Sédimentation et roches sédimentaires

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Sédimentation et roches sédimentaires
Si elles ne représentent que quelques pourcents des roches totales, ce sont sur ces roches que
nous marchons ! Les roches sédimentaires constituent en effet la couche la plus superficielles
de la Terre. Elles proviennent du démantélement d'anciennes roches par érosion et
sédimentation.
On ne peut dissocier l'érosion des autres phénomènes géologiques. En effet au fur et à mesure
de leur apparition en surface, les roches endogènes sont soumises aux conditions climatiques.
Ces dernières sont responsables de leur altération. Les phénomènes d'érosions peuvent ainsi
aplanir totalement une chaîne de montagne en quelques millions d'années.
De la roche au sédiment
Les roches les plus altérables sont celles qui contiennent des minéraux altérables. Ce peut-être
des minéraux facilement solubles ou instables à la surface du globe. En effet les minéraux les
plus stables sont ceux qui se forment dans des conditions de faibles température et pression
voisines des conditions de la surface. Ceux formés en profondeur seront donc moins stables.
Les Phénomènes d'altérations
Le climat et les êtres vivants vont agir physiquement et chimiquement sur les roches
superficielles. Différents processus vont les dégrader, les transporter et former des sédiments
détritiques.
La désagrégation physique
Les roches présentent des discontinuités qui permettent la formation d'accidents sous l'effet de
différents facteurs.
Les différents accidents
Rares sont les roches formant un bloc parfaitement uni. De nombreuses discontinuités
parsèment généralement les roches. Ce sont :
 des diaclases, cassures dues à des déformations profondes,
 des failles, cassures accompagnées d'un déplacement,
 des joints, discontinuitées entre deux strates dues à des variations lors la formation
d'une roche sédimentaire.

 porosité, les minéraux ou particules ne forment pas un bloc homogène mais laissent
des pores entre eux.
L'altération va agir principalement au niveau de ces surfaces de discontinuité. On peut
distinguer :
 Les variations de températures : elles entraînent des phénomènes de dilatation-
contraction importants des minéraux (Thermoclastie).
 Le rôle du gel à travers les fissures ou les pores (Cryoclastie) n'est pas à négliger non
plus.
 La circulation d'eau dans les fissures et les pores :
o l'évaporation déstabilise la structure des roches poreuses en diminuant la
pression à l'intérieur de la roche.
o après évaporation, la recristallisation de minéraux dissous, transportés par
l'eau, fait pression sur les parois des fissures (haloclastie).
Ces phénomènes vont aboutir à la fragmentation du bloc rocheux. La gravité va entraîner de
nouveaux accidents :
 les éboulis : les blocs tombent un à un ou en petits nombre, et se classent selon la taille
et le poids des blocs,
 les éboulements : écroulements de pans de falaise. Il n'y a pas de vrai classement des
roches,
 les glissements : une roche profonde change de comportement et devient instable, elle
entraine les couches sus-jacentes. C'est le cas avec l'argile, qui sèche est solide mais
mouillée est plastique. C'est le cas aussi avec le gypse qui est dissous par l'eau.
 les disjonctions : les blocs se fragmentent mais reste sur place. Citons le cas particulier
des prismes basaltiques (comme la chaussée des géants en Islande) formés lors du
refroidissement de la lave.
On retrouve au niveau du talus continental (zone de transition entre la croûte continentale et
océanique) la plupart de ces accidents (écroulements = Rock-fall, glissement = sliding,
glissements et déformations = slumping). D'autres, comme les courants en masse (= mass-
flow) et les turbidites, sont propres au talus.
Les facteurs intervenants
Le vent qui intervient particulièrement dans les régions dénudés provoque :
 déflation par action de balayage (qui peut aboutir à des dépressions du sol telles que
les chotts et sebkhars qui constituent des lacs en milieu désertiques),
 corrasion et abrasion par l'action des particules transportées (les ronds - mats sont les
grains de sables transportés par le vent, les dreikanters sont des cailloux à 2 faces
exposés au vent, une servant de base).
Les ruissellements d'eau aboutissent à des ravinements, des lapiez en régions calcaires (sillons
issus de l'usure et des actions de dissolution de l'eau), des cheminées de fées dans les dépôts
morainiques, des chaos granitiques par entraînement de l'arène sableuse.

