Roches sédimentaires

Responsables Prof. Abdellah Algouti et Ahmed Algouti

Université Cadi Ayyad, Faculté des Sciences, Département de Géologie, Avenue My Abdellah, Marrakch
tel. 044 43 46 49, poste 454

E-mail: abalgouti@ucam.ac.ma

         algouti@ucam.ac.ma

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Roches sédimentaires

A –  Généralités

 

I – Introduction

 

Les roches sédimentaires sont des roches qui se forment à la surface du globe terrestre par des mécanismes de la géodynamique externe faisant intervenir des processus sédimentaires tels que l’altération, le transport, le dépôt et la diagenèse.

 

Les roches sédimentaires, appelées aussi roches exogènes, sont les constituants les plus communs et les plus observés sur la surface de la terre, elles constituent 5% du volume de la lithosphère et s’étendent sur 75% des terres émergées. 

 

II – Caractères des roches sédimentaires

 

Lors d’une première étape, la genèse des roches sédimentaires nécessite le passage par l’altération des substratums préexistants (roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires) qui donne des débris et des éléments dissous. Ensuite, ces produits d’érosion mécanique et d’altération chimique vont subir un transport par différents agents (pesanteur, glace, vent et eau) vers des bassins de sédimentation où ils se déposent, soit par action directe soit par précipitation chimique soit à l’aide de l’activité des organismes vivants animaux ou végétaux.

 

De ce fait, les roches sédimentaires sont généralement stratifiées sous forme de couches et de strates de différentes échelles souvent d’aspect horizontal. Dans certains cas, elles peuvent être marquées par la présence de restes d’organismes ou fossiles qui ont contribués en leur formation.

 

Après le dépôt, la majorité des roches sédimentaires subissent une lithification sous les effets de la dernière étape de la géodynamique externe à savoir la diagenèse. Ainsi, la présence d’un liant, matrice ou ciment, qui lie les constituants et les débris entre eux, forme une autre caractéristique commune de ces roches.

 

III – Classification des roches sédimentaires

 

Il est possible de classer les roches sédimentaires en quatre grandes classes génétiques suivant les tableaux ci dessous.

 

les roches détritiques : elles sont formées de débris et de fragments issus de l’érosion mécanique et comme il s'agit d’un matériel issu de la terre, on les appelle aussi « terrigènes ». L’exemple type est le sable, la boue, et les graviers.

 

les roches chimiques : résultent de la précipitation (purement physico-chimique) de minéraux dans un milieu sursaturé, les évaporites (anhydrite, halite, gypse,...) en sont le meilleur exemple.

 

les roches biochimiques : sont le produit, comme leur nom l'indique, d'une activité organique ou biochimique. Dans certains cas, l'action des organismes modifie l'environnement chimique et le sédiment est précipité directement à partir d'eaux marines ou lacustres sursaturées. Dans d'autres, les organismes utilisent les carbonates, phosphates, silicates pour constituer leurs tests ou leurs os et ce sont leurs restes qui constituent les roches sédimentaires. Les exemples illustrant ce type de roches sont les phosphates, les lumachelles, le calcaire fossilifère et la craie.

 

les roches résiduelles : sont le résultat de la latéritisation qui  s'effectue par dégradation de la roche mère sous un climat équatorial chaud et humide. Elles constituent des sols résultant du lessivage et du départ des éléments dissous avec une précipitation in situ de la matière résiduelle. La végétation et l’activité des organismes peuvent jouer un rôle essentiel dans ce phénomène.

La bauxite, formée par l'altération des roches granitiques  peut être facilement purifiée et transformée directement en aluminium.

 

les roches organogènes ou biologiques : sont des roches issues de la transformation et l’évolution de la matière organique sous les effets de l’augmentation de la température et de la pression lors de l’enfouissement poussé des séries sédimentaires.

Les plantes accumulent des matériaux carbonés par photosynthèse et sont directement à l'origine du charbon. D'autres types de sédiments carbonés comme les schistes bitumineux, sont générés par des bactéries, le pétrole peut dériver soit de bactéries, de microflore et/ou de microfaune.

 

 

B – Déroulement de la séance

 

La séance des travaux pratiques se déroulera suivant le plan ci dessous :

 

·         Observer les échantillons macroscopiques

 

·         Utiliser la classification donnée pour répartir les échantillons tout en donnant à chacun

 

·          d’eux la famille de roches sédimentaires à laquelle il appartient.

 

·         Dessiner les échantillons caractéristiques de chaque famille.

