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SABARY OMER NDZANGOU
LE ROLE DES BRYOZOAIRES DANS LA BIOCONSTRUCTLON: FORMATION
DE DESCKAMBAULT, PLATEFORME ORDOVICIENNE DU SAINT-LAURENT,
SUD DU QUÉBEC
Mémoire
présenté
a la Faculté des études supérieures
de l'université Lavai
pour l'obtention
du grade de maître ès sciences (M.Sc.)
Departement de géologie et de Génie géologique
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
IJMVERSd LAVAL
O Sabary Orner Ndzangou, 1997
National Library ($1 of Canada Bibliothèque nationale du Canada
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Résumé
La Formation de Deschambault est l'unité médiane du Groupe de Trenton de la plate-fome ordovicienne du Saint-Laurent du Sud du Québec. Ce groupe a déjà fait l'objet de plusieurs travaux qui ont permis d'établir un cadre stratigraphique et de déterminer un milieu de dépôt générai pour ces séquences. L'objectif de cette étude est de comprendre le rôle joue par les bryozoaires dans la Formation de Deschambault, en particulier dans l'édification de deux biohemes a la rivière Montmorency a ce, à partir d'une approche sédknentologique. Une analyse diagénétique incluant des analyses géochimiques du carbone et de l'oxygène a également été réalisée sur certaines générations de ciments afin de vérifier si la cimentation marine précoce a contribué à la stabilisation physique de ces dépôts. L'analyse des faciès du Deschambault révèle qu'ils se sont déposés dans un milieu relativement peu profond. Le Deschambault se divise en deux lithologies bien distinctes, visibles à Saint-Marc et à Neuvilie. La partie inférieure contenant jusqu'à 25% de boue représente un milieu de faible énergie. Dans la partie supérieure, la quasi-absence de boue, l'abondance des textures grainstone, ainsi que la présence de structures sédimentaires (iaminae paralieles et obliques) suggèrent un milieu de dépôt plus énergétique. Dans cette formation, les bxyozoaires ont principalement joué le rôle de bioaccumulateurs avec les crinoïdes. À certains endroits, notamment à la rivière Montmorency, les bryozoaires ont également participé à la construction de deux biohemes, en concert avec des microbes. De l'analyse diagénétique, il ressort que la suite de ciments établie pour les coupes de Saint-Max et de Neuville semble caractéristique d'une succession passant du milieu marin au milieu d'enfouissement. La succession de Montmorency serait quant à elle le résultat d'une alternance possible entre une diagenèse météorique en milieu phréatique et une diagenèse marine. La cimentation précoce a donc contribué à la stabilisation sédimentaire des faciès du Deschambault. Son rôle a cependant été moins important dans la bioconstruction des biohermes. Les variations locales et régionales des faciès du Deschambault sont interprétées comme étant le résultat d'une action combinée entre une tectonique active reliée à l'orogénie taconieme et des fluctuations eustatiques du niveau marin.
REMERCIEMENTS
Ce travail est dédié a la mémoire de ma soeur Annie-Flore Bingouma décédée en mai 1997.
Au tenne de ce travail, j'airnerais adresser mes sincères remerciements à tous ceux et celles
qui, de près ou de loin, ont contibué a sa réalisation. M a gratitude va particulièrement à
Sendroit des personnes suivantes:
- Monsieur Pierre-André Bourque pour avoir dirigé ce mémoire et pour ses précieux conseils
et ses critiques qui m'ont été d'une aide incommensurable. Qu'il trouve ici l'expression de mes
sincères remerciement S.
- Mon wdirecteur de mémoire, monsieur Denis Lavoie pour sa disponibilité, sa sollicitude et
ses critiques qui ont permis d'améliorer la qualité de ce mémoire. Je lui exprime ma profonde
gratitude.
- Madame Marthe Savard, pour avoir accepté de corriger ce mémoire.
Les travaux de recherche ayant conduit à ce mémoire ont été réalisés grâce au support
financier du CRSNG (subvention de recherche à P.-A Bourque) et de la commission
géologique du Canada (budget d'opération de D. Lavoie).
Enfin, ma pensée reco~aissante s'adresse à toute ma famille, surtout à ma mère Marianne
Misséré, qui s'est toujours contentée de peu pour me permettre de poursuivre mes études. Je la
prie de trouver ici l'expression de ma profonde gratitude.
TABLE DES MATIÈRES oooooomooo~œoo~mœ~o~œ~ooooooo~~ooo~oooooo~ooœooeooœomomeoooomoooomo~~~~eoooomommomooooo~oo~om~eoommooooooomo~oeoœo~œooOoo~ooo~m~ooooooo
Page ..... .....................*...*........*......*.........*.*....*....................*...........* ...... Remerciements .. ,. i
. .. Table des maberes ..................................................................................... II
Liste des figures et des tableaux ........................................................................................ v
CHAPITkE 1: INTRODUCTION GÉNÉRALE
..................................................................................................................... 1. O Sommaire 2
.................................................................... ..... ............. 1- 1 Géologie régionale .... .. 3 * - .............................................................................................................. 1. 2 Problematique 5
................................................................................................................... 1. 3 Objectifs 6
.............................................................................................................. 1. 4 Méthodologie 6
CHAPITRE II= STRATIGRAPEIE DU GROUPE DE TRENTON
II. 1 Aperçu général .......................................................................................................... 9 . * .................................................................. ............. II. 2 Dexnption des formations ... 1 1
....................................................................................... II. 2. 1 Formation de Pont-Rouge 1 1
II- 2. 2 Formation de Descharnbault .................................................................................... 13
.................................................................... ............ II, 2. 3 Formation de Neuvilie ..,. 15 *
C t ........ II. 3 Eléments d'interpretation .... ..................................................................... 16
III. 1 Description des microfaciès et interprétation ............................................................... 21 . . Microfacies 1 : Grainstone à algues ..................................................................... 2 1
Microfaciès 2: Wackestone-packstone à bioclastes et intraclastes.. ......................... 3 1
....... Microfaciès 3 : Grainstone à bioclastes et intraclastes .... ....... .......................... 32
Microfaciès 4: Wackestone-mudstone bioremanié ........... .,., .......................................... 33
......-...... ..................................... Microfaciès 5: Boundstone à bryozoaires et microbes ... 34
N . 1 Les successions de ciments ........................................................................................ 37
IV . 1 . 1 Succession de St-Marc et Neuville ........................................................................ 37
Phase CI .......................... ,. ....... .,. ...................................................... 37
Phase c2 ....................... ............................ ............................................................ 37
Phase C3 ......................................... ,, ....... 39
Phase C4 .................. ., .......................................................................................... 39
Phase CS ................................................................................................................. 39
IV . 1 . 2 Succession de Montmorency ................................................................................ 39
................................................................................................................ Phase MO 39
P e Ml ................................................................................................................ 39
Phase M.. .................... ... ................................................................................. 41
Phase LM~ ................................................................................................................ 41
PhaseM4 ............................................................................................................... 41
Phase M5 .................... ,., ..................................................................................... 41
. Phase M6 ........................................................................................................ 41
IV . 2 Autres déments de diagenèse .................................................................................... 41 . . Hematite ................................................................................................................. 41
.............................................................................. Silice ............... ,,,.....,,,...,, 4 2
Stylolites .......... ...... .............................................................................................. 42
Fracturation et dissolution .............................. .. ................................................... 42
IV . 3 Chronologie des événements diagénétiques ............. .. ............................................ 43
IV . 4 Résultats des analyses isotopiques et interprétations .................................................. 46
N . 4 . 1 Coupes de St-Marc et Newille ........................ .......... ............................................ 46
IV . 4 . 2 Coupes de Montmorency ...................................................................................... 50
CHAPITRE V: DISCUSSION ET CONCLUSIONS
................................................................................................ . V 1 Rôle des bryozoaires 54
.................................................................................... V . 2 Rôle de la cimentation précoce 55
V . 3 Milieu tropical ou tempéré ? ................... ... ............................................................ 55
V . 4 Analogue moderne ...................................................................................................... 56
V . 5 Conclusions- ............................................................................................................... 57
LISTE DES FIGURES ET DES TABLEAUX
....o........ .-I.-..-....~.-I....L....*...................*............*.........*......*........*.-...-...-.-...--......
Figure 1: localisation des coupes étudiées sur la plate-forme du Saint-Laurent dans la région
de Québec. ..........................................................................................-.-....-............. 4
Figure 2: stratigraphie du Groupe de Trenton, plate-forme ordovicienne du Saint-
Laurent, sud du Québec ........................................................................................... I O
Figure 3: contact entre les formations de Deschambault et de Neuviiie. A- photographie de
terrain montrant les strates du Neuville qui surmontent en «onlap» le Deschambault.
B- schéma illustrant la relation d'«onlap» entre les deux formations. C- surface riche
...... en céphalopodes correspondant au sommet de la Formation de Deschambault. 14
Figure 4: stratigraphie et corrélation des coupes étudiées. ................................................... 19
Figure 5: pétrographie et microfaciès du Deschambault à la coupe de la c h è r e Calco a St- . . Marc-des-Carneres.. ...... ,. ................................................................................... 24
Figure 6: pétrographie et microfaciès du Deschambault a la coupe de la carrière de
Neuville .................................................................................................................. 25
Figure 7a: carte géologique et localisation des coupes étudiées a la rivière Montmorency.. 26
Figure 7b: pétrographie et microfaciès du Deschambault à la coupe C (Montmorency) ..... 27
Figure 7c: pétrographie et microfaciès du Descharnbault à la coupe D (Montmorency) .... 28
.. Figure 7d: pétrographie et microfaciès du Descharnbault a la coupe E (Montmorency).. 29
Figure 7e: pétrographie et microfaciès du Deschambault à la coupe F (Montmorency) .... 30
..................................................... Figure 8: succession des ciments de St-Marc et Neuvilie 38
Figure 9: succession des ciments de Montmorency ........ .. .............................................. 40
Figure 10: chronologie relative des p ~ c i p a w événements diagénétiques répertoriés dans les
coupes de St-Marc et de Newille ............................................................................ 44
Figure 1 1: chronologie des principaux événements diagénétiques répertoriés dans les coupes ... de la nviere Montmorency ........................................................................................ 45
Figure 12: tableau résumé des résultats isotopiques (PO et 613c) . A- coupes de St-Marc et de
Neuville . B- coupes de la rivière Montmorency ..................................................... 47
Figure 13 : valeurs isotopiques des différentes phases de cimentation et de la boue carbonatée.
coupes de St-Marc et de Neuville .............................................................................. 49
Figure 14: valeurs isotopiques des différentes phases de cimentation, coupes de la rivièie
........................................................................................................... Montmorency 51
Tableau 1: explication des différents symboles utilisés à la figure 4 .................................... 18
..................... Tableau 2: explication des symboles et abréviations utilisés aux figures 5 à 7 22
L O Sommaire
Les études qui traitent de la bioconstniction actuelle et passée portent le plus souvent
sur le rôle d'organismes robustes tels que les coraux ou les stromatopores, et moins souvent
sur celui d'un groupe pourtant abondant, les bryozoaires. Dans les milieux sedimentaires
modernes, les bioconstructions à bryozoaires se retrouvent principalement sous les latitudes
subtropicales (>30°), en eaux tempérées, comme, par exemple, sur la plate-forme
septentrionale de l'Australie, la où les coraux hemtypiques sont absents. Au milieu de
l'Ordovicien, la Plate-forme du Saint-Laurent occupait une position paléogéographique entre
15 et 20' sud. Les principaux bioconstructeurs étaient les bryozoaires dont les constmctions
sont particulièrement bien représentées dans la Formation de Deschambault. Cette dernière
nous est donc apparue comme un bon choix pour traiter du rôle des bryozoaires dans la
bioconstniction.
