Module G233 Env. Transitionnels [PDF]

Zitiervorschau

Univ. Hassan II de Casablanca/FST Dépt. GPE/ Parcours BCG (S3) A.U. : 2017-2018

Module G233 : STRATIGRAPHIE ET PALEOENVIRONNEMENT

PARTIE A : PALEOENVIRONNEMENT Chapitre 2 : Environnements transitionnels

Pr. Naima ABOUALI

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II Domaine transitionnel Deltas, Plages et Systèmes d’îles barrières…

Ajouter les autres environnements transitionnels qui correspondent aux points de suspension.

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Quelques sous-environnements et environnements transitionnels

Légender

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Quelques sous-environnements et environnements transitionnels

Légender

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Traduire

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Traduire

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Le domaine transitionnel est le domaine qui se situe entre le continent et la mer, les influences de l’un et de l’autre alternent de façon plus au moins compliquée.  Les influences marines se traduisent par la présence de particules formées en mer : bioclastes, oolites etc.

 Les influences continentales par des apports terrigènes (conglomérats et grès)ou par les effets de l’eau douce sur le chimisme du milieu. C’est dans ce domaine où l’agitation de l’eau est importante (Haute énergie)que se forment la plupart des roches réservoirs pétrolières

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1. Les deltas

La partie distale du bassin versant d'un fleuve est généralement une large plaine alluviale où s'accumule une grande partie des matériaux transportés. Arrivé en mer, le courant décélère et le reste de la charge se dépose et forme le delta. L'apport continu des sédiments dans le delta fait avancer ce dernier dans le domaine marin : c'est la progradation deltaïque. Un delta se décompose en 3 parties (Voir diapositives suivantes):

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 La plaine deltaïque est le prolongement de la plaine alluviale. Elle est parcourue par un réseau de chenaux ramifiés, les distributaires. Entre les chenaux s'étendent des zones marécageuses et garnies de végétation sous climat humide.  Le front du delta est le prolongement de la plaine deltaïque sous la mer.  Le prodelta est la partie la plus externe et la plus profonde du delta; il repose sur les sédiments marins de la plate-forme littorale

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Les différentes parties d’un delta

Pro-delta : dépôts silto-argileux Front deltaïque : dépôts sableux

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Les différentes parties d’un delta

Les différents milieux de sédimentation ou les sous-environnements d’un delta Tous les termes anglais traduisez les en français

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Les faciès deltaïques Plaine deltaïque Les sédiments sont des faciès de plaine alluviale affectés par l'influence des marées. Des barres sableuses et des galets se déposent dans les chenaux. Les zones interdistributaires sont constituées de limons et argiles, riches en matière organique sous climat humide, en évaporites sous climat sec et suffisamment chaud. En climat semi-aride se développent des encroûtements calcaires, En climat aride peuvent se former des dunes éoliennes à partir des sables fluviatiles. Des dépôts sableux de rupture de levée accidentent la sédimentation fine dans les plaines de deltas à dominance fluviatile.

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Front de delta C'est le lieu de rencontre des eaux douces chargées de sédiments et des eaux salées. La forme de sédimentation est différente selon la densité de l'eau du fleuve, fonction de la charge, et la taille des particules transportées. Si la densité de l'eau douce est voisine de celle de la mer, la charge se dépose rapidement en une barre de front de delta. Pour une densité d'eau douce plus grande, la charge forme un courant de densité qui suit le fond et gagne le large.

Pour une densité plus faible, les particules en suspension forment un nuage qui se disperse à la surface de l'eau de mer (cas de l'Amazone). Les barres sableuses progradent vers le large.

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Prodelta Il s'y dépose des sédiments fins généralement bioturbés car très riches en matière organique d'origine continentale Pl : Planolites

Pr: Protovirgularia

As : Asterosoma

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Dans les deltas à dominance de vagues,

Les sables sont remobilisés par la mer et étalés en barres parallèles à la côte constituant une plage ou un cordon isolant une lagune.

