Bassins Sdimentaires, facis sdimentaires et paloenvironnements

Dfinition : les bassins sdimentaires sont des dpressions prsentes surface de l'corce terrestre o s'accumulent, et o sont accumuls dans le pass des sdiments.

Le rceptacle ou contenant, dlimit par le substratum du bassin gnralement appel socle

Le remplissage ou contenu qui correspond l'accumulation de dpts (couverture sdimentaire) qui repose sur le socle.

Bassin fonctionnel (on l'on peut mettre encore des sdiments )et bassin rsiduel (rempli)

Ces dpressions sont souvent remplies d'eau, les sdimentations sont donc souvent marine ou lacustre. Sdimentation continentale (lss, olien, dpts fluviatile)

En remontant le niveau de l'eau, on augmente la superficie du bassin (exemple la mer d'Aral)

A) Origine des bassins : dformation de la lithosphre

Les bassins sdimentaires ne pourraient se former et fonctionner que si la lithosphre peut se dformer sur le bas, en creux. Cette notion de creux est rattacher la notion de cration d'espace disponible. Cette dformation s'appelle la subsidence.

Pour interprter la subsidence il faut comprendre les mcanismes thermo-dynamique et les mcanismes de dformations de la lithosphre.

Crote suprieure : 0 20km comportement cassant

Crote infrieure : 20 40km comportement ductile

Manteau suprieur : 40 50km comportement cassant

Manteau sous 50km : comportement ductile

Ces comportements sont rapprocher de la notion de temps. A l'chelle de la minute ou seconde, une dalle de marbre sera cassante alors que sur des annes elle sera plutt ductile.

Les 3 principaux mcanismes de dformation de la lithosphre :

Fracturation : dformation cassante

Fluage : dformation ductile (sans fracturation)

Flexuration :dformation grande longueur d'onde (grande surface prise en compte) affectant toute l'paisseur de la crote. Surcharge de la crote entrane une flexuration.

La subsidence est l'enfoncement progressif du fond d'un bassin au cours du temps. Elle est l'origine de la cration du bassin et permet son fonctionnement, si elle se poursuit dans le temps, en permettant la cration d'espace disponible pour la sdimentation.

Cet enfoncement est contrl par 3 phnomnes :

Phnomnes godynamiques

Phnomnes thermiques

Surcharge sdimentaire (ce n'est qu'un lment supplmentaire, ne peut pas tre l'origine d'un bassin)

Les 2 premiers on parle de subsidence tectonique et les 3 ensemble on parle de subsidence totale.

* Les phnomnes godynamiques : tout les phnomnes tectoniques (distension, compression, cisaillement) qui sont l'origine de la subsidence et de crer de l'espace disponible, des bassins subsidents par la fracturation et de l'effondrement de la partie suprieure de la lithosphre -rift, pull-appart) soit l'origine de sa flexuration (collision chevauchement)

* Les phnomnes thermiques : chauffement localis par remont du manteau (bombement) suivie d'un refroidissement, ou point froids du manteau (sous les grands cratons stables)

Rajustement thermique / isostatique induisant une subsidence thermique.

* Surcharge sdimentaire : flexuration de la lithosphre sous le poids des sdiments.

Schma paisseur de plusieurs kilomtres comme la Mer Noire 15km de sdiments

Schma les courbes d'volution des subsidences de quelques types de bassins.

La diversit des bassins est lie :

la position des bassins : forntire de plaques, intraplaque

leur contexte godynamique : distension/extension, compression, cisaillement

la nature de la lithosphre : continentale, ocanique

Classification simplifie puisque ne reposant que sur 3 critres.

PositionContexte godynamiqueNature de la lithosphreType bassin

Frontire de plaquesDistensionContinentaleRifts : avorts ou ocanisation, marges passives

CompressionSubduction fosses, prismes d'accrtion, bassins avant-arc et arrire arc

ContinentaleCollision : bassins flexuraux (avant et arrire pays)

CisaillementContinentalePull-apparts

IntraplaqueHritage dformation intraplaqueContinentaleBassins cratoniques/plateformes (picontinentaux)

OcaniqueBassins ocaniques

Les bassins ocaniques sont les plus importants en terme de surface

Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux

Gense :

la formation d'un rift fait intervenir deux phnomnes :

tirement lithosphrique (divergence)

amincissement crustal

Dpressions caractrises par des blocs basculs sur failles listriques, alternance horsts et grabens

modles de rifting bass sur 2 grandes conceptions de l'tirement lithosphrique :

Cisaillement pur : flux thermique en position centrale qui provoque un bombement thermique au milieu du rift.