 

 

 

Les principaux critères de détermination à observer sont:

 

1. Couleur de la roche (dépend des éléments qu'elle contient).

 

2. Cohésion  (roche meuble, peu cohérente, très cohérente)

 

3. Texture (lisse, rugueuse)

 

4. Roche constituée d’un seul minéral ou plusieurs

 

5. Dimensions des éléments et leur pourcentage

 

6. Dureté (rayé par l'ongle, rayé par l'acier, raye l'acier, raye le verre).

 

7. Réaction à l'acide (effervescence faible ou forte, pas d’effervescence)

 

8. Présence de fossiles ou non

 

Les échantillons à étudier sont :

           

·         Conglomérat

·         Sable

·         Grès

·         Argile

·         Calcaire fin

·         Calcaire fossilifère

·         marne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Critères de détermination de quelques minéraux usuels

 

 

Halite

 

Forme: Isométrique ( cristaux cubiques)

Eclat Vitreux à terne

Couleur: Clair, blanc, rosâtre, ou gris

Trace: Blanchâtre

Dureté: 2,5 sur l'échelle de dureté de Mohs

Clivage: 3 plans de clivage parfait

Cassure: Conchoïdale

 

Gypse

 

Forme: Monoclinique ( cristaux tabulaires ou prismatiques)

Eclat: Nacré, vitreux, soyeux sur les clivages

Couleur: Incolore, blanc, jaunâtre, ou brun

Trace: Blanchâtre

Dureté: 2 sur l'échelle de dureté de Mohs

Clivage: Parfait dans une direction et flou dans une autre direction

Cassure: Fibreuse ou fracturée

 

 Calcite

 

Forme : Rhomboédrique

Eclat: Vitreux à résineux. (Les macrofaciès semblent souvent mats).

Couleur : Habituellement blanc ou sans couleur, brun pâle, vert pâle, jaune pâle.

Trace : Blanchâtre

Dureté : 2.5 à 3 sur l'échelle de dureté de Mohs

Clivage: Rhomboédrique (parfait dans trois directions)

Cassure :  Conchoïdale ou irrégulière

 

Orthoclase

 

Forme : Monoclinique (cristaux tabulaires ou prismatiques)

Eclat : Vitreux, nacré ou terne

Couleur : Crémeuse

Trace : Blanchâtre

Dureté : 6 sur l'échelle de dureté de Mohs

Clivage : Présent

Cassure : Conchoïdale ou irrégulière

 

Plagioclase

 

Forme : Triclinique (cristaux souvent sous forme massive, les cristaux prismatiques simples sont rares)

Eclat : Vitreux ou nacré

Couleur : Blanc au gris

Trace : Blanchâtre

Dureté : 6-6.5 sur  l'échelle de dureté de Mohs

Clivage : Présent

Cassure : Conchoïdale ou irrégulière

 

Quartz

 

Forme : Hexagonale (Souvent massive mais les cristaux automorphes sont habituellement prismatiques de forme pyramidale)

Eclat : Vitreux ou graisseux

Couleur : Sans couleur ou blanc, quelques variétés sont roses violettes ou grises.

Trace : Blanchâtre

Dureté : 7 sur l'échelle de dureté de Mohs

Clivage : Aucun

Cassure : Conchoïdale

 

 

 

 

Roches détritiques

 

 

 

A –  Généralités

 

I – Introduction

 

Ce sont des roches sédimentaires qui résultent d’une sédimentation et d’une accumulation des débris provenant de l’érosion mécanique d’autres roches préexistantes. Ces constituants formant la phase allochimique (éléments figurés) peuvent être soit meubles soit indurés et cimentés par une phase orthochimique (matrice ou ciment).

 

En effet, dans la nature, les roches détritiques existent sous deux forme : consolidées et meubles. Dans le cas des roches meubles, les grains détritiques sont entièrement indépendants les uns des autres et forment un assemblage avec une porosité importante et dans le cas des roches cohérentes, les constituants sont intimement soudés les uns aux autres avec une porosité emplie par la phase de liaison.

