Cours 2 / 8 - hybodus.free.frhybodus.free.fr/pdf/doc_sedimentation.pdf · La pétrographie sédimentaire ULSTL 301 Aurélien Gay Cours 2 / 8 Les processus sédimentaires physiques

La pétrographie sédimentaire

ULSTL 301 Aurélien Gay

Cours 2 / 8

Les processus sédimentaires physiques

Cours 1: Introduction à l’étude des Roches SédimentairesCours 2: Les processus sédimentaires physiquesCours 3: Les Roches Résiduelles & Détritiques TerrigènesCours 4: Les processus sédimentaires chimiques et biochimiquesCours 5: Les Roches Biochimiques (I)Cours 6: Les Roches Biochimiques (II) & les EvaporitesCours 7: Les Roches Organiques : Charbon & PétroleCours 8: L’utilisation industrielle des Roches Sédimentaires

TP-TD 1: Figures et Structures sédimentairesTP-TD 2: Les Roches Résiduelles et Détritiques TerrigènesTP-TD 3: Les Roches BiochimiquesTP-TD 4: Les Roches Chimiques et Carbonées

Plan du Cours n°2 :Plan du Cours n°2 :

1- L’altération et l’érosion mécaniques1- L’altération et l’érosion mécaniques

2- Les mécanismes de transport2- Les mécanismes de transport

3- Les courants unidirectionnels3- Les courants unidirectionnels

4- Les courants bidirectionnels4- Les courants bidirectionnels

5- Les courants gravitaires5- Les courants gravitaires

6- Synthèse des environnements de dépôt6- Synthèse des environnements de dépôt

Par le vent, les glaciers, la gravité, le gel/dégel, les processus tectoniques, l’action biologique, le ruissellement

Les forces, le déplacement des particules, les types de courant

La formation des rides de courant, des méga-rides, des dunes, des lits-plan, des antidunes, des structures érosives.

La définition des flux ocillatoires, le mouvement de l’eau, la formation des rides de vague et des lits-plan de tempête

Le comportement des particules dans un courant gravitaire, l’enregistrement des courants gravitaires

1- L’altération et l’érosion mécaniques1- L’altération et l’érosion mécaniques

1a- Définition de l’altération1a- Définition de l’altération

1b- Principales causes de l’altération mécanique1b- Principales causes de l’altération mécanique

-Déplacement d’air (vent)-Déplacement lent des glaciers-Gravité-Cycles répétés de gel/dégel (dilatation de la glace ou soulèvement)-Processus tectoniques (tendance à pisser ou briser les roches)-Action des organismes vivants (surtout les plantes)-Déplacement d’eau (ruissellement, courant)

Tout processus permettant le démantellement des roches.

Les produits de cette érosion peuvent former un sol ou être transportés par les vents, l’eau de ruissellement ou par gravité = altération mécaniqueLa distinction entre altération mécanique et érosion est subtile. L’altération mécanique désagrège les roches et l’érosion transporte les fragments.

Efficacité

+

-

L’altération mécanique par le ventL’altération mécanique par le vent

L’action de l’air (du vent) sur les roches est pratiquement négligeable.Seul le choc des particules en suspension contre la roche permettent l’abrasion.

L’altération mécanique par les glaciersL’altération mécanique par les glaciers

Le poids du glacier et son déplacement lent contribuent à la dislocation des roches ou à leur abrasion.

L’eau qui s’infiltre dans les fissures est mise sous pression et peut conduire à l’éclatement des roches.

Les produits de l’altération par les glaciers forment des moraines.

L’altération mécanique par gravitéL’altération mécanique par gravité

Sous l’effet de leur propre poids, les roches peuvent se fissurer.Par gravité, les blocs ainsi formés peuvent glisser et tomber au pied du relief.Le choc des blocs entre eux peut également contribuer à leur dislocation.Ce phénomène apparaît dans tous les milieux (montagnard, littoral etc…).