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Dans les deltas à dominance de marées, Les barres sableuses forment des îles allongées séparant les chenaux tidaux

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La géométrie des dépôts

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Progradation des faciès deltaïques sur une plateforme

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Effet de la tectonique synsédimentaire sur la disposition des faciès deltaïques

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L'accumulation deltaïque progresse sur la plate-forme et présente une forte épaisseur si  la marge est subsidente ou

 lorsque la progadation atteint la bordure de la plateforme et se poursuit sur le talus. Le fluage des argiles prodeltaïques écrasées par les sables sus-jacents et la pente entraînent la formation de diapirs, de slumps et de failles normales listriques, dispositif structural favorable au piègeage des hydrocarbures.

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Delta de type Gilbert

Classification des deltas :Triangle de Galloway (1975) 22

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Classification des deltas : Epaisseur des dépôts

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Relation caractères morphologiques des deltas/ Facteurs hydrodynamiques contrôlant la sédimentation

Préciser les types de delta

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Delta à dominance fluviatile: Le Delta de Mississippi

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Quels sont les sous-environnements du front de delta ?

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Légender

Traduire 28

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Delta à dominance de marée

Ganges-Brahmaputra

Traduire 30

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Deltas à dominance de vagues

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Les dépôts de delta à dominance de vagues

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Dépôts slumpés d’un front de delta Nombreux slumps dans des schistes de la Formation de Le Cosquer, Ordovicien. Il s'agit d'un front de delta et les slumps sont dus à des glissements sur la pente.

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Delta sous influence mixte

Copper River Delta

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Delta particulier: « Fan Delta» ou cône alluvial sous-marin

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Exemple de série sédimentaire montrant des dépôts de fan delta

37 A: coupe simplifiée dans un delta. B: séquence sédimentaire produite par la progradation d'un delta; l'épaisseur d'une telle séquence dépend de l'apport sédimentaire, de la subsidence, des variations eustatiques.

La partie supérieure de la séquence (fining upward) peut être très variable en fonction de la localisation des chenaux

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Delta à dominance fluviatile et séquence de faciès caractéristique

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Séquence de delta à dominance fluviatile

Traduire 40

Traduire 41

Séquence de delta à dominance de vagues

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Séquence de delta à dominance de marées

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Eléments diagnostiques des deltas  Les deltas sont situés en contexte de marge passive;  Ils sont associés à des dépôts fluviatiles et à des sédiments littoraux.  Grossièrement triangulaires en plan et en forme de coin en coupe,

 Leur superficie peut atteindre des milliers de km2 pour une puissance parfois pluri-kilométrique;

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 Faciès: contrairement aux séquences de comblement fluviatile qui sont du type fining-upward, les séquences deltaïques sont de type coarsening-upward, avec le passage de boues pro-deltaïques à des sables de barres ou de chenaux et ensuite éventuellement de type fining upward en passant à des boues ou des sédiments riches en matière organique (charbon) de la plaine deltaïque. Les sables montrent des stratifications entrecroisées. Les levées et la plaine deltaïque sont constituées de boues laminaires à bioturbées. Les boues pro-deltaïques contiennent des niveaux sableux occasionnels correspondant à des crues fluviales.  Slumps et déformations syn-sédimentaires sont fréquents suite à l'inclinaison du front deltaïque;

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 La matière organique végétale est très abondante dans la plaine deltaïque (marais, mangrove).  Des organismes de milieu palustre peuvent y pulluler.  La faune des boues pro-deltaïques montre un caractère marin plus affirmé

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Caractères de reconnaissance des deltas anciens  Les sédiments deltaïques sont très proches des sédiments fluviatiles; leur reconnaissance est délicate. Le seul critère définitif est fourni par la présence de fossiles marins dans un dépôt de type fluviatile.  La superposition des faciès détritique dans un delta est caractéristique; la suite est régressive: les argiles marines de la plate-forme sont surmontées par les argiles du prodelta, par les sables du front puis par les sables et galets des chenaux: la séquence est granocroissante et stratocroissante.

