Cours s3 géodynamique externe

Géodynamique externe (S3), partie 2

09/12/2014 1

GEODYNAMIQUE EXTERNE

Année 2014-2015

Cours de sédimentologie

en ligne

http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentol

ogie.htm

http://www.u-picardie.fr/beauchamp/cours-

sed/sed-0.htm

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INTRODUCTION

A LA SEDIMENTOLOGIE

Définitions:

Sédimentologie

La sédimentologie étudie les sédiments et les

roches sédimentaires, ainsi que la manière dont

celles-ci se forment. C'est une discipline très

complète qui touche à beaucoup d'autres

domaines.

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Pétrologie sédimentaire: étude des roches

sédimentaires, reconstitution des

environnements sédimentaires

>> Identification des processus sédimentaires, des

milieux de dépôts, l’étude de leur évolution au

cours du temps, la reconstitution de

l’architecture des différents environnements

Pétrographie sédimentaire: description des roches

sédimentaires

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Notion de sédiment

Un sédiment peut être défini comme un

ensemble non consolidé de particules.

Les particules d'origine minérale: grains

minéraux ou fragments de roche (terrigènes,

volcaniclastiques, météoritiques)

Les particules d'origine organique: restes

fragmentés ou non d'animaux ou de végétaux

Les particules d'origine chimique :

précipitation de substances dissoutes (par

exemple les cristaux de sel).

Notion de sédiment

Un sédiment correspond à une accumulation

non consolidée de particules d'origine

minérale, organique ou chimique.

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Notion de faciès

Définition

Faciès : ensemble des caractères lithologiques et paléontologiques d’une roches donnée.

échelles : macrofaciès (m), microfaciès (µm), nanofaciès (A°) et électrofaciès (diagraphies).

Variations

dans l’espace

dans le temps

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Notion de faciès Interprétation

l’étude de faciès d’une série sédimentaire a pour but la caractérisation et la reconstitution du milieu de dépôt ou du bassin de sédimentation.

Un bassin sédimentaire est caractérisé par : sa nature et sa morphologie

son hydrodynamisme

son écologie

Les roches sédimentaires sont caractérisées par : leur composition

leur architecture et géométrie

les types de successions des dépôts

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Principes de reconstitution des

anciens paysages

principe d’uniformitarisme: (p. des causes

actuelles) : l’évolution géologique dans le passé été conforme à

l’évolution actuelle. Cependant, les changements climatiques et la

composition de l’atmosphère peuvent être différents.

principe scalaire fondamental: l’analogie entre

les milieux de dépôts des séries sédimentaires anciennes et ceux des

dépôts actuels est tout à fait confirmée à condition de comparer les

objets de même échelle.

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Intérêts de la sédimentologie

Sur le plan académique Elle permet la connaissance de l’évolution de la vie sur terre,

Elle permet la reconstitution de l’évolution de notre planète par les études paléogéographiques, paléoclimatiques depuis l’échelle locale jusqu’à celle des bassins.

Sur le plan pratique l'environnement

l'exploitation des ressources naturelles – le pétrole

– le gaz naturel

– le charbon

– les minerais

– les fertilisants

Intérêts de la sédimentologie L’étude des roches sédimentaires est capitale pour les raisons

suivantes :

Elles contiennent le pétrole, le gaz naturel, le charbon, les

minerais et les fertilisants,

Elles représentent un des principaux aquifères,

Elles contiennent les fossiles sur lesquels repose notre

connaissance de l’évolution de la vie sur terre,

Elles sont en relation avec l’atmosphère et l’hydrosphère

(cycle du carbone …)

Elles permettent la reconstitution de l’évolution de notre

planète par les études paléogéographiques,

paléoclimatiques depuis l’échelle locale jusqu’à celle des

bassins.

