Roche sédimentaire : Cours-Résumés-TP-Exercices-TD-corrigés

Les roches sédimentaires sont des roches exogènes qui représentent 5 % en volume de la croûte terrestre. Elles sont très répandues à la surface sous forme de couches recouvrant les roches métamorphiques et magmatiques.

Les roches sédimentaires, contrairement aux roches magmatiques et métamorphiques, sont formées à la surface de la Terre, dans les océans, les mers, les lacs et les fleuves. Dénommées, également roches exogènes, elles forment l’essentiel de la surface de la croûte terrestre.

Les roches sédimentaires ont une grande importance du point de vue économique : le pétrole, le gaz, le charbon, l’uranium, les matériaux de construction sont d’origine sédimentaire. Elles ont aussi une importance scientifique : c’est le seul type de roches contenant des fossiles. Les roches sédimentaires se forment à partir de sédiments.

Elles se présentent, le plus souvent, en dépôts horizontaux. On parle de couches ou strates. Elles englobent parfois des fragments de végétaux et d’animaux fossilisés.

Origine des roches sédimentaires :

Les roches sédimentaires se forment à partir de particules d’origines très variées par érosion ou altération.

Elles peuvent être d’origine détritique, chimique ou biologique. Le plus souvent, les roches sédimentaires sont un mélange issu de ces différentes origines:

1-Origine détritique : elles résultent de l’accumulation de débris de minéraux et de roches arrachées par érosion à d’autres roches affleurantes : ce sont les roches détritiques ou terrigènes.

2-Origine chimique : elles proviennent de la précipitation d’éléments chimiques présents dans les eaux de mers ou transportés en solution suite au phénomène d’altération.

3-Origine biologique : ce groupe comporte des roches dont l’origine est liée directement ou indirectement à l’intervention d’organismes vivants présents dans la mer.

Processus de formation des roches sédimentaires :

Les particules érodées, sont le plus souvent transportées par l’eau. Elles s’accumulent dans les creux du relief continental et sous sous-marin. Quel que soit le milieu, les particules ou sédiments, se déposent, pendant des millions d’années, en couches superposées dans des bassins sédimentaires.

Un bassin sédimentaire est une dépression, une cuvette de la croûte terrestre qui recueille des sédiments qui vont ensuite se transformer en roches sédimentaires. Les fonds sous-marins renferment de nombreux creux et dépressions, on parle de bassins océaniques.

Quatre processus interviennent dans la formation des roches sédimentaires :

• Erosion et/ou altération ,
• Transport,
• Dépôt ou sédimentation,
• Diagenèse .

Erosion et altération :

A la surface de la Terre, les roches sont soumises aux phénomènes d’érosion et d’altération.

Erosion signifie la dégradation mécanique des roches qui se produit sous l’action d’une force physique qui arrache des fragments de roches. Cette force physique est générée par l’eau, le gel, le vent et la différence de température.

Altération correspond à une attaque chimique des roches par les eaux. On parle également d’érosion chimique. Des éléments comme Ca, Mg, Fe3+, K… passent en solution puis transportés par les eaux. Plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignées. ILs sont facilement attaqués par les eaux de pluies et transformés en argiles pour former des boues et, une fois consolidées, des roches argileuses.

Certains organismes vivants, comme les lichens ont la possibilité d’attaquer les minéraux en absorbant les éléments chimiques dont ils ont besoin et les roches sont fragilisées, altérées.

L’action combinée de ces trois mécanismes produit des particules de toutes tailles. C’est là le point de départ du processus général de la sédimentation.

L’eau, principal agent d’érosion, agit aussi bien mécaniquement que chimiquement sur les roches. Lorsqu’elle est chargée de gaz carbonique (CO2), elle devient légèrement acide et peut dissoudre les éléments chimiques contenus dans les roches. Les plus facilement altérables sont les roches carbonatées (calcaires).

Transport :

Les débris résultant de ces attaques vont être entrainés loin du lieu de destruction. L’eau (par les fleuves) est le principal agent de transport. Les glaciers peuvent également transportés des masses importantes de fragments et blocs rocheux. Le vent peut également déplacer des particules fines (sables, argiles) sur de grandes distances.

Les débris sont transportés plus ou moins loin de leur source d’origine et déposés jusque dans les grands fonds marins où ils vont se stratifier.