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Séquence deltaïque régressive (épaisseur de 10 à 100 m environ)

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La présence de structures de courant bidirectionnelles dans un dépôt fluviatile indique l'action de la marée, donc un milieu deltaïque

Quelques exemples anciens 49

 Les sites de deltas anciens ont été intensément explorés ces dernières années parce qu'ils offrent d'excellentes possibilités de gisements d'hydrocarbures. En effet, ils contiennent à la fois des argiles riches en matière organique, donc pouvant jouer le rôle de roche-mère si la maturation de la matière organique est convenable, et des corps sableux poreux pouvant faire office de réservoirs. Le delta tertiaire du Niger contient les champs pétroliers du sud du Nigéria. On trouve les mêmes potentialités dans le delta tertiaire de la Mahakam, en Indonésie. De grands espoirs avaient été placés dans le delta ancien du Rhône.

 Les deltas sont également associés aux accumulations de matière végétale donnant la tourbe, le lignite ou la houille selon le type de végétation et le degré de transformation. Les gisements de charbon de l'Angleterre sont intercalés dans des formations de plaine deltaïque d'âge carbonifère

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Exemples de deltas anciens : Delta de type Gilbert

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Dépôts deltaïques anciens

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Légendez et dites de quel environnement de dépôts sagit-il?

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Deltas du monde

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2. Les estuaires

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Les estuaires : plans d’eau côtiers partiellement confinés ayant une connexion avec la mer dans laquelle l’eau de mer est diluée dans l’eau douce sous l’influence de la marée

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La classification des Estuaires

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Types d’estuaries en fonction des caractères physiographiques

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Classification des Estuaires en fonction de la salinité

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Classification des Estuaires en fonction de la salinité A: salt wedge C: Vertically Homogenous

B: Partially Mixed D: Fjord

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Estuaire de plaine côtière

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Estuaire lié à une barre construite

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Estuaire d’origine tectonique

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Estuaire à dominance de vagues

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Estuaire à dominance de marées

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Traduire

Traduire 67

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Traduire

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L’action de la marée et la houle joue un rôle dans la construction de barrières sableuses.  La morphologie est due aux facteurs hydrodynamiques suivants (fleuve, marée, houle) marée forte : estuaire ouvert à banc sableux parallèle à la rivière (ex : estuaire de Seine) houle importante : construction d’une barrière ou d’une flèche sableuse qui va barrer le système de façon parallèle au rivage (ex : estuaire de l’Authie)

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Marnage Les marées opèrent dans certains milieux plus que d’autres: Microtidal (0-2 m) Mesotidal (2-4 m)

Macrotidal (4 m +) or (4-6 m) Hypertidal (6 m+) La marée est dite semi-diurne : durée 2h25 minutes à

2 basses mer et 2 pleines mer Amplitude de marée = marnage : variable sur un mois Période de vive eau (forte amplitude)

Période de morte eau (faible amplitude)

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Classification globale des plages en fonction du marnage

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Les marais

Les marais sont des terrains dont le drainage naturel est imparfait. Selon leur situation à l'intérieur des terres ou sur le littoral, on les divise habituellement en marais intérieurs et en marais maritimes.

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La formation des marais Les conditions de formation des marais intérieurs sont assez semblables à celles des lacs dont ils constituent souvent la frange ou les reliques. Les causes de leur formation peuvent être tectoniques, lithologiques, climatiques. Comme les lacs, ils sont destinés à disparaître par comblement ou par établissement, par érosion régressive, d'un drainage naturel efficace. Les marais maritimes sont des plaines de niveau de base et leur permanence est liée à la stabilité du niveau de la mer.

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Les eaux d'inondation des marais, qu'ils soient intérieurs ou maritimes, peuvent être douces, saumâtres ou salées selon les cas.

La nature de ces eaux détermine, dans une large mesure, le type de végétation : roseaux, joncs, laîches, saules, aulnes, salicornes, spartines, palétuviers. Les marais maritimes sont le plus souvent bordés du côté de la mer par des vasières qui couvrent et découvrent au gré des marées et que colonise progressivement une végétation halophile

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Sur toute la côte, les marais salés s'inscrivent à l'intérieur de la zone de balancement des marées, entre les plus basses et les plus hautes mers ( zone intertidale ou estran). On distingue deux niveaux.  La slikke est la partie inférieure de l'estran, inondée à chaque marée haute, même de morte eau. Ses sédiments constitutifs sont fins : vase, tangue, sable vaseux de consistance molle; elle est pauvre en végétation.  Le schorre correspond aux niveaux les plus élevés des marais salés, en continuité directe avec les milieux terrestres. Il n'est atteint et recouvert qu'au cours des marées de fort coefficient. Il apparaît sous la forme d'un tapis de végétation basse et dense dans lequel s'intercalent des cuvettes