Les objectifs de notre recherche étaient de définir les divers types de bioconstructions à
bryozoaires dans la Formation de Deschambault, de cerner les facteurs qui ont contrôlé la
bioconstruction et d'établir des comparaisons avec les situations modernes, de façon a
proposer un ou des modèles qui puissent rendre compte de la genèse de tels faciès.
Pour atteindre ces objectifs, trois coupes de la région de Québec ont été levées en
détaii, incluant la Formation sous-jacente de Pont-Rouge et la base de la Formation sus-jacente
de Neuville. L'analyse de ces coupes s'est attachée à établir la géométrie et l'architecture
interne de la Formation de Deschambault, la distribution et la nature des divers corps
bioconstruits, et I'évolution séquentielle de chaque coupe, de façon à retracer les variations du
niveau marin et à évaluer leur influence sur la genèse des faciès. La structure des communautés
fossiles a été établie à partir des observations de terrain et de l'analyse des microfacies au
microscope. Le tout a été complété par une analyse diagénétique utilisant la
cathodoluminoscopie et la géochimie isotopique pour cerner le rôle de la diagenèse précoce
marine sur le développement des faciès.
L 1 Géologie régionale
La PIate-forme du Saint-Laurent se situe entre la bordure sud-est du Bouclier canadien
et la limite nordsuest des Appalaches (fig.1). Dans la région de Québec, on peut voir en
contact ces trois provinces géologiques. Les unités sédimentaires de la Plate-forme du Saint-
Laurent reposent en discordance sur les gneiss précambriens du Bouclier, alon que les roches
cambro-ordoviciennes, plissées et déformées des Appalaches ont été transportées par-dessus
les unités de la plate-forme par chevauchement et glissement de gravité, formant un important
couloir de déformation iimité par la ligne de Logan (fig.1). Les roches de la plate-forme sont
particulièrement bien visibles entre Québec et Montréal, mais on en retrouve également
quelques lambeaux a I'ile d'Anticosti, dans la Baie d'Hudson, dans la région du Saguenay-Lac-
St-Jean et dans la fosse de l'Ungava. Il convient ici de souligner que dans ce travail, nous
avons étudié uniquement les afneurernents situés entre Québec et Saint-Marc-des-Carrières.
La sédimentation carnbro-ordovicienne a laissée de 1000 à 3000 m de roches sur la
plate-forme du Saint-Laurent (Globensky, 1987). On y retrouve d'abord des roches
silicoclastiques d'eau peu profonde (Groupe de Potsdam) qui reposent sur un socle
précambrien. Ces dernières sont suivies par des séquences à carbonates d'eau relativement peu
profonde de l'ordovicien précoce à tardif (groupes de Beekmantown, de Chazy, de Black
River et de Trenton). Au-dessus de ces séquences à carbonates, on retrouve des dépôts
silicoclastiques de plate-forme externe profonde suivies de séquences de flysch syn-
orogéniques (groupes d'Utica, de Sainte-Rosalie et de Lorraine). Suivant I'orogénie
taconieme, les molasses du Groupe de Queenston (Ordovicien tardif) représentent les derniers
sédiments de l'ordovicien préservés sur la Plate-forme du Saint-Laurent.
Les roches de la plate-forme sont défonnées en un synclinal dont l'axe traverse la
fkontière Canada-USA à environ 50 km au sud de Montréal et le fleuve Saint-Laurent à
quelques kilomètres de la ville de Québec. Dans la région de Québec, ce pli plonge vers le sud-
ouest. Les autres éléments structuraux qui affectent ces roches sont de nombreuses failles
normales. On reconnaît deux séries de failles d'orientation NE-SW et SSE-NNW qui montrent
en général un pendage vers le sud-est.
Certaines observations de tenain telies que l'augmentation de l'épaisseur des unités vers le
sud-ouest, les relevés sismiques et les forages profonds indiquent que plusieurs de ces failles
étaient actives du Précambrien tardif a l'ordovicien tardif avec des d6pIacements majeurs
durant la sédimentation des groupes de Trenton et d'Utica @.E.LC.I.P, 1975; Mehrtens, 1979;
Globensky, 1987; Lavoie, 1992).
L 2 Problématique
La Formation de Deschambault du Groupe de Trenton au Sud du Québec est une unité
carbonatée dont l'assemblage faunique est dominé par les bryozoaires et les crinoïdes. Dans
cette formation, on retrouve de nombreuses évidences de bioaccumulation et quelques indices
de bioconstmction notamment au niveau de la rivière Montmorency où on observe deux
biohennes. A travers les temps géologiques, les organismes évoluent en ce qui à trait aux
espèces qu'on retrouve, à leur forme, ainsi qu'au rôle qu'ils tiennent dans leur environnement.
Aujourd'hui les principaux organismes constructeurs sont les coraux et les algues calcaires. À
l'ordovicien, le rôle de constructeur était joué par les coraux et les stromatopores. Or ces
organismes sont absents du Deschambault. Par ailleurs, sur les plates-formes modernes d'eau
tempérée, telle que la plate-forme sud-australienne, les principaux organismes
bioaccumulateurs sont les bryozoaires. En faisant cette étude, nous voulions savoir si, entre
autres, la Formation de Deschambault constituait un exemple ancien de ce qu'on observe
actuellement sur les plates-formes d'eau tempérée comme celle du sud de l'Australie tel que
suggéré par Lavoie (1995). Pour ce faire, nous avons entrepris une étude sédimentologique,
suivie d'une analyse diagénétique incluant des analyses géochimiques afin de vérifier si la
cimentation précoce a contribué à la stabilisation des bioaccumulations de la Formation de
Deschambault.
Au début, nous avons entrepris d'étudier trois sites, soit la carrière Calco à Saint-Mar+
des-Carrières, l'ancienne carrière de Neuville et les coupes au sommet de la chute de la rivière
Montmorency, espérant ces trois sites représentatifs de la Formation de Descharnbault. Au
cours de l'étude, nous nous sommes aperçu que les coupes levées à Saint-Marc et Neuville
présentent beaucoup de similitudes entre elles, mais qu'elles sont différentes de celles de la
rivière Montmorency. C'est pourquoi nous traiterons dans ce travail de deux
ensembles: un premier ensemble fomé par les coupes de St-Marc et de Naville et un
deuxième ensemble qui regroupe les coupes levées a la rivière Montmorency.
L 3 Objectifs
L'objectifprincipai de ce travail est de comprendre le rôle joué par les bryozoaires dans
la bioconstruction. Plus spécSquement, il s'agit de:
1) dé* la géométrie, la nature et la distniution des divers types de bioconstructions à
bryozoaires de la Formation de Deschambault;
2) cerner les différents facteurs qui ont contrôlé la bioconstruction, par l'identification des
différentes textures de dépôt;
3) évaluer le rôle de la diagenèse précoce, particulièrement la cimentation marine précoce sur
la stabilisation physique de ces faciès;
4) établir des comparaisons avec les situations modernes de façon à proposer un ou des
modèles pouvant rendre compte de la genèse de tels faciès.
L 4 Méthodologie
La stratigraphie du Groupe de Trenton étant assez bien connue, l'étude s'est donc
amorcée par la reconnaissance sur le terrain des diffërentes formations du groupe. Six coupes
dont l'épaisseur varie de 4 à 25 m ont été levées: une a l'ancienne carrière de Neuville, une à la
&ère Calco à Saint-Marc-des-Carrières et quatre au-dessus de la chute à Ia rivière
Montmorency (fig. 1). Un échantillonnage serré effectué à tous les 50 cm a permis de récolter
200 échantillons. Au laboratoire, l'étude s'est faite en deux étapes. Tout d'abord, une étude au
microscope optique polarisant sur 200 lames minces de grand format (5x7 cm), colorées à
1'AlizariE rouge et au Femcyanure de potassium @ickson, 1966), a permis d'identifier les
différents éléments figurés contenus dans ces dépôts. Cette étape a donc conduit à la
caractérisation d'un certain nombre de microfaciès, en plus de distinguer les différentes phases
carbonatées et d'évaluer leur contenu en Fer ferreux en ternes de présence ou d'absence.
Enfin, elle a permis de faire un premier inventaire des éléments et événements diagénétiques.
Par la suite, une étude en cathodoluminox~>pie (CL) effectuée sur 60 lames minces et
plaques polies ii permis d'établir la stratigraphie des ciments, ainsi que la paragenèse des
différents événements diagénétiques. Cette étape s'est réaiisée a I'aide d'un luminoscope ELM-
2E de la Nuciide Corporation, sous une tension de 12 Kv et une intensité de 0,5 mA
Afin de mieux comprendre l'évolution diagénétique de ces dépôts et surtout de connaître la
composition des fluides à partir desquels ont précipité les différentes phases de cimentation,
l'étude en cathodoluminoscopie a été complétée par des analyses des isotopes stables du
carbone et de l'oxygène. Pour ce faire, un micro-échantillonnage a été effectué sur 50 plaques
polies de 2 mm d'épaisseur à l'aide de mèches dont le diamètre variait de 0,4 à 0,7 mm. Ce
micro-échantillonnage des dinérents ciments a été rigoureusement contrôlé en
cathodoluminoscopie. Pour chaque échantillon, la quantité de poudre prélevée variait entre 0,4
et 12 mg. Ces échantillons de poudre ont été ensuite dissous dans de l'acide phosphorique à
100 % à 25OC pendant 12 heures. L,e gaz (COz) ainsi obtenu a été analysé à l'aide d'un
spectromètre de masse de type PRISM III de Micromass pour les rapports isotopiques de
l'oxygène et du carbone par rapport au standard VPDB. Ces analyses ont été effêctuées au 6
Lab du Centre Géoscientifique de Québec. La précision des résultats est toujours meilleure que
0,08% (20). Les différences entre les duplicatas ont même été égales ou infërieures à plus ou
moins 0'03 Y&., .
CHAPITRE II: STRATIGRAPrn
O ~ O O O ~ O O m ~ O O ~ ~ O O O ~ O ~ ~ ~ ~ ~ O O ~ ~ ~ O 0 0 ~ ~ O O O O ~ ~ ~ O ~ O O O ~ D ~ O O ~ O O O ~ O O ~ ~ O O O O ~ O ~ ~ ~ ~ O ~ O O 0 ~ O O ~ O O O O ~ ~ O ~ O O O ~ O O O ~ O ~ ~ ~ 0 O 0 O m O m O O ~ ~ O ~ O O O O O ~ ~ O ~ O ~ ~ O ~ ~ O ~ ~ O ~ ~ O O O ~ ~ O
IL 1 Aperçu génkral
A ce jour, les roches sedimentaires qui composent la Plate-forme du Saint-Laurent ont
fait l'objet de plusieurs études. Les premiers travaux étaient relies a l'industrie de la
construction (Parks, 1914). Ce n'est que plus tard, dans les années trente, qu'ont véritablement
commencé les études en rapport avec l'industrie du gaz et du pétrole. Ces travaux qui pour la
plupart étaient axés sur la paléontologie et la biostratigraphie ont pennis d'établû un cadre
stratigraphique (Globensky et JaufRed, 197 1; Globensky, 1987). Malgré le nombre
relativement élevé de ces études, peu d'entre elles portent sur la sédirnentologie et la diagenèse
du groupe. Parmi les travaux de nature sédimentologique, on peut citer ceux de Hohann
(1963); Young (1964); Mehrtens (1979); Lavoie (1992, 1993 et 1995).
Lavoie (1992, 1993, 1995) a fait une étude assez détaillée du Groupe de Trenton au sud du
QuBec et, tout comme les études antérieures, il arrive à la conclusion que ces successions se
sont déposées sur une plate-forme relativement peu profonde. Il semble donc y avoir un certain
consensus quant au milieu de dépôt général.
