu soudés => friable- aucune cohésion => meuble

Comportement vis-à-vis de l’eau• Porosité

ensemble des volumes de petite taille pouvant être occupés par des fluides dans une roche

• Perméabilitéaptitude d’un milieu à se laisser traverser par un fluide

• Solubilitéaptitude d’un composé à être dissout dans un solvant

Clé de détermination des roches sédimentaires

Grandes catégories

I. Classification générale des roches sédimentaires

II. Classifications particulières àchaque catégorie de roche

I. Classification générale des roches sédimentaires

II. Classifications particulières àchaque catégorie de rocheA. Roches détritiques

• Roches détritiques :Roches sédimentaires composées d’au moins 50% de débris

• Plusieurs catégories :- roches détritiques terrigènes (80 à 90 % des roches sédimentaires), dont les roches siliciclastiques- roches biodétritiques => roches carbonatées- roches volcanoclastiques (pyroclastiques)

1. Roches terrigènes

(Dercourt et Paquet)

a. Caractérisation• Taille des éléments (granulométrie) et leur

classement (granularité)

• Nature de ces éléments

• Nature et importance du ciment reliant les grains (roche consolidée)

• Nature et importance de la diagenèse

• Structures sédimentaires

Etat d’agrégation

• Roches meubles :grains indépendants

• Roches plastiques :nombreux minéraux argileux => déformation possible

• Roches cohérentes :constituants intimement soudés

Dimension des éléments

- 3 grandes classes- 2/3 argiles et silts,

1/3 sables et graviers(Brahic et coll.)

b. Roches meubles

• Sédiment bien classé=> dimension des grains

• Sédiment mal classé=> diagrammes ternaires

(Brahic et coll.)Diagrammes (A) de Flint et al. (1960) et (B) de Folk (1954)(Univ. Liège)

Analyses granulométriques

Distribution granulométrique d’un gravier :

A: histogrammeB: courbe cumulativeC: courbe cumulative àordonnée de probabilité

(Univ. Liège)

Analyses morphoscopiques

A: sable quartzeux éolien dont les grains ont un aspect "rond-mat" (Cervantès, Australie).B: sable marin, également quartzeux, dont les grains ont un aspect "émoussé-luisant" (Kalbarri, Australie).

(Univ. Liège)

Analyses exoscopiques

• Etude au MEB

• Traces de frottements, de chocs => actions mécaniques

• Traces de dissolution => actions chimiques

c. Roches cohérentes

(Brahic et coll.)

Conglomérats

• Éléments de dimension > 2mm

• 2 grands types de conglomérat :- à éléments arrondis => poudingue- à éléments anguleux => brèche

• Classification de Prothero et Schwab (1996) : dimension, diversité, provenance des éléments ; nature du liant

Classification des brèches et conglomérats(Univ. Liège)

Grès

• Eléments de dimensions de 62 µm à 2 mm(= sable consolidé)

• Composition : grains + phase de liaison• Grains : quartz, feldspath, débris lithiques• Phase de liaison (liant) :

- matrice : boue terrigène ou carbonatée, déposée en même temps que les grains- ciment : siliceux, carbonaté ou ferrugineux, qui précipite au cours de la diagenèse

• Classification selon Dott (1964)- composition des grains- % de matrice

(Univ. Liège)

Sédiments argileux et silteux

• Éléments de dimensions < 62 µm

• Composition moyenne d’un shale :- 50 % de minéraux argileux- 30 % de quartz- 10 % de feldspaths- 10 % de carbonates et oxydes de fer

• Classification de Lundegard et Samuels (1980) :

- proportion de silt- lamination

d. Notion de maturité• Maturité minéralogique

Basée sur la résistance des minéraux àl’altération :quartz > muscovite > feldspaths alcalins > plagioclases > biotite > pyroxène > olivine

- roche immature : présence de minéraux vulnérables- roche mature : seulement des minéraux résistants

=> lié à la longueur du transport subi

• Maturité texturaleBasée sur :- la proportion en matériel fin- le classement des grains- la sphéricité des grains

Abondance en grains / argile (Univ. Liège)

• Maturité texturaleBasée sur :- la proportion en matériel fin- le classement des grains- la sphéricité des grains

- roche immature : plus de 5 % d’argile, grains anguleux et mal classés- roche mature : peu ou pas d’argile, grains anguleux et bien triés- roche supermature : pas d’argile, grains arrondis et bien classés