Cisaillement pur non homogne : tirement du manteau suprieur celui de la crote. Les flux thermiques ne sont plus centraux et l'on a un soulvement des bords du rift. volution symtrique du rift.

Cisaillement simple : grande faille cisaillante, faille de dtachement, extension non uniforme. volution disymtrique du rift. En trouve dans le dsert du Nevada (Est des tats-unis). Dnudation du manteau (presque affleurement du manteau)

Dans ces 2 modles les phases de subsidence se succdent dans l'volution du rift au cours du temps.

La subsidence initiale rapide est due la fracturation, effondrement des blocs basculs. C'est actif pendant 50 millions d'annes.

La subsidence thermique lente, rquilibrage thermique et isostatique.. Plusieurs centaines de millions d'annes.

Remplissage :

Rifts continentaux caractriss par une sdimentation particulire :

phase initiale : sdimentation continentale fluvio-lacustre (cnes alluviaux s'appuyant sur les failles bordires) plus des dpts volcaniques (si activit volcanique).

Dbut d'ocanisation : sdimentation fluvio-deltaque plus des formations vaporitiques dans le bassin (mer de Djibouti, exemple des dpts d'Alsace, de Bayonne, de part et d'autre de l'atlantique Sud)

exemples actuels et actifs :

Le rift est africain

Le lac Bakal

La mer du Nord

Les marges passives :

Gense :

Les marges passives sont issues de l'volution d'un rift lorsque celui-ci atteint le stade de l'ocanisation (accrtion de crote ocanique). Les marges continentales passives correspondent alors aux 2 bordures, dsormais tectoniquement calme, de l'ancien rift qui s'cartent de part et d'autre de l'ocan en formation.

On parle de marge continentale ds que la crote continentale est dchire et quelle laisse place de la crote ocanique. La marge continentale correspond au domaine de transition entre la crote continentale et la crote ocanique. Subsidence thermique par loignement de la dorsale. Une marge passive est un bassin sdimentaire.

Sur une marge passive : subsidence totale = subsidence thermique + charge sdimentaire.

La structure profonde : la structure profonde d'une marge passive reflte celle d'une bordure de rift (hritage de la phase de rifting). Les failles listriques peuvent rejouer lors des dpts sdimentaires et lors des collisions. Les dpts ant, syn et post rift.

Ant-rifts : affectes par la dformationcassante

Syn-rifts : sries en dpts en ventails

Post-rifts: sries recouvrant les ttes de blocs basculs.

2 grands types selon les apports et la conservation des dpts:

marges maigres (affames) : peu ou pas de sdiments ou cause de la remobilisation des sdiments. Dpts post-rifts peu pais

marges grasses (nourries) : dpts post-rifts trs pais (plusieurs km) avec d'importants apports ou production biogne importante. On parle de marge progradante (qui avance) ou aggradante (qui monte)

La marge maigre Nord Gascogne (Irlande jusqu'au Golfe de gascogne) et notamment au niveau de la sortie de la Manche

Marge grasse du delta du Niger dans le Golfe de Guine. Grand delta. Couche de sel (ouverture de l'ocan atlantique)

Apports dtritiques prdominants :

Progradation deltaque sur la marge

Systme turbiditique en pieds de pente.

Zone intertropicale et faible apport terrigne :

Forte production biogne : plate-forme carbonate aggradante

Implantation de rcifs en bordure de plate-forme

Les bassins en contexte convergent / subduction :

bassin d'avant arc, arrire arc et prisme d'accrtion (se forme ou pas). Bassin piggy back

bassin d'arrire arc :

Bassin distensif en relations avec trois phnomnes pouvant interagir :

Anomalie thermique, distension, amincissement crustale pouvant aboutir un rifting voire l'accrtion ocanique. (Cas du bassin de la mer Noire)

Bassin arrire arc :

Bassin distensif en relations avec des anomalies thermiques, distension (retrait de la plaque subducte) et l'amincissement. Ils sont combls essentiellement par des sdiments volcano-clastique et accessoirement par des calcaires de bordure dstabiliss.

Exemple : l'arc des Petites Antilles.

Les Bassins flexuraux :

ils se forment en contexte de collision continentale. Leur formation est lie au chevauchement successif d'cailles crustales et au ploiement (flexuration) de la lithosphre sous l'effet de surcharge. Moteur godynamique.

On les retrouve dans les Pyrnes

Le remplissage se fait en dplacement du dpt ventre vers l'avant pays.