 

II – Classification des roches détritiques

 

La systématique des roches détritiques est basée surtout sur la taille granulométrique des éléments et sur la consolidation ou non de ces derniers suivant le tableau suivant :

 

 

 

Diamètre des particules

 

Classe

 

Eléments

 

Sédiments meubles

 

Sédiments consolidés

 

 

> 2 mm

 

 

rudite

Blocs

Galets

Cailloux

Graviers Gravelles

 

Cailloutis

 

Graviers

 

 

Conglomérat

 

Microconglomérat

 

de 2 mm à 63 µm

 

arénite

 

grains

 

sable

 

Grès

 

<63 µm

 

lutite

 

Particules fines

de 63 µ à 4 µ         silt

 

<4 µ                  argile

de 63 µ à 4 µ         siltite

 

< 4 µm                argilite

 

Classification des roches détritiques

 

 

 

L'étude des sédiments détritiques est relativement différente selon que l'on s'intéresse à des roches meubles ou consolidées. Dans le cas des sédiments meubles, elle débute sur le terrain par une description minutieuse des affleurements et se termine au laboratoire par des analyses très variées dont les principales sont les suivantes:

 

 

Dans le cas des roches consolidées par contre, c'est l'analyse pétrographique en lame mince et sous le microscope qui est l'outil privilégié et qui va permettre de déterminer la composition minéralogique du sédiment et les relations structurelles de ses différents constituants.

 

 

 

 

Charte visuelle permettant l’estimation de la sphéricité et de l’émoussé des graviers et des sables

 

 

 

 

Classement des roches détritiques

 

 

 

 

III – Classe des Rudites

 

C’est une classe formée par les roches dont les éléments figurés sont supérieurs à 2 mm. Si ces éléments sont meubles on parle de cailloutis, de galets ou de blocs et s’ils sont consolidés on parle de conglomérats.

 

Les conglomérats peuvent être constitués par des fragments de tailles variables et de nature pétrographique différente : ce sont les conglomérats polygéniques, ou bien  par des constituants pétrographiques identiques : ce sont les conglomérats monogéniques.

 

Si les éléments sont anguleux et peu usés on a alors les brèches et si ils sont émoussés et arrondis on parle de poudingues.

 

 

 

 

 

IV – Classe des Arénites

 

            1 – Définition

 

C’est la classe dont la majorité des grains est comprise entre 63m  et 2 mm quelle que soit leur origine et leur composition minéralogique. Si les éléments sont meubles on parle de sable et si ils sont consolidés on a les grès.

 

Un grès est défini par la nature de sa fraction clastique et par celle de son ciment. Généralement la désignation d’un grès exige la présence d’au moins 50 % de grains siliceux.

 

2 - Constituants majeurs des Arénites :

 

La composition minéralogique des arénites peut se résumer en trois éléments : le quartz, les feldspaths et les lithites (fragments de roches et autres minéraux).

En raison de sa résistance à l'altération, le quartz est de loin le constituant le plus fréquent des arénite, alors que les feldspaths forment rarement plus de 10 à 15% des grès et ceci en raison de leur fragilité (clivage) et leur grande altérabilité.

Les fragments lithiques les plus fréquents sont des morceaux de roches volcaniques, des débris de schistes, du silex et des cherts. Les micas sont fréquents dans les sables et grès et surtout la muscovite qui est aussi résistante que le quartz.

 

 

3 – Classification des Arénites:

 

 

La plupart des classifications modernes font intervenir la composition minéralogique des éléments figurés et la teneur en matrice fine. Mais dans cet enseignement pratique on va utiliser uniquement la classification évaluée sur un diagramme triangulaire quartz-feldspath-fragments lithiques (QFL) qui ne tient pas compte de la présence de la matrice.

 

Cette classification a l'avantage d'être très utilisée lors de l’étude microscopique des grès. Elle permet de distinguer trois grandes familles de roches, correspondant à des origines distinctes, les arénites quartziques, les feldsparénites (arkoses et arkose lithique), et les litharénites.

 

Les arénites quartziques sont constituées essentiellement de grains de quartz, chert, quartzite associés à quelques minéraux lourds résistants. Leur couleur est claire, généralement bien triés (bon classement) et avec des grains possédant une forme arrondie.

 

Les arkoses ou arénites feldspathiques sont composées principalement de quartz et de feldspath. Ce sont des roches claires, souvent roses ou rougeâtres. On y observe aussi des micas et des fragments de roches. Les arkoses ne sont pas des sédiments aussi matures que les arénites quartziques: elles sont généralement plus grossières et moins bien triées que ces dernières.

 

Les litharénites sont constituées de fragments de quartz et de roches diverses. Le mélange de quartz et de débris divers leur donne un aspect grisâtre à noirâtre. Les feldspaths sont généralement peu abondants, les micas sont communs.

