Cours s3 géodynamique externe

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Cours s3 géodynamique externe

  1. 1. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 1 GEODYNAMIQUE EXTERNE Année 2014-2015
  2. 2. Géodynamique externe (S3), partie 2 Cours de sédimentologie en ligne http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentol ogie.htm http://www.u-picardie.fr/beauchamp/cours- sed/sed-0.htm 09/12/2014 2
  3. 3. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 3 INTRODUCTION A LA SEDIMENTOLOGIE Définitions: Sédimentologie La sédimentologie étudie les sédiments et les roches sédimentaires, ainsi que la manière dont celles-ci se forment. C'est une discipline très complète qui touche à beaucoup d'autres domaines.
  4. 4. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 4 Pétrologie sédimentaire: étude des roches sédimentaires, reconstitution des environnements sédimentaires >> Identification des processus sédimentaires, des milieux de dépôts, l’étude de leur évolution au cours du temps, la reconstitution de l’architecture des différents environnements Pétrographie sédimentaire: description des roches sédimentaires
  5. 5. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014
  6. 6. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 6 Notion de sédiment Un sédiment peut être défini comme un ensemble non consolidé de particules. Les particules d'origine minérale: grains minéraux ou fragments de roche (terrigènes, volcaniclastiques, météoritiques) Les particules d'origine organique: restes fragmentés ou non d'animaux ou de végétaux Les particules d'origine chimique : précipitation de substances dissoutes (par exemple les cristaux de sel).
  7. 7. Géodynamique externe (S3), partie 2 Notion de sédiment Un sédiment correspond à une accumulation non consolidée de particules d'origine minérale, organique ou chimique. 09/12/2014 7
  8. 8. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 8 Notion de faciès  Définition  Faciès : ensemble des caractères lithologiques et paléontologiques d’une roches donnée.  échelles : macrofaciès (m), microfaciès (µm), nanofaciès (A°) et électrofaciès (diagraphies).  Variations  dans l’espace  dans le temps
  9. 9. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 9 Notion de faciès  Interprétation  l’étude de faciès d’une série sédimentaire a pour but la caractérisation et la reconstitution du milieu de dépôt ou du bassin de sédimentation.  Un bassin sédimentaire est caractérisé par :  sa nature et sa morphologie  son hydrodynamisme  son écologie  Les roches sédimentaires sont caractérisées par :  leur composition  leur architecture et géométrie  les types de successions des dépôts
  10. 10. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 10 Principes de reconstitution des anciens paysages principe d’uniformitarisme: (p. des causes actuelles) : l’évolution géologique dans le passé été conforme à l’évolution actuelle. Cependant, les changements climatiques et la composition de l’atmosphère peuvent être différents. principe scalaire fondamental: l’analogie entre les milieux de dépôts des séries sédimentaires anciennes et ceux des dépôts actuels est tout à fait confirmée à condition de comparer les objets de même échelle.