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Mécanismes de sédimentation

On distingue 3 types de mécanismes:

Accrétion verticale:

Décantation

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Accrétion latérale:

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redistribution aquatique:

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Les objets sédimentaires

feuillets ou lamines (mm à cm), constituent les

unités élémentaires des sédiments.

Une lamine = subdivision millimétrique au sein

d'une couche correspondant soit à un changement

de la taille ou de la composition des grains.

Feuillets ou lamines (mm à cm)

bancs, strates ou couches (cm à m) : un ensemble

de lamines donne les mêmes caractéristiques et

forme un banc ou une strate avec les limites de

stratification.

Une strate, ou couche = ensemble sédimentaire

(roche ou sédiment) compris entre deux surfaces et

présentant des caractéristiques spécifiques (couleur,

composition, aspect).

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Feuillets ou lamines

(mm à cm)

bancs, strates

ou couches

(cm à m)

Les surfaces entre les couches, ou joints de

stratification, peuvent être parallèles, convergents,

courbes ou encore ondulés. L'extension latérale

d'une couche varie du m au km.

Une couche correspond à un ensemble de

sédiments déposés dans des conditions

relativement uniformes.

Les joints de stratification marquent soit un

changement brutal des conditions de dépôt, soit une

phase d'érosion, soit une lacune de dépôts.

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un ensemble de strates (10ne de m) forme le

membre, un ensemble de membre forme une

formation (100ne de m). La formation est l’unité

fondamentale en stratigraphie.

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Membres/

Formations

(mm à cm)

Bancs, strates

ou couches

(cm à m)

séquences de dépôt : suite de bancs ou de couches

qui s’enchainent et se superposent sans

interruption sédimentaire. Une séquence de dépôt

est limitée à sa base et à son sommet par des

discontinuités sédimentaires (arrêts de

sédimentation).

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Série: répétition des séquences

Série rythmique: répétition régulière des séquences

Série arythmique: répétition désordonnée

des séquences

Série cyclique: suite régulière de cycles

Série rythmique Série arythmique Série cyclique

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(mm à cm)

Membres/

Formations

Bancs, strates

ou couches

(cm à m)

Séquences de dépôt

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DISCONTINUITES

Il existe presque toujours des discontinuités au

sein d ’une série sédimentaire apparemment

homogène

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Les différentes catégories

Discontinuités sédimentaires

absence de dépôt pendant un temps relativement

Discontinuités stratigraphiques

absence de dépôt appréciable (absence d ’un ou

plusieurs biozones)

Discontinuités diastrophiques :

absence de dépôt + déformation tectonique

avant recouvrement par le dépôt suivant

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Nomenclature Discontinuité conforme (paraconformity) :

bref arrêt de sédimentation sans déformation

tectonique (les bancs restent // entre eux)

Disconformité (disconformity) : couches parallèles

de part et d ’autre de la surface de discontinuité

qui elle est érosive

Discordance angulaire (angular unconformity) :

déformation + érosion = pendage différent entre

couches supérieures et inférieures (de part et

d ’autre de la surface)

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Discontinuités (suite)

Discordance progressive (progressive unconformity

ou cumulative wedging) : dans blocs basculés

suivant des failles listriques.

Onlap : recouvrement transgressif (débordement)

Offlap : recouvrement en retrait, régressif

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Discontinuité et Durée Absence de sédiment correspond également à une

durée

joint de stratification : durée très courte

diastème : notion très voisine de la précédente

(mêmes conditions de sédimentation de part et

d ’autre)

hiatus = courte durée

lacune : durée plus longue, mise en évidence par

l ’absence de biozone (s).

Indices d’un arrêt de

sédimentation

Surfaces durcies ou « hardgrounds »

Surface ferruginisée

Surface perforée

Niveaux condensés

Niveaux de paléosols

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GENESE DES ROCHES

SEDIMENTAIRES Généralités

90% de la surface terrestre est couverte de sédiment,

ou est constituée de roches sédimentaires.