 

 

                                     Diagramme QFL

 

 

 

 

Comment placer un point (% Q + % F + % L) dans le digramme QFL

 

 

 

 

Exemple de roche détritique composée de :

 

45 % de quartz

45 % de feldspath

10 % De lithites

 

D’après le diagramme QFL la roche est une Arkose

 

 

 

4 – Critères microscopiques de reconnaissance des roches gréseuses

 

 

 

 

                                                 Microfaciès d’un grès

 

 

L’étude des microfaciès gréseux sous le microscope polarisant permet de dégager certains critères pouvant aider à reconnaître et à donner des noms aux roches. Parmi ces critères on note :

 

 et l’évaluation de leurs pourcentages ;

 

 

 

 

 

 

 

Le nom d’une roche gréseuse est donnée à partir de la nomenclature du digramme QFL  en ajoutant la nature de la phase de liaison. Par exemple :

 

Grès quartzeux à ciment siliceux

Grès quartzeux à ciment ferrugineux

Arkose à matrice argileuse (silicophylliteuse)

Grès feldspathique à ciment ferrocalcaire

 

 

V – Classe des Lutites

               

 

Ce sont les sédiments, meubles ou consolidés, dont les éléments sont inférieurs à 63 m .. Leur composition est relativement constante: le shale (ardoise, schiste) comprendrait en moyen 30% de quartz, 10% de feldspath et 50% de minéraux argileux (ou de micas), avec les 10% restants constitués de carbonates ou d'oxydes de fer.

 

Les minéraux argileux sont des silicates avec des dimensions inférieurs à 4 m . et les argilites sont des argiles consolidées, tendres, terreuse et de couleurs variables (rouge, noire) qui ont la propriété de devenir plastiques lorsqu’elles sont gorgées d’eau.

 

L’étude pétrographique et la classification des lutites sont moins avancées que celles des arénites, en raison de leur granulométrie très fine. Leur importance économique est cependant grande, avec des applications industrielles multiples comme la fabrication des ciments, des briques, des céramiques, etc.

 

 

B – Déroulement de la séance

 

 

Les principaux critères de détermination à observer sont:

 

- pour la classe des Rudites :

 

 

1          Cohésion  (roche meuble ou consolidée)

2          Forme des éléments

3          Taille des éléments

4          Dureté

5          Réaction des éléments à l'acide

6          Nature pétrographique des éléments

7          Présence de fossiles ou non

9          Couleur du liant

10        Réaction du liant à l’HCl

11        Nature pétrographique du liant

 

 

- pour la classe des Arénites

 

 

1          Cohésion  (roche meuble ou consolidée)

2          Minéralogie (% de quartz, % de feldspath, % de lithites)

3          Taille des éléments (granulométrie grossière, moyenne, fine)

4          Classement (mauvais, moyen, bon)

5          Forme des éléments (anguleux, émoussés, sub-arrondis, très arrondis)

6          Couleur du liant

7          Réaction à l’HCl (effervescence, pas d’effervescence)

8          Type du liant (matrice, ciment)

9          Minéralogie du liant (calcaire, siliceuse, ferrugineuse, argileuse ….)

 

 

 

Les échantillons à étudier sont :

           

·         Conglomérat

·         Brèche

·         Sable

·         Grès

·         Argile

 

 

 

 

Roches chimiques, biochimiques

et biologiques

 

 

 

 

 

 

 

A - Roches chimiques et biochimiques

 

I - Roches d'origines chimiques

 

1 - Généralités

 

Les roches chimiques ne sont formées que par la précipitation des cristaux minéralogiques par des processus chimiques et physiques et indépendamment de l'action des êtres vivants contrairement aux roches biochimiques. Leurs accumulations peuvent constituer des  gisements de grande importance économique.

 

La formation des roches chimiques ne dépend pas des courants ou de l'énergie, et les dimensions de leurs constituants ne sont pas des critères importants de classification comme c’est le cas pour les roches détritiques. En effet, les roches chimiques sont classées sur le chimisme et la nature minéralogique des cristaux qui les constituent. Les trois groupes communs de roches chimiques sont les carbonates, les évaporites et les Cherts (silex).

 

2 - Roches carbonatées

 

Les calcaires se forment par précipitation de carbonate de calcium à partir du bicarbonate ((CO3)2CaH2) dissous dans l'eau ; cette précipitation est favorisée par certains facteurs physico-chimiques : augmentation de la température de l'eau ou de la teneur en dioxyde de carbone, chute de la pression, etc. Du fait qu’elles renferment des teneurs importantes de carbonate de calcium, il est facile, alors, de les reconnaître par leur réaction positive à l’acide chlorhydrique (effervescence). 