  11. 11. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 11 Intérêts de la sédimentologie Sur le plan académique  Elle permet la connaissance de l’évolution de la vie sur terre,  Elle permet la reconstitution de l’évolution de notre planète par les études paléogéographiques, paléoclimatiques depuis l’échelle locale jusqu’à celle des bassins. Sur le plan pratique  l'environnement  l'exploitation des ressources naturelles – le pétrole – le gaz naturel – le charbon – les minerais – les fertilisants
  12. 12. Géodynamique externe (S3), partie 2 Intérêts de la sédimentologie L’étude des roches sédimentaires est capitale pour les raisons suivantes :  Elles contiennent le pétrole, le gaz naturel, le charbon, les minerais et les fertilisants,  Elles représentent un des principaux aquifères,  Elles contiennent les fossiles sur lesquels repose notre connaissance de l’évolution de la vie sur terre,  Elles sont en relation avec l’atmosphère et l’hydrosphère (cycle du carbone …)  Elles permettent la reconstitution de l’évolution de notre planète par les études paléogéographiques, paléoclimatiques depuis l’échelle locale jusqu’à celle des bassins. 09/12/2014 12
  13. 13. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 13 Mécanismes de sédimentation On distingue 3 types de mécanismes: Accrétion verticale: Décantation
  14. 14. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 14 Mécanismes de sédimentation Accrétion latérale:
  15. 15. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 15 Mécanismes de sédimentation redistribution aquatique:
  16. 16. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 16 Mécanismes de sédimentation
  17. 17. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 17 Les objets sédimentaires feuillets ou lamines (mm à cm), constituent les unités élémentaires des sédiments. Une lamine = subdivision millimétrique au sein d'une couche correspondant soit à un changement de la taille ou de la composition des grains. Feuillets ou lamines (mm à cm)
  18. 18. Géodynamique externe (S3), partie 2 bancs, strates ou couches (cm à m) : un ensemble de lamines donne les mêmes caractéristiques et forme un banc ou une strate avec les limites de stratification. Une strate, ou couche = ensemble sédimentaire (roche ou sédiment) compris entre deux surfaces et présentant des caractéristiques spécifiques (couleur, composition, aspect). 09/12/2014 18 Feuillets ou lamines (mm à cm) bancs, strates ou couches (cm à m)
  19. 19. Géodynamique externe (S3), partie 2 Les surfaces entre les couches, ou joints de stratification, peuvent être parallèles, convergents, courbes ou encore ondulés. L'extension latérale d'une couche varie du m au km. Une couche correspond à un ensemble de sédiments déposés dans des conditions relativement uniformes. Les joints de stratification marquent soit un changement brutal des conditions de dépôt, soit une phase d'érosion, soit une lacune de dépôts. 09/12/2014 19
  20. 20. Géodynamique externe (S3), partie 2 un ensemble de strates (10ne de m) forme le membre, un ensemble de membre forme une formation (100ne de m). La formation est l’unité fondamentale en stratigraphie. 09/12/2014 20 Membres/ Formations Feuillets ou lamines (mm à cm) Bancs, strates ou couches (cm à m)
  21. 21. Géodynamique externe (S3), partie 2 séquences de dépôt : suite de bancs ou de couches qui s’enchainent et se superposent sans interruption sédimentaire. Une séquence de dépôt est limitée à sa base et à son sommet par des discontinuités sédimentaires (arrêts de sédimentation). 09/12/2014 21
  22. 22. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 2 2 Série: répétition des séquences Série rythmique: répétition régulière des séquences Série arythmique: répétition désordonnée des séquences Série cyclique: suite régulière de cycles Série rythmique Série arythmique Série cyclique a b c d b e a b c a b c a b c a b c
  23. 23. Géodynamique externe (S3), partie 2 Les objets sédimentaires 09/12/2014 23 Feuillets ou lamines (mm à cm) Membres/ Formations Bancs, strates ou couches (cm à m) Séquences de dépôt S 1 S 2 S 3
  24. 24. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 24 Les objets sédimentaires
  25. 25. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 25
  26. 26. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 26 DISCONTINUITES Il existe presque toujours des discontinuités au sein d ’une série sédimentaire apparemment homogène
  27. 27. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 27 Les différentes catégories Discontinuités sédimentaires absence de dépôt pendant un temps relativement court Discontinuités stratigraphiques absence de dépôt appréciable (absence d ’un ou plusieurs biozones) Discontinuités diastrophiques : absence de dépôt + déformation tectonique avant recouvrement par le dépôt suivant
  28. 28. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 28 Nomenclature Discontinuité conforme (paraconformity) : bref arrêt de sédimentation sans déformation tectonique (les bancs restent // entre eux) Disconformité (disconformity) : couches parallèles de part et d ’autre de la surface de discontinuité qui elle est érosive Discordance angulaire (angular unconformity) : déformation + érosion = pendage différent entre couches supérieures et inférieures (de part et d ’autre de la surface)
  29. 29. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 29 Discontinuités (suite) Discordance progressive (progressive unconformity ou cumulative wedging) : dans blocs basculés suivant des failles listriques. Onlap : recouvrement transgressif (débordement) Offlap : recouvrement en retrait, régressif
  30. 30. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 30 Discontinuité et Durée Absence de sédiment correspond également à une durée joint de stratification : durée très courte diastème : notion très voisine de la précédente (mêmes conditions de sédimentation de part et d ’autre) hiatus = courte durée lacune : durée plus longue, mise en évidence par l ’absence de biozone (s).