Les glaciers ont 2 types possibles d'actions. Sur un terrain résistant (granitique) c'est le poids
du glacier sur le fond de la vallée qui prédomine, cela aboutit aux vallées en auge. En terrain
plus friable l'action va se faire plutôt sur les parois et donner des vallées en V.
Les vagues agissent sur la côte par mitraillage de sables (grains émoussés, luisants et ovoïdes)
et de galets, par pression contre les parois (pressions de l'eau mais aussi de l'air piégé dans les
fissures), par succion (ressac), par vibrations.
le flux et le reflux des marées créent des courants, flot et jusant, qui érodent le fond et les
berges par un intense balayage. Pour des courants moins fort on abouti à des sols durs ou
Hard-ground.
Le recul des falaises correspond à un éboulement de la paroi (surtout dû à des actions
continentales et non marines) puis un déblaiement du matériel érodé ou soliflué par la mer.
L'altération chimique et biochimique
L'eau en est le principal facteurs, mais il en existe d'autres.
L'eau
C'est l'eau qui est le principal agent d'altération. C'est un acide faible, elle a donc une action
de dissolution sur les roches. Cette action est renforcée par le fait que l'eau ruisselle,
entretenant et amplifiant le phénomène. C'est le lessivage.
L'eau agit également par hydratation. Les minéraux hydratés augmentent de volume par
rapport à leur forme anhydre. Ils déstabilisent les roches (surtout les anhydrites comme le
gypse).
Selon la nature des éléments chimiques (rapport charge/rayon) situés dans la roche, l'eau a
une action de solubilisation différente :
 Le rapport est inférieur à 3 : cela signifie des atomes peu chargés. En présence d'eau
les cations vont entrer en solution (Na, Ca, Mg). Pour K, où le rapport est inférieur à 1
(très peu chargé), l'hydratation est plus faible car les atomes ont moins d'affinité pour
l'eau. Ceci explique qu'ils entrent préférentiellement dans les structures minérales.
X+ + H2O -> XnH2O
 Le rapport est compris entre 3 et 10, les cations sont plus attractifs et "casse" le dipôle
d'eau. Il sont hydratés mais peu ionisés, il y a alors précipitation (Fe, Al, Mn). Ce
phénomène est à l'origine de la formation de certains minerais (bauxite pour
l'aluminium par exemple).
X+ + H2O -> XOH + H+
 Le rapport est supérieur à 10, le potentiel ionique est donc élevé et cela va aboutir à la
rupture du dipôle d'eau par une forte attraction de O=". Il y a solubilisation de l'ion car il est hydraté et
ionisé. C'est le cas pour la silice et le carbonate, composés majoritaires dans les roches.
X+ + H2O -> XO- + 2 H+

Les autres agents d'altération
L'oxygène : il agit par oxydation sur le fer et le manganèse. C'est lui qui donne la couleur
rouille aux roches riches en fer ou qui est responsable des empreintes ramifiées de manganèse.
Il transforme aussi les sulfures en sulfates. Ces modifications peuvent affaiblir la roche.
Le CO2 : sous forme de carbonates il favorise la dissolution de certains atomes.
Les acides organiques végétaux et animaux (Oursins, mollusques, éponges)
L'activité racinaire
La température (sous un climat chaud les réactions peuvent être 100 fois plus rapide).
Exemples d'altérations
Il faut distinguer l'altération des roches sédimentaires préexistantes de celle des roches
cristallines magmatiques et métamorphiques.
Sédimentation et roches sédimentaires
Les reliefs karstiques des paysages calcaires proviennent de la circulation d'eau riche en CO2
qui va dissoudre le calcaire de la roche :
CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(CO3H)2
Les calcaires siliceux peuvent subir une dissolution de leurs parties siliceuses. Les meulières
qui en résultent sont ainsi fortement "trouées"
Le lehm est un loess (voir Région continentale) décalcifié par lessivage, les poupées du loess
correspondent au zone plus profonde où s'est concentré le calcaire.
Les roses des sables résultent de la remontée par capillarité de solutions riches en sels
gypseux.
La terra rossa serait le résidu argileux de la dissolution de calcaire.
Pour les roches magmatiques et métamorphiques
Ce sont des roches profondes. Arrivées en surface la stabilité des minéraux est affaiblie en
raison des faibles pression et température. La vulnérabilité des minéraux constitutifs de ces
roches suit le même ordre que la suite de Bowen :
 Les olivines et péridots sont facilement altérables en serpentine en présence d'eau,
 les pyroxènes donnent une amphibole verte fibreux, l'ouralite,
 les amphiboles donnent parfois de l'asbeste (amiante),
 la biotite donne des chlorites.
 Pour les feldspaths cela est variable selon la composition : l'orthose est peu altérable,
les plagioclases sont plus vulnérables au pôle anorthite.
Selon les climats, l'altération des feldspaths peut être plus ou moins poussée :
o Dans des climats peu pluvieux, où le lessivage est donc faible, l'orthose en
présence d'eau va perdre de la silice, du K et donner une argile, l'illite ou la
montmorillonite (ce sont des smectites). Selon l'intensité du drainage, on a
formation d'une arène (Seuls les cristaux inaltérables comme le quartz restent

sur place et forment un sable). On parle de Bisiallitisation car le rapport
silice/aluminium de l'orthose normalement également à 3 est ici égal à 2. Les
argiles formés permettent la rétention d'alcalin entre les feuillets chargés.
o Sous un climat plus fort, où le lessivage est moyen, la silice est solubilisée en
plus grande quantité, l'orthose donne alors de la Kaolinite. Cette argile ne peut
retenir les bases qui sont alors entièrement éliminées (2 couches à feuillets non
chargés).C'est un cas de monosiallitisation.
o Sous un climat tropical, le lessivage fort entraîne toute la silice, il ne reste
qu'un hydroxyde