Introduction Les sédiments argileux et silteux Classification Environnement de dépôt Les Conglomérats et les grès Classi

1. Plan du cours La Classification des roches détritiques et leur environnement de dépôt • Introduction • Les sédiments argileux et silteux • Classification • Environnement de dépôt • Les Conglomérats et les grès • Classification • Environnement de dépôt

2. Du Sédiment à la Roche sédimentaire • Le sédiment: les grains détritiques sont entièrement indépendants les uns des autres: ils forment un assemblage en équilibre mécanique dont les espaces intergranulaires (pores) représentent une fraction importante du volume de la roche. • La roche sédimentaire: les constituants sont intimement soudés les uns aux autres et la roche garde sa forme aussi longtemps que des contraintes ne viennent la briser. • La transformation du sédiment meuble en roche indurée résulte soit de l' d'un ciment entre les grains, soit de la compaction du sédiment. On appelle diagenèse l'ensemble des processus physico-chimiques responsables de la transformation d'un sédiment meuble en une roche indurée. • Un même critère général sert à la classification des roches meubles et cohérentes: •  la dimension des particules détritiques

3. La classification granulométrique

4. La classification granulométrique

5. La classification granulométrique

6. La classification granulométrique

7. Plan du cours La Classification des roches détritiques et leur environnement de dépôt • Introduction • Les sédiments argileux et silteux • Classification • Environnement de dépôt • Les Conglomérats et les grès • Classification • Environnement de dépôt

8. Les argiles et silts Généralités Ces sédiments représentent entre 50% et 80% de la colonne stratigraphique. Leur étude pétrographique et leur classification est moins avancée que celle des grès et des conglomérats, en raison de leur granulométrie très fine, en partie sous le pouvoir de résolution du microscope. Leur importance économique est cependant grande, avec des applications industrielles multiples comme la fabrication des ciments, des briques, des céramiques etc…

9. Les argiles et silts Généralités Les minéraux argileux sont le produit de l'altération de roches sédimentaires, métamorphiques et ignées. Ces dernières ne contiennent pas de minéraux argileux préexistants, mais un de leurs constituants, les feldspaths, sont aisément dégradables en argiles. La nature des minéraux argileux des roches détritiques a souvent été utilisée comme indicateur de paléo environnement ou de diagenèse.

10. Les argiles et silts Classification Ces roches appartiennent au grand groupe des "mudrocks" (roches de boue). Ce groupe comprend tous les sédiments détritiques constitués majoritairement d'éléments de la taille des silts (0,063 à 0,004 mm) et des argiles (< 0,004 mm).

11. Les argiles et silts Classification Voici une proposition de classification, basée sur les commentaires de Lundegard & Samuels (géologues anglais) en 1980: Les termes français sont indiqués entre parenthèses

12. Les argiles et silts Classification Ce tableau montre que le vocabulaire français est moins précis que le vocabulaire anglo-saxon: nous manquons de mots pour différencier les « shales » des « stones ».  Les shales sont des argiles compactées, plus ou moins riches en silts, présentant une fissilité parallèlement à la stratification.

13. Les argiles et silts Classification • A cette classification granulométrique des argiles et silts s'ajoutent d'autres caractéristiques, celles-ci résultant soit d'analyses microscopiques, soit d'observations macroscopiques: • la coloration, en cassure fraîche pour les roches indurées. Il s'agit d'une caractéristique importante qui renseigne sur l'état d'oxydation du fer (Fe3+  rouge ou Fe2+ vert) et sur la présence de matière organique • la présence de bioturbations, delaminations • la minéralogie de la fraction silteuse (quartzitique, feldspathique, micacée)

14. Environnement de dépôt • La grande majorité des siltites et argilites provient de l'érosion continentale. • Ces matériaux fins sont transportés: • par les rivières et déposés dans des environnements calmes (plaines d'inondation, lacs, deltas, océan). • par le vent, et les déposés en milieu continental sous la forme de loess ou dans les océans.

