Geodynamique Externe PDF [PDF]

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Géodynamique externe (S3), partie 2

GEODYNAMIQUE EXTERNE

Année 2014-2015

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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/courssed/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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étude des sédimentaires, reconstitution environnements sédimentaires

Pétrologie

sédimentaire:

roches des

>> 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 09/12/2014

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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). 09/12/2014 6

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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 09/12/2014

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Notion de faciès 

Interprétation 



Un bassin sédimentaire est caractérisé par :   



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. 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 – – – – –

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le pétrole le gaz naturel le charbon les minerais les fertilisants 11

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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 09/12/2014 12 bassins.

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

Décantation

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Mécanismes de sédimentation  Accrétion latérale:

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Mécanismes de sédimentation redistribution aquatique:

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Mécanismes de sédimentation

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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)

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 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).

Feuillets ou lamines (mm à cm) 09/12/2014

bancs, strates ou couches (cm à m) 18

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 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

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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.

Feuillets ou lamines (mm à cm)

Bancs, strates ou couches (cm à m) 09/12/2014

Membres/ Formations 20

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 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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 Série: répétition des séquences Série rythmique: répétition régulière des séquences Série arythmique: répétition désordonnée des séquences Série cyclique: suite régulière de cycles c b a c b a Série rythmique 09/12/2014

e b d c b a Série arythmique

a b c c b a Série cyclique 2 2

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Les objets sédimentaires S3

Feuillets ou lamines (mm à cm)

S2

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

S1

Séquences de dépôt 09/12/2014

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Les objets sédimentaires

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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 09/12/2014

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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) 09/12/2014

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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). 09/12/2014

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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. 09/12/2014

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 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. 09/12/2014

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 Sédimentation

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. 09/12/2014

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 Sédimentation

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

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 La sédimentation

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 … ). 09/12/2014

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 La diagenèse

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Différentes lignées de roches sédimentaires

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 Différentes lignées de roches sédimentaires

Erosion mécanique Débris solides Accumulation Sédiments détritiques 09/12/2014

Erosion chimique Solutions ioniques

Accumulation de la matière organique

Roches résiduelles

précipitation Sédiments biochimiques

Sédiments organogènes 44

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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 physicochimique) 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 09/12/2014 45 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.

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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

marnes

calcaires 09/12/2014

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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 Escarpement (Faille) Montagne

Playas Dunes Sebkha

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Cône de déjection

Pédiment 1à4%

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Epandage de piémont et sebkha continentale. La dépression a souvent une origine tectonique. 09/12/2014

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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.

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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

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Canyon

Lobes actifs

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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 09/12/2014

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Barkhanes

Dunes transversales 09/12/2014

Dunes linguoides

Dunes d’interférence 87

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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. 09/12/2014

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Amont dendriforme rectiligne

méandriforme

Aval

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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 Géodynamique externe (S3), partie 2 Inde

: réseau à méandres Brésil

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Géodynamique externe (S3), partie 2 profil transversal:

montre un lit mineur (chenal) et un lit majeur ou plaine d’inondation à végétation et paléosols.

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Géodynamique externe (S3), partie 2 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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Géodynamique externe (S3), partie 2 Dépôts Argiles

Lithologie Structures

Milieux Sol Plaine d’innondation

Sables

Levée naturelle

Graviers

Lit mineur

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