=> lié à l’importance du transport subi

Exercices

2. Roches pyroclastiques• Téphra (= éjectas) : matériaux éjectés par

une éruption volcanique• Roche pyroclastique : roche issue de la

lithification des téphra

tufcendre< 2 mm

tuf à lapillilapilli2 à 64 mm

agglomératbombesarrondis

brèche volcaniqueblocsanguleux> 64 mm

Roche pyroclastique

TephraTaille des constituants

I. Classification générale des roches sédimentaires

II. Classifications particulières àchaque catégorie de rocheA. Roches détritiquesB. Roches chimiques et biochimiques

1. Roches carbonatées

• Au moins 50 % de carbonate- CaCO3 : calcite ou aragonite- CaMg(CO3)2 : dolomite

• Formation proche voire sur le site d’accumulation du sédiment

• Processus principalement biologiques

Précipitation des carbonates• Formule chimique :

Ca2+ + 2 HCO3- ⇌ CaCO3 + CO2 + H2O

• Facteurs influençant la réaction :- teneur en CO2 atmosphérique=> + de dissolution si la teneur en CO2 augmente- organismes photosynthétiques=> + de précipitation en cas de photosynthèse- température=> + de précipitation si la température augmente

a. Classification de Folk (1959)

• Constituants majeurs des calcaires : - allochèmes : grains carbonatés- orthochèmes : phase de liaison

• 2 types de phase de liaison :- matrice : formée de calcite en cristaux de taille < 4 µm (= micrite) => aspect mat- ciment : formé de calcite en cristaux de taille > 10 µm (= sparite) => aspect brillant

• 4 catégories d’allochèmes :- bioclastes : microfossiles et fragments de fossiles- ooïdes : particules ovoïdes àstructure concentrique de taille < 2µm, dont les oolithes- peloïdes : particules microcristallines sans structure interne, dont les pellets- intraclastes : fragments de sédiments carbonatés consolidés puis fragmentés

(Univ. Liège)

3 familles de roches :

• Allochimiques (> 10% d’allochèmes)=> nom en fonction des allochèmes et du liant

• Orthochimiques=> micrites

• Récifales autochtones=> biolithites(= calcaires construits)

(Univ. Liège)

b. Classification de Dunham (1962) et Embry & Klovan (1972)

• Basée sur :- la texture de la roche- le type de liaison entre les grains

(Univ. Liège)

• Intérêt : informations sur l’hydrodynamisme dans le milieu de dépôt

mudstone → wackestone → packstone → grainstone

Milieu de haute énergie(action des vagues)

Milieu de basse énergie(profond ou protégé)Milieu de basse énergie(profond ou protégé)

c. Lien avec le milieu de dépôt

Répartition des faciès carbonatés le long de profils de dépôts côtiers

A: Rampe carbonatéeB: Plate-forme carbonatée barrée par un récif

LVBT : Limite d’action des vagues de beau temps (5 à 25 m)LVT : Limite d’action des vagues de tempête (50 à 100 m)

(Pomerol et coll.)

2. Roches siliceuses

• Silicites (chert s.l.)- noduleuses : silex, meulière => origine secondaire (diagenèse)- litées : radiolarite, diatomite => origine primaire

Radiolaires nacellaire (à gauche) et spumellaire (à droite)(Cojan et Renard)

3. Evaporites

• Roches chimiquesprécipitation d’ions d’une eau très concentrée

• Domaine de précipitation :– % d’évaporation– température

(Pomerol et coll.)

4. Roches carbonées

• Matière organique ayant subi une carbonification :

- enrichissement en carbone (> 70 %)- appauvrissement en matière volatile

(Brahic et coll.)

Bilan• Diversité importante des roches

sédimentaires

• 3 catégories génétiques, non exclusives

• Critères de classifications variés

• Lien avec les conditions de formation : reconstitution de paléoenvironnements

Bibliographie• Géologie générale

- A. BRAHIC et coll., Sciences de la Terre et de l'Univers, Ed. Vuibert- J.M. CARON et coll., Comprendre et enseigner la planète Terre, Ed. Ophrys- J. DERCOURT et J. PAQUET, Géologie : Objets et méthodes, Ed. Dunod- A. FOUCAULT et J.-F. RAOULT, Dictionnaire de géologie, Ed. Dunod- C. POMEROL, Y. LAGABRIELLE, M. RENARD, Éléments de géologie, Ed. Dunod

• Sédimentologie

- H. CHAMLEY et J.-F. DECONINCK, Bases de sédimentologie, Ed. Dunod- I. COJAN et M. RENARD, Sédimentologie, Ed. Dunod- http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm (Université de Liège)