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 Le schorre est la zone supratidale; ce sont des marécages garnis de végétation herbacée et parcourus de chenaux tidaux . Il s'y dépose un sédiment silto-argileux laminé, riche en matière organique appelé tangue dans la Baie du Mont St Michel.  La sédimentation est souvent plus grossière dans les chenaux (sables) et montre une alternance de lamines sableuses et de lamines silto-argileuses correspondant à l'action d'un courant fort, en général le flot, et d'un courant plus faible, en général le jusant.

 Ces couplets de marée ("tidal bundles") sont caractéristiques des milieux marins tidaux.

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Dans les parties protégées du littoral, l'hydrodynamisme est plus faible et les particules fines se déposent; les estuaires et les fonds de baies présentent ces caractères: Ex: Baie du Mont St Michel, Baie de Somme, Estuaire de la Gironde, Bouches de l'Escaut, de la Meuse et du Rhin.

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Structures tidales

Flaser bedding, wavy bedding, lenticular bedding & “Pin stripe’’ bedding Sand = white, Mud = black

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Couplets de marée: faisceau tidal ou «tidal bundle» Formation classique des couplets de marée dans un chenal: alternance d'une lamine grossière de flot et d'une lamine fine de jusant

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Disposition des couplets de marées dans un chenal tidal

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Sous-environnements et faciès estuariens

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Séquence verticale idéale (dépôts de la vallée estuarienne Morrow) Quelle méthode indirecte accompagne la séquence estuarienne ci-contre?

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Exemples de dépôts estuariens anciens

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Tidal-Bundle Sequences in the Jordan Sandstone (Upper Cambrian), Southeastern Minnesota, U.S.A.: Evidence for Tides Along In board Shorelines of the Sauk Epicontinental Sea Les flèches blanches limitent un faisceau tidal

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3. Environnement de plage

93 Traduire

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Profil de plage et sous-environnements connexes

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Structures sédimentaires relatives à l’environnement de plage et ses sous-environnements connexes

Traduire

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Zonation du littoral à sédimentation carbonatée

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Courants côtiers

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Courants côtiers

Connection between wave approach and longshore transport (from Walker and James, 1992)

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Séquence de progradation du shoreface

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Séquence de progradation du littoral

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Traduire

Traduire 103

Séquence montrant la progradation de plage soumise à l’action des vagues

Traduire 104

Séquence montrant la progradation de plage soumise à l’action des marées

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Traduire et interpréter l’agencement vertical des faciès ci-contre

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Traduire et interpréter l’agencement vertical des faciès ci-contre

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Traduire et interpréter l’agencement vertical des faciès ci-contre

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Les dépôts de l’off-shore

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Zone de transition

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Avant plage inférieure ou Lower Shoreface

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Avant plage supérieure ou Upper Shoreface

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Chenaux tidaux d’îles barrières

Limiter les bordures des chenaux tidaux d’île barrière. Les faciès grisâtres correspondent à quel env. ou sous-environnement?

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Autres types de plages

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Autres types de plages

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Sous-environnements connexes de plages

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Iles barriers et lagunes/ Barrier Islands and Lagoons

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Légender ce complexe d’île barrière

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Exemple actuel de d’île barrière

Barrier islands form mostly during transgressive conditions and are, in essence, beaches that are separated from the mainland by a lagoon. Modern barriers are commonly associated with estuaries

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Environnements et sous-environnements de complexe d’îles barrières

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Influence tidale dans les îles barrières

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Séquences d’îles barrières

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Traduire

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Récifs de coraux du monde

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Quelques structures de plage

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4. Environnement lagunaire

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Les lagunes sont des plans d'eau, allongés parallèlement au littoral, peu profonds, isolés de la mer par un cordon meuble de sables et de galets. La communication avec la mer se fait par des ouvertures plus ou moins nombreuses dans le cordon. Cette ouverture sur la mer n'est pas indispensable car il existe des lagunes fermées de façon permanente ou temporaire.

