Sédimentation et roches sédimentaires
Cours complet · SVT (seconde), chapitre 7 · seconde générale, sciences de la vie et de la Terre
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7.1 Du transport au dépôt
Le chapitre précédent a montré que l'érosion produit des particules de tailles très variées (blocs, galets, sables, argiles) qui sont arrachées au relief. Ces particules ne restent pas sur place : elles sont prises en charge par les agents de transport (cours d'eau, vent, glaciers, courants marins) et voyagent parfois sur de longues distances avant de se déposer.
Le transport est le déplacement des produits de l'érosion par un agent (eau, vent, glace) depuis leur zone de production jusqu'à leur zone de dépôt. La sédimentation est le dépôt de ces particules, appelées sédiments, lorsque l'énergie du milieu de transport diminue.
Tant que l'énergie du courant est suffisante, les particules restent en suspension ou roulent sur le fond. Dès que cette énergie diminue — ralentissement d'un cours d'eau en plaine, arrivée dans un lac ou dans la mer, atténuation de la houle — le milieu n'a plus la force de porter les particules, qui se déposent par gravité.
Propriété : Relation énergie du milieu – taille des particules
Plus l'énergie du milieu de transport est grande, plus les particules transportées peuvent être grosses et lourdes. Inversement, seules les particules les plus fines (argiles) peuvent rester en suspension dans une eau calme.
7.2 Le granoclassement
Lorsque l'énergie du milieu diminue progressivement (ralentissement d'un courant, décantation dans une eau calme), les particules ne se déposent pas toutes en même temps : elles se répartissent selon leur taille et leur masse.
Le granoclassement est l'organisation verticale des sédiments selon leur taille (ou leur masse) au sein d'un dépôt : les particules les plus grosses et les plus lourdes, qui sédimentent le plus vite, se déposent en premier, tandis que les particules les plus fines se déposent en dernier, plus haut dans le dépôt.
Dans une carotte de sédiment, on observe, du bas vers le haut : des galets, puis des sables, puis des argiles. Cette succession traduit un ralentissement progressif du courant : l'énergie du milieu a diminué au cours du temps, permettant le dépôt successif de particules de plus en plus fines.
7.3 Les milieux de sédimentation
La nature des sédiments dépend étroitement du milieu de sédimentation, c'est-à-dire du contexte géographique et de l'énergie qui y règne.
Un milieu de sédimentation est un environnement géographique dans lequel s'accumulent des sédiments : on distingue les milieux continentaux et les milieux marins.
7.3.1 Les milieux continentaux
- Les cours d'eau (rivières, fleuves) : dans le lit et la plaine d'inondation se déposent galets, graviers et sables lors des crues, puis des particules plus fines lorsque le courant faiblit.
- Les lacs : eaux calmes où se déposent des sédiments fins (argiles, matière organique) en couches régulières.
- Les déserts : le vent y accumule des sables bien triés qui édifient des dunes ; c'est un exemple de sédimentation éolienne en milieu continental.
- Les deltas : à l'embouchure d'un fleuve (milieu littoral, de transition entre continent et mer), le courant ralentit brutalement au contact d'un lac ou de la mer ; les sédiments les plus grossiers se déposent d'abord, les plus fins étant entraînés plus loin.
7.3.2 Les milieux marins
- La plateforme continentale (mer peu profonde, proche des côtes) : forte agitation par les vagues et les courants, sédiments variés (sables, débris coquilliers, vases).
- L'océan profond : milieu très calme, loin de toute source terrigène ; seuls les sédiments les plus fins (vases, débris d'organismes microscopiques) parviennent à s'y déposer, en couches très lentement accumulées.
Propriété : Milieu et granulométrie
Plus un milieu de sédimentation est agité (forte énergie), plus les sédiments qui s'y déposent sont grossiers. Plus il est calme et éloigné des sources de sédiments terrigènes, plus les dépôts sont fins.
Ce classement se retrouve non seulement à la verticale d'un dépôt (granoclassement), mais aussi latéralement, du rivage vers le large : à mesure que l'on s'éloigne du continent, l'énergie du milieu diminue et les particules déposées deviennent de plus en plus fines.
7.4 De sédiment à roche sédimentaire : la diagenèse
Un dépôt de sédiments meubles (sable, boue) n'est pas encore une roche. Il le devient au terme d'un long processus appelé diagenèse.
La diagenèse est l'ensemble des transformations physiques et chimiques qui, sous l'effet de l'enfouissement, changent un sédiment meuble en roche sédimentaire consolidée. Elle combine deux mécanismes principaux : la compaction et la cimentation.
Méthode : Comprendre la diagenèse
Pour expliquer la formation d'une roche sédimentaire à partir d'un sédiment, il faut distinguer deux étapes qui agissent souvent ensemble :
- la compaction : le poids des sédiments qui s'accumulent au-dessus tasse les couches inférieures, chasse l'eau contenue entre les grains et réduit le volume des pores ;
- la cimentation : des minéraux dissous dans l'eau interstitielle (souvent de la calcite ou de la silice) précipitent entre les grains et les soudent solidement les uns aux autres.