15. Environnement de dépôt Dépôt en domaine continental • On distingue assez facilement les boues de plaine d'inondation fluviale des boues lacustres: • Les boues des plaines alluviales sont associées à des corps sableux (chenaux) et montrent souvent des indices de pédogenèse (nodules, racines). • Les boues lacustres présentent une lamination millimétrique. Ces sédiments laminaires sont appelés varves. La rythmicité peut être due à des proliférations planctoniques ou des apports saisonniers de sédiments.

16. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin Les sédiments fins se déposent dans des zones de bathymétrie très différente: Depuis la côte jusqu'à l'océan profond en passant par un milieu de plate-forme

17. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 1- Les boues côtières Un grand nombre de sous-environnements sont possibles, suivant la morphologie, le climat, etc… Les boues côtières peuvent se déposer dans des fonds de baies (Baie du Mont St-Michel) ou dans des lagunes, protégées des vagues par une barrière (Marnes de Strassen, Formation d'Evieux) etc…

18. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 1- Les boues côtières Quelques critères d’identification de ces boues: • Présence de chenaux de marée remaniant éventuellement des sédiments plus grossiers • Structures liées à l'émersion: polygones de dessiccation etc.. • Flore et faune caractéristiques (voire adaptées à des milieux hypersalins) • Horizons pédogénétiques, traces de racines.

19. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 2- Les boues de plate-forme Au-delà des sables côtiers, en direction de la pleine mer et à partir d'une certaine profondeur (sous la zone d'action des vagues), on trouve une vaste aire occupée par des boues détritiques. La position de cette ceinture dépend du caractère plus ou moins énergique de la houle. Pour des côtes nettement exposées, la ceinture boueuse peut être fortement déplacée vers le large.

20. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 2- Les boues de plate-forme Quelques critères d’identification de ces boues: • Boues généralement bioturbées • Organismes pélagiques fréquents • Des passées plus grossières traduisent des augmentations temporaires de l'agitation: ce sont les tempestites. Selon leur éloignement relatif du rivage, leur fréquence et leur épaisseur diminue

21. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques Les sédiments déposés en eaux plus profondes, en milieu océanique, sont appelées boues hémipélagiques. Ce type de dépôt couvre une part importante de la plate-forme externe, des talus et des bassins océaniques.

22. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques Quelques critères d’identification de ces boues: • Les seuls organismes présents sont pélagiques (diatomées, foraminifères, coccolithes, radiolaires, céphalopodes, graptolites) • On y observe des turbidites et des débris flows • Des encroûtements de fer et de manganèses sont parfois présents • On peut observer des remaniements, des érosions, dus à des courants de fond

23. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques << Les argiles océaniques sont un constituant important des boues hémipélagiques. Les espèces minérales les plus abondantes sont: L'illite, la smectite, la kaolinite et la chlorite.

24. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques • Ces minéraux sont issus des terres émergées et reflètent de manière assez précise la nature des argiles compris dans les formations continentales superficielles. De ce fait, on constate: • Une augmentation de la kaolinite dans les sédiments proches des zones équatoriales, au débouché des grands fleuves: la kaolinite est riche en Al et ne contient pas de cations solubles (K, Ca, Na). Ceci indique que ce minéral se forme dans des conditions d'altération particulièrement intenses, où l'Al se concentre après exportation des autres éléments. Ces conditions correspondent à des sols acides et bien drainés en milieu tropical

25. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques • Ces minéraux sont issus des terres émergées et reflètent de manière assez précise la nature des argiles compris dans les formations continentales superficielles. De ce fait, on constate: • Une prépondérance de la chlorite dans les zones froides où l'altération physique est prédominante

26. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques • Ces minéraux sont issus des terres émergées et reflètent de manière assez précise la nature des argiles compris dans les formations continentales superficielles. De ce fait, on constate: • Beaucoup d'illite là où l'apport terrigène est important: latitudes élevées, embouchures de grands fleuves, zones à fort apport éolien comme le Pacifique N (vents d'ouest). L'illite est le principal produit d'altération des feldspaths et des micas en climat tempéré. Elle est abondante dans les sols neutres ou légèrement alcalins

27. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 3- Les boues hémipélagiques • Ces minéraux sont issus des terres émergées et reflètent de manière assez précise la nature des argiles compris dans les formations continentales superficielles. De ce fait, on constate: • Une dominance de la smectite (contenant du Fe et du Mg) à proximité de zones relativement arides où un faible drainage autorise la rétention de Mg, Ca, Na. On l'observe communément dans les produits d'altération des roches ferromagnésiennes; on la trouve aussi le long des rides médio-océaniques (altération des basaltes)

28. Environnement de dépôt Dépôt en domaine marin 4- Les Black Shales Dans certains bassins isolés, la matière organique s'accumule dans le sédiment et donne naissance à des "black shales": Certains de ces dépôts peuvent être riches en hydrocarbures et en certains élements chimiques tels que le Cu, Pb, Zn, ou encore l’U, ces éléments étant adsorbés sur les argiles et la matière organique. Cette tendance anoxique peut résulter d'une diminution de la circulation des eaux, qui devient trop faible pour renouveler l'oxygène du fond, mais aussi d'une augmentation de l'apport en matière organique (accroissement de productivité des eaux de surface).

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30. Les conglomérats Généralités Les conglomérats sont des roches cohérentes constituées de galetsarrondis (poudingues) à anguleux (brèches) d'un diamètre > 2 mm et d'un liant. ATTENTION : le terme brèche s'applique non seulement aux brèches sédimentaires constituées d'accumulations d'éléments anguleux, mais aussi aux roches broyées le long des accidents tectoniques (brèches de faille ou brèches cataclastique) et aux projections volcaniques grossières recimentées (brèches pyroclastiques). Les conglomérats ne représentent que 2% des roches sédimentaires et sont généralement d'extension limitée (dans le temps et l'espace). La corrélation stratigraphique de ces unités est difficile, car elles manquent en général de macro et microfossiles.

31. Les conglomérats Texture • La forme: la forme des débris reflète la nature des roches : les granites, grès... donnent des galets grossièrement équidimensionnels. Les schiste et les gneiss donnent des galets allongés. • L'arrondi: le degré d'arrondi dépend de la nature du matériau de départ, du type d'agent de transport et de la durée du transport. Des fragments de calcaire sont bien arrondis après quelques dizaines de km de transport fluviatile. Des roches aussi résistantes que des quartzites sont bien arrondies après un transport d'une centaine de km. • L’organisation des éléments: les éléments de certains conglomérats possèdent une orientation d'ensemble spécifique: on l'appelle "imbrication". Les conglomérats d'origine fluviatile, glaciaire, marine, montrent généralement ce type d'imbrication (souvent parallèle, rarement perpendiculaire à la direction de transport), contrairement aux conglomérats et brèches issus d'écoulements gravitaires.

32. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996)

33. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 1- Provenance des constituants ?

34. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 2 2- Teneur en matrice ?

35. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 2 3a 3a- Lithologie des galets ?

36. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 2 3a 3b 3b- Nature et fabrique de la matrice ?

37. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 2 3a 3b 4 4- Origine ?

38. Les conglomérats Classification selon Prothero et Schwab (1996) 1 2 3a 3b 4

39. Les Grès Généralités • Les grès sont l'équivalent consolidé des sables (granulométrie comprise entre 2 mm et 63 µm). Ils sont formés: • d’une phase granulométrique principale, la plus grossière • d’une matière interstitielle qui réunit les grains et qu'on appelle le liant • Ce liant peut être de nature: • chimique (précipitation in situ de matière minérale: silice sous forme d'opale, de calcédoine ou de quartz, carbonate de calcium ou plus rarement gypse, anhydrite, etc…): on parlera dans ce cas du ciment. • détritique (phase détritique très fine qui occupe les interstices entre les grains de la phase grossière): on parlera alors de matrice intergranulaire, représentant une infiltration mécanique de particules fines entre des grains jointifs.