 

Les calcaires issus directement de la précipitation du carbonate de calcium sont relativement rares : ce sont les stalactites, les stalagmites, les travertins, les calcaires lacustres et les calcaires oolithiques formés de globules millimétriques de calcite précipitée autour d'un noyau en mers agitées et chaudes. Lorsque la roche comporte une proportion non négligeable d'argile, on parle plutôt de marne.

 

Il ne faut pas oublier les dolomies qui sont des roches carbonatées mais avec une composition chimique comprenant le magnésium ((MgCa)2CO3) , de ce fait elles ne font effervescence avec l’acide que si elles sont en poudre ou si l’acide est chaud. La majorité des dolomies sont secondaires, elles dérivent de la dolomitisation qui est un processus diagénétique permettant une substitution du Calcium par le Magnésium.

 

3 - Roches siliceuses

 

Les roches siliceuses chimiques  ne sont souvent que des "accidents" (cherts, silex, meulières) résultant d’une précipitation directe des gels siliceux dans les milieux de sédimentation (souvent carbonatés). Plusieurs variétés de ces roches sont formées de masses de silice amorphe, d’autres sont constituées de quartz microcristallin ou fibreux.

 

Elles sont reconnaissables par plusieurs critères :

·         aspect souvent discontinu dans les roches encaissantes ;

·         ne sont pas altérables ;

·         cassures souvent lisses conchoïdales ;

·         dureté élevée (rayent le verre).

4 - Roches évaporitiques

Les évaporites, ou roches évaporitiques, sont des roches constituées de minéraux qui ont précipité dans l'eau à la suite d'une augmentation de la concentration de leurs constituants. Cette augmentation de concentration provient d'un lessivage continental de sels minéraux et de l'évaporation de l'eau dans laquelle elles se forment (évaporation dans les lagunes, les lacs salés, les mers…..).

 

Lorsque l’eau s’évapore, les différents sels contenus cristallisent au fur et à mesure en commençant par  les moins solubles. C’est le sulfate de calcium qui précipite le premier, suivi par le chlorure de sodium ensuite par la cristallisation du chlorure de potassium et en dernier lieu les sels de magnésium et de baryum.

Parmi les évaporites les plus connues, on trouve le gypse, la potasse et le sel gemme (voir la clé pour les caractéristiques de reconnaissances de ces minéraux).

II - Roches biochimiques

 

1 - Généralités

 

Les organismes vivants marins ou lacustres, utilisent les éléments dissous et lessivés du continent vers les bassins de sédimentation, pour synthétiser leur squelettes, tests, carapaces et coquilles. D’autres organismes comme les algues fixent le CO2 dissout par leur fonction chlorophyllienne.

Lorsque ces organismes meurent, leurs tissus mous sont rapidement détruits mais leurs parties dures (coquilles et squelettes) tombent sur le fond, s'y accumulent et se soudent les unes aux autres par les processus de diagenèse pour donner les roches sédimentaires biochimiques.

 

Les roches biochimiques les plus typiques sont :

III – Microfaciès des roches carbonatées

 

L’étude du microfaciès des roches carbonatées montre deux grandes parties : la fraction héritée (allochems) ou la fraction autochtone (orthochems).

 

La fraction héritée ( allochèmes ) est composée de :

 

 

La fraction autochtone (orthochems) peur être constituée de :

 

 

 

Ces quatre termes de la matrice sont donnés si la composition est calcitique, si cette dernière est de nature dolomitique on parle de dolomicrite ( < 4 µm) ou de dolosparite (10-50 µm).

 

 

                                                   Micrite (Matrice)                Microsparite                    Sparite

 

 

 

IV - Classification des Roches carbonatées

 

1 – Classification de FOLK

 

 

Classification des roches carbonatées

 

 

 

Cette nomenclature basée sur la nature des allochems et celle du liant peut montrer une grande flexibilité. Ainsi, on peut facilement établir d’autres noms descriptifs de roche. Le nom est donné en fonction de l’ensemble des différents allochems existant dans la roche, et en ajoutant le nom du liant.

 

Par exemple :

 

Oolithes + Pellets + matrice = Oo   Pel   micrite = Oopelmicrite

Intraclasts + Bioclasts + Pellets + Sparite = Intra    Bio    Pel  Sparite = Intrabiopelsparite

 

Lorsqu’on ne peut pas identifier les éléments figurés, alors on peut donner des noms comme calcarénite pour un calcaire constitué d’éléments sableux, calcirudite pour un calcaire dont les constituants ont une taille supérieure à 2 mm et calcilutite pour la micrite.

