Cours s3 géodynamique externe

Géodynamique externe (S3), partie 2
09/12/2014 1
GEODYNAMIQUE EXTERNE
Année 2014-2015

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
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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.

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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

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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).

Notion de sédiment
Un sédiment correspond à une accumulation
non consolidée de particules d'origine
minérale, organique ou chimique.
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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

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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

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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.

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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

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.
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Mécanismes de sédimentation
On distingue 3 types de mécanismes:
Accrétion verticale:
Décantation

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Accrétion latérale:

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redistribution aquatique:

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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)

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).
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Feuillets ou lamines
(mm à cm)
bancs, strates
ou couches
(cm à m)

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.
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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.
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Membres/
Formations
(mm à cm)
Bancs, strates
ou couches
(cm à m)

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).
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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

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(mm à cm)
Membres/
Formations
Bancs, strates
ou couches
(cm à m)
Séquences de dépôt
S 1
S 2
S 3

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DISCONTINUITES
Il existe presque toujours des discontinuités au
sein d ’une série sédimentaire apparemment
homogène

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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

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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)

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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

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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).

Indices d’un arrêt de
sédimentation
Surfaces durcies ou « hardgrounds »
Surface ferruginisée
Surface perforée
Niveaux condensés
Niveaux de paléosols
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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.

 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.
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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.
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Sédimentation
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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.

Sédimentation
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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.

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 La sédimentation

La sédimentation
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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 … ).

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 La diagenèse

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 Différentes lignées de roches sédimentaires

Différentes lignées de roches sédimentaires
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Erosion
mécanique Erosion
chimique
Accumulation
de la matière
organique
Roches
résiduelles
Débris
solides
Accumulation
Sédiments
détritiques
Solutions
ioniques
précipitation
Sédiments
biochimiques
Sédiments
organogènes

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-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 ;

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-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.

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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.

 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
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les dépôts en masse (mass flow)
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calcaires
calcaires
marnes

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EXEMPLES DE MILIEUX DE
DEPOT
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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)
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MILIEUX DESERTIQUES
ET SEMI-ARIDES
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Montagne
Pédiment
1 à 4 %Cône de
déjectionDunesPlayas
Sebkha
Escarpement
(Faille)

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Epandage de piémont et sebkha continentale.
La dépression a souvent une origine tectonique.

 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.
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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
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Lobes actifs
Canyon

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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
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Prevailing Winds

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Barkhanes Dunes linguoides
Dunes transversales
Dunes d’interférence

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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
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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.
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Amont
Aval
dendriforme
rectiligne
méandriforme

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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.

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: réseau à chenaux en tresse
Inde
: réseau à méandres
Brésil

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profil transversal:
montre un lit mineur (chenal) et un lit majeur ou plaine
d’inondation à végétation et paléosols.
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USA

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Morphologie des dépôts fluviatiles
Les dépôts fluviatiles sont caractérisés par les
terrasses
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Séquences fluviatiles
Deux principaux types de séquences prédominent :
>>séquence type méandre
>>séquence type tresse
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09/12/2014 107
Lithologie Structures Dépôts Milieux
Plaine
d’innondation
Levée naturelle
Lit mineur
Graviers
SablesArgiles
Sol

Cours s3 géodynamique externe

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