Cours : La sédimentation et les roches sédimentaires

Processus et milieux de sédimentation

Les processus de sédimentation

Les roches sédimentaires forment le gros de la surface de la croûte. Quatre étapes conduisent à la formation de ces roches.

• La désagrégation, la dissolution et l’érosion des roches

Ces altérations se produisent de trois manières :

• mécanique : par l’action du gel ou du dégel, des racines des arbres qui agrandissent les fractures ;
• chimique : certains silicates attaqués par l’eau de pluie se changent en boue ;
• biochimique : différents organismes attaquent les minéraux et certains lichens puisent dans ces minéraux les éléments dont ils ont besoin.

À retenir

Grâce à ces trois processus, on obtient des particules de toutes tailles.

• Le transport des produits obtenus

L’eau est le principal agent de transport des particules. Elle apporte les produits de l’érosion sous forme solide comme des blocs, des galets, des sables, ou sous forme dissoute.
Le vent participe lui aussi au déplacement de ces particules.

• Le sédiment qui résultera de ce transport sera composé de structures sédimentaires variées.
• Le dépôt des matériaux : la sédimentation

Lorsque la vitesse et le débit de l’eau diminuent, les particules les plus grossières se déposent. Elles sont bientôt rejointes par les graviers, puis les sables, et enfin les boues. Tous ces dépôts vont former des sédiments détritiques.

• La transformation des sédiments en roches : la diagénèse

La diagénèse englobe l’ensemble des processus chimiques et mécaniques permettant de transformer ces dépôts en roches sédimentaires. Elle est dite précoce si elle débute alors que les sédiments reposent encore sur le fond marin, ou tardive si elle commence lorsque les sédiments sont enfouis sous d’autres particules.

À retenir

Les éléments destinés à former un sédiment se déposent ou précipitent dans un milieu de sédimentation.

Les milieux de sédimentation

Un milieu de sédimentation est une unité géomorphologique de taille et de forme déterminée dans laquelle un ensemble de facteurs physiques, chimiques et biologiques constants forment un dépôt caractéristique.

• La grande majorité de ces milieux est aquatique.

• Les milieux continentaux

La surface des continents est soumise à des processus physiques et bioclimatiques modifiant la structure et la nature des roches. Les particules produites sont soumises à l’action des glaciers, des vents de désert, des fleuves et des lacs.

Attention

Cette sédimentation est en réalité transitoire car elle intervient sur le trajet qui transporte les sédiments vers la mer. Les dépôts correspondants sont donc négligeables par rapport à ceux des sédiments marins.

Cependant, les dépôts continentaux représentent des témoins d’évènements qui permettent de mieux comprendre l’histoire de la Terre.

On distinguera :

• les milieux aériens tels que les sols, les vallées torrentielles avec des alluvions, les piedmonts, les milieux glaciaires ;
• les milieux aquatiques regroupant les plaines alluviales comme les grandes rivières permanentes, les lacs et les marécages.

Définition

Alluvion :

Un alluvion est un dépôt argileux ou sableux émergé laissé par l’eau suite à des sédimentations successives.

Définition

Piedmont :

Le piedmont est une plaine alluviale glaciaire formée au pied d’un massif montagneux.

• Les milieux marins

Les sédiments se déposent dans la mer ou dans les fonds océaniques, transportés par l’action des fleuves, des glaciers ou du vent. La taille des particules détritiques ainsi que la vitesse de l’eau ont un impact sur le transport et le dépôt. De même, les courants de marée et de turbidité peuvent venir troubler la sédimentation.

Définition

Turbidité :

La turbidité désigne la teneur d'une eau en particules suspendues qui la troublent.

On distinguera :

• la sédimentation littorale avec les plages et les plateformes littorales pour laquelle le sable est encore grossier avec parfois des petits cailloux, au voisinage de la partie littorale ;
• la sédimentation océanique dans les bassins et les fosses océaniques pour laquelle les sédiments détritiques fins ajoutés aux particules fines tombant en surface donnent des dépôts de boues ;
• la sédimentation abyssale qui consiste en la production de particules minérales ou biologiques déposées en grande partie sur les fonds océaniques ou les talus sous-marins par les courants de turbidité.

Les milieux marins sont compris entre les lignes de marée basse et les plus grandes profondeurs océaniques.

• Les milieux intermédiaires

Ils sont situés aux limites des milieux marins et continentaux. Ils présentent des caractères mixtes. On les appelle aussi milieux de transition. Ce sont des milieux de delta, de lagune, ou encore d’estuaire.

Les sédiments et les roches sédimentaires

Qu’est-ce qu’un sédiment ?

La sédimentation consiste en un dépôt en strates successives, par gravité, de sédiments. Les facteurs à l’origine de ce processus sont variés.

Définition

Sédiments :

Les sédiments sont des éléments déposés par l’eau, le vent ou la glace et autres agents d’érosion, qui proviennent de l’usure des continents, donc de la destruction des roches ou des êtres vivants.

Cette destruction se fait par des processus physiques donnant lieu à une fragmentation de matériaux et à des réactions chimiques à l’origine de solutions de lessivage. Les éléments solides sont transportés sous l’effet de la gravité grâce à un fluide transporteur comme l’eau et la glace et sous l’effet des vents. Les éléments en solution sont transportés par l’eau.