RS recouvrent 2/3 de la surface du globe terrestre.

Elles représentent 5% de la masse de la croûte

continentale.

On les trouve en surface et dans les fonds marins.

Définition d’une roche sédimentaire

Une roche sédimentaire provient de l’évolution

plus au moins poussée de particules minérales

ou organiques, transportées sous forme de

débris solides ou sous forme de solutions

ioniques, ensuite déposées en milieu aquatique,

subaquatique ou aérien.

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Cycle de la géodynamique externe

Les roches sont altérées (=détériorées) par des

agents physiques, chimiques et biologiques, ce qui

produit des particules sédimentaires. Les

particules sont ensuite transportées par l'eau, la

glace, le vent ou la gravité vers un lieu

d'accumulation. L'accumulation des particules

donne un sédiment qui est progressivement

recouvert d'autres sédiments et peu à peu

transformé en roche. La roche ainsi créée est

exposée et le cycle recommence.

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Sédimentation

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Les particules transportées par un fluide en

mouvement (vent, rivière, courant marin) se déposent

quand celui-ci ralentit ou s'arrête.

Les sédiments charriés par les glaciers s'accumulent

lorsque la glace fond.

Le matériel déplacé en masse sous l'action principale

de la gravité (éboulement, glissement)

se sédimente quand un nouvel état d'équilibre

est atteint.

Sédimentation

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Les substances transportées en solution dans

un lac ou dans une mer précipitent et s'accumulent

sur le fond lorsque les conditions physico-chimiques

sont favorables.

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La sédimentation

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Les zones de sédimentation sont représentées

par les dépressions de la surface de la terre.

Elles correspondent aux milieux de dépôt

ou bassins sédimentaires.

On les trouve dans le domaine marin (mers et océans)

et dans le domaine continental (rivières, lacs,

piémonts, déserts … ).

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La diagenèse

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Différentes lignées de roches sédimentaires

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Erosion

mécanique Erosion

chimique

Accumulation

de la matière

organique

Roches

résiduelles Débris

solides

Accumulation

Sédiments

détritiques

Solutions

ioniques

précipitation

Sédiments

biochimiques

Sédiments

organogènes

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-Les roches détritiques: sont formées de particules

minérales issues de l'érosion mécanique de roches

préexistantes. Comme il s'agit de matériel issu des

continents, on les appelle aussi "terrigènes". Elles

forment près de 85% de l'ensemble des roches

sédimentaires;

- Les roches chimiques et biochimiques: sont le

produit, soit d’une précipitation (purement physico-

chimique) de minéraux dans un milieu sursaturé, soit

le produit d’une activité organique ou biochimique.

Les substances dissoutes aboutissent dans les mers,

les lacs et les rivières où elles sont extraites et

précipitées par des organismes ;

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-Les roches organogènes : sont formées par

l’accumulation de la matière organique (animale

et/ou végétale) qui peut être d’origine continentale

ou marine ;

- Les roches résiduelles : il s’agit de roches

laissées sur place après le départ des matériaux

érodés.

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GENESE DES ROCHES

SEDIMENTAIRES Quelques exemples de dépôts

les dépôts de progradation latérale

dépôts engendrés par des courants tractifs dans des conditions superficielles (peu profondes) : domaine continental ou marin peu profond (courants de dépôts de marées, de houle ou de tempêtes).

les dépôts par décantation

Se déposent lorsque la dynamique n’est plus suffisante pour maintenir les particules en suspension. Dépôts caractérisés par leur régularité, leur homogénéité de composition, l’absence de figures d’érosion, l’aggradation verticale perturbée seulement par la bioturbation.

les dépôts gravitaires >> moteur principal de transport est le glissement sur une pente sous l’action de la surcharge et de la gravité. Il s’agit d’un transport en masse de particules.

la resédimentation en masse

le slumping ou les slumps dont la taille et l’extension peuvent varier grandement (dm à plusiers dcam). Il s’agit de glissements synsédimentaires dans un milieu subaquatique.

les dépôts en masse (mass flow) par courants gravitaires qui entrainent des sédiments dissociés plus au moins fluidisés.