Bassin flexural :

d'avant pays (foreland, fordeep)

d'arrire pays (interland)

La sdimentation des bassins flexuraux rsulte de l'rosion des reliefs gnrs par les chevauchements tectoniques. Il s'agira donc essentiellement de sdimentation dtritiques.

Cette sdimentation peut tre extrmement vari : des facis continentaux jusqu'au turbidites.

Dans les Pyrnes on trouve les molasses (dpts dtritiques continentaux ou marin peu profond) et des flyschs (dpts turbiditiques profonds fossiles) (dfinis dans les Alpes). Bassin molassiques pri-alpins (bassin nord ligure)

Les pull-appart:

Le long de grands failles transformantes ou d'accidents dcrochant majeurs, peuvent se dvelopper selon la gomtrie de la frontire coulissante, des bassins rhombodriques (rhombochasmes) qui sont des bassins en extension lie un mouvement longitudinal.

La structure longitudinale est semblable celle d'un rift continental (failles transversales d'effondrement) Structure cependant souvent dissymtrique tant longitudinalement que transversalement. La largeur est souvent limite 10km.

Le remplissage est souvent de nature dtritique continental grossier (sur les bordures) fluvio-lacustre fin voir marin dans le centre des bassins.

Variations latrale de facis et d'paisseur de sdiments abruptes, nombreuses discontinuits lies l'activit tectonique saccade.

Exemple : faille du Jourdin (mer morte)

Les bassins cratoniques :

Cratons (boucliers) : vastes tendues de roche trs anciennes (antrieur 600Ma) gnralement intensment plisses, mtamorphises, granitises. On peut les assimiler des affleurements de la partie suprieur du socle continental.

Plate-forme : dans ces secteurs sont recouverts de sdiments plus ou moins importants accumuls depuis 600Ma. La profondeur des dpts ne dpasse jamais plusieurs centaines de mtres. Jamais plusieurs milliers de mtres.

On parle aussi de bassins cratoniques ou bassin picontinentaux.

Gense :

Il s'agit de lgres dpressions au sommet de la crote en plein domaine continental entretenues par la subsidence lente et par la charge sdimentaire.

La dpression initiale peut avoir comme origine :

Structures tectoniques hrites (exemple bassin parisien dvelopp sur un socle hercynien dcoup par des fosss distensifs permiens)

Structure hrite d'un trs ancien rift continental : Aulacogne

la subsidence peut tre entretenue par :

* Dformations intraplaques et/ou variations de flux thermique sous la plaque continentale

* Effet de la charge sdimentaire.

La subsidence :

la subsidence y est faible (subsidence thermique modre et charge sdimentaire) l'espace disponible pour la sdimentation reste modre en tout temps. Si l'paisseur de sdiments est importante c'est que le bassin est trs ancien.

Le remplissage :

Dpressions topographiques de faible profondeur, bassin fonctionnel jamais profond. Accumulations domines par les processus continentaux, littoraux ou de plate-forme nritique :

grands pandages fluviatiles (ex: continents des vieux grs rouges du Dvonien)

bassins lacustres endoriques (lac Tchad mer d'Aral)

grands rseaux oliens (ergs Sahariens)

mers picontinentales (grandes plaines amricaines entre Apalache et les Rocheuses, bassin parisien)

Variations du niveau de la mer et les variations des flux sdimentaires :

Nombreuses variations de facis sdimentaires

Discontinuits et rosions frquentes

exemple : bassin parisien mer picontinentale, succession de cycles transgressifs/rgressifs. Bassin alacogne d'Athapuscow au Canada.

Les bassins ocaniques : bassins dvelopps au sommet d'une crote ocaniques mince, en excluant les nombreux cas de bassin marginaux (bassins types arrires-arcs). Ils reprsentent la catgorie de bassins la plus importante en surface du globe. Ce sont typiquement les plaines abyssales.

Gense :

ils sont l'volution logique d'un rift continental : ocanisation

la cuvette ocanique est due :

* la densit de la crote ocanique (en contrebas des continents)

* la subsidence thermique (loignement de la dorsale) cration de bassin.

Remplissage :

Environnement de dpts profonds.

Les cuvettes ocaniques sont spares en deux sous-bassins de part et d'autre de la dorsale

Remplissage sdimentaire rduit en raison de l'loignement des sources d'apports terrignes (exception des systmes turbiditiques puissants) la charge sdimentaire est faible.

Nature des sdiments :

Sdiments biogniques planctoniques (carbonats ou siliceuses)

Argiles profondes.

Apports extraterrestre.