 

2 - Classification de Dunham (1962)

 

 

 

 

 

 

Cette classification concerne la disposition des composants de la roche, reflétant ainsi l’arrangement lors du dépôt et donnant ainsi l’énergie du milieu de dépôt. On distingue trois critères essentiels :

 

·         Présence ou absence de boue carbonatée (boue<20µm)

·         Proportion de grains présents dans la roche (>20µm).

·         Caractère jointif ou non-jointif des grains.

 

 

B - Roches d'origine organique

 

Ce sont des roches qui résultent de l'accumulation et de la transformation des restes de certains êtres vivants lors de l’enfouissement et sous des températures et de pressions élevées.  Parmi ces roches rares et à grande importance économique.

 

Dans ce type de roche on trouve :

 

Le charbon est un combustible solide noir qui se forme à partir des végétaux terrestres en s'accumulant dans les zones anoxiques, comme les grands marécages.

 

Le pétrole est formée des restes des micro-organismes marins (les animaux et les plantes microscopiques) déposés sur les fonds marins. Pendant qu'ils s'accumulent sur des millions d'années ils infiltrent progressivement les cavités microscopiques du sédiment et des roches des fonds marins où ils se décomposent. Le pétrole qui en résulte demeure emprisonné dans ces espaces, formant des réserves de pétrole qui peuvent être extraites par de grandes plates-formes de forage.

 

Les schistes bitumineux désignent un mélange de roches et de pétrole. Il s'agit de combustibles fossiles qui se sont arrêtés "avant de devenir du vrai pétrole.

 

Le lignite est un charbon fossile de couleur brune, riche en débris végétaux, à faible pouvoir calorifique, il est quelquefois noir, brillant et compact. C'est la roche intermédiaire entre la tourbe et le charbon.

 

C – Déroulement de la séance

 

Des échantillons macroscopiques de roches chimiques, biochimiques et biologiques sont à observer et à étudier. Pour dégager l’appartenance de chaque échantillon à l’une de ces trois catégories, il est nécessaire d’appliquer les critères de reconnaissance vus lors de la première séance :

 

 

Certaines roches sont accompagnées par des lames minces correspondantes qu’il faut analyser pour découvrir le microfaciès de l’échantillon donné. Cette analyse doit être élaborée par la détermination des éléments figurés (Intraclasts, Bioclasts, Oolithes, Pellets et éléments phosphatés) et de la phase de liaison (Micrite ou Sparite). Les noms des microfaciès sont à donner à partir des classifications des carbonates.

 

 

Les échantillons à étudier sont :

 

·         Calcaire lithographique

·         Calcaire fossilifère

·         Calcaire phosphaté

·         Marne

·         Silex

·         Gypse

·         Charbon

 

Figures sédimentaires

 

 

A – Généralités

 

I - Introduction

Ce sont des structures qui s’observent sur les roches sédimentaires. Elles peuvent être un outil de diagnostic important pour déduire les processus et les conditions de dépôt et de transport des sédiments. Elles sont, soit, des figures déposionnelles , soit des structures liées aux courants ou bien des figures de déformation postérieure à la sédimentation.

Plusieurs types de classification des structures sédimentaires ont été suggérés. La plus simple est celle qui est basée :

 

 

II - Structures pré-sédimentaires

 

Elles sont observées à la surface supérieure des bancs (empreintes) et à la surface inférieure (contre-empreintes. Le plus souvent, elles traduisent des processus d'érosion et fournissent des indications sur la direction et le sens des courants qui les ont engendrées.

 

·         Les figures en croissant (crescent marks)

 

Ces figures prennent naissance lorsqu'un objet posé sur le fond provoque une déflexion des lignes de courants. Il en résulte alors une érosion à l'amont de l'objet et un dépôt à l'aval de celui-ci.

 

·         Les "flute casts"  

 

Ce sont des figures d'affouillement de formes allongées qui se créent par creusement du fond par des courants. Elles sont d'excellents indicateurs des paléo-courants et sont reconnaissables par leur forme en V triangulaire ou allongée dont la pointe profonde indique l’amont et les deux branches indiquent l’aval, ainsi, le sens du courant est déterminé. Souvent, elles sont accompagnées par d'autres figures comme les tool marks et les groove marks.