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Conditions de formation de lagune Si une barrière se forme, que son origine soit sédimentaire (cordon, crête récifale, etc. ou tectonique), une lagune peut être isolée de la mer dont les influences se font sentir seulement épisodiquement; il se crée un milieu restreint, confiné, dont les eaux sont soit saumâtres, soit salées suivant les conditions climatiques régnantes.

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Types de dépôts lagunaires La répartition des unités de dépôts , donc des corps sédimentaires, est liée à des facteurs nombreux: morphologiques, hydrodynamiques, climatiques, etc. On y rencontre des dépôts carbonatées aussi bien que détritiques terrigènes.

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 Dépôts carbonatées. Fréquents surtout en climat chaud, ce sont des dépôts de zones supra et intercotidales ou même infracotidales peu profondes immédiatement au dessous des plus basses mers : dépôts de plages ou de dunes éoliennes ou sous marines, barrières en relief sur le fond marin, parfois dépôts évaporitiques  Dépôts détritiques terrigènes. Dépôts fluvio-marins deltaïques, créateurs de corps sédimentaires variés: chenaux fluviatiles, chenaux de marée, cordons littoraux, etc

Ces dépôts peuvent se faire en milieu marin ouvert vers le large, les influences marines franches sont alors dominantes, caractérisées par les faunes de mer ouverte.

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Les lagunes représentent environ 13% de la longueur des cotes du monde. On les trouve sous toutes les latitudes, aussi bien dans les régions polaires que dans les régions tropicales ou tempérées, que les marées soient fortes ou faibles, encore que les marnages moyens ou peu marqués soient favorables à leur existence. Certains rivages ont, sur de longues distances, des lagunes bien développées : façade atlantique des USA, golfe du Mexique, Mer Baltique, Mer Méditerranée, littoral sud oriental de l'Australie, côte orientale de l'Inde.

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Types de lagunes Nichols et Allen ont proposé une classification des lagunes et quatre catégories ont été distinguées :  Les lagunes estuariennes dans lesquelles le courant fluvial et les courant de marée jouent un rôle prépondérant ,  Les lagunes ouvertes dans lesquelles la marée a un marnage suffisant pour que le flot et le jusant assurent un autodragage des passes qui échappent à l'obturation,  Les lagunes semi fermées témoignent d'un rapport de forces inverses ; les apports de la dérive littorale tendent à colmater les passes qui se maintiennent difficilement,  Les lagunes fermées caractérisées par l'absence de courants de marée, ce qui est l'indice d'un faible marnage, et par des effets de chasse d'origine fluviale.

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Types de lagunes Traduire

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Types de lagunes

A-Lagune estuarienne ; B-Lagune ouverte C-Lagune semi-fermée ; D-Lagune fermée

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Eléments morphologiques d'une lagune

 En suivant E.C.B. Bird, on peut distinguer trois parties dans une lagune assez vaste qui communique avec la mer et qui reçoit des tributaires.  La partie externe se trouve à proximité des passes ouvertes dans le cordon qui isole la lagune de la mer. Dans cette partie, où les eaux sont salées et le marnage notable, les bords de la lagune sont occupés par des chenaux de marée. De part et d'autre de la passe, aussi bien du côté de la mer que du côté de la lagune, s'accumulent des sables qui constituent des hauts-fonds appelés deltas de marée.  La partie moyenne : l'eau est saumâtre et il arrive que les bords soient érodés en petites falaises ou, au contraire, festonnés par de petites flèches à pointe libre, due aux courants qui se produisent dans la langue.  La partie interne : les eaux sont très peu salées et les variations du niveau de la lagune faibles. Là où débouchent les cours d'eau s'édifient de petits deltas à croissance rapide. Ailleurs les marécages recouverts de roseaux constituent une marge amphibie .

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Schéma de la morphologie d’une lagune

1-dérive littorale; 2-courants de marée; 3-vent dominant; 4-flèche ou barrière; 5-delta de marée; 6-cône débordement; 7-dunes; 8-vasière et chenaux de marée; 9-petite flèche intérieure; 10-petite falaise; 11 -rivière; 12-delta.