  31. 31. Géodynamique externe (S3), partie 2 Indices d’un arrêt de sédimentation Surfaces durcies ou « hardgrounds » Surface ferruginisée Surface perforée Niveaux condensés Niveaux de paléosols 09/12/2014 31
  32. 32. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 32 GENESE DES ROCHES SEDIMENTAIRES  Généralités 90% de la surface terrestre est couverte de sédiment, ou est constituée de roches sédimentaires. RS recouvrent 2/3 de la surface du globe terrestre. Elles représentent 5% de la masse de la croûte continentale. On les trouve en surface et dans les fonds marins.
  33. 33. Géodynamique externe (S3), partie 2  Définition d’une roche sédimentaire Une roche sédimentaire provient de l’évolution plus au moins poussée de particules minérales ou organiques, transportées sous forme de débris solides ou sous forme de solutions ioniques, ensuite déposées en milieu aquatique, subaquatique ou aérien. 09/12/2014 33
  34. 34. Géodynamique externe (S3), partie 2 Cycle de la géodynamique externe Les roches sont altérées (=détériorées) par des agents physiques, chimiques et biologiques, ce qui produit des particules sédimentaires. Les particules sont ensuite transportées par l'eau, la glace, le vent ou la gravité vers un lieu d'accumulation. L'accumulation des particules donne un sédiment qui est progressivement recouvert d'autres sédiments et peu à peu transformé en roche. La roche ainsi créée est exposée et le cycle recommence. 09/12/2014 34
  35. 35. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 35
  36. 36. Géodynamique externe (S3), partie 2 Sédimentation 09/12/2014 36 Les particules transportées par un fluide en mouvement (vent, rivière, courant marin) se déposent quand celui-ci ralentit ou s'arrête. Les sédiments charriés par les glaciers s'accumulent lorsque la glace fond. Le matériel déplacé en masse sous l'action principale de la gravité (éboulement, glissement) se sédimente quand un nouvel état d'équilibre est atteint.
  37. 37. Géodynamique externe (S3), partie 2 Sédimentation 09/12/2014 37 Les substances transportées en solution dans un lac ou dans une mer précipitent et s'accumulent sur le fond lorsque les conditions physico-chimiques sont favorables.
  38. 38. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 38  La sédimentation
  39. 39. Géodynamique externe (S3), partie 2 La sédimentation 09/12/2014 39 Les zones de sédimentation sont représentées par les dépressions de la surface de la terre. Elles correspondent aux milieux de dépôt ou bassins sédimentaires. On les trouve dans le domaine marin (mers et océans) et dans le domaine continental (rivières, lacs, piémonts, déserts … ).
