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Les roches sédimentaires

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Les roches sédimentaires

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

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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)

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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)

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Problématiques

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

• Quelles sont les conditions de formationdes roches sédimentaires ?

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I. Classification générale des roches sédimentaires

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I. Classification générale des roches sédimentairesA. Classification génétique

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Cycle d’évolution d’une roche

(Dercourt et Paquet)

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Diagenèse : 4 étapes principales

(Caron et coll.)

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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)

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Subdivisions de base : 3 classes génétiques

(Brahic et coll.)

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

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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...

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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

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• 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

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• Cohérence

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

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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

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Clé de détermination des roches sédimentaires

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Grandes catégories

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I. Classification générale des roches sédimentaires

II. Classifications particulières àchaque catégorie de roche

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I. Classification générale des roches sédimentaires

II. Classifications particulières àchaque catégorie de rocheA. Roches détritiques

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• 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)

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1. Roches terrigènes

(Dercourt et Paquet)

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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

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Etat d’agrégation

• Roches meubles :grains indépendants

• Roches plastiques :nombreux minéraux argileux => déformation possible

• Roches cohérentes :constituants intimement soudés

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Dimension des éléments

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

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

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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)

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Analyses granulométriques

Distribution granulométrique d’un gravier :

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

(Univ. Liège)

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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)

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Analyses exoscopiques

• Etude au MEB

• Traces de frottements, de chocs => actions mécaniques

• Traces de dissolution => actions chimiques

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c. Roches cohérentes

(Brahic et coll.)

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Conglomérats

• Éléments de dimension > 2mm

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

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

Classification des brèches et conglomérats(Univ. Liège)

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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

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

(Univ. Liège)

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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

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• Classification de Lundegard et Samuels (1980) :

- proportion de silt- lamination

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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

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

Abondance en grains / argile (Univ. Liège)

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• 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

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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

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I. Classification générale des roches sédimentaires

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

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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

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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

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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

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• 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)

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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)

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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)

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• 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)

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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.)

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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)

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3. Evaporites

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

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

(Pomerol et coll.)

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4. Roches carbonées

• Matière organique ayant subi une carbonification :

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

(Brahic et coll.)

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Bilan• Diversité importante des roches

sédimentaires

• 3 catégories génétiques, non exclusives

• Critères de classifications variés

• Lien avec les conditions de formation : reconstitution de paléoenvironnements

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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)