La division en formations du Groupe de Trenton varie selon la région, entre Montréal
et Québec. Ainsi, les dépôts de base du Trenton portent des noms variés selon la région où ils
affleurent. Dans la région entre Montréal et Joliette, ces calcaires sont connus sous le nom de
Ouareau, de Fontaine à l'est de St-Maurice, de St-Alban sur la rivière Sainte-Anne et de Pont-
Rouge sur la rivière Jacques-Cartier près de la ville de Québec (Clark et Globensky, 1973;
Globensky, 1987). Même si ces unités montrent des caractéristiques dinérentes les unes des
autres, elles occupent toutes la même position stratigraphique. En effet elles sont situées entre
le Groupe de Black River en dessous et la Formation sus-jacente de Descharnbault (fig. 2).
Parfois, elles reposent directement en discordance sur le socle Précambrien. Sur ces unités
diversifiées de la base du Trenton repose le Deschambault. C'est la seule formation du groupe
à porter le même nom sur toute l'étendue de la plate-forme. Tout comme sa partie basale, le
sommet du groupe de Trenton porte des noms différents suivant la région d'afneurernent. Dans
la partie sud-ouest de la plate-forme, le Deschambault est suivi sans discordance, des
formations de Montréal et de Tétreauville qui sont directement corrélables avec les membres
I I I i I I I I
Kirkfieldien
P P - P P P -P P P ~ n m a in a * * ~ 6 , V i P ~ N - o C D c O
Ordovicien moyen I
Ages (Ma)
Système
D. multidens 1 C. americana
A. t vaerensis
Trenton
A. superbus
Mbre de i Mbre de k 'i' t-Casimir Grondines I
I
Zones à conodontes
Zones à graptolites Groupes
de St-Casimir et de Grondines de la Formation de Neuville dans la région de Québec
(Globedq, 1987). Toutes les coupes étudiées dans ce travail étant levées dans la région de la
ville de Québec, nous parlerons donc des formations de Pont-Rouge, de Deschambault et de
Neuville (fig. 2) pour désigner respectivement les unités basale, médiane et somrnitale du
groupe. La description de chacune de ces formations est donnée ci-dessous.
Le Groupe de Trenton d'une puissance variant entre 1 10 et 220 m est la dernière unité
carbonatée de la plate-forme cambro-ordovicienne au sud du Québec. Le calage
stratigraphique de ce groupe est basé sur des zones à graptolites et à conodontes. Ainsi, la
Formation de Deschambault correspondrait ê, la zone à D. multidens pour les graptolites et à la
zone à A. tvaerensis pour les conodontes. La connaissance de ces zones fossilifëres revêt une
certaine importance, dans la mesure où celles-ci permettent de faire des corrélations avec
d'autres unités de même âge partout dans le monde et de vérifier si certains événements
observés localement comme, par exemple, des fluctuations du niveau marin ont également été
rapportés ailleurs. C'est ainsi que le sommet du Deschambault représenterait une ligne de
temps importante, soit la limite entre le Kirffieldien et le Shennanien. Dans le même ordre
d'idée, la base du Neuville serait associée à une augmentation du niveau marin (Mehrtens,
1979).
II. 2 Description des formations
II. 2.1 Formation de Pont-Rouge
Même si ailleurs, la Formation de Pont-Rouge repose en discordance ou en
concordance sur le Groupe de Black River (Globensky, 1987; Lavoie, 1993), dans les coupes
étudiées, nous n'avons observé son contact inférieur qu'au niveau de la rivière Montmorency
ou elie repose en discordance sur des gneiss précambriens appartenant à la province
géologique du Grenville (pl. 1, fig. 1). Le contact supérieur avec la Formation de Deschambault
est net a NeuvilIe et graduel dans les autres coupes. La détermination de l'expression
lithologique de cette Limite n'est pas toujours évidente, d'autant plus que dans sa
partie supdrieure, le Pont-Rouge prdsente les mêmes caractéristiques que la partie inférieure de
la Formation de Deschambault, a savoir une dominance des textures wackestoae-packstone,
souvent avec d'importante quantité de boue et l'apparition de bancs plus grossiers
de calcarénite. Très souvent, la détermination de cette limite f i t appel aux éléments fauniques,
notamment la disparition d'algues rouges solénoporacées, présentes dans le Pont-Rouge et
l'augmentation relative de la proportion de bryozoaires et de crinoïdes annonçant le
Deschambault.
À la rivière Montmorency, l'épaisseur de cette formation est évaluée à environ 4
mètres. La partie visible de la formation à la carrière de Neuville est représentée par des lits de
calcilutite lenticulaires à nodulaires enrobés dans une matrice essentiellement constituée de
shale et mesure environ 80 cm. À Saint-Marc-des-Carrieres, la Formation de Pont-Rouge est
visible sur une épaisseur d'environ 4 mètres. A sa localité-type, à Pont Rouge, la formation a
une épaisseur d'environ 8 mètres.
Le Pont-Rouge est caractérisé par des calcaires plus ou moins bien stratifiés qui
alternent avec des lits de shale calcareux d'épaisseurs variables. Les calcaires, généralement
gris foncé, varient de calcilutite a calcarénite. La calcarénite se présente le plus souvent sous
forme de lentilles contenues dans les lits plus épais de calcilutite. La calcilutite pour sa part est
en lits de quelques cm à des dizaines de cm et présente parfois des formes lenticulaires etlou
nodulaires. Le shale calcareux est gris foncé à noir et forme des interlits de quelques mm à
quelques cm d'épaisseur. À certains endroits, le shale est si abondant qu'il constitue plus de
60% de l'unité. Certains lits présentent de discrètes structures sédimentaires telles que de fines
laminae parallèles, et l'imbrication (alignement préférentiel) de certains organismes à coquilles
selon leur grand axe (pl. 1, fig. 2). Le bioremaniement est également présent dans cette
formation et se matérialise sous forme de nombreux temers qui sont parfois très silicifiés.
Cette unité possède une faune assez variée dominée par des algues rouges (solénoporacées),
des mollusques, des crinoïdes et des brachiopodes. Dans de moindres proportions, on retrouve
des bryozoaires et des arthropodes (trilobites et ostracodes) (Globensky, 1987; Lavoie, 1993).
De plus, à la rivière Montmorency, nous avons observe plusieurs surfaces durcies
(hardgrounds), et la pétrographie a permis de déceler des algues vertes dasycladacées (voir au
chapitre m).
IL 2.2 Formation de Deschambault
La Formation de Deschambault est l'unité médiane du Groupe de Trenton de la Plate-
forme du Saint-Laurent. L a granulométrie plus grossière de ses calcaires la distingue du reste
du groupe qui est essentiellement constitué de calcaires à grains fins (Globensky, 1987; Lavoie,
1993). Dans toutes les coupes levées, le Deschambault repose de façon concordante
sur le Pont-Rouge. Comme mentionné ci-dessus pour la lunite supérieure du Pont-Rouge, il
s'agit d'un contact graduel dont la détermination f ~ t souvent appel à des éléments fauniques.
Le contact supérieur, uniquement observé a la canière de Neuville, est représenté par une
surface inclinée sur laquelle vient se déposer en onlap )) la Formation de Neuville (fig. 3).
Cette surface expose à son sommet une multitude de céphalopodes orthocères orientés. Cette
même d d e à céphalopodes a été repérée a Beauport dans la grande canière de ciment Saint-
Laurent, où le plancher de la carrière correspond au sommet de la Formation de Deschambault
(Car1 Chateauvert, projet de B-Sc., Univ. Lavai).
La Formation de Deschambault se divise en deux unités lithologiques bien distinctes,
visibles à Saint-Marc et à Neuviiie (pl. 1, fig. 3). La partie inférieure contenant jusqu'à 25% de
boue est constituée de lits centimétriques de calcarénite fine et de calcilutite qui alternent à
l'occasion avec de fins Iits de shale caicareux. L'analyse pétrographique révèle d'ailleurs que la
partie basale la formation est dominée par des faciès à textures packstone et wackestone. La
partie supérieure quant a elle est représentée par des bancs massifs dont I'épaisseur atteint
parfois plus d'un mètre. Ces bancs massifs sont caractérisés par l'abondance des textures
grainstone et la quasi-absence de boue carbonatée (moins de 10%). Cette variation de la
quantité de boue et la présence de structures sédimentaires (larninae parallèles et obliques) dans
la partie supérieure du Deschambault (pl. 1, fig. 4) peuvent s'expliquer par une augmentation
de l'énergie du milieu de dépôt de la partie supérieure par rapport à la base de la formation.
L'assemblage faunique du Deschambault est dominé par les échinodermes, les
bryozoaires et les brachiopodes. Même s'ils sont moins abondants les arthropodes et les
mollusques sont également présents, surtout dans la partie inférieure. À Saint-Marc-des-
Carrières, le Deschambault renferme plusieurs surfaces condensées à brachiopodes et
bryozoaires.
I t
1
a - - .- > 3 Ci
l I z /
I
v
Ci * - 3 Calcarénite-calcirudite z d
C Ca lcarénite t F - RII
1-11 I
u =GI. Calcilutite
; B " Echelle verricale fortement exagérie !
Figure 3: A- photographie de iermin monirant le contact entre les formations de Deschambault et de Neuville. B- schéma illustrant la relation de onlap entre les deux formations. C- surface k h e en céphalopodes correspondant au sommet du Deschambault.
Cette formation, tout comme les deux autres, exhibe plusieurs joints stylolithiques qui
témoignent d'une compaction chimique relativement importante. Enfin, la présence de cinq
aiveaux de bentonite de 5 cm d'épaisseur (1 à Neuviile et 4 à St-Marc) indique un volcanisme
actif pendant la sédimentation du Deschambault.
L 2.3 Formation de Neuville
Seuls les 12 premiers mètres de la Formation de Neuville ont été étudiés dans la coupe
levée ii la carrière de Neuville où la formation repose en «onlap» sur le Deschambault (fig. 3).
La nature de ce contact a déjà été discutée plus haut. Le contact supérieur avec les shales
d'Utica n'a pas été observé, ce qui ne permet pas de bien apprécier la puissance de cette
formation. La nature de ce contact supérieur est discutée dans Lavoie (1993). Il s'agit d'un
contact concordant et graduel sur quelques mètres puisque dans sa partie supérieure le
Neuviile est caractérisé par une augmentation progressive de la quantité et de l'épaisseur des
lits silicoclastiques.
La Formation de Neuville est composée de lits ondulés de calcilutite (70%), gris
foncés, de 5 à 15 cm d'épaisseur qui alternent avec de fines couches de shales calcareux (10%)
de quelques cm d'épaisseur. À la base de la formation, on observe quelques lits plus ou moins
épais de calcarénite (20%) et, plus haut dans la succession, on note une disparition progressive
des iits cdcarénitiques. La faune du Neuville est dominé par des molIusques, des brachiopodes
et des trilobites. Le passage du Deschambault au Neuville est donc caractérisé par un
changement de milieu de sédimentation. On passe en effet d'une faune benthique d'eau peu
profonde dominée par les bryozoaires et les c~oïdes , à des organismes de marge de plate-
forme a savoir des céphalopodes et des trilobites. Cette formation expose de nombreux joints
stylolitiques visibles tant en affleurement qu'en lame mince. Sur le terrain, ces stylolites
forment souvent un litage diagénétique (Bathurst, 1971). Enh, on y note un biorernaniement
intense matérialise par de nombreux terriers.
