C5 - Sédimentologie et stratigraphie

Définition Sédiment

Dépôts de matières clastiqques et de précipitations chimiques et biologiques à l'interface de la lithosphère, de la cryosphère, de hydrosphère, de l'atmosphère et de la biosphère

-          clastiques (ou détritiques): issu de la désagrégation mécanique des roches (ex: argiles, sable, gravier) -> déposé dans bassin (transporté comme particules par fleuves, vent, glaciers

-          biogènes : reste d'organimes vivants (ex: Carbonate)

-          chimiques: par précipition direct de minéraux dissous dans l'eau (ex: gypse, sel)

Sédimentologie

description et interprétation scientifiques des sédiments et roches sédimentaire

Stratigraphie

étude des successions sédiments roches (paléontologie, pétrogrtaphie, géophysique/chimique)

Cycle des roches

1. Formation de roches ignées (par refroidissement et solidification du magma) à en profondeur = roche plutonique, en surface= roches volcanique

2. Altération, érosion et sédimentation → en surface= désagrégé par vent eau glace → fragmens produit(sédiments) = transportés puis déposés dans des bassins (mers,lacs...)

3. Formation des roches sédimentaires → Les sédiments s’accumulent en couches, puis sont compactés et cimentés au cours du temps → roches sédimentaires (ex. : grès, calcaire, argilite).

4. Métamorphisme → Sous l’effet de la chaleur et de la pression à l’intérieur de la croûte terrestre, les roches existantes (ignées ou sédimentaires) se transforment sans fondre → roches métamorphiques (ex. : schiste, gneiss, marbre).

5. Fusion et retour au magma → Si la température et la pression deviennent trop élevées, les roches fondent à nouveau → formation de magma, et le cycle recommence.

Roches sédimentaires

Altération chimique vs érosion physique

Petits fragments voyagent beaucoup à + ils voyagent + ils sont petits à érosion

relief à érosion/altération à transport à dépot sédimentaires (ralentissement pente/fleuve) à lithification

Érosion glaciaire

fracturation de la roche sous contrainte de la glace, abrasion du sous-sol à  striation et polissage (abrasion mécanique de la roche provoque limon) à  sédiments incorporés dans la glace à érosion fluvio-glaciaire par les eaux des torrents sous-glaciaires

Capacité érosive glacier proportionnelle à la contrainte de cisaillement basale et à la vitesse de glissement basal: cf image

tb dépend de la masse du glacier (épaissaur et pente) et vb croit avec la vitesse totale du flux -> + un glacier et épais pentu et rapide + il érode

Sédiments péri-glaciaires

Moraine : un amas de débris rocheux, érodé et transporté par un glacier ou par une nappe de glace

Impact antrhopique sur l’érosion glaciaire

Transport fluvial

En hauteur → Erosion (rivière érode lit de la rivière)

Transport →  pente moins forte → rivière n'érode plus mais transporte les séidments érodé + haut

Dépôt → pente très faible → plus de transport = dépots sédimentaire

Delta = zone d'interface (dépots au fond de bassin sédimentaire (lac ou océan)

Écoulement laminaire

molécules d'eau se déplacent en lignes droites et parallèles dans le sens du courant à eaux très lentes et peu profonde (gros fleuve), également écoulement de fluide très visqueux (glace ou coulées de boue avec peu d'eau)

→ rare dans la nature

Écoulement turbulent

mouvement complexe des molécules d'eau, se déplacent dans toues les directions à  mélange intense des flux à maintient les sédiments en suspension

Types de sédiments transport fluvial

Impact anthropique sur le transport sédimentaire

Mine, barrage, etc.

Augmentation de production de sédiment mais - de dépôt à  + de précipitation, minage, construction etc. = + de sédiments mais à côté, btp utilise des sédiments + barrage qui empêche le transport

Molasse subalpine

Lié à la formation des alpes

Ensemble de roche sédimentaire détritique et post-orogénique s’accumulant dans un bassin d’avant pays

Bassin molassique

dépôt de molasse

Transport éolien

Vent provoque force de cisaillement sur sable/roche (cause des dunes aussi)

Poussière du Sahara en Europe grâce aux vents

Deltas

Morphologie deltas dépend des processus sédimentaires dominant

-          dynamique fluviale à très forte sédimentation

-          Effets de vagues et de la houle à  transport de sédiment le long de la côte

-          Effet de marée à tidal flats et barres sableuses rectilignes (ex. Gange)

Deltas constructifs deviennent déstructifs (morphologie des deltas change au cours du temps)