Ces deux mécanismes, favorisés par l'enfouissement progressif sous de nouvelles couches de sédiments, transforment un dépôt meuble en une roche cohérente et dure.
7.5 Les principales roches sédimentaires
7.5.1 Les roches détritiques
Une roche détritique est une roche sédimentaire formée par la diagenèse de fragments de roches préexistantes (débris ou « détritus ») arrachés par l'érosion, transportés puis déposés.
- Le conglomérat provient de la cimentation de galets.
- Le grès provient de la cimentation de grains de sable.
- L'argilite provient de la compaction et de la cimentation de particules d'argile, très fines.
La taille des grains d'une roche détritique renseigne donc directement sur la taille des particules du sédiment d'origine, elle-même liée à l'énergie du milieu de dépôt.
7.5.2 Les roches biochimiques et bioclastiques
Certaines roches sédimentaires ne dérivent pas de débris de roches, mais de l'activité d'êtres vivants ou de précipitations chimiques dans l'eau.
Une roche biochimique (ou bioclastique) est une roche sédimentaire formée à partir de restes d'organismes vivants (coquilles, squelettes, tests) ou par précipitation chimique de minéraux dissous dans l'eau.
Le calcaire est très majoritairement composé de carbonate de calcium . Il se forme le plus souvent par accumulation de débris coquilliers (bivalves, gastéropodes), de tests de foraminifères ou de fragments de coraux, cimentés lors de la diagenèse. De nombreux êtres vivants marins participent ainsi directement à la fabrication des roches sédimentaires en prélevant le calcium et le carbone dissous dans l'eau de mer pour construire leur coquille ou leur squelette.
Propriété : Le vivant, acteur de la sédimentation
Les êtres vivants jouent un rôle majeur dans certains dépôts sédimentaires : par la construction de coquilles et de squelettes carbonatés, ils participent directement à la formation de roches comme le calcaire.
7.6 Strates et principe de superposition
La sédimentation se répète au cours du temps, souvent avec des variations (crues, saisons, changements du milieu), ce qui produit un empilement de couches distinctes.
Une strate est une couche de roche sédimentaire, d'épaisseur et de nature à peu près homogènes, déposée pendant un intervalle de temps limité et séparée des couches voisines par une surface de discontinuité.
Propriété : Principe de superposition
Dans une succession de strates sédimentaires non perturbée (non renversée par une déformation tectonique), les strates les plus anciennes se trouvent en bas de l'empilement et les strates les plus récentes en haut.
Méthode : Reconstituer une histoire sédimentaire
Pour interpréter une coupe de terrain montrant un empilement de strates, on procède ainsi :
- appliquer le principe de superposition pour ordonner les strates de la plus ancienne (en bas) à la plus récente (en haut) ;
- identifier la nature de chaque roche (détritique ou biochimique) et sa granulométrie pour en déduire le milieu de dépôt correspondant (continental ou marin, agité ou calme) ;
- en déduire l'évolution du milieu de sédimentation au cours du temps (par exemple : approfondissement marin si les roches passent du grès grossier au calcaire fin).
7.7 Les roches sédimentaires, archives des milieux passés
Chaque strate enregistre les conditions du milieu au moment de son dépôt : elle constitue une véritable archive géologique.
Propriété : Roche sédimentaire et fossiles
Les roches sédimentaires peuvent contenir des fossiles, restes ou traces d'êtres vivants piégés au moment du dépôt. L'étude de la nature de la roche, de sa granulométrie et des fossiles qu'elle contient permet de reconstituer le milieu de sédimentation ancien (paléoenvironnement) et son évolution au cours du temps.
Un calcaire contenant de nombreux fossiles de coquillages marins et déposé en couches horizontales indique qu'à l'endroit où on l'observe aujourd'hui — même loin de la mer actuelle — s'étendait autrefois une plateforme marine peu profonde, riche en vie, favorable à l'accumulation de débris coquilliers.
7.8 Ce qu'il faut retenir
- Les produits de l'érosion sont transportés puis se déposent (sédimentation) quand l'énergie du milieu diminue.
- Le granoclassement organise les sédiments par taille décroissante du bas vers le haut d'un dépôt.
- Les milieux de sédimentation, continentaux (lacs, deltas) ou marins (plateforme, océan profond), déterminent la nature des sédiments.
- La diagenèse (compaction + cimentation) transforme un sédiment meuble en roche sédimentaire.
- On distingue les roches détritiques (grès, argilite, conglomérat) des roches biochimiques (calcaire, ), ces dernières souvent liées à l'activité du vivant.
- Le principe de superposition : dans un empilement non perturbé, les strates les plus anciennes sont en bas.
- Les roches sédimentaires et leurs fossiles constituent des archives des milieux et des climats passés.