II. 3 Éléments d'interprétation
- Le contact Deschambault-Neuvilla
La surface riche en céphalopodes observée au sommet du Deschambauit est interprétée
comme étant une surfàce de non-dépôt ou de dépôt condensé. Elle représente un bris
sédimentaire important dans la sédimentation du Groupe de Trenton Lavoie (1994)
I'interpréte d'ailleurs de cette façon. En effet, les céphalopodes étant des organismes
nectoniques, I'accumulation d'une quantité aussi importante a nécessité un temps plus ou
moins long pendant lequel il n'y a pas eu de sédimentation ou, tout au moins, la sédimentation
&ait ralentie. Un tel bris sédimentaire peut s'expliquer soit par une augmentation du niveau
marin ou par une dsidence rapide du bassin de sédimentation. Sur la courbe des fluctuations
du niveau marin relatif a l'Ordovicien (annexe l), le sommet du Deschambault (limite entre le
Eïk5eldien et le Shennanien) est en effet associé à une légère augmentation du niveau marin
Cependant, il ne s'agit pas d'une transgression importante pouvant expliquer un tel bris
sédimentaire. Par ailleurs, plusieurs observations de terrain indiquent que la plate-forme du
Saint-Laurent était morcelée en plusieurs blocs par des f a e s synsédirnentaires. Ces failles sont
surtout visibles dans la région de Trois-Rivières (Lavoie, 1993,1994; Mehrtens, 1988). Les
mouvements verticaux entre les diérents blocs semient responsables de la variation
d'épaisseur de la formation. En effet I'épaisseur du Deschambault qui est de 70 rn dans la
région de Trois-Rivières (Lavoie. 1994) passe a 22 m a Saint-Marc-des-Carrières puis à
environ 12 m à Neuvilie pour finalement atteindre moins de 5 m à la rÏvière Montmorency. Les
évidences d'une déformation synsédirnentaire sont également observées à Saint-Marc où des
slumps sont bien visibles sur les parois de la carrière. La subsidence rapide d'un de ces blocs
aurait entraîné une augmentation du niveau marin, inhibant ainsi la bioaccumulation qui se
faisait dans les bancs massifs du Deschambault. La nature inclinée du sommet du Deschambault
à Neude pourrait s'expliquer par le basailement d'un de ces blocs. On peut aussi invoquer
des causes purement
sédimentaires pour expliquer la nature inclinée de ce contact. On peut en effet penser que la
bioaccumulation qui se faisait dans les bancs massifs du Deschambault a pu former un relief à
un moment donné. Par la suite, une augmentation rapide du niveau marin aurait entraîne un
arrêt de sédimentation et de bioaccumulation. Avec la reprise de la sédimentation, les strates
du Naville seraient venues se déposer en «onlap» sur les flancs de ces monticules.
- Les surtPccs durcies et les surfaces condensCes à brachiopodes et bryozoaires.
Les dinérents niveaux condensés à bryozoaires et brachiopodes observés à Saint-Màrc
et à Neuville, ainsi que les nombreuses surfaces durcies de la rivière Montmorency (coupe C,
fig.7a) révèlent que la sédimentation du Groupe de Trenton en général et de la Formation de
Deschambault en particulier a été ponctuée par des périodes de non-dépôt etiou d'érosion.
Bon nombre de surfaces durcies sont d'origine sous-marine (Tames et Bone, 1992). Dans le cas
présent cependant, la nature irrégulière (corrodée) de certaines de ces surfaces et les partides
conglomératiques (gros grains de quartz) qui leur sont associées (coupe C, fig.7a) suggèrent
l'existence possible de périodes d'émersion.
1: explication des différents symboles utilisés à la
Algues rouges (solénoporas)
Algues vertes (dasyclades)
Brachiopodes
Bryozoaires
Céphalopodes
Crin oldes
Mollusques (gastéropodes et pélécypodes)
Ostracodes
Trilobites
Nodules
Stylolithes
Slumps
Laminations obliques
Laminations parallèles
Bentonite
Ca 8 al- -I &
C, . . 'a, *
Notre analyse pétrographique visait à caractériser les différents faciès observés sur le
terrain en terme de rnicrofaciès, c'est-à-dire definir les merentes unités à partir des
caractéristiques lithologiques et paiéontologiques observées en lame mince. Il s'agissait d'une
part de recenser les différents déments primaires (constituants organiques et inorganiques) de
chaque faciès et d'autre part, d'établir les relations qui existent entre ces éléments. Cette
dernière étape sert a déterminer la texture de la roche. La réalisation de cette 6tude passe donc
par l'identification des éIéments figurés @iocIastes, wïdes, peloïdes et intraclastes).
l'évaluation de leurs proportions relatives, de leur état de cansewation et par l'étude de la
boue carbonatée. 11 faut, entre autres, déterminer son abondance, son aspect (wifome ou
pelletoïde), sa densité (dense ou lâche) et, partant, tenter d'interpréter son origine
(sédimentaire, biogénique ou orthochimique). L'étude pétrographique des lames minces
provenant des différentes coupes a permis d'identifier cinq (5) microfacies notés MF1 à MFS.
Les figures 5 à 7 présentent la distribution des divers éléments et des microfaciès dans chacune
des coupes levées.
III. 1 Description des microfaciès et éléments d'interprétation
MFI: Grainstone à algues
Ce rnicrofaciès est caractéristique et exclusif à la Formation de Pont-Rouge, sana
toutefois constituer le gros de la formation. Il convient de souligner qu'il a été uniquement
observé dans les échantillons récoltés à la rivière Montmorency (pl. 2, fig. 1, 2 et 3). Il s'agit
d'un grainstone à bioclastes et intraclastes caractérisé par l'abondance d'algues rouges
solénoporacées (10 à 20%) et par la présence d'algues vertes dasycladacées (1 à 5%). Les
c ~ o ï d e s (25%) sont également abondants, alors que les brachiopodes, les bryomaires et les
arthropodes sont accessoires. Plusieurs de ces bioclastes sont brisés ethou encroûtés par des
Girvanelles et d'autres calcimicrobes non identifiés. Comme particules non squelettiques, on
retrouve des péloïdes et des intraclastes. Les intraclastes (5 à 10%) sont représentés par des
fragments de biomicnte- pelmicrite. Toutes ces particules sont supportées par un ciment
sparitique (40 à 50%) puisque la boue carbonatée est absente de ce microfaciès. À certains
endroits, les bioclastes (algues rouges surtout) mesurent plus de 2 mm, ce qui coflere à la
roche parfois une texture rudstone.
Tableau 2: explication des symboles et abbréviations utilisés aux figures 5 à 7
Allochems
A1g.r. algues rouges; A1g.v. algues vertes; Boue car. boue carbonatée; Brach. brachiopodes; Bryozoaires Type A: trépostomes (genres prasopora et Hallopora); Type 6: crypostomes (genre pachydictia); Type C: fenestelles; Crino. crinoïdes; Litho. lithoclastes; Moll. mollusques; Ostra. ostracodes; Part non squel. particules non squelettiques; Pell. pellets; Pélo. péloÏdes; Trilo. trilobtes;
1 Rare (1 à 5%)
1 Présent (5 à 15%)
1 Commun (15 à 25%)
Abondant (plus de 25%)
La barre noircie au niveau de la première ligne constitue le repère de 25%.
Textures
B: bounstone; G: grainstone; M: mudstone; P: packstone; R: rudstone; W: wackestone;
caicilutite
1- calcarénite
l q - calcirudite
.. .= .-. .= grès calcareux
Localisation des coupes
Coupe A: St-Marc-des-carrières (Fig. 1 )
Coupe B: carrière de Neuville (Fig.1)
Coupes C, D, E e t F: rivière Montmorency (Fig. ?a)
ii d Deschambault
Côtes (m) r Échantill.
Boue car
1 I Icrino.
Trilo. a
Ostra.
A1g.R. 1
Litho.
Pélo.
Pell. - .
( I l errigènes
w Microfaciès
Descharnbault Neuville Formations
Boue car.
r Y 0
-=mg: L C D -
iii crino. . Brach.
Mollu. --,
m Trilo.
Ostra.
Pélo.
Terrigènes = i J ~ a m d ' n - m CI C) C) -ï,
I m rn G> Textures
1 w
TV TV A w w f u A Microfaciès
mi ~neiss précambriens
Calcaires
Bioherme ----- Rivière ---- Sentiers
Figure 7a: carte géologique et localisation des coupes étudiées, secteur de la rivière au sommet de la chute Montmorency.
Interprttatioo. - Ce microfaciès présente des caractéristiques d'un milieu
énergétique. En effet la présence d'algues rouges (solénoporacées) et v a e s
peu profond et
(dasycladacees)
suggère un milieu situ6 dans la zone photique. La quasi-absence de boue carbonatée a la
nature arrondie des intraclastes plaident en faveur d'un milieu de dépôt assez énergétique. Sur
le terrain, ces conditions de forte énergie sont révélées par des structures sédimentaires telles
que des laminae parallèles, ainsi que I'imbrication de certains organismes à coquilles (p1.1, fig.
2). De tels dépôts sont souvent interprétés comme des barres ou bancs de sables calcaires
s'étant déposés dans un milieu peu profond situé au-dessus de la limite d'attaque des vagues
(Wilson, 1986; Jones et Desrochers, 1992).
MF2: Wackestone-Packstone à bioclastes et intraclastes
Ce microfaciès sans être exclusif est également abondant dans la Formation de Pont-
Rouge. Ii se retrouve aussi dans la Formation de Descharnbault où il est généralement en
contact avec des microfaciès à texture de grainstone. En fonction du pourcentage relatif des
bioclastes dominants, ce microfaciès est subdivisé en deux sous-microfaciès.
MF2a: Wackestone-Packstone à mollusques. - Il se caractérise par l'abondance de
mollusques (15 à 20%) et un bioremaniement intense (pl. 2, fig. 4). Les crinoïdes (10 à 15%)
et les brachiopodes (10%) sont également communs. La faune accessoire est représentée par
les arthropodes (5%) et les bryozoaires (genres Prasopora, HalIopura et Pachydictia) qui
comptent pour moins de 10%. Les particules non squelettiques sont représentées par les
péloïdes (10%) et les intraclastes (10%). Le tout est supporté par un ciment sparitique (20%)
associé à de la boue carbonatée pelletoïde (15 à 20% parfois jusqu'à 40% ).
MMb: Wackestone-Packstone à crinoïdes et bryozoaires. - Ii s'agit aussi d'un microfaciès
à texture wakestone et packstone mais, contrairement au précédent, les bioclastes sont
dominés par les bryozoaires fenestelles et crypostomes (genre Pachydictia) (20%), et les
crinoïdes (15 à 25%) (pl. 3, fig. 1). Les brachiopodes, les arthropodes et de rares fiagrnents de
mollusques représentent les accessoires. Comme particules non squelettiques, on retrouve
surtout des péloïdes (10%). LR tout est enchâssé dans une boue dense uniforme, parfois
pellétoïde (30%) et une faible proportion de ciment sparitique (moins de 10%).
Interprétation. - Ce microfaciès contient des évidences d'un milieu c h e . Tout d'abord,
l'importante quantité de boue (jusqu'à 40%) indique que l'bnergie du milieu n'était pas assez
forte pour transporter toutes les particules fines. De plus I'abondance du bioremaniement
reflète les conditions de faible énergie qui ont prévalu permettant ainsi une activité organique
intense (Jones et Desrochers; 1992). L'absence sur le terrain de structures sédimentaires
caractéristiques de fortes énergies permet d'interpréter ce milieu comme étant situé sous la
limite d'attaque des vagues ou un milieu peu profond mais protégé de l'action des vagues et
des courants.
MF3: Grainstone h bioclastes et intraclastes
Ce microfaciès est surtout caractéristique des bancs massifs du Deschambault.