Dépôt ou sédimentation :

Les particules, ou sédiments, sont déposés dans des bassins de sédimentation au fond des mers et des océans pour former des dépôts en couches successives plus ou moins horizontales. De ce fait les dépôts sédimentaires sont stratifiés.

Diagénèse :

C’est l’ensemble des phénomènes physico-chimiques qui transforment un sédiment en une roche cohérente : les particules sédimentaires sont cimentées les unes aux autres. Sans la diagénèse, il ne peut y avoir des roches sédimentaires : la diagénèse transforme le dépôt sédimentaire (non consolidé) en une roche sédimentaire (consolidée).

Le passage du sédiment à la roche se fait comme suit : les dépôts, sous l’effet de leur propre poids, exercent une pression sur les particules. Les couches se compactent (s’écrasent, se lient entre elles) et l’eau est chassée : c’est la déshydratation. Un ciment assemble, ensuite, les débris. Parfois, la roche reste meuble (non consolidée), c’est le cas du sable.

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Géomorphologie est la science qui examine les formes de relief, les formations associées, leur évolution, les mécanismes internes ou externes qui les façonnent et les facteurs qui les contrôlent. Le point de départ de l’approche géomorphologique est l’observation des formes [de Martonne, 1909]; le terme implique non seulement une description, mais aussi un déchiffrement des formes en relief.

À l’aide de cartes et d’outils topographiques tels que des modèles de terrain GPS ou numériques, les géomorphologues peuvent mesurer le volume, la pente, la surface et leur direction pour définir des plaines, des vallées, des plateaux, des montagnes et des unités plus petites telles que murs, vasques, La densité de la rivière …

Géomorphologie climatique est l’étude de l’ensemble des processus d’érosion et d’accumulation dus aux conditions de température, d’humidité, de couverture végétale …

Isostasie : est un phénomène par lequel les éléments de la croûte ou, plus généralement, de la lithosphère qui se trouvent enfouis à de faibles profondeurs (de l’ordre de 100 km) sont soumis à la même pression indépendamment des irrégularités topographiques en surface. La compensation isostatique contrecarre l’érosion. C’est ainsi que la roche plutonique est mise à jour

Géosynclinal : formation d’une ride où s’accumulent des sédiments entraînant un enfoncement de plus en plus important provoquant un rapprochement, la fosse se remplit. Cela entraîne des phénomènes de métamorphisme et les sédiments subissent des désordre (charriage). ce concept rend assez bien compte de la réalité du terrain.

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Géologie générale cours et résumé

La Géologie est la science de la Terre. Elle s’intéresse particulièrement à l’écorce terrestre au travers de ses constituants, de son histoire et de son évolution. Elle comprend plusieurs domaines parmi lesquels les principaux sont la minéralogie (étude des minéraux), la paléontologie (étude des fossiles), la sédimentologie (étude des dépôts sédimentaires), la pétrologie (étude des roches), la géomorphologie (étude des formes du relief), la géochimie (étude de la chimie des roches), la tectonique (étude des déformations de l’écorce). Elle intègre aussi des domaines particuliers qui sont intimement liés aux précédents tel que la volcanologie et la séismologie, les risques environnementaux naturels et anthropiques (pollution des sols, des nappes aquifères, …), l’hydrogéologie,

La géologie s’articule autour de trois aspects :

• un aspect descriptif, qui conduit par exemple à la classification des minéraux, des roches et des fossiles, ou à l’établissement des cartes géologiques ;

• un aspect phénoménologique, qui établit les propriétés des matières minérales et les phénomènes qui interviennent dans leur élaboration, leur distribution et leur transformation, ainsi que les mécanismes des changements paléogéographiques, climatiques et biologiques ;

• un aspect historique qui retrace l’histoire de la Terre et de l’évolution de la vie.

Au cours du temps, les roches subissent une série de transformations qui leur font parcourir un cycle dont la durée est variable, mais qui peut être de l’ordre de quelques centaines de millions d’années. Ce cycle géologique, défini par Hutton et précisé par ses successeurs, constitue une façon commode et classique d’aborder la géologie. C’est celle qui sera suivie ici. Les phénomènes magmatiques peuvent se greffer sur le cycle à différents moments de son déroulement. Le métamorphisme peut intervenir dès l’enfouissement et jusqu’à la remontée des roches vers la surface.

