A - Le cycle des roches sédimentaires - Université Lille 1

Sédiments - Sols & Evolution
Poly de TD « Sédiments Sols » 2006 Introduction à la Pétrographie sédimentaire
Notes à lire avant le reste de ce document Ce document correspond au polycopié qui vous sera distribué à la première
séance de TD. Le programme prévu des TD-TP est le suivant :
- Un TD sur les roches détritiques : dans ce document, page 2 à 4. Pour ce
TD, les exercices d'application sont les exercices 1, 2, 4 et 5.
- Un TP illustrant ce TD
- Un TD sur les roches carbonatées : dans ce document, page 5 à 7. Pour ce
TD, les exercices d'application sont les exercices 3 et 6.
- Un TP illustrant ce TD
- Un TP d'introduction à la reconnaissance des lames minces de roches
sédimentaires au microscope. Les réponses aux exercices vous seront données au cours des TD
La dernière page (page 11) comporte une feuille semi-log nécessaire pour
tracer les courbes granulométrique des exercices 1 et 2. Introduction à la Pétrographie sédimentaire A - Le cycle des roches sédimentaires
Dès l'instant où une roche approche de la surface de la Terre, quelque soit
son origine (magmatique, sédimentaire ou métamorphique), elle va subir une
succession de processus fondamentaux qui vont conduire à la fabrication de
roches sédimentaires. Cette succession constitue le cycle des roches
sédimentaires. Nous le construirons ensemble. Lors de la fabrication de ces roches, le transport peut se faire sous deux
formes à l'origine de la définition des deux grandes familles de roches
sédimentaires : - En suspension > Roches détritiques terrigènes.
- En solution > Roches chimiques et biochimiques.
B - Les roches détritiques
1 - Les critères de classification des roches détritiques
1.1 - La taille des éléments : la texture La classification des roches détritiques est essentiellement basée sur la
taille des éléments (détritus) constituant la roche ou le sédiment. La
progression entre les classes la plus utilisée est celle de Udden et
Wenworth qui correspond au standard international. [pic]
Tableau 1. Classification des roches détritiques Selon que la roche est consolidée ou non, la terminologie est différente.
Ainsi, un sable actuellement rencontré sur une plage pourra se transformer
au cours de la diagenèse en un grès.
Les limites les plus significatives sont 2 et 0,063 mm. Elles séparent les
rudites des arénites et les arénites des lutites.
Les valeurs limites entre les différentes classes de sable et de grès
constituent une suite géométrique de raison 1/2 dont le premier terme est 2
et le dernier 0,063 mm (63 ?m). 1.2 - La nature des éléments Le second critère de classification est la nature des éléments ou de la
phase de liaison ; nature chimique, minéralogique, biologique,
pétrographique ...
Exemples : Sable bioclastique
Grès glauconieux à ciment calcaire
Poudingue à galets de quartz et de granite ...
2 - Comment classer les roches détritiques ?
2.1 - L'analyse granulométrique L'analyse granulométrique d'un sédiment a pour but d'étudier la répartition
de la taille des grains. Cette répartition renseigne le géologue sur la
manière dont s'est déposé le sédiment. Dans le cas des grosses particules,
la taille est mesurée directement (cas des rudites), pour les particules de
la taille des sables, on procède au tamisage à sec ou sous eau courante sur
des colonnes de tamis. Les tamis présentent des mailles carrées de
dimensions normalisées dont les mailles sont calculées selon une
progression géométrique. D'autres techniques plus élaborées existent
aujourd'hui. Elles ne seront pas développées. On dispose sur un plateau vibrant une colonne de tamis. Les tamis
présentant les plus petites mailles sont disposés à la base de la colonne,
ceux de plus grande maille au sommet. On renverse ensuite dans le tamis
supérieur, une masse de sable connue (généralement 100 g dans le cas d'un
sable fin, davantage si le sédiment est plus grossier). Le plateau vibrant
est mis sous tension durant environ 15 mn. On récupère ensuite dans chaque
tamis une certaine quantité de sable appelée refus de tamis. Le refus d'un
tamis donné contient les grains dont la taille est comprise entre celle du
tamis et celle du tamis disposé immédiatement au dessus. Chaque refus de
tamis est ensuite pesé et pour chaque classe granulométrique on obtient un
pourcentage de refus. A partir de ces données, un histogramme et une courbe
cumulative peuvent être tracés. L'histogramme permet d'évaluer le
classement du sédiment tandis que la courbe sert à mesurer un certain
nombre de valeurs : les percentiles, utilisés pour calculer les paramètres
de médiane et classement. La médiane est représentée par le percentile P50.
La valeur du classement peut être calculée avec la formule suivante : So =
?(Q75/Q25). Q75 et Q25 étant les quartiles.