  40. 40. Géodynamique externe (S3), partie 2
  41. 41. Géodynamique externe (S3), partie 2
  42. 42. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 42  La diagenèse
  43. 43. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 43  Différentes lignées de roches sédimentaires
  44. 44. Géodynamique externe (S3), partie 2 Différentes lignées de roches sédimentaires 09/12/2014 44 Erosion mécanique Erosion chimique Accumulation de la matière organique Roches résiduelles Débris solides Accumulation Sédiments détritiques Solutions ioniques précipitation Sédiments biochimiques Sédiments organogènes
  45. 45. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 45 -Les roches détritiques: sont formées de particules minérales issues de l'érosion mécanique de roches préexistantes. Comme il s'agit de matériel issu des continents, on les appelle aussi "terrigènes". Elles forment près de 85% de l'ensemble des roches sédimentaires; - Les roches chimiques et biochimiques: sont le produit, soit d’une précipitation (purement physico- chimique) de minéraux dans un milieu sursaturé, soit le produit d’une activité organique ou biochimique. Les substances dissoutes aboutissent dans les mers, les lacs et les rivières où elles sont extraites et précipitées par des organismes ;
  46. 46. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 46 -Les roches organogènes : sont formées par l’accumulation de la matière organique (animale et/ou végétale) qui peut être d’origine continentale ou marine ; - Les roches résiduelles : il s’agit de roches laissées sur place après le départ des matériaux érodés.
  47. 47. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 47 GENESE DES ROCHES SEDIMENTAIRES  Quelques exemples de dépôts  les dépôts de progradation latérale dépôts engendrés par des courants tractifs dans des conditions superficielles (peu profondes) : domaine continental ou marin peu profond (courants de dépôts de marées, de houle ou de tempêtes).  les dépôts par décantation Se déposent lorsque la dynamique n’est plus suffisante pour maintenir les particules en suspension. Dépôts caractérisés par leur régularité, leur homogénéité de composition, l’absence de figures d’érosion, l’aggradation verticale perturbée seulement par la bioturbation.
  48. 48. Géodynamique externe (S3), partie 2  les dépôts gravitaires >> moteur principal de transport est le glissement sur une pente sous l’action de la surcharge et de la gravité. Il s’agit d’un transport en masse de particules.  la resédimentation en masse le slumping ou les slumps dont la taille et l’extension peuvent varier grandement (dm à plusiers dcam). Il s’agit de glissements synsédimentaires dans un milieu subaquatique.  les dépôts en masse (mass flow) par courants gravitaires qui entrainent des sédiments dissociés plus au moins fluidisés. – Les flots de grain (grain flow) – Les flots de débris (débris flow – Les flots liquéfiés (fluidized flow)  les dépôts par courants de forte densité, les turbidites 09/12/2014 48
  49. 49. Géodynamique externe (S3), partie 2 les dépôts en masse (mass flow) 09/12/2014 49
  50. 50. Géodynamique externe (S3), partie 2
  51. 51. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 51
  52. 52. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 52
  53. 53. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 53
  54. 54. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 54
  55. 55. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 55 calcaires calcaires marnes
  56. 56. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 56
  57. 57. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 57
  58. 58. Géodynamique externe (S3), partie 2 EXEMPLES DE MILIEUX DE DEPOT 09/12/2014 58
  59. 59. Géodynamique externe (S3), partie 2 MILIEUX DESERTIQUES ET SEMI-ARIDES  Définition et exemples Il s’agit de milieux compris entre les hautes altitudes (montagnes) et la mer. Ils sont caractérisés par la présence de bassins fermés nommées lacs (ex. : le lac de Tchad) et chotts (ex. : chotts de l’Afrique du nord).  Types de corps sédimentaires (Fig. : coupe géologique) 09/12/2014 59
  60. 60. Géodynamique externe (S3), partie 2 MILIEUX DESERTIQUES ET SEMI-ARIDES 09/12/2014 60 Montagne Pédiment 1 à 4 %Cône de déjectionDunesPlayas Sebkha Escarpement (Faille)
  61. 61. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 61 Epandage de piémont et sebkha continentale. La dépression a souvent une origine tectonique.