L'assemblage fossiiifëre est dominé par les bryozoaires (genres Prasopora, HuZZopora et
Puchydictia) et/ou les crinoïdes. Selon l'importance relative de ces bioclastes, on peut
subdiviser ce microfaciès en deux sous-faciès. Ce microfaciès est également présent dans les
deux autres formations ou il est généralement en contact avec des faciès à grains fins
(packstone, wackestone et mudstone) desquels il est parfois séparé par des surfaces indurées
(pl. 3, fig. 2).
m a : Grainstone à crinoïdes. - L'assemblage faunique est ici dominé par les crinoïdes qui
représentent plus de 30 % du microfaciès (pl. 3, fig. 3). Les bryozoaires (20%) et les
brachiopodes (10%) sont également communs. Les bioclastes accessoires sont représentés par
les arthropodes. Les intraclastes représentés par des fragments de wackestone et de packstone
à crinoïdes et bryozoaires peuvent constituer jusqu'à 1û% du facies. Ce microfacies montre de
nombreux signes de remaniement par les vagues e t h les courants. En effet plusieurs
particules sont plus ou moins brisées. On y note égaiement une rnicritîsation très poussée de
certains bioclastes. La cohésion du sédiment est assurée par un ciment sparitique (40 à 50%)
puisque la boue carbonatée y est absente.
MF3b: Grainstone P bryozoaires. - À la différence du MF34 les bioclastes sont dominés par
les bryozoaires (25 à 30%) ( pl. 3, fig. 4). Les crinoïdes (10 à 15%) et les brachiopodes
(10%) sont également communs tandis que les accessoires sont représentds par les
arthropodes. Les bryozoaûes (genres Prasopru et HaIllopra) en particulier ont parfois plus
de 2 mm, ce qui confere parfois une texture rudstone à la roche. Les particules non
squelettiques sont une fois de plus représentées par des péloïdes (5%) et des intraclastes (5 à
100/o). Le tout est supporté par un ciment sparitique (25 à 30%).
InterprCtation. - Ce rnicrofaciès montre des caractéristiques d'un milieu énergétique. Tout
d'abord, il est constitué par des calcuénites et calcinidites contenant des laminae parallèles et
obliques (pl. 1, fig. 4). La quasi-absence de boue carbonatée, l'usure et l'émousse des
particules plaident également en faveur d'un milieu assez énergétique. Ces dépôts représentent
probablement des barres ou bancs de sabies calcaires déposés au-dessus de la zone d'attaque
des vagues (Wiilson, 1986; Jones et Desrochers, 1992)
MF4: Wackestone-Mudstone bioremanié
Ce rnicrofaciès se retrouve dans les trois formations et est souvent en contact avec des
rnicrofaciès à texture wackestone et packstone. Sur le terrain, il est associé h des caicilutites
qui ne présentent aucune structure sédimentaire visible. L'aspect rnicrobioclastique rend
parfois difficile l'identification des organismes présents. La principale caractéristique de ce
faciès est le bioremaniement intense matérialisé par de nombreux terriers qui sont la plupart du
temps remplis par du matériel plus grossier (pl. 4, fig. 1). On reconnaît ainsi des fragments de
crinoïdes et de bryozoaires (genres Prasopora et HaIIopru) et dans une moindre proportion
des brachiopodes et des trilobites.
Interprhtion. - L'absence de structures sédimentaires et la quantité importante de boue
carbonatée dans ce microfaciès plaident en faveur d'un milieu faiblement énergétique. Ce type
de microfaciès se retrouve soit en eau relativement profonde, sous la lùnite d'attaque des
vagues de tempêtes ou encore dans des zones peu profondes mais protégées des vagues et des
courants, demères des bancs et barres de sables calcaires par exemple (Jones et Desrochers,
1992).
MFS: Boundstone (bindstone) à bryozoaires
Les seuls facies bioconstmits du Groupe de Trenton se retrouvent dans la Formation de
Deschambault et ont été relevés dans les biohermes de la rivière Montmorency. Il s'agit de
deux masses lenticulaires situées a environ 300 m en amont du pont. La première a une hauteur
de 1,5m et 5,4m de longueur dors que la deuxième masse, moins importante, a une hauteur de
0,Sm et 1,2m de longueur (pl. 4, fig. 2). Ces biohermes ne présentent ni structure sédimentaire
visible, ni asymdtrie encore moins d'évidences de bris mécaniques susceptibles de plaider en
faveur d'un milieu fortement énergétique- L'analyse pétrographique révèle que l'élément
dominant de ce faciès est une boue carbonatée dense relativement uniforme qui constitue près
de 60% du faciès. L'assemblage faunique est dominé par les bryozoaires fenestelles et
trépostomes (genres Prmpora, HalZopora) qui comptent pour près de 30% (pl. 4, fig. 3 et 4).
Les bryozoaires reconnus à travers les temps géologiques comme étant de grands piégeurs de
sédiment (Cuffey, 1985; Black, 1987; Harland et Pickerill, 1989) semblent avoir édifié une
structure dans laquelle est venue s'accumuler une matrice constituée de boue carbonatée et
d'autres bioclastes (crinoïdes, brachiopodes et arthropodes). Les bryozoaires ne montrent pas
de signe de remaniement, ce qui suggère qu'ils sont demeurés en position de vie (pl. 4, fig. 4).
Par endroits, la boue est discrètement laminaire et rappelle des microstructures
cyanobactériennes. Ces structures, dites strornatolitiques, sont aussi bien visibles en lames
minces que sur des plaques polies (pl. 4, fig. 3; pl. 5, fig. 1). C'est donc probablement de
concert avec des microbes que les bryomaires ont joué le rôle de piégeur et stabilisateur de
sédiment dans les biohermes de la rivière Montmorency. On y note à i'occasion des
remplissages géotrope de boue carbonatée.
Interprétation. - Ce microfaciès montre des caractéristiques d'un milieu plutôt calme, attesté
par l'absence dans ces biohermes de structures sédimentaires caractéristiques des zones de
forte énergie, ainsi que par l'abondance de boue carbonatée, l'absence d'une cimentation
marine précoce importante caractéristique des milieux a forte circulation, et par l'état de
conservation des bryozoaires qui ne montrent pas de signes notables de remobiüsation. Ce type
de microfaciès se retrouve généralement dans des milieux calmes lagunaires, protégés des
vagues, ou dans des milieux profonds situés sous la limite d'attaque des vagues de tempête
Plügel, 1982; Jones et Desrochers, 1992).
L'analyse diagénétique vise à évaluer le rôle de la diagenèse précoce,
cirnentation marine par rapport au rôle des bryomaires dans la genèse des faciès,
l'objectif principal de ce travail. Il s'agit donc ici de vérifier si la cimentation
surtout la
ce qui est
précoce a
contribué a la stabilisation des faciès à bryoroaires du Deschambault. Pour bien cerner les
effets de la diagenèse précoce, il faut bien caractériser cette dernière par rapport aux autres
stades diagénétiques, de la la nécessité d'établir l'histoire diagénétique complète. L'étude au
microscope optique polarisant a perds de répertorier certains eléments et événements
diagénétiques. Il s'agit, entre autres, de la silicification, la styloütisation, la dissolution et la
fiacturation. Ces observations en lumiére natureile et en lumière polarisée ont également
permis de recenser les différents types de ciments présents dans la Formation de Deschambault.
Pour ce faire, ii a ffau considérer certaines caractéristiques telles que la forme et la fabrique
(habitus) des cristaux.
En utilisant la technique de coloration à I'Alizarin rouge et au Femcyanure de
potassium dévekqpée par Dickson en 1966, il a été possible de diiérencier les ciments
femfees des non ferrifëres. Déjà, à ce niveau, des stratigraphies établies à partir de chacune
des coupes et des corrélations sommaires entre les différentes coupes ont révélé que les
ciments de Saint-Marc et Neuville présentent la même succession de ciment représentée par un
premier ciment de calcite non femfëre suivie par une calcite femfere. Les ciments de la rivière
Montmorency, en plus des deux phases précédentes, contiennent une troisième phase, plus
tardive, de dolomite fenifere ou d'ankérite.
Un des effets de la diagenèse est d'altérer les formes originelles des ciments et de les
rendre indétectables au microscope conventionnel; c'est pourquoi on a souvent recours à la
cathodoluminoscopie. Cette méthode popularisée par Meyers (1974) est basée sur la
succession des différents facies de luminescence. EUe est souvent utilisée lorsqu'il s'agit
d'établir la stratigraphie locale ou régionale des ciments. La cathodoluminoscopie se révèle
donc un outil précieux en pétrographie des carbonates a condition qu'elle soit utilisée avec
d'autres méthodes. La conjoncture des observations faites à différents niveam nous a permis
de définir les différentes phases de cimentation et d'établir la paragenèse des principaux
événements diagénétiques.
IV. 1 Lcs successions des ciments
La description des différentes phases de cimentation tiendra compte des caractéristiques
observées aussi bien au microscope optique (forme, limpidité du cristal, contenu en fer) qu'en
cathodolurninoscopie (facies de luminescence). De ces observations, il ressort que les phases
de cimentation répertoriées dans les coupes levées a Saint-Marc et Neuville se corrèlent très
bien, alors que la succession des ciments établie pour la rivière Montmorency est complètement
dirente. C'est pourquoi nous décrivons deux successions diagénétiques: celle de St.Marc-
Neuville et celle de Montmorency.
IV. 1.1 Succession de St-Marc-Neuville
Cette succession se compose de cinq générations de ciments notées de Cl à CS (fig.8)
Phase Cl: ce premier ciment se présente sous deux formes en fonction de la nature du substrat
sur lequel il s'est développé. Sur un substrat de crinoïdes, il s'agit en lumière naturelle d'un
ciment xénomorphe et généralement limpide de calcite non femfere, pauvre en inclusions.
L'observation en lumière polarisée révèle que ce ciment est en continuité optique avec les
ossicles de crinoïdes. En cathodolurninoscopie, il se présente sous forme de plages non
luminescentes uniformes. Il est surtout présent dans les grainstones et compte pour moins de
5% du volume total des ciments. Sur un substrat autre que les crinoïdes (brachiopodes par
exemple), ce premier ciment CI se présente au microscope optique sous forme d'une couche
plus ou moins isopaque de calcite non ferrifëre. Il s'agit de cristaux pseudofibreux à lameilaires
présentant une extinction radiaxiale en lumière polarisée. Sous le luminoscope, il s'agit d'un
ciment non luminescent qui constitue moins de 5% du volume total des ciments (pl. 5, fig. 3).
Phase C2: en lumière naturelle, cette deuxième phase de cimentation est constituée de cnstaw
granulaires de calcite non femFere plus ou moins riche en inclusions. En cathodolurninoscopie,
elle se présente sous forme de cristaux scalénohédriques ternes foncés @1. 5, fig. 3). Ce ciment
pousse généralement sur Cl et constitue de 10 à 20%. Lorsque la phase Cl est absente'
comme c'est le cas dans certaines fractures, C2 devient le premier ciment à avoir précipité.
microscopie optique phases
des ciments
C2
C3
C4
contenu en ~ e ~ +
+
- pseudofibreux, lamellaire et1 couches isopaques, pauvre en inclusions
u
- xénornorphe en syntaxie sur
anédrique, riche en inclusions
ca lc i te non ferrifère
xénomorphe, limpide
calcite
équidimensionnel, limpide non ferrifère à ferrifère vers le centre des pores
xénomorphe, limpide ca lc i te ferrifère
cathodoluminoscopie
non luminescent en couches plus ou mois isopaques
plages non luminescentes
cristaux scalénohédriques de ciment terne foncé
fine bande très luminescente contenant parfois une ligne terne
terne foncé présentant une zonation sectorielle
xénomorphe, terne clair à luminescent
Figure 8: succession des ciments de St-Marc et Neuville
Phase C3: ce ciment correspond, au microscope optique, à des cristaw xénomorphes de
calcite non femfere, limpide. Sous le luminoscope, il est représenté par une fine bande très
luminescente contenant pdois une ligne terne qui épouse la forme des teminaisons des
cristaux de la phase C2 (pl. 5, fig. 3). Même si ce ciment C3 compte pour moins de 3%, il
représente un marqueur important lorsqu'il s'agit de corréler les différentes phases de
cimentation.