 

·         Les figures de traction ("groove marks")

 

Ce sont des rainures creusées dans le sédiment  par des objets traînés sur le fond par les courants. Elles se présentent sous la forme de crêtes rectilignes, étroites et allongées de quelques mm à plusieurs dizaines de cm. Ce sont de bons indicateurs de la direction des courants (mais pas de leur sens). 

 

·         Les figures d'impact ("tool marks ")

 

Ce sont des empreintes formées par des objets transportés par les courants venant épisodiquement en contact avec le fond (objets en saltation). Ces objets peuvent être des fragments de sédiment ou des tests d'organismes.

 

 

 

                   

                                                                 Empreinte de flute                                       Contre empreintes à la base d’un banc

                                                                                                                                                   (flèche = sens du courant)

 

 

 

 

·         Les marques de ruissellement ("rill marks")

 

Ce sont des figures d'érosion dendritiques formées par un système de "micro-rivières" lors du retrait des vagues sur les plages ou lors de phénomènes de ruissellement subaérien sur des sédiments fins. La divergence des ramifications se fait vers l'aval (=dans le sens du ruissellement).

 

 

                                                                                                       Rill marks (échelle mm à cm)

                                                                                                 (1 = sens du retrait ;  2 = ligne de rivage)

 

 

 

 

III - Structures synsédimentaires

 

Elles se forment au cours du dépôt des sédiments tel que les stratifications entrecroisées et les différents types de litage. Elles témoignent de l’énergie hydrodynamique, la vitesse, la nature, le sens et la direction des agents de transport. L’activité des organismes peut être synsédimentaires et donc les bioturbations peuvent appartenir à ces structures sauf les perforations (terriers) qui sont postérieures au dépôt.

 

 

·         les chenaux

 

Les chenaux sont creusés dans le cours des fleuves ou dans les zones côtières lors du retrait de la mer. On peut souvent observer un granoclassement à l'intérieur du chenal, les particules les plus grossières se situant à la base de celui-ci.

 

 

 

 

 

 

 

 

·         Les stratifications entrecroisées (cross bedding)

 

Ce sont des structures internes aux dépôts. Les stratifications entrecroisées montrent des laminations obliques par rapport au pendage. Elles peuvent être utilisées comme critère de polarité.

 

·         Les stratifications obliques (tabular cross bedding)

 

Les stratifications obliques sont des figures créées par des courants. La formation de ces structures est liée à la migration latérale de rides sableuses.

·        Les stratifications en arêtes de poisson (herring bone structure)

Ces figures sont caractérisées par la superposition verticale de lamines obliques de sens opposé. Ceci est dû à des inversions périodiques des courants de marée.

 

 

 

·         Litages et laminations

 

On appelle litage, l'arrangement stratiforme de lits ou de strates dans un sédiment ou une roche sédimentaire, c’est l'expression de la stratification à l'échelle du banc (cm et plus). Tandis que la lamination représente la stratification à l'échelle du mm et en deçà, au sein des bancs.

 

Litage et lamination sont produits par des changements plus ou moins périodiques dans la sédimentation (variations de la granulométrie, de la composition des sédiments). Les contacts entre lamines successives peuvent être progressif, net ou érosif (surface de réactivation).

 

Le litage peut être oblique tabulaire ou oblique arqué. Les sédiments à litage plan parallèle sont constitués de lamines pratiquement horizontales de quelques mm à 2 cm d'épaisseur.

 

·         Rides, mégarides et dunes

Ce sont des formes essentiellement développées en contexte sableux. Les rides sont très communes sur les surfaces des bancs. On distingue deux grands types de rides en fonction de leurs dimensions : les vagues de sable (d'une dizaine de centimètre) et les rides de courant (d'une longueur d'onde variant de 10 à 30 centimètres et d'une hauteur variant de 1 à 60 millimètres).

Les rides de vagues se forment par l'action des vagues sur un sable fin non cohérent et montrent des crêtes typiquement symétrique. Les rides de courant sont générées par l'action de courants unidirectionnels. L'asymétrie qui les caractérise permet donc de déduire le sens du courant: pente forte en aval, pente faible en amont.

 

Les dunes et les mégarides ("sand waves", "megaripples") sont assez rarement préservées. La migration latérales des dunes et rides donne naissance à différents types de litages obliques.

 

les "flaser bedding" peuvent être décrits comme des rides sableuses ou silteuses entre lesquelles se déposent des sédiments fins.

