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Introduction : sédiments, roches sédimentaires et bassins sédimentaires A - Les sédiments et roches détritiques

B - Les sédiments et roches carbonatées C - Les évaporites D - Les sédiments et roches siliceuses E - Les phosphorites F - Les roches ferrifères G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...)

Plan général

Les sédiments détritiques

(silicoclastiquesterrigènes)

Les sédiments volcano-clastiques

Les sédiments biogéniques,

biochimiques et organiques

Carbonates,

roches biosiliceuses, phosphates,

pétroles, charbons

Evaporites, roches

ferrugineuses

Les sédiments chimiques

Conglomérats, sables, grès, siltites argilites

Tufs,

cinérites, bentonites,

hyaloclastites, coulées : Altération

Resédimentation

Diversité des sédiments et roches sédimentaires

B - Les sédiments et roches carbonatées

= roches biogéniques et biochimiques (chimiques)

1 – Genèse, minéralogie et constituants des carbonates 1.1 – Les phases minérales constitutives des carbonates 1.2 – Les principaux constituants - Ciments et matrice - Allochems biologiques - Allochems non organiques 2 – Les classifications utilisées 2.1 – Classification de Folk 2.2 – Classification de Dunham (complété par Embry-Klovan et Tsien) 3 – Les environnements/paléoenvironnemnents carbonatés et leur évolution 3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs) 3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond) 3.3 – Evolution au cours de la diagenèse

Les roches carbonatées peuvent être classées

1. en fonction de leur composition chimique ou

minéralogique

2. de propriétés physiques (ex: porosité)

3. en fonction de leur texture, matrice ou ciment et

grains

= paramètres accessibles sur échantillon

macroscopique ou en lame mince

Précipitation des carbonates dans l’eau de mer

Les polymorphes des carbonates

Système rhomboédrique Système orthorhombique

Système hexagonal Système monoclinique

1.1 – Les phases minérales constitutives des carbonates → boues carbonatées → ciments (roches carbonatées et clastiques) → coquilles des organismes CO3

-2 = C entouré de 3 O dans une organisation triangulaire.

Calcite Aragonite Dolomite

Calcite CaCO3

Sidérite FeCO3

Cérusite PbCO3

Système trigonal -rhomboédrique

Système orthorhombique

Dolomite CaMg(CO3)2

Aragonite CaCO3

Rhodochrosite MnCO3

Strontianite SrCO3

Magnésite MgCO3

Groupe de la calcite

Ankérite CaFe(CO3)2

Groupe de l’aragonite

Groupe des carbonates hydratés (OH)

Malachite Cu2CO3(OH)2

Azurite Cu3(CO3)2(OH)2

Système monoclinique

Les minéraux des carbonates

Précipitation des carbonates

Nucléation des polymorphes calcite et aragonite:

Ca2++ CO32- CaCO3 solide

Le sens de la réaction dépend de la concentration (Qs) dans la solution Le solide est formé lorsque le produit de solubilité (Ks) est dépassé

Facteurs favorisant la précipitation

Facteurs favorisant la dissolution

Augmentation de la photosynthèse

Augmentation pCO2 atm

Augmentation de la T°C

Oxydation MO

Augmentation de la salinité

Augmentation de la P

Augmentation du pH

Ω : degré de saturation Ω = Qs/Ks Ω<1 : solution sous-saturée Ω>1 : solution sur-saturée

Précipitation des carbonates

Mg/Ca fort: Aragonite Mg/Ca faible: Calcite

Evolution globale de l’océan au cours du temps

Plate-forme carbonatée actuelle: Les Bahamas

Phénomène de blanchiment des eaux (whitings) = précipitation directe d’aragonite

Précipitation de la dolomite La réaction:

CaCO3 + Mg2++ CO32- CaMg(CO3)2 La dolomitisation est contrôlée par le rapport Mg2+/Ca2+ du milieu

• Dolomie de précipitation : protodolomites (en présence d’évaporites) • Dolomie de remplacement (secondaire)

Exemple de dolomite et évaporite dans un dépôt de sabkha

Calcite en lame mince Dolomite en lame mince et MEB

1.2 - PRINCIPAUX CONSTITUANTS Grains ou allochems ou éléments figurés Matrice – Ciment - Porosité

La MATRICE = boue microcristalline existant au moment du dépôt = MICRITE Durant la diagenèse, la micrite peut recristalliser ("néomorphisme") = augmentation de la taille des cristaux = MICROSPARITE ou du PSEUDOSPARITE

MICRITE < 4 µm

MICROSPARITE 4-10 µm

PSEUDOSPARITE 10-50 µm

Le CIMENT: la calcite ou l'aragonite qui précipite entre les grains

Le CIMENT: la calcite ou l'aragonite qui précipite entre les grains

Exemple de ciments marins (Purser, 1973)

La POROSITE: Vide entre les grains et parfois emplie d'eau, d'air,

d'hydrocarbures

Temps LES GRAINS OU ELEMENTS FIGURES D'ORIGINE BIOLOGIQUE

Diversité d’un sable coquiller

Exemple de bioclaste

ECHINODERMES

Fixés: Pelmatozoaires Crinoïdes Blastoïdes Cystoïdes Mobiles: Eleuthérozoaires Echinides Stelleroïdes (peu calcifiés) Holothuroïdes (partiellement calcifiés)

Les crinoïdes (Lys de mer)

Macroscopiquement

En lame mince (monocristallin)

BRYOZOAIRES: Organismes coloniaux: branchus, encroûtants, érigés; milieu

calme, sous la zone d'action des vagues. "Ubiquistes" ou pionniers.

BRACHIOPODES (Lophophoriens): symétrie bilatérale (valves ventrale et

dorsale).

COELENTERES: Organismes constructeurs: Rugueux et tabulés au Paléozoïque et hexactinellidae (Mésozoïque et Cénozoïque)

ARTHROPODES: Muraille à prismes soudés: "extinction roulante" Exemple: Trilobites et Ostracodes

MOLLUSQUES Bivalves Gastéropodes Céphalopodes

EPONGES: Les spicules seules sont conservées + quelquefois le vide laissé par la disparition des tissus mous (ex stromatactis)

LES FORAMINIFERES Protozoaires protégés par une thèque (grande variété de formes, de tailles et de types de murailles) Les formes benthiques vivent sur la plate-forme les formes planctoniques se répartissent partout

LES ALGUES Non calcifiées et calcifiées. Suivant la nature du pigment, l'écologie et la bathymétrie sont variables.

Rhodophycées

Chlorophycées

LES CYANOPHYCEES et TAPIS ALGUAIRES (Stromatolithes)

LES GRAINS OU ELEMENTS FIGURES D'ORIGINE NON-BIOLOGIQUE

Oolithes

Oolithes

Lumps-Peloïdes-Mud Coated Grains Agrégats/grapestone/lumps: agglutination de grains: lithification synsédimentaire en milieu calme et peu profond. Peloïdes: boules de micrite à morphologie plus ou moins régulière, pas de structure interne. Origine: pellets fécaux, micritisation d'autres grains, fragments de tapis algaires... Milieux peu profonds, souvent protégés. Mud coated grains: micritisation de fragments de coquille; milieu très calme (rivage).

Pellets

Oncoïdes: cortex d'origine algaire ou microbienne, morphologie externe irrégulière, concavités; milieu marin ou fluviatile peu profond, agitation intermittente.

Intraclastes

2 – Les classifications utilisées 2.1 – Classification de Folk : descriptive 2.2 – Classification de Dunham (complété par Embry-Klovan et Tsien) : dynamisme du milieu et texture

Avantage de la classification de Folk: Aspect descriptif et notion d’écologie

Avantage de la classification de Dunham: Caractérisation de l’énergie de dépôt

Classification de Folk

- les "allochems" (grains, corpuscules, éléments figurés) - les intraclastes: sédiments remaniés - les pellets: grains ovoïdes de micrite de taille

inframillimétrique - les oolithes - les fossiles, bioclastes et grains squelettiques; - la matrice (micrite) - le ciment (sparite) Les appelations obtenues par combinaison d'un préfixe (intra-,

pel-, oo-, bio-) et d'un suffixe (-micrite ou -sparite) peuvent être complétées par l'adjonction du terme "rudite" pour les grains dont la taille est supérieure à 4 mm (exemple: "biosparrudite")

Biomicrite à nombreux fragments de brachiopodes

Biosparite à algues calcaires (dasycladales)

Classification de Dunham complétée par Embry & Klovan et Tsien

Cette classification est basée sur la texture de la roche le type de liaison entre les grains (jointif ou non-jointif) la proportion de grains (inférieure ou supérieure à 10%) la taille des grains Les différents termes de la classification sont ensuite combinés

avec les noms des types de grains les plus abondants

Avec matrice micritique:

Mudstone (micrite) Wakestone à entroques (Biomicrite à entroques)

Packstone à bioclastes et pellets (biopelmicrite)

Avec ciment sparitique:

Grainstone à entroques

boundstones: éléments liés dès le dépôt:

framestone: organismes édifiant une charpente rigide bindstone: organismes stabilisant le substrat par encroûtement bafflestone: organismes érigés piégeant le sédiment en suspension

contenant plus de 10% d'éléments > 2 mm: floatstone: texture non jointive rudstone: texture jointive

Synthèse classification de Dunham

Roches mixtes terrigènes/carbonates

3 – Les environnements/paléoenvironnemnents carbonatés et leur évolution 3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs) 3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond) 3.3 – Evolution au cours de la diagenèse

Peu de sédiments carbonatés: dépôts lacustres, fluviatiles,

glaciaires (moraines,...), désertiques, karstiques, grottes Spéléothèmes

3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs)

Spéléothèmes (grotte de Dargilan, Lozère)

Les échanges chimiques classiques conduisant à la précipitation de calcite des spéléothèmes

Fossilisation de plante dans un travertin (Sezame, B. Paris)

Cascade des tufs à Baume les Messieurs (Jura)

Piscines calcaires naturelles (Pamukkale Turquie)

Tufs et travertins

Milieux lacustres

Calcaire à microcodium (concrétions d'origine bactérienne formées en milieu

palustre ou lacustre)

• précipitations inorganiques (dépend rapport Mg/Ca)

• carbonates algo-microbiens et biocorrosion

• accumulations coquillières

Caliche et calcrète précipitations carbonates dans les paléosols (indice d’émersion)

Exemple de manchons racinaires carbonatés dans un paléosol tertiaire (Esclangon)

3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond)

oncolithes oolithes rudstones

Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées

Barrière récifale Tontouta, Nouvelle-Calédonie

Exemple de Plate-forme barrée : la grande barrière australienne

Répartition des faciès sur la plate-forme des Bahamas

Cuba- Bahamas

Domaine de plate-forme: Cuba-Bahamas

Cas des plate-formes internes annulaires: les atolls (exemple des Maldives)

Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées

PLATE-FORME AVEC BARRIERE RAMPE

rupture de pente pas de rupture de pente

présence d'une barrière continue pas de barrière continue

énergie forte près de la barrière, diminue vers le rivage

énergie forte près du rivage, formation de bancs ("shoals")

barrière=surtout framestones bioconstructions=surtout bafflestones, bindstones

turbidites, blocs exotiques provenant de la barrière

peu de turbidites, pas d'olistolithes, tempestites

sédiments lagunaires de grande extension géographique

sédiments lagunaires peu étendus.

Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées

Niveaux photiques et chimie des eaux

Lithothamnium

Halimeda

Répartition des assemblages "foramol" et "chlorozoan" dans l'océan mondial

Influence de la température des eaux

Domaine océanique profond : apport des campagnes océanographiques

Boue carbonatée à foraminifères

Boue à nannofossiles

Exemple de la craie: accumulation de coccolithophoridés (algues planctoniques flagellées)

10 µm

Niveau de compensation des carbonates (CCD)

Niveau de compensation des carbonates (CCD)

Niveau de compensation des carbonates (CCD)

Répartition actuelle des sédiments carbonatés océaniques

3.3 – Evolution au cours de la diagenèse

Etude (chronologie) des différents ciments: • Microscope optique • Cathodoluminescence

Evolution de la porosité: Transformations aragonite – calcite Transformation calcite – dolomite Transformation dolomite - calcite