40. Les Grès Généralités • Si les grains ne sont pas jointifs: • caractéristique d’un sédiment mal classéoù les particules grossières et fines ont été déposées en même temps 2 cas possibles: • un simple empâtement des gros grains dans la matrice silteuse ou argileuse: on parle de structure empâtée, caractéristique des "wackes" • une franche dispersion des gros grains au sein de la matrice: on parle de structure dispersée

41. Les Grès Généralités • Si les grains sont jointifs: • 2 cas possibles: • Présence d’un simple ciment de contact, conservant à la roche une porosité importante. • Présence (le plus souvent) d’un ciment qui comblela totalité des intersticesentre les grains(faible porosité).

42. Les Grès Composition Minéralogique • Les constituants majeurs des grès: • le quartz: du fait de sa résistance à l'altération, il est de loin le constituant le plus fréquent des grès. • les feldspaths: du fait de leur fragilité (clivage) et de leur grande altérabilité, les feldspaths forment rarement plus de 10 à 15% des grès. Une proportion importante de feldspaths dans un grès peut indiquer soit une altération chimique faible (aridité, gel), soit la présence de reliefs, responsables d'un transit rapide des sédiments vers le bassin. • les fragments lithiques: les fragments lithiques les plus fréquents sont des morceaux de roches volcaniques ou de roches métamorphiques (les roches plutoniques ayant tendance à se désagréger avant leur incorporation dans le sédiment). • les micas et les minéraux des argiles: les micas sont fréquents dans les grès. Leur granulométrie les range dans les fractions silteuse et sableuse. Les argiles forment la matrice.

43. Les Grès Composition Minéralogique • On peut envisager la composition minéralogique des grès sous des aspects différents: • selon lanature minéralogique du liant: grès à ciment siliceux, calcaire, ferrugineux… et d'après la présence de constituants minéraux exceptionnels (grès micacés...) • selon la proportion deconstituants stables (quartz) et deconstituants instables, aisément altérables (feldspaths, micas, débris de roches en général)

44. Les Grès Composition Minéralogique • selon la proportion deconstituants stables (quartz) et deconstituants instables, aisément altérables (feldspaths, micas, débris de roches en général): • Cette seconde distinction conduit à la notion dematurité des sédiments qui se traduit par : • la disparition progressive des constituants instables • l'élimination de la matrice argileuse • l'amélioration du classement granulométrique • l'augmentation du degré d'arrondi des grains.

45. Les Grès Classification des grès suivant Dott • La classification la plus utilisée est celle proposée par Dott en 1964. • Pour combiner la composition minéralogique des grès avec la teneur en matrice fine (<30 µm), Dott a choisi de diviser les grès en trois grands groupes: • les Arénites • les Wackes • les Mudrocks

46. Les Grès Classification des grès suivant Dott La composition minéralogique des grès est évaluée à l’aide d’un diagramme triangulaire quartz, feldspaths et fragments lithiques.

47. Les Grès Classification des grès suivant Dott Les arénites quartziques sont constituées essentiellement de grains de quartz. Leur couleur est claire. Ce sont des sédiments matures, débarrassés des constituants instables, généralement bien triés et dont les grains possèdent un bon arrondi.

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

49. Les Grès Classification des grès suivant Dott Les arénites lithiques sont constituées de fragments de quartz et de roches diverses. Le mélange de quartz et de débris divers leur donne un aspect "poivre et sel". Les feldspath sont généralement peu abondants, les micas sont communs.

50. Les Grès Classification des grès suivant Dott Les wackes (graywackes): ce sont des roches sombres, constituées d'une matrice (>15%) et de grains de quartz, de calcaire, de roches volcaniques, de schiste, de feldspath (souvent anguleux). Il s'agit de sédiments immatures. Le petit triangle à droite suggère une classification des wackes lithiques sur base de la nature des fragments rocheux