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Schéma de deltas de marée 1-dérive littorale; 2-courant de marée

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Facteurs hydrodynamiques contrôlant l'évolution des lagunes L’évolution des lagunes est contrôlée par l'agitation de la mer (houle, marée), l'écoulement de l'eau continentale et par le mouvement de l'air.

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L’effet de la houle La houle qui arrive obliquement par apport au rivage donne naissance à un transit côtier de sables et de galets qui nourrit les flèches en arrière desquelles se situent les lagunes. Ce transfert sédimentaire lié à la dérive littorale joue un rôle essentiel dans le maintien des cordons et, lorsqu'elles existent, dans l'évolution des passes. Si ces cordons sont trop étroits, il y a débordement de l'eau de mer dans la lagune. Ce débordement apporte du sable qui participe au colmatage des lagunes mais aussi à la migration des flèches en direction de la terre.

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L’effet de la marée La marée intervient d'autant plus que le marnage est plus grand et que les passes sont plus nombreuses et plus larges. Au fur et à mesure qu'elle pénètre plus en avant dans l'intérieur des lagunes, la marée voit son amplitude diminuer et sa propagation être retardée.

D'une façon générale, le flot est plus court, plus rapide aussi, que le jusant. Les courants de marée qui atteignent leur vitesse maximale dans les passes , jusqu'à plusieurs mètres par seconde, s'amortissent vers l'intérieur où ils sont canalisés par des chenaux. La marée peut provoquer des échanges d'eau considérables entre la mer et les lagunes.

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L’effet des courants fluviatiles Les rivières qui se jettent dans les lagunes créent des courants de décharge vers la mer dont l'effet de chasse contribue, avec le va-et-vient des courants de marée au maintien des passes. Ces courants de charges renforcent les courants de jusant.

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L’effet du vent

Le vent se manifeste diversement. Lorsqu'il souffle vers la terre et que sa vitesse est suffisante, il transporte, par saltation et par roulage, des sables depuis les cordons littoraux jusque dans les lagunes situées en arrière , contribuant ainsi, en particulier dans les régions arides, à leur remblaiement.

Sur les lagunes assez vaste, quelle que soit sa direction, le vent crée des vagues qui peuvent éroder les berges et faire naître, dans les tranches d'eau peu épaisses, des turbulences, responsables de la remise en suspension de sédiments fins, et des courants, générateurs d'une nouvelle répartition de ces matériaux. Dans les régions où les marées sont faibles et les apports d'eau fluviale peu importants, le vent joue un rôle primordial dans l'agitation de l'eau dans les lagunes.

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L'évolution des lagunes Les lagunes constituent un trait éphémère des cotes. Leur évolution est rapide à l'échelle géologique.

Les lagunes actuelles sont apparues il y a 5 ou 6000 ans à la fin de la transgression postglaciaire. Le destin d'une lagune est de disparaître, à plus ou moins brève échéance, par colmatage lorsque le niveau de la mer est relativement stable. Si celui-ci s'élève rapidement, la barrière peut être submergée et la lagune peut devenir une baie. S'il s'abaisse la lagune tend à s'assécher.

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Les lagunes sont le siège d'une sédimentation active et continue . Les sédiments piégés dans la lagune dépassent de loin, en volume, ceux qui s'en échappent. Ces sédiments sont fins et sont des sables venus de la mer, mais aussi des limons et argiles apportés par les rivières auxquels s'ajoute une quantité importante de matière organique. C'est la présence de la végétation et des êtres vivants qui permet le retenue de ces sédiments dans la lagune

Traduire 144

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Replats tidaux ou Tidal-flat

Traduire Tidal-flat: marshy and muddy to sandy areas partially uncovered by the rise and fall of the tides

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Traduire Tidal-flat - form where there is a large tidal ranges (>3m) and the coastline is protected bays where wave action is minimal

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Exemples de dépôts de replats tidaux

Légender

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Traduire

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Siliciclastic tidal-flat cross section

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Séquence progradante de dépôts de replats tidaux

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Developpement de surface de reactivation au sein des dépôts tidaux

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Les replats tidaux et climat

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Séquences carbonatées