– Les flots de grain (grain flow)

– Les flots de débris (débris flow

– Les flots liquéfiés (fluidized flow)

les dépôts par courants de forte densité, les turbidites

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les dépôts en masse (mass flow)

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calcaires

marnes

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EXEMPLES DE MILIEUX DE

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MILIEUX DESERTIQUES

ET SEMI-ARIDES Définition et exemples

Il s’agit de milieux compris entre les hautes altitudes

(montagnes) et la mer. Ils sont caractérisés par la

présence de bassins fermés nommées lacs (ex. : le

lac de Tchad) et chotts (ex. : chotts de l’Afrique

du nord).

Types de corps sédimentaires

(Fig. : coupe géologique)

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MILIEUX DESERTIQUES

ET SEMI-ARIDES

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Montagne

Pédiment

1 à 4 % Cône de

déjection Dunes Playas

Sebkha

Escarpement

(Faille)

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Epandage de piémont et sebkha continentale.

La dépression a souvent une origine tectonique.

Cône de déjection (cône d’alluvions)

caractéristiques morphologiques: accumulations

ayant la forme d’un cône. Ils se forment aux pieds des

hauts reliefs qui leur fournissent le matériel.

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faciès sédimenaires: alluvions (conglomérats, grès,

silts, argiles … avec parfois des croûtes de calcaires

lacustres

corps sédimentaires: lenticulaire et se présentent

sous forme de chenaux

partie proximale le type l’écoulement dominant est de

type « debris flow ». Les dépôts formés sont des

paraconglomérats

parties médiane et distale : l’écoulement dominant est de

type « sheet flood ». Les dépôts formés sont des

orthoconglomérats bien lavés

séquences de dépôt: stratocroissantes

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Lobes actifs

Canyon

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dépôts éoliens Définition et exemples

Lœss: formés de particules très fines (silts, argiles …) et sont

mis en place par la suspension

Dunes : formées de particules de taille de sable et sont mis en

place par des mécanismes de traction. Trois principaux

morphologiques de dunes : dunes transversales, dunes

linguoides et dunes paraboliques (sous forme de croissant)

Dépôts de déflation

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Prevailing Winds

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Barkhanes Dunes linguoides

Dunes transversales Dunes d’interférence

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MILIEUX FLUVIATILES

Le transport dans ces milieux fluviatiles se fait

par l’eau >> écoulement chenalisé et

unidirectionnel

Les mouvements de l’eau correspondent presque

tout le temps à un courant turbulent et sont

rarement uniforme

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MILIEUX FLUVIATILES Profils des vallées fluviatiles

profil longitudinal

montre trois stades de l’amont vers l’aval:

>> stade jeune (cours d’eau dendriforme),

>>stade mature (cours d’eau rectiligne et

méandriforme)

>>stade de sénilité (vieillesse) tout à fait

vers l’aval.

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dendriforme

rectiligne

méandriforme

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Trois principaux types de cours d’eau peuvent

être distingués selon leurs profils

longitudinaux:

>>chenal étroit et rectiligne,

>>cours d’eau en tresses anastomosé,

>>cours d’eau méandriforme.

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: réseau à chenaux en tresse

: réseau à méandres

Brésil

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profil transversal:

montre un lit mineur (chenal) et un lit majeur ou plaine

d’inondation à végétation et paléosols.

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Morphologie des dépôts fluviatiles

Les dépôts fluviatiles sont caractérisés par les

terrasses

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Séquences fluviatiles

Deux principaux types de séquences prédominent :

>>séquence type méandre

>>séquence type tresse

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Lithologie Structures Dépôts Milieux

Plaine

d’innondation

Levée naturelle

Lit mineur

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