Plan du cours de Géologie générale

I. INTRODUCTION

II. BREVE HISTOIRE DE LA GEOLOGIE

1. Les travaux de Sténon (1638-1686)

2. Le XVIIIe siècle

3. Les travaux de Lyell (1797 – 1875)

4. La chronologie des dépôts et la naissance de la biostratigraphie

5. L’âge de la Terre

6. La question de la formation des montagnes

7. La « dérive des continents » de Wegener

8. La tectonique des plaques

III. CONSTITUTION GENERALE DE LA TERRE

1. La structure interne du globe

2. Composition de la croûte et du manteau

3. Principaux minéraux constituant les roches de la croûte et du manteau

4. Classification des roches

IV. LES PROCESSUS D’EROSION, DE TRANSPORT ET DE DEPOT SUR LES CONTINENTS

A. L’altération chimique

1. Action de l’eau

2. Action des acides organiques

3. Oxydation et hydratation

4. Influence du climat sur l’altération chimique des roches

5. Phénomènes karstiques

B. L’érosion mécanique

1. Action de la température

2. Action des végétaux

3. Eboulis et éboulements

4. Glissements de terrain

5. Solifluxion

6. Creep (ou reptation)

7. Les phénomènes éoliens

8. Les phénomènes glaciaires

9. Les phénomènes périglaciaires

10. L’action de l’eau

11. Importance des phénomènes d’érosion et de transport continentaux

C. Les eaux souterraines

1. La perméabilité des roches

2. Les nappes d’eau souterraines

V. LE MILIEU MARIN

1. Topographie générale

2. Salinité de l’eau de mer

3. Mouvement des eaux marines

4. Variations du niveau marin

5. Variation des taux d’oxygène et de carbone dans les océans

VI. EROSION, TRANSPORT ET SEDIMENTATION DANS LE DOMAINE MARIN

A. L’érosion marine

B. La sédimentation marine

1. Sédimentation marine terrigène

2. Sédimentation marine « non terrigène »

3. Roches carbonées

4. Sédiments exogènes

C. Sédiments et environnements de dépôts

1. Les dépôts marins résultants de mécanismes gravitaires

2. Les dépôts marins ou océaniques profonds

VII. LES ENSEMBLES SEDIMENTAIRES ET LEUR DECRIPTAGE

1. Enregistrement sédimentaire et subsidence

2. Notion de faciès

3. Le cycle sédimentaire

VIII. LA DATATATION DES ROCHES SEDIMENTAIRES

1. La lithostratigraphie

2. La biostratigraphie

3. La chronostratigraphie

4. La géochronologie

5. Autres méthodes de datation

IX. LA DIAGENESE DES ROCHES

1. La compaction

2. La lapidification

3. Les précipitations diagénétiques

4. Les transformations minéralogiques et la dolomitisation tardive

X. LE METAMORPHISME

1. Métamorphisme régional

2. Métamorphisme de contact

3. L’ultramétamorphisme

4. Nomenclature des roches métamorphiques

5. Remarques concernant le métamorphisme

XI. LA TECTONIQUE

1. Déformations élastiques

2. Déformations cassantes

3. Déformations plastiques

4. Conséquences géomorphologiques de la tectonique

XII. LE MAGMATISME

A. Les magmas

1. Composition des magmas

2. Origine des magmas

3. Processus de refroidissement et de cristallisation d’un magma

B. Les phénomènes volcaniques

1. Les manifestations volcaniques

2. Mécanisme des éruptions

3. Les roches et les structures volcaniques

C. Les phénomènes intrusifs

1. Introduction

2. Forme des intrusions et processus de mise en place

XIII. LA TECTONIQUE DES PLAQUES

A. Généralités

B. Naissance et développement des plaques lithosphériques

1. Le stade rift : les fossés d’effondrement

2. Stade de fissure crustale (ou d’océan étroit)

3. Stade d’océan large

4. La composition des croûtes océaniques

C. Les zones de convergence et de subduction des plaques

1. Convergence de deux plaques à croûte océanique

2. Convergence d’une plaque à croûte océanique et d’une plaque à croûte continentale

3. Convergence de deux plaques à croûte continentale

Quelques références

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