Estran

zone cotière peu profonde, exp: mont st michel → immergé ou émergé

Environnement côtiers

Facteurs de distribution sédimentaire dominants

Court terme: tempêtes (80%), marées (17%), courants (3%)

Long terme: variations du niveau marins

Augmentation niveau marin + + de tempête -> érosion accéléré des côtes ->ingénieuries trop cher pour gérer

Talus continental (sous l’eau)

Matériel du deltas déstabilisé → transfère dans pleine abyssale (création de canyons, deltas sous marins pour faire le transfère) → sorte d'avalanche sous-marine 

Évaporite

Sédiment chimique

Milieu de dépôt : sebkha, bassins semi-fermés (restreints)

→ marée salans (bilan hydrique négatif) à évaporation prédomine, dans milieux peu profonds

EXP: sal, gypse, anhydrite, dolomite

La séquence de précipitation des évaporites suit un ordre défini, controlé par la solubilité décroissante des sels dissous dans l'eau de mer à mesure que l'évaporation progresse.
→  archive de la composition chimique de l'eau de mer

Carbonate

Sédiment biochimique

Milieu de dépôt : lagons, plateformes carbonatées (2), récifs, plateau continental (sub)tropical, environnements pélagiques

à entre 25 et 29°C (18 à ralentissement de croissance coraux et 30-31à blanchiment du au stresse thermique à expulsions algue)

Algue photosynthétique (zooxanthelles) à  besoin de lumière (env. faible en nutriments à  eaux claires) et peu profond

Coraux => créent carbonate par érosion

Oursins + étoile de mer érode les récifs coralliens

Sédiment silicieux

Zones d’upwelling, océans polaires, environnements pélagiques

Sédiments riches en matière organique

zones d’upwelling, bassins semi-fermés

Sédiments riches en fer et manganèse

mer profonde, systèmes hydrothermaux

Bassins sédimentaires pélagiques

Chaine de montagne sous-marine

Sédiments siliceux, et carbonaté (biogènes -> coraux) -> en profondeur

Localisation diff sédiment dépend du phytoplancton

 

CDD (seuil de compensation des carbonates, ou profondeur de compensation des carbonates)

Correspond à la profondeur à laquelle la vitesse de dissolution des carbonates est égale à leur vitesse d’accumulation.

En dessous de cette profondeur, les carbonates se dissolvent plus vite qu’ils ne se déposent, donc aucun sédiment calcaire ne s’accumule.

Algue unicellulaire calcitique

peuvent provoquer falaise de sédiments

Zone riche en nutriments

là où c'est + froid je crois à radiolaires (zooplancton siliceux), diatomées (phytoplancton silicieux)

Sédiments biochimiques riches en Corg (matière organique)

1. Stratification permanente de la colonne d’eau :Mer noire -> bassin presque fermé -> empêche brassage des eaux

2. Forte productivité biologique en surface (apport nutritif fluviaux)

3. préservation matière organique : elle coule à réaction inverse de la photosynthèse à atteint la zone anoxique (pas de décomposition possible) à  dégradation minimal, matière organique se conserve, sédiment presque intact

Avant océan contenait peu d'oxygène à formation de sapropèles ou mudstones noires riches en carbone, les sulfates sont réduits en sulfur (couleur noire de la pyrite)

Évenements anoxiques globaux (OAEs)

→  épisodes où formation des sédiments riches en matipre organique favorisés

-          durée limité

-          perturbation à grande échelle du cycle du carbone

-          associés à période de rééchauffement + volcanisme

Sédiments biochim roches en Fe et Mn

Nodule métallique (structure concentrique) jonche le fond marin (fine couche successives d'oxydes autour d'un noyau à fragment de roche, dent de requin, microfossile)

Formation: processus très très long (qlq mm par million d'années -> in situ)

Précipitation hydrogénique

Mécanisme qui contribuent à la croissance de nodules

Les métaux dissous (Mn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺…) précipitent directement à partir de l’eau de mer, sous forme d’oxydes. Ce processus domine dans les zones très pauvres en sédiments, où l’eau de mer reste longtemps en contact avec le fond (comme dans le Pacifique central).

Précipitation diagenétique

Mécanisme qui contribuent à la croissance de nodules

Les métaux proviennent ici des sédiments sous-jacents : ils sont libérés par la dégradation de la matière organique et remontent vers la surface des sédiments où ils s’oxydent. Ce processus produit des nodules plus riches en nickel et cuivre.

Diagenèse/lithification

Déposition à compaction (+ pression) à  précipitation de ciment carbonaté (différent de la matrice ! voir comme une colle) à  roche sédimentaire