Phase C4: il s'agit en lumière naturelle de cristaux équidirnensionnels de calcite non femfere
devenant pdois femfêre vers le centre des pores. Ce ciment est en continuité optique avec CZ
et C3. En cathodoluminoscopie, il s'agit de grandes plages ternes présentant parfois une
zonation sectorielle QI. 5, fig. 3). Il peut constituer jusqu'a 50% du volume total des ciments.
Phase CS: le dernier ciment est représenté en lumière naturelle par des cristaux xénomorphes
de caicite femfêre, limpide. En cathodoluminoscopie, il s'agit de grandes plages ternes claires à
luminescentes (pl. 5, fig. 3) qui v i e ~ e n t obstruer le reste de la porosité qui, dans certains cas,
est obstruée par un ciment de silice. Ce ciment n'est pas toujours présent mais, lorsque c'est le
cas, il constitue de IO à 30%.
IV. 1.2 succession de Montmorency
Cette succession se compose de sept phases de cimentation notées de MO a M6 (fig.9).
Phase MO: ce ciment se retrouve surtout dans les cavités de bryozoaires. Il s'agit en
cathodoluminoscopie d'une fine bande très luminescente de calcite non ferrifere qui constitue
moins de 1% du volume total des ciments.
Phase Ml: au microscope optique, le ciment Ml se présente sous deux formes. Soit en
syntaxie sur les ossicles de crinoïdes ou en cristaux palissadiques (pl. 5, fig. 4) lorsqu'il s'est
développé sur un autre substrat. Il s'agit d'une calcite non femFere qui présente sous le
luminoscope un faciès non luminescent. Cette phase compte pour 5 à 20%.
--
phases des
ciments microscopie optique
xénomorphe, limpide dans les cavites de bryo.
cristaux prismatiques
rénomorphes en syntaxie sur les crinoi'des
xénomorphe, limpide
xénornorphe, limpide
cristaux anédriques
grands cristaux anédriques
cristaux xénomorphes, limpides
contenu en ~e 2+
calcite non
ferr i fère
calc i te ferr i fère
dolomite ferr i fère
OU
An kéri t e *
calcite ferr i fère
cathodoluminoscopie
fine bande très luminescente
cristaux palissadiques non luminescents
plages non luminescentes
couche à fines bandes luminescentes et non lumi- nescentes
large bande terne terminant M2 1
cristaux pinacoides très luminescents. Aussi dans filets de dissolution
terne, uniforme a grands cristaux
terne foncé se retrouve aussi dans les fractures ou filets de dissolution
Figure 9: succession des ciments de Montmorency. * détermination basée sur les colorations seulement.
Phase MZ: en lumière naturelie, il s'agit de cristaux, limpides de calcite non ferrsere. Sous le
lurninoscope, il est représenté par une couche a fines bandes luminescentes et non
luminescentes en alternance serrée, qui épouse la forme des terminaisons des aistaux de la
phase Ml (pl. 5, fig. 4). Ii représente de 5 a 10% du volume total des ciments.
Phase M3: au microscope optique, c'est un ciment xénomorphe et limpide de calcite non
femfére. En cathodoluminoscopie, il s'agit d'une bande terne plus ou moins large épousant M2
(pl. 5, fig. 4). Cette phase n'est pas toujours présente mais, lorsqu'eile l'est, elle constitue de 5
à 10% du volume total des ciments.
Phase M4: ce ciment est associé à une importante phase de bréchiiication et de dissolution. En
effet, en cathodoluminoscopie, on constate que ce ciment contient des fragments des phases
précédentes et vient parfois remplir des fkactures (pl. 5,fig. 4). Il se retrouve également sous
forme de grands cristaux pinacoides de caicite feeere. Ce ciment présente un faciès très
luminescent et représente environ 20% du ciment total.
Phase M5: l'observation au microscope optique révèle que cette phase de cimentation est
constituée de grands cristaux anédnques de dolomite ferrEere ou d'ankérite. Sous le
luminoscope, le ciment M5 présente un facies terne uniforme qui constitue de 20 à 40% (pl. 5 ,
fig. 4).
Phase M6: il s'agit de la dernière phase de cimentation observée. En lumière transmise, elle est
représentée par des cristaux xénomorphes et limpides de calcite femfere. En
cathodoluminoscopie, il s'agit de grandes plages ternes foncées qui viennent obstruer le reste
de la porosité. Ce ciment se retrouve également dans certaines fiachires et/ou filets de
dissolution qui viennent recouper les phases précédentes (pl. 5, fig. 4). C'est la phase la plus
abondante, pouvant constituerjusqu'à 60% du ciment total.
IV. 2 Autres éléments de diagenèse du Deschambault
Hématite. L'hématite se présente sous forme de cristaux rhombohédnques bien développés.
lis sont noirs en lumière transmise et deviennent brun rouge en lumière réfléchie.
Ces cristaux sont spatialement associés a la silicification qui affecte certains bioclastes et la
phase de cimentation calcitique C4. Cette association entre les deux événements permet de dire
qu'ils sont contemporains ou que i'hématite est postérieure a la silicification et à la phase de -
cimentation C4.
Silice. Il s'agit d'une silice authigène qui se présente essentiellement sous fome fibreuse
(calcédoine). La silicincatiün affécte non seulement les bioclastes, mais également certaines
phases de cimentation. La calcédoine vient souvent altérer le ciment C4, suggérant qu'eue lui
est postérieure. Panni les sources potentieues de cette silice, on peut penser aux diffërents
niveaux de bentonite contenus dans la Formation de Deschambault et aux spicules de
spongiaires rapportés dans certains faciès siliceux de la région de Trois-Rivières (Lavoie,
comrn. pers., 1997).
Stylolites. Les stylolites sont très abondants et bien visibles, tant en atneurement qu'en lame
mince. Iis affectent les trois formations étudiées mais sont plus abondants dans la Formation de
NeuviUe. C'est la une preuve que ces dépôts ont subi une compaction chimique relativement
importante reliée probablement a une grande profondeur d'enfouissement. Sur le terrain, ces
stylolites forment un litage diagénétique. Au microscope, ils se retrouvent surtout au contact
entre les particules, lesquels contacts sont souvent en sutures. Par endroits, les stylolites
contournent les phases de cimentation et les fiachires de telle sorte qu'il est difficile de les
situer chronologiquement par rapport à toutes les phases de cimentation. Certains stylolites
recoupent toutes les phases de cimentation et postdatent ainsi les phases CS et M6.
Fracturation et dissolution
a) coupes de St-Marc et de Neuville
Au moins deux phases de fiacturation (flet £2) et une phase de dissolution (dl) ont été
répertoriées dans les coupes de St-Marc et de Neuville. La première phase de eacturation (fl)
se présente sous forme de veines qui recoupent une boue micritique et qui sont remplies par un
ciment de calcite non femfere à cristaux granulaires. Ce ciment correspond en
caîhodoluminoscopie aux phases C2, C3 et C4.
Cette hcturation serait donc antérieure au ciment C2, mais postérieure à la boue et
probablement à Cl. La deuxième phase de fhcturation Ment recouper les ciments C2 et C3.
Ces fractues (a) sont ensuite remplies par un ciment de calcite non femfere à f d e r e
appartenant à Ia phase de cimentation C4. Ceci implique que les -es (8) sont antérieures
au ciment C4 et postérieures au ciment C3. La phase de dissolution (dl) est associée à la
dissolution moldique des tests aragonitiques de certains organismes, notamment les
mollusques. Les modes produits sont partiellement ou totalement remplis par les ciments des
phases C2, C3 et C4.
b) coupes de Montmorency
Deux phases de fracturation notées (fi et f4) et une phase de dissolution ont été identifiées
dans les échantillons récoltés à la rivière Montmorency. La phase de fiacturation (f3) est
représentée par des veines qui recoupent les ciments Ml, h42 et M3 et remplies par un ciment
de calcite femfere très luminescent en cathodoluminoscopie (phase M4). Ces fiactures sont
donc antérieures au ciment M4 et postérieures à M3. Cette fiachiration est égaiement associée
à une importante phase de bréchifïcation (br) qui affkcte les ciments Ml, M2, et M3 (pl. 5, fig.
4). La deuxième phase de fiacturation vient recouper tous les premiers ciments. Les eactures
(f4) sont remplies par un ciment de calcite femfere a cristaux xénomorphes qui correspond en
cathodoluminoscopie au ciment M6. Cette hcturation serait antérieure à M6 et postérieure à
M5 .
Une phase de dissolution (d2) est reiiée à la stabiiisation minéralogique des organismes
aragonitiques notamment les tests de mollusques et des algues dasycladacées. Les moules
produits par la dissolution de I'aragonite sont remplis par les ciments des phases Ml et m.
IV. 3 Chronologie des Cvdnements diagénétiques
Les relations entre les différentes phases de cimentation et les autres événements diagénétiques
nous ont permis d'établir une succession chronologique relative présentée aux figures 10 et 1 1.
E a s 'a,
Figure 1 1 : chronologie relative des principaux événements diagénétiques répertoriés dans les coupes de la rivière Montmorency.
IV. 4 RésultatJ du analyses isotopiques et interprktations
L'étude pétrographique faite à partir des observations en cathodoluminoscopie et au
microscope optique conventionnel nous a permis d'établir deux successions de ciments. La
premiére se cornéle très bien pour les coupes de Saint-Marc et de Neuville d o n que la
deuxième caractérise les coupes levées à la rivière Montmorency. Deux ciments précipitant
dans des milieux diagénétiques différents peuvent cependant présenter les mêmes caracté-
ristiques (formes et luminescence) compliquant ainsi la discrimination entre les deux milieux
sur la base des seules observations pétrographiques. Afin de cerner la nature des fluides à pariir
desquels ont précipité les différentes générations de ciments et de caractériser les milieux
diagénetiques, nous avons effectué quelques analyses isotopiques de l'oxygène et du carbone.
Par ces analyses, nous voulions savoir si, comme dans les environnements modernes, la
cimentation marine précoce a contribué a la stabilisation des faciès à bryozoaires de la
Formation de Deschambault.
Les analyses ont été réalisées sur une trentaine d'échantillons provenant des trois sites
étudiés. L'échantillonnage, fait sur la base des stratigraphies précédemment établies, a été
régulièrement contrôlé en cathodoluminoscopie. Les échantillons prélevés ont été ensuite
dissous dans de I'acide phosphorique et les gaz produits ont été analysés pour les rapports
isotopiques du carbone et de l'oxygène. Cependant, a cause de la taille souvent réduite des
cavités, seules quelques ciments ont pu être analysés et certains d'entre eux n'ont qu'une ou
deux valeurs, ce qui ne nous permet pas d'être catégorique dans nos interprétations. Tout
comme pour les successions de ciments, les résultats isotopiques sont répartis en deux
ensembles. L'un regroupant les valeurs de la boue carbonatée et des ciments des coupes de St-
Marc et de Neuville et l'autre représenté par les valeurs des ciments de la succession de
Montmorency. Les résultats obtenus sont dans un premier temps présentés dans des tableaux
résumés (fig. 12) et ensuite sur des graphiques représentant les valeurs de 6 U ~ (PDB) et de
PO (PDB).