 

 

 

 

                                                           

                                                              Litage oblique tabulaire                                           Litage oblique arqué                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Evolution des rides en fonction de l’énergie du milieu

 

 

 

 

 

Evolution des rides en fonction de l’énergie du milieu

 

 

 

 

·         Les linéations primaires de courant

 

Ce sont des traînées allongées de quelques mm de large et quelques dm de long présentes sur la surface supérieure des bancs. Elles sont en général séparées les unes des autres d'un cm au plus. Elles correspondent à une orientation préférentielle de l'allongement des grains parallèlement au courant et se mettent en place généralement sur des sédiments à lamination plane (écoulement rapide). Souvent elles sont associées à un délitage par l’érosion actuelle, et de ce fait on les appelle aussi : linéation de délit. Leur étude permet de déduire la direction du courant du fluide qui les a engendrées.

 

·         L’imbrication des galets

 

Dans les milieux à fort courant (fluviatiles ou littoraux), les galets se déposent en s’imbriquant les uns sur les autres. Cette imbrication donne le sens du courant pour le transport fluviatile et le sens du retrait des vagues pour le littoral.

 

IV - Structures post-sédimentaires

 

Elles se développent dans le sédiment après son dépôt. Ce sont surtout les figures de charge, les structures de glissement ou slumping dues aux déplacements latéraux de masses sédimentaires et les rétractions dues à la dessiccation.

 

·         Les figures de charges (load casts)

 

Ce sont généralement des figures préservées à la base des couches sableuses, lorsqu'elles sont superposées à des matériaux argileux hydroplastiques. Elles se forment par une surcharge liées aux sédiments se disposant ultérieurement. Elles sont un bon critère de polarité.

 

·         Les glissements en masse (slumps)

 

Ce sont des masses de sédiments glissés, sous l'action de la gravité, le long de surfaces de cisaillement. La structure interne des sédiments est préservée mais plissée.

Les slumps peuvent s'observer à différentes échelles et atteindre de grandes dimensions. Ils sont généralement limités à leur base et à leur sommet par des couches non déformées.

 

·         Les convolutes

 

Ce sont des figures de déformation des sédiments encore meubles sous l'effet d'un glissement ou d'une secousse sismique. On les observe souvent dans des sables fins et silts, ainsi que dans les milieux turbiditiques. 

 

 

 

 

 

 

·         Les gouttes de pluie (rain drops)

 

Lorsque les gouttes de pluie frappent la surface d'un sédiment non consolidé, elles forment des petits cratères circulaires. Leurs traces sont le plus souvent conservées lorsqu'elles affectent des sédiments très fins et secs et que les gouttes ne se recouvrent pas.

 

·         Les fentes de dessiccation (dessiccation crack ou mud crack)

 

Ce sont des fissures s'ouvrant dans un sédiment fin à très fin qui se dessèche. Les fissures forment un réseau grossièrement polygonal. Elles marquent une période d'émersion et un climat aride.

 

 

 

 

V - Structures liées à l’activité des organismes

 

Il s'agit de tous les vestiges, autres que les restes corporels laissés par des organismes vivant dans l'environnement étudié L'activité des organismes peut provoquer des perturbations dans les sédiments, ainsi, les laminations et les litages peuvent être déformés et interrompues. Les traces de vie sont dues aux creusements du substrat pour le logement et l'habitat, aux déplacements et à la recherche de la nourriture.

 

·         Traces de logement

 

De nombreux organismes suspensivores construisent des terriers pour y trouver protection contre les prédateurs et éventuellement contre l'exondation temporaire du milieu. En général, ces terriers sont disposés plus ou moins perpendiculairement par rapport à la surface du sédiment et sont reconnaissables par leur troncature des sédiments. Dans les substrats meubles à faible énergie, on observe deux types de terriers: des terriers simples en forme de tubes rectilignes et des terriers en forme de U. Ces types de terriers sont reconnaissables par leurs formes et par les stries d’accroissement qu’on y rencontre.

 

·         Les traces de nutrition

 

C’est le résultat de la recherche de la nourriture à la surface des sédiments. Les terriers liés à cette activité sont en général considérés comme indicateurs d'environnements.

 

 

 

 

 

 

B - Déroulement de la séance

 

Plusieurs échantillons sont déposés dans la salle des travaux pratiques. Essayer de classer les structures à étudier suivant leur appartenance aux :

 

·         structures pré-sédimentaires

·         structures synsédimentaires

·         structures post-sédimentaires.