Cliché : M. DenisCliché : M. DenisFjallsjökull, IslandeFjallsjökull, Islande

L’altération mécanique par gel/dégelL’altération mécanique par gel/dégel

L’augmentation de volume de la glace dans les fissures brise la rocheNécessite des cycles répétés de gel/dégel (effet saisonnier)Ce processus s’appelle la cryoclastieIl existe d’autres modes comme la thermoclastie (forte température)

L’altération mécanique par les processus tectoniquesL’altération mécanique par les processus tectoniques

Les processus tectoniques provoquent le plissement des couches sédimentaires.Dans le domaine cassant, ces processus engendrent la fracturation des roches.Les processus tectoniques participent donc au démantèlement des roches.

L’altération mécanique par action biologiqueL’altération mécanique par action biologique

Ce processus concerne surtout les plantes.L’expansion du système racinaire à travers la roche provoque des fissures.Ce système permet également à l’eau de s’infiltrer (puis processus de gel/dégel)

Photo: M. Bakalowicz

L’altération mécanique par ruissellementL’altération mécanique par ruissellement

Dépend aussi de:-saturation en eau du milieu-nature du substrat (porosité)

2- Les mécanismes de transport2- Les mécanismes de transport

2a- Environnements permettant le transport de particules2a- Environnements permettant le transport de particules

Milieu continental:Eau de ruissellementEcoulement chenalisé dans une rivièreGlaceAir

Milieu océanique:VaguesMaréesCourants océaniquesGravité

2b- Les forces agissant sur une particule2b- Les forces agissant sur une particule

Force de soulèvement

Force du fluide

Force de traction

Gravité

Courant

Le déplacement d’un fluide (eau ou air) représente le principal mécanisme de transport des particules sédimentaires.

Bellair et Pomerol, 1965

Traction-Saltation vs SuspensionLe mode de déplacement dépend de la taille et de la forme des particules, de la vitesse du courant, de la concentration en particules etc…

2c- Le déplacement des particules2c- Le déplacement des particules

Pendant le transport des sédiments, les particules peuvent se déplacer selon deux modes:

Par traction-saltation : concerne les particules normalement sur le fond mais qui sont déplacées lorsque le courant est très fort ;

=> par traction: glisse ou roule sur le fond = garde un contact avec le fond ;

=> par saltation: saute ou rebondit sur le fond ;

En suspension : concerne les particules qui se déplacent sur de longues distances sans contact avec le fond.

=> les silts et les argiles restent généralement en suspension même si la force du courant est très faible.

2c- Le déplacement des particules2c- Le déplacement des particules

Les figures de courant et les structures observées dans l’enregistrement sédimentaire correspondent à 3 grandes familles de courant :

1) Courants unidirectionnels : Les particules sont transportées par un fluide Newtonien dans une seule direction. Ce système correspond généralement à l’eau qui coule le long d’une pente en réponse à la gravité (Rivières, courants de marée, vents désertiques) ;

2) Courants bidirectionnels (Oscillatoires) : Les particules sont transportées par un fluide Newtonien alternativement selon deux directions opposées. Ce système est propre aux environnements marins (Vagues, marée) ou lacustres peu profonds (Oscillation pure due au vent) ;

3) Courants gravitaires : Le déplacement en masse de sédiments, du à la gravité, entraîne également le déplacement du fluide environnant et la formation d’un courant. Le comportement du fluide est alors non-Newtonien ou plastique-Bingham et peut être subaérien (Glissements de terrain) ou sous-marins (Courants de turbidité).

2d- Les causes physiques des différents types de courant2d- Les causes physiques des différents types de courant

3- Les courants unidirectionnels3- Les courants unidirectionnels

II.3Harms et al., 1975

3a- Les constructions sous l’action d’un courant unidirectionnel3a- Les constructions sous l’action d’un courant unidirectionnel

Les formes de construction dans les sédiments dépendent de la taille des grains.