IV. 4.1 Coupes de St-Marc et de Neuville
Seize échantillons provenant des différentes générations de ciments et de la boue
carbonatée ont été d y s é s . Sur un graphique représentant le 6180 vs s'~c, les résultats se
Boue
N bre
Min
Max
M ~ Y
Min
Max
Figure 12: résultats des analyses isotopiques. A- coupes de St-Marc et Neuville, B- coupes de la rivière Montmorency.
répartissent en trois champs (fig. 13). Un premier champ caractérisé par des valeurs de 6180 qui
varient de -434 à -7,18%0 (PDB) et des valeurs de 6% variant de 0,47 & 2,17%0 (PDB). Dans
le deuxième champ, le 6% présente des valeurs très allbgées par rapport aux valeurs marines
de l'époque et varie entre -11,08 et -12,83%0 (PDB) alors que le 6% varie entre 929 et
1,77%0 PDB). Le troisième champ quant à lui est caractérisé par des valeurs négatives de
613c (entre -1,S9 et -6,06 O/m PDB) et des valeurs de 6% comparables à celles du premier
champ (de -5,96 a -7,8 1%0 PDB).
Interprétation
Pour estimer le signal marin d'une époque, on peut soit utiliser les signatures
isotopiques des ciments non luminescents, soit celle des brachiopodes non luminescents de
l'époque ou les bandes de covariance des ciments plus ou moins altérés ( e g Given et
Lohmann, 1986). En utilisant les valeurs isotopiques des brachiopodes non altérés, Popp et al
(1986) ont établi que le signal isotopique des calcites marines de l'Ordovicien tardif
(Caradocien) variait entre - 5 3 et -6,5%0 (PDB) pour le 6180 et entre 0,O et 2,0% pour le
613c. Plus tard, Tobin et al (1996) en analysant des ciments marins fibreux ont obtenu des
valeurs de 6180 variant entre -4,O et -5.5Y~ (PDB) pour les calcites marines ordoviciennes.
Les valeurs du premier champ chevauchent le champ marin ordovicien (fig. 13). Ceci est en
accord avec le fait que la plupart des valeurs de ce champ sont obtenues pour la boue
carbonatée et le ciment C2 très précoce dans la succession diagénétique. De plus, des boues
typiquement marines, lorsqu'elles ne sont pas altérées, doivent présenter des valeurs
isotopiques caractéristiques du champ marin de l'époque. Les ciments de ce champ qui
présentent des valeurs plus allégées en 6180 correspondent probablement aux ciments marins
les plus altérés.
Le deuxième champ caractérisé par des valeurs plus appauvries de 6180 (de - 1 1 ,O8 a - 12,83%0) reflète probablement des conditions d'enfouissement (ciments tardifs dans la
succession diagénétique et ferriferes). En effet, une séquence diagénétique passant du milieu
marin au milieu d'enfouissement montre d'abord une signature marine puis, des valeurs qui
deviement plus appauvries en 6180 et légèrement plus faibles en PC par rapport aux ciments
marins. Les valeurs très allégées de 6% de ce champ peuvent également s'expliquer par une
ciment C2 ciment C4
1 O ciment CS 1
champ marin
1 3 6 C
VPDB - 4 - - 2 - - O - - - 2 - - - 4 - - - 6 -
s1 8o I 1 1 I I I 1 I 1 I 1 I I - 8
VPDB -12 -1 0 - 8 - 6 - 4 - 2 O
Figure 13: Valeurs isotopiques des différentes phases de cimentation e t de la boue carbonatée. Coupes de St-Marc e t de Neuville. Champ marin basé sur Popp e t al. (1 986).
précipitation à partir de fluides hydrothermaux ou météoriques. Mais, le fait que les signaux
isotopiques des phases précédentes n'ont pas été affectés par de tels fluides, ajouté au fait que
ces ciments sont en partie femferes et reprksentent les dernières phases à précipiter, favorise
l'hypothèse d'une précipitation en enfouissement à partir des fluides du bassin.
Le troisième champ, pour des ciments précoces exclusivement, montre des valeurs de
6180 semblables a celles du premier champ mais, avec des valeurs pius appauvries de PC (- 6,06 et -1,51Y~ PDB). Ces valeurs négatives de 6 " ~ ne peuvent s'expliquer que par un apport
de carbone biogène. Un carbone provenant soit de la dégradation de la matière organique qui
aurait diminué le rapport isotopique du carbone de l'eau parente ou de l'oxydation
d'hydrocarbures (méthane par exemple) qui aurait permis la précipitation de calcite appauvrie
en SUC
IV. 4.2 Coupes de Montmorency
Les valeurs isotopiques des ciments de la succession diagénétique de Montmorency se
distribuent dans deux champs (fig. 14). Un premier champ dans lequel les valeurs de 6180 (de - 5'10 à 4 3 7 % PDB) chevauchent celies du champ marin ordovicien et des valeurs de 613c
allant de -0,27 à 0,63%0 PDB. Le deuxième champ présente des valeurs plus allégées de 6180
(de -7,84 à -1 1,18%0 PDB) dors que le 6'" varie de -1,96 à 1,26%0 PDB.
Interprétation
Les valeurs de 6180 des deux premiers ciments (Ml et M 2 ) sont anornialement
appauvries par rapport aux valeurs marines ordoviciennes. En général on s'attend à ce que les
premiers ciments présentent des valeurs proches du signal marin de l'époque. Les valeurs
allégées de Ml et M . pourraient s'expliquer par une précipitation a partir d'eaux météoriques,
c'est d'ailleurs ce que semble attester la forme en fines bandes, luminescentes et non
luminescentes, du ciment EI12. En effet, même si leur origine est très débattue (Lavoie et
Bourque, 1992; Meyers, 1991), ces ciments en fines bandes sont le plus souvent associés & une
diagenèse météorique en milieu phréatique (Durlet et Lareau, 1996; Meyers, 1974). Ces faibles
valeurs de 6180 pourraient également s'expliquer par une altération par des fluides
Légende O Ciment M l
Ciment M2
Ciment M3 + Ciment M 4 C3 Ciment M 6
champ marin
champ 1
s1 8o 1 I I I I I i I 1 I I I I 1 - 8
VPDB -12 - 1 0 - 8 - 6 - 4 - 2 O
Figure 1 4: valeurs isotopiques des différentes phases de cimentation, coupes de la rivière Montmorency. Champ marifi de Popp e t al. (1 986).
valeurs typiquement marines de la phase M3 rendent
altération post-sédimentaire par de tels fluides. Les valeurs
hydrothermaux. Cependant, les
invraisemblable l'hypothèse d'une
de 6180 du ciment M3 tombent dans le champ maM ordovicien. Ce ciment a probablement
précipité lors d'un retour à des conditions marines. Suivant M3, le ciment M6 est associé à une
phase de bréchification reliée probablement à une infiltration d'eau métbrique. Les valeurs de
PO très allégées des ciments M4 et M6 peuvent refléter soit une précipitation à partir d'eaux
météoriques, soit une augmentation de la température d'un système d'eau saline. Ainsi, ces
ciments auraient pu également précipiter à partir de fluides hydrothermaux ou en
enfouissement à partir des fluides du bassin. Par ailleurs, le champ 2 représentd par les phases
de cimentation Ml, M2, M4 et M6 semble dessiner, aux limites imposées par le peu
d'échantillons, une courbe en "J" inversé qui rappelle celle de Lohmann (1988). Cette courbe
isotopique reflète un système météonque enregistré à des rapports eaukoche variables.
L'origine météorique des ciments Ml, MZ, M4 et M6 pourrait s'expliquer par l'infiltration
d'une lentille d'eau douce ou par une émersion des faciès. L'hypothèse d'une émersion, est
supportée par I'observation de plusieurs surfaces durcies dont plusieurs irregulières
(corrodées) et la présence de particules conglomératiques (gros grains de quartz) assocides à
ces surfaces à la rivière Montmorency (sous la passerelle). L'infiltration d'une lentille
phréatique sous la plate-forme au niveau de la rivière Montmorency aurait également pu être
possible. En effet, même si la Formation de Descharnbault s'est déposée durant un épisode de
haut niveau marin, une incursion d'eau douce sous la zone émergée de la plate-forme à pu être
possible. L'interstratification des ciments marins M3 avec les phases météoriques pourrait
s'expliquer par des fluctuations de la nappe phréatique.
Le nombre d'analyses dont on dispose ne nous permet pas de discriminer avec certitude
les différents milieux diagénétiques possibles pour la Formation de Deschambault. Cependant,
l'association de ces analyses avec les observations faites au microscope polarisant et en
cathodoluminoscopie nous permet d'observer certaines tendances. Ainsi la suite des ciments
établie à partir des coupes de SaintMarc et de Neuville représenterait une succession passant
du milieu marin au milieu d'enfouissement normal. La succession de Montmorency quant à elle
serait le résultat d'une possible alternance entre une diagenèse météorique en milieu phréatique
et une diagenèse marine. Ces interprétations devraient cependant être confirmées par d'autres
analyses.
CHAPITRE V: DISCUSSION ET CONCLUSIONS ..*.....*..................*........*..* *......-.............*......*...*...*.......*..........*......*......*.*....
Au début de cette étude, nous nous sommes posé un certain nombre de questions, auxquelies
nous allons tenter de répondre dans la discussion qui suit.
- Dans quelle mesure les bryozoaires ont-ils joué un rôle dans l'accumulation ou la
construction du Deschambault?
- La diagenèse précoce marine a-t-elle contribué à la stabilisation de ces faciès?
- S'agit4 d'un milieu tropical ou tempéré?
- La situation du Deschambault est-elle comparable à celle de la plate-fome du sud de
l'Australie?
V. 1 Rôle des bryozoaires
Les bryozoaires du Groupe de Trenton font partie de la classe des Sténolèmes qui
regroupe les plus anciens bryozoaires du Pdéozoïque (Clark et Globenslq, 1973). Trois ordres
ont été identifiés à savoir les Trépostomes, les Crypostomes et les Fénestelles. Les
Trépostomes qui forment l'ordre le plus abondant de la Formation de Deschambault sont
représentés par les genres Praropora, HaZZopora et Batosforna tandis que les crypostomes
appartiennent au genre Pachydicctya (Clark et Globensb, 1973). Dais le Descharnbault, les
bryozoaires ont principalement joué le rôle de bioaccumulateurs avec les crinoïdes. Dans la
partie supérieure de la formation, la bioacaimulation était si intense que se sont développés des
bancs plus ou moins épais (pl. 1, fig. 3). A la rivière Montmorency les bryozoaires ont
également contribué à la construction de biohermes. Plusieurs auteurs dont Cuffey (1985)
soutiennent qu'une quantité aussi faible que 1% de bryozoaires Fénestelles suf£it pour
supporter un sédiment. De plus, Cuffey (1985) f i rme que les bryozoaires, seuls ou en
association avec d'autres groupes, constituent des constructeurs potentiels. Dans le cas
présent, nous pensons que c'est l'association bryozoaires-microbes qui est responsable de la
bioconstruction. L'analyse pétrographique révèle en effet que ces biohermes sont
essentiellement composés de bryozoaires, de tapis microbiens et de boue carbonatée. Les
bryozoaires ont joué le rôle d'amortisseur énergétique en piégeant et stabilisant la boue.
La présence des microbes expliquerait la localisation restreinte de ces biohermes a la rivière
Montmorency, alors que les bryozoaires sont abondants dans la Formation de Descharnbault. II
sriste déja dans la littérature des exemples de biohermes construits par l'association de
bactéries avec d'autres organismes, c'est le cas des biohermes à strornatactis (Bourque et
Gignac? 1986; Bourque et Boulvah, 1993).
V. 2 Rôle de Ir cimentation précoce
La cimentation marine précoce joue dans certains cas un rôle important dans la
stabilisation des bioaccumulationç et l'édification des structures organiques capables de résister
a I'action des vagues: récifs, biohermes (Purser, 1969). En général, les ciments fibreux et
aciculaires, ainsi que les ciments non luminescents sont asociés à une cimentation précoce.
Dans la Formation de Deschambaulc notamment dans les faciès à bryozoaires qui composent
les bancs massifs de la partie supérieure, les analyses pétrographique et diagénétique révèlent la
présence de ces ciments précoces. La figure 2, planche 3 montre par exemple un contact net
entre deux microfaciès. Au niveau du contact, certains bioclastes et les terriers sont tronqués,
ce qui implique que le packstone etait déja cimenté lorsque le grainStone est venu se déposer.