  62. 62. Géodynamique externe (S3), partie 2  Cône de déjection (cône d’alluvions)  caractéristiques morphologiques: accumulations ayant la forme d’un cône. Ils se forment aux pieds des hauts reliefs qui leur fournissent le matériel. 09/12/2014 62
  63. 63. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 63
  64. 64. Géodynamique externe (S3), partie 2 faciès sédimenaires: alluvions (conglomérats, grès, silts, argiles … avec parfois des croûtes de calcaires lacustres corps sédimentaires: lenticulaire et se présentent sous forme de chenaux  partie proximale le type l’écoulement dominant est de type « debris flow ». Les dépôts formés sont des paraconglomérats  parties médiane et distale : l’écoulement dominant est de type « sheet flood ». Les dépôts formés sont des orthoconglomérats bien lavés séquences de dépôt: stratocroissantes 09/12/2014 64
  65. 65. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 65
  66. 66. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 66 Lobes actifs Canyon
  67. 67. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 67
  68. 68. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 68
  69. 69. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 69
  70. 70. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 70
  71. 71. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 71
  72. 72. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 72
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  74. 74. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 74
  75. 75. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 75
  76. 76. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 76
  77. 77. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 77
  78. 78. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 78
  79. 79. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 79
  80. 80. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 80
  81. 81. Géodynamique externe (S3), partie 2 dépôts éoliens  Définition et exemples  Lœss: formés de particules très fines (silts, argiles …) et sont mis en place par la suspension  Dunes : formées de particules de taille de sable et sont mis en place par des mécanismes de traction. Trois principaux morphologiques de dunes : dunes transversales, dunes linguoides et dunes paraboliques (sous forme de croissant)  Dépôts de déflation 09/12/2014 81
  82. 82. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 82 Prevailing Winds
  83. 83. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 83
  84. 84. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 84
  85. 85. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 85
  86. 86. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 86
  87. 87. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 87 Barkhanes Dunes linguoides Dunes transversales Dunes d’interférence
  88. 88. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 88
  89. 89. Géodynamique externe (S3), partie 2 MILIEUX FLUVIATILES Le transport dans ces milieux fluviatiles se fait par l’eau >> écoulement chenalisé et unidirectionnel Les mouvements de l’eau correspondent presque tout le temps à un courant turbulent et sont rarement uniforme 09/12/2014 89
  90. 90. Géodynamique externe (S3), partie 2 MILIEUX FLUVIATILES Profils des vallées fluviatiles  profil longitudinal montre trois stades de l’amont vers l’aval: >> stade jeune (cours d’eau dendriforme), >>stade mature (cours d’eau rectiligne et méandriforme) >>stade de sénilité (vieillesse) tout à fait vers l’aval. 09/12/2014 90
  91. 91. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 91 Amont Aval dendriforme rectiligne méandriforme
  92. 92. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 92 Trois principaux types de cours d’eau peuvent être distingués selon leurs profils longitudinaux: >>chenal étroit et rectiligne, >>cours d’eau en tresses anastomosé, >>cours d’eau méandriforme.
  93. 93. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 93 : réseau à chenaux en tresse Inde : réseau à méandres Brésil
  94. 94. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 94
  95. 95. Géodynamique externe (S3), partie 2 profil transversal: montre un lit mineur (chenal) et un lit majeur ou plaine d’inondation à végétation et paléosols. 09/12/2014 95
  96. 96. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 96
  97. 97. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 97
  98. 98. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 98
  99. 99. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 99 USA
  100. 100. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 100
  101. 101. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 101
  102. 102. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 102
  103. 103. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 103
  104. 104. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 104
  105. 105. Géodynamique externe (S3), partie 2 Morphologie des dépôts fluviatiles Les dépôts fluviatiles sont caractérisés par les terrasses 09/12/2014 105
  106. 106. Géodynamique externe (S3), partie 2 Séquences fluviatiles Deux principaux types de séquences prédominent : >>séquence type méandre >>séquence type tresse 09/12/2014 106
  107. 107. Géodynamique externe (S3), partie 2 09/12/2014 107 Lithologie Structures Dépôts Milieux Plaine d’innondation Levée naturelle Lit mineur Graviers SablesArgiles Sol

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