Plus la valeur obtenue est proche de 1, meilleur est le classement. Application : Exercices 1 et 2
2.2 - La composition de la roche Une roche détritique est constituée de particules (les grains) et, dans le
cas d'une roche consolidée, d'une phase de liaison qui maintient les grains
entre eux. a) LES GRAINS
La plupart des minéraux ne sont pas propres aux roches sédimentaires. Nous
les retrouverons également lors des observations des roches magmatiques.
Silicates : quartz, calcédoine, feldspaths, micas, argiles
Carbonates : calcite, dolomite
Sulfates : gypse
Oxydes : limonite
Phosphates ... A ces minéraux il faut ajouter les débris lithiques. Il s'agit de morceaux
polycristallins de roches de natures variées sédimentés avec les grains
isolés. Ces débris lithiques se rencontrent, bien entendu, essentiellement
dans les roches les plus grossières.
b) LA PHASE DE LIAISON
Elle peut avoir deux origines :
- Elle est syn-sédimentaire et dans ce cas, on parle de matrice. C'est le
cas d'une boue qui se déposerait en même temps qu'un sable.
- Elle est post-sédimentaire et dans ce cas, on parle de ciment. C'est le
cas d'un ciment de calcite venant combler les pores d'un grès au cours de
la diagenèse. Elle peut avoir des natures variées : calcaire, argileuse, siliceuse,
ferrugineuse ...
3 - Comment nommer une roche détritique ? En fonction de tous les paramètres que nous venons de détailler, il devient
possible de donner un nom à la roche détritique décrite. Après s'être
assurés que nous sommes en présence d'une roche détritique, il faut étudier
successivement la texture de la roche, la nature des constituants et, le
cas échéant, des indications qui nous seront précieuses pour reconstituer
le milieu de dépôt : les figures sédimentaires. [pic]
Description d'une roche détritique. Principe et exemples.
4 - Le milieu de plateforme détritique
Exercices 4 et 5
C - Les roches chimiques et biochimiques
Cet ensemble de roches comprend trois familles principales :
- les roches siliceuses : silex par exemple ;
- les roches évaporitiques résultat de l'évaporation d'eaux sursaturées :
gypse, sel ou potasse par exemple ;
- les roches carbonatées. Il s'agit de la famille essentielle qui est
principalement développée en TD et illustrée en TP.
1 - Les critères de classification des roches carbonatées Les roches carbonatées contiennent au moins 50% de carbonate, le plus
souvent du carbonate de calcium : la calcite et l'aragonite CaCO3 mais
également du carbonate double de calcium et de magnésium : la dolomite Ca
Mg (CO3)2. Chez les roches carbonatées, les calcaires s.l., la
classification est basée principalement sur la part des grains et de ce qui
les lie : la texture mais également sur la nature des constituants.
1.1 - La nature des éléments Outre les grains de natures diverses déjà cités pour les roches
détritiques, les roches carbonatées peuvent, en plus, contenir des éléments
particuliers tels que les oolithes, les pellets, les intraclastes et les
bioclastes (mollusques, foraminifères, brachiopodes, échinodermes ...).
1.2 - La part des grains et de ce qui les lie : la texture La classification retenue est celle de Dunham (Tableau 2). Dans cette
classification, il importe de distinguer les grains et ce qui les relie.
Pour cette seconde phase, deux possibilités :
- La phase de liaison est constituée par de la boue carbonatée. Elle est
aisément reconnaissable à l'?il nu par son caractère mat.
- La phase de liaison n'est pas de la boue. Dans ce cas, il s'agit le plus
souvent d'un ciment qui est fréquemment brillant à l'?il nu.
[pic]
Tableau 2 : Classification de Dunham (1962) S'agissant d'une classification d'origine anglaise, voici (pour mémoire)
quelques équivalents français des termes anglais. Stone : pierre, roche.
Mud : boue. To pack : entasser, serrer. Grain : grain. To bound :
agglutiner, cohérer. Deux classes de calcaires échappent à l'obligation de traquer la présence
de boue.
- Il s'agit de la texture cristalline non représentée sur le tableau :
aucun élément n'est reconnaissable suite à des processus divers tels que la
diagenèse ;
- Et de la texture Boundstone : Calcaires construits par des organismes
tels que les coraux, certaines algues certains mollusques, etc.
2 - Comment classer les roches carbonatées ?
2.1 - La teneur en CaCO3 Pour définir complètement une roche carbonatée, une mesure de la teneur en
carbonate de calcium est nécessaire.
Le dosage du carbonate de calcium est basé sur l'attaque par l'acide
chlorhydrique (HCl) dilué d'un échantillon d'une masse donnée à pression et
température constantes.
C'est le principe utilisé par le calcimètre de BERNARD.
[p