Une part des produits de destruction peut s’accumuler quelque temps sur place, sans subir de transport et forme alors une couche d’altération ou une éluvion.

Définition

Altération :

L’altération des roches regroupe l’ensemble des modifications des propriétés physico-chimiques des roches, dues au climat, à la température de l’eau, à la nature des roches, ou encore à l’interaction entre les êtres vivants.

Éluvion :

L’éluvion désigne l’ensemble des fragments qui proviennent d’une roche désagrégée par l’érosion et qui n’ont pas été entraînés par un fluide transporteur.

Dans la plus grande partie des fonds océaniques, des sédiments couvrent la roche existante. On classe les sédiments en deux catégories selon leur origine.

• Les sédiments terrigènes dont l’origine sont les terres émergées et qui sont amenés à la mer par le ruissellement, les fleuves, le vent. Ce sont par exemple les galets, les graviers, les sables, les argiles et la vase.
• Les sédiments organogènes formés par des débris d’organismes. On peut citer parmi eux les algues calcifiées, les coquilles de mollusques, ou même les débris de coraux.

Attention

Il existe également les sédiments hydrogènes formés par précipitation dans l’eau à partir de substances dissoutes.

Au cours du temps, les sédiments s’accumulent et se superposent, entraînant ainsi une perte d’eau : d’une consistance meuble, ces sédiments sont peu à peu transformés en une roche sédimentaire cohérente et compacte.

Les roches sédimentaires

Ces sédiments s’entassent couche après couche avec le temps et peuvent rester séparés ou subir une cimentation. Dans un cas comme dans l’autre, des roches sédimentaires naissent.

• Classement des roches sédimentaires selon leur origine

On peut classer les roches sédimentaires selon leur origine.

• Les roches détritiques sont des roches sédimentaires composées à plus de $50\,\%$ de débris. On parle de roche détritique terrigène si ces débris proviennent d’autres roches, et de roche biodétritique si ces débris sont par exemple des squelettes d’organismes vivants.

Parmi ces roches, on trouvera :

• les rudites dont le diamètre des particules la composant excède $2\,\text{mm}$. Elles peuvent être meubles (graviers, cailloux, blocs) ou consolidées (brèches ou poudingues).
• les arénites qui sont des grains ou des minéraux de $50\,\mu\text{m}$ à $2\,\text{mm}$. Là encore on trouve des roches meubles (comme les sables de quartz, de feldspath, de calcite…) ou des roches consolidées (les grès qu’ils soient grossiers, sombres, mixtes, micacés).
• Les pélites ou lutites qui sont des roches essentiellement siliceuses, avec des grains plus petits que $50\,\mu\text{m}$ (les minéraux sont surtout des argiles, des micas, des quartz, de la calcite).
• Les roches chimiques proviennent de la précipitation des corps dissous dans l’eau. On distinguera parmi elles le sel gemme, la potasse, les tufs calcaires et les silex.
• Les roches biochimiques sont issues de l’activité synthétique des organismes, tels les charbons, les travertins.

Attention

De nombreuses roches peuvent être d’origine mixte. Par exemple, une accumulation de coquilles peut être considérée comme d’origine biochimique puisque ce sont les animaux qui ont sécrété leur coquille mais également d’origine détritique si les coquilles sont cassées.

• Classement des roches sédimentaires selon leur composition chimique

Si on classe les roches sédimentaires d'après leur composition chimique, on distingue :

• les roches argileuses, constituées d’argile (les plus abondantes à la surface de la lithosphère) ;
• les roches siliceuses, formées principalement de silice ;
• les roches carbonatées constituées de calcite, de dolomite et d’autres minéraux ;
• les roches phosphatées dans lesquelles on trouve des phosphates hexagonaux sous forme d’excréments minéralisés, de fragments d’os et de dents ;
• les roches carbonées constituées de carbone et d’hydrocarbures ;
• les roches salines en sels minéraux ;
• et les roches ferrifères constituées d’oxydes et d’hydroxydes de fer.

Les sédiments, généralement meubles, sont finalement transformés en roches consolidées. On appelle cela la lithification.

Définition

Lithification :

La lithification est un processus de compactage et de cimentation qui convertit les sédiments en roches sédimentaires dures.

Ce processus de sédimentation impacte nécessairement la croûte terrestre et sa composition.

La sédimentation et la croûte terrestre

La lithosphère est l’enveloppe rigide de la surface de la Terre. Elle est composée, sur la partie supérieure, de la croûte océanique et de la croûte continentale. Voyons comment la sédimentation impacte chacune de ces croûtes.

La croûte océanique

La croûte océanique correspond à la partie de la croûte terrestre qui forme les océans. La couche la plus externe est formée de sédiments. Son épaisseur varie fortement, selon le type de relief sous-marin : elle est presque absente au niveau des dorsales alors qu’elle peut atteindre des milliers de mètres sur les bordures continentales.

La croûte continentale

Si l’érosion diminue l’épaisseur de la croûte continentale, les sédiments au contraire lui redonnent du relief. On retrouve des sédiments sur la couche superficielle qui a une épaisseur variable allant jusqu’à plusieurs milliers de mètres dans les grands bassins sédimentaires.