1- Les conditions physiques de développement

3b- La formation des rides de courant3b- La formation des rides de courant

2- Les processus physiques de constructiond’une ride de courant


II.3

3- La géométrie des rides de courantet leur stratification

H

L

L= dmH= cm

La fabrique interne des rides de courant montre des laminations obliques entre-croisées unidirectionnelles qui indiquent le sens du courant.


CrêteFace aval ou d’avalancheou flanc courtFace amont ou d’érosion

ou flanc long

Rides à crêtes rectilignes=

Laminations obliques vs horizontales=

Courant de faible intensité=

Tranche d’eau importante

Structures en plan :- Crête des rides rectiligne et //

Structures en coupe :- Rides asymétriques- Laminations obliques avec un contact tangent à la base et sécant au sommet de la ride


4- Le modèle de ride 2D

Exemples de rides à crêtes rectilignes Formation actuelle



Rides asymétriques vues en plan



Exemples de rides à crêtes rectilignes Enregistrement fossile

INC

REA

SIN

GSU

SPEN

SIO

N

Traction > Suspension


5- Relation entretraction & suspension

Traction = Suspension

Traction < Suspension

Formation de rides

grimpantes

II.3

Rides grimpantes dans des dépôts fluviatiles, Colorado River, Grand Canyon National Park, Arizona.


5- Relation entre traction & suspension

II.3

3c- La formation des méga-rides et des dunes3c- La formation des méga-rides et des dunes


2- Les processus physiques de constructiond’une méga-ride et d’une dune

Les méga-rides correspondent à des ondulations disymétriques du fond qui indiquent le sens du courant

Les particules érodées sur la face amont de la méga-ride se déposent sur sa face aval.

Les méga-rides se forment dans les sables fins à moyen pour des vitesses de courant de l’ordre de 1 m/sec.


H

L

2 échelles:

Méga-rides :

Dunes & barres de sable

L= >m à > damH= m à >> m

La fabrique interne des rides de courant montre des laminations obliques entre-croisées unidirectionnelles qui indiquent le sens du courant.

3- La géométrie des méga-rideset des dunes et leur stratification


L= mH= dm

Exemple de méga-rides Formation actuelle


Exemple de dunes de sable éoliennes (Barchanes) Enregistrement fossile


II.3

3d- La formation des lits-plan3d- La formation des lits-plan


II.3

Gall., 1974

Harms et al., 1975

Lamination planes produites par aggradation ; La surface de transport est caractérisée par des linéations de courant et les surfaces internes par des linéations de striation

2- La géométrie des lits-planet leur stratification

3d- La formation des lits-plan3d- La formation des lits-plan

3d- La formation des lits-plan3d- La formation des lits-planExemple de linéations par striation Enregistrement fossile

II.3

3e- La formation des antidunes3e- La formation des antidunes


Rides légèrement asymétriquesPosition stationnaire ou remonte

le courantEn phase avec la surface de l’eauFaible tranche d’eau Longueur d’onde entre 0.3 et 1.2 m Observé dans les ruisseaux, les chenaux de marée et les plages à faible pente ; Problème de conservation dans l’enregistrement fossile

2- Les processus physiques de constructiond’une méga-ride et d’une dune


Exemple d’antidunes dans un chenal de marée Formation actuelle


Exemple d’antidunes et de stratifications entre-croisées Enregistrement fossile


3f- Les structures érosives3f- Les structures érosives

1- Les structures de grande dimension

creusement par un courant/flux subaérien ou sous-marin

• Gullies : Rigoles rectilignes profondes dont la hauteur est au moins égale à la largeur ;

• Chenaux : rectilignes à très sinueux de taille de forme et de rapport hauteur/largeur très variables

Exemple d’un chenal deltaïque (Kentucky)3f- Les structures érosives3f- Les structures érosives


2- Les structures de petite dimension

Bottom- …Flute- …Crescent- …Tool- …

Structures dues aux éléments transportés et au courant lui-même ; Deux types :

- - mark : correspond à la trace/excavation laissée sur la surface inférieure ;

- - cast : correspond au remplissage de cette trace/excavation par la couche supérieure immédiatement après sa formation ;

Exemple de Flute-cast



II.3

Groove marks/casts Stries linéaires et sillons formés par le déplacement des particules sur le fond et qui creusent dans un dépôt généralement cohésif.Enregistre la raclement d’un objet sur le fondPermet d’avoir l’orientation du courant mais pas sa direction



4- Les courants bidirectionnels4- Les courants bidirectionnels

II.3

Blatt et al., 1986

4a- La définition des flux oscillatoires et leur cause4a- La définition des flux oscillatoires et leur cause

4b- Le mouvement orbital de l’eau4b- Le mouvement orbital de l’eau

Les sédiments sont déplacés alternativement dans deux directions opposées. Ce phénomène est provoqué par l’action des vagues, les marées, le vent et les tsunamis.

Tranche d’eau forte Tranche d’eau intermédiaire

Tranche d’eau faible

L’inversion périodique du mouvement de l’eau pendant la propagation d’une vague est à l’origine de la formation de rides.

4c- L’interaction entre le flux oscillatoire et le fond4c- L’interaction entre le flux oscillatoire et le fond

4d- Les constructions liées à l’action des courants bidirectionnels4d- Les constructions liées à l’action des courants bidirectionnels

Les constructions dépendent de la taille des grains et de la vitesse du courantDeux grandes familles de rides se forment:

- Les rides de vagues- Les lits-plan de tempête

4e- La formation des rides de vague4e- La formation des rides de vague

Les rides de vague sont parfaitement symétriques puisque le déplacement des particules s’effectue aussi bien dans un sens que dans l’autre.

Longueur : dmHauteur : cm

1) Les conditions physiques

2) La géométrie des rides de vague


Exemple de rides de vagues parfaitement symétriques (vue en coupe) Enregistrement fossile

Les rides de vagues sont souvent caractérisées par des crêtes longues, rectilignes à légèrement sinueuses avec de fréquentes bifurcations ;La présence de bifurcations est un bon critère de détermination de l’action des vagues


Exemple de rides de vagues (vue en plan) Formation actuelle

4f- La formation des lits-plan de tempête4f- La formation des lits-plan de tempête

Longueur : mHauteur : cm

1) Les conditions physiques

2) La géométrie des lits-plan Les Hummocky Cross Stratification (HCS) se forment sous l’action des tempêtes;Les HCS se forment par aggradation de rides symétriques et par mouvement de rides 3D; La stratification contient des lamines parrallèles à tangentielles de forme concave et/ou convexe;Les HCS se forment dans des sables fins.

Hummocky Cross-Stratification (HCS) en coupe

4f- La formation des lits-plan de tempête4f- La formation des lits-plan de tempête

Hummocky Cross-Stratification (HCS) en plan4f- La formation des lits-plan de tempête4f- La formation des lits-plan de tempête

5- Les courants gravitaires5- Les courants gravitaires

5a- Le comportement des particules dans un courant gravitaire5a- Le comportement des particules dans un courant gravitaire

Dans un courant gravitaire, le comportement du fluide est non-Newtonien. Il est dit plastique-Bingham.Une semelle de décollement à la base du courant lui permet de parcourir de très grandes distances (>500 km sous l’eau) à des vitesses très élevées (>80 km/h)

5b- L’enregistrement des courants gravitaires5b- L’enregistrement des courants gravitaires

Debris flow

Sur la lune

Sur Mars

Le risque lié aux courants gravitaires

6- Synthèse des environnements de dépôt6- Synthèse des environnements de dépôt

Les produits Les produits Les Roches Détritiques Terrigènes (RDT) Les Roches Détritiques Terrigènes (RDT)

6a- Exemple: les déserts6a- Exemple: les déserts& les regs& les regs

6b- Exemple: les cônes alluviaux6b- Exemple: les cônes alluviaux

Delta du Niger6c- Exemple: les deltas6c- Exemple: les deltas Delta du Nil

6d- Exemple: les littoraux6d- Exemple: les littoraux

Bangladesh

Dubaï

Carnon

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