De plus, les résultats isotopiques de certaines phases de cimentation (phase C 2) tombent dans
le champ marin ordovicien (5g. 13). La cimentation marine précoce a donc contribué à la
stabilisation des faciès du Deschambault. Toutefois, elle n'a pas joué un rôle déterminant dans
la construction des biohermes. En effet, dans ces bioconstmctions, les ciments représentent
moins de 10% du faciès qui est essentiellement composé de boue carbonatée.
V. 3 Milieu tropical ou tempéré?
La plupart des reconstitutions paléogéographiques indiquent qu'au milieu de l'ordovicien,
la plate-forme des Basses-Terres du Saht-Laurent occupait une position entre 15 et 20°S.
Cependant, les calcaires du Groupe de Trenton, en général, et de la Formation de
Deschiunbault~ en particulier, ont plus d'affinités faciologiques avec les carbonates d'eaux
tempérées qu'avec ceux d'eaux tropicales. Le contenu fossilGre de la Formation de
Deschambault est typique de l'assemblage à bryomol décrit dans les milieux d'eau tempérée
actuels (Nelson, 1988). L'assemblage étant ici dominé par les bryozoaires, les crino;ides, les
brachiopodes et les mollusques. Les ooïdes et les grapestones souvent considérés comme
diagnostiques des milieux chauds (Bathurst, 1971) sont absents du Deschambault. Les
constituants non squelettiques sont représentés par les pellets et les péloïdes qui peuvent se
retrouver aussi bien en eau chaude qu'en eau fioide. De plus, nous n'avons observé auaine
construction rMale comme c'est souvent le cas dans les environnements modernes d'eaux
tropicales. Les seuls faciès bioconstruits du Deschambault sont reprdsentés par les biohennes
composée de boue, de bryozoaires a de microbes. Des exemples de ce genre de monticules,
bien que communs dans les enviromements chauds (James et Bourque, 1932), sont également
rapportés dans les milieux modernes d'eaux tempérées (Boreen et James, 1993).
V. 4 Analogue moderne
Quand on parle de calcaires récents d'eaux firoides ou tempérées, on réfëre au modèle proposé
par James et Bone (1991) sur la plate-forme septentrionale d'Australie. Malgré certaines
particularités, la situation de la plate-forme moderne sud-australieme se compare assez bien a
celle du Descharnbault (déjà proposé par Lavoie, 1995). Cette plate-forme représente une
rampe carbonatée d'eau tempérée. Tout comme pour le Deschambault, I'assemblage faunique
est dominé par des bryozoaires, des crinoïdes et des brachiopodes. De plus, nous pouvons
établir des correspondances entre certains microfacies du Deschambault et les faciès compris
dans le modèle de plate-forme ouverte proposé par James et Bone (1991). En effet, en indurant
les boues à bryozoaires de la plate-forme sud-australienne, on obtiendrait des wackestones et
packstones à biyozoaires semblables à ceux du Descharnbault. De la même façon, les sables à
bryozoaires, une fois indurés, pourraient correspondre aux grainstones à bryozoaires et
crinoïdes de la Formation de Deschambault. Bien qu'il soit possible de voir c e M e s
similitudes entre ces deux plates-formes, il est important de remarquer qu'il existe également
des différences. Tout d'abord les bryozoaires des deux plates-formes appartie~ent à des
ordres différents. De plus, sur la plate-forme sud-australienne, on observe essentiellement des
accumulations de bioclastes dues à l'action des vagues ainsi que des accumulations de boue
(James et Bone, 1992). Aucune construction n'y a encore été rapportée.
V. 5 Conclusions
L'association des analyses sédimentologique et diagénétique nous permet de tirer les
conclusions suivantes:
1- Dans la Formation de Deschambault, notamment dans les bancs massifs de la partie
supérieure, il se faisait principalement de la bioaccumulation. Les principaux organismes
bioaccumulateurs étaient les bryozoaires et les crinoïdes. À certains endroits, il se faisait
également de la bioconstruction, c'est le cas à la rivière Montmorency où l'association
bryozoaires-microbes a construit des biohermes. Dans ces biohermes, les bryozoaires
(Trépostomes surtout) piégeaient et stabilisaient le sédiment principalement constitué de boue
carbonatee, laissant aux microbes le soin d'édifier la structure.
2- Pour ce qui est de la cimentation précoce, elle a en effet contribué à la stabilisation des
facies du Deschambault, puisqu'on retrouve ça et là des évidences d'une cimentation marine
précoce. Toutefois son rôle dans la bioconstniction était moins important.
3- La présence des assemblages à bryomol dominés par les bryozoaires, les crinoïdes, les
brachiopodes et les mollusques, ainsi que l'absence d'algues dans la Formation de
Deschambault suggère un environnement fioid ou tout au moins un environnement tempéré.
4- Concemant le milieu de dépôt, les coupes de St-Marc et de Neuville représentent un d e u
couvrant de la zone subtidale peu profonde, au-dessus de la limite d'attaque des vagues (bancs
massifs) a un milieu de marge de plate-forme (Formation de Neuville) où l'assemblage
faunique est dominé par des céphalopodes, des trilobites et des brachiopodes. Le milieu
représenté par les facies de la rivière Montmorency est plus complexe. Ii s'agit probablement
d'un milieu peu profond et relativement calme. Ceci est suggéré par la présence d'algues dans
la Formation sous-jacente de Pont-Rouge, l'abondance de boue carbonatée et de
cyanobactéries (stromatolites) lesquelles prolifërent dans de tels milieux.
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PLANCHES
Planche I
Figure 1: photographie de tenain montrant le contact discordant entre les gneiss du Grenvilie
et les calcaires du Groupe de Trenton. Coupe E, rivière Montmorency.
Figure 2: laminae parallèles associées à la Formation de Pont-Rouge. On peut également noter
l'imbrication de certains organismes à coquilles. Coupe F, rivière Montmorency.
Figure 3: photographie de terrain montrant les deux unités lithologiques de la Fornation de
Deschambault. On y observe une Partie infërieure (A) représentée par des lits centimétriques
de calcilutite et de caicarénite fine, alternant avec de fins lits de shale et une partie supérieure
@) représentée par des bancs massifs de calcarénite-calcinidite Coupe A, St-Marc-des-
Carrières.
Figure 4: laminae parallèles associées aux bancs massifs de la partie supérieure du
Descharnbault. Coupe B, carrière de Neuville.
Planche 2
* * * * . * . * . . . . * ~ L * * . . * . . * . . . * . . . * * . . . . . . * . * * . . . . . * . * * . * * . . . . . . . . . . . . * . . * ~ * . . . * * * . L . * . . * . * * . . . . * . . . . * * * . . * * * . * * . . . * * . * . . * . * . * * . * *
Figure 1: gros plan de la calcirudite riche en algues rouges (solénoporacées) observée à la base
de la Formation de Pont-Rouge. Coupe E, rivière Montmorency.
Figure 2: photomicrographie en LN illustrant la texture grainstone a algues solénoporacées et
dasyctadacées (D) du microfaciès 1. A noter également la présence des crinoïdes. Lame
PMO.00, coupe C, rivière Montmorency.
Figure 3 : photomicrographie en LN du microfacies 1 montrant la taille souvent imposante et la
structtue des algues rouges. Lame PMO.00, coupe C, rivière Montmorency.
Figure 4: photomicrographie en LN illustrant la texture wackestone-packstone a mollusques du
microfaciès 2a. On note kgalement la présence de crinoïdes, de péloides et un bioremaniement
parfois intense (coin gauche au bas de la photo). Lame RMO 13, coupe E, rivière
Montmorency.
Planche 3
....*.....*.......*.... ...*...*.*..*......*......*.*.*..*............*.....**...........*..*...*.*...*..*...****.*....***.....
Figure 1: photomicrographie en LN illustrant la texture wackestone-packstone à bryozoaires et
crinoïdes du microfacies 2b. A noter l'importance de la boue carbonatée. Lame PM0 5, coupe
C, rivière Montmorency.
Figure 2: photomicrographie en lumière naturelle montrant un contact très net entre un
grainstone et un packstone à crinoïdes. La troncature des bioclastes et des temers au niveau du
contact indique que le packstone était déjà cimenté lorsque le grainstone est venu se déposer.
Lame SM 3, coupe B, St-Marc-des-Carrières.
Figure 3: photomicrographie en LN illustrant la texture grainstone à crinoïdes du microfaciès
3a. À noter la nature bien arrondie des particules et la présence d'intraclastes. Lame RMO 15,
coupe F, rivière Montmorency.
Figure 4: photomicrographie en LN illustrant la texture grainstone-boundstone a bryozoaires
du microfaciès 3b. Lame RM 22, coupe 4 St-Marc-des-Carrières.
Planche 4
Figur 1 : photomicrographie en lumière naturelle iiiustrant la texture mudstone du microfaciès
4. A noter la prbsence d'un temer rempli par du matériel plus grossier. On peut entre autres
reconnaître des fkagments de c~o ïdes , de brachiopodes et de trilobites. Lame NE 8, coupe B,
&ère de Neuville.
Figure 2: photographie de terrain montrant un des biohermes de La Formation de
Deschambauit. Coupe F, rivière Montmorency.
Figure 3: plaque polie illustrant la texture bafnestone du bioherme. On peut égaiement noter la
présence de trames microbiennes (zones plus foncées) entre les bryozoaires, coupe F, rivière
Montmorency.
Figure 4: photomicrographie en LN illustrant les bryozoaires (type A) du microfaciès 5. À
noter ici la taille des bryozoaires Trépostomes, leur état de conservation et l'abondance de
boue carbonatée. Lame RM 5 coupe F, rivière Montmorency.
Planche 5
Figure 1: photomicrographie en LN montrant des laminae stromatolitiques dans la boue
carbonatée du microfacies 5. Lame RM 5, wupe F, Montmorency.
Figure 2: photomicrographie en LN iilustrant les différentes phases carbonatées de
Montmorency en termes de présence ou d'absence de ~e'+. Soit un premier ciment de calcite
non femfere, suivi par un ciment de dolomite ferriFere ou d'ankérite et d'une calcite femfere.
Détermination basée sur les colorations seulement. Lame PP3, coupe D, Montmorency.
Figure 3: photomicrographie en CL Montrant la succession des ciments établie pour les coupes
de St-Marc et Neuville. Soit de petits cristaux non luminescents Cl, suivis de cristaux ternes
de la phase C2 qui, est eile même suivie en continuité optique par une fine bande luminescente
C3 et de grands cristaux ternes C4. Puis, le ciment C5 vient obstruer le reste de la porosité.
Lame SM 12, coupe A, Saint-Marc.
Figure 4: photomicrographie en CL montrant la succession des ciments établie pour les coupes
de la rivière Montmorency. Six phases de cimentation sont visibles, soit en succession, Ml,
non luminescent à cristaux palissadiques; M2, en fines bandes luminescentes et non
luminescentes; M3, en bande terne terminant M2; M4, très luminescent; MS, en grands cristaux
ternes et de M6 terne, xénomorphe. A noter également une importante bréchification (br).
Lame PP7, coupe D, Montmorency.
RELATIVE SEA-LEVEL CURVE
CYCLES
PE bm- -Fe
brn
Courbe des fluctuations du niveau marin relatif à l'Ordovicien
tirée de Witzlre et Bunker, 1996.
IMAGE EVALUATION TEST TARGET (QA-3)
APPLIED INLAGE . lnc - - - 1653 East Main Street - -- - a Rochester. NY 14609 USA -- -- Phone: 71â1482-WOO -- -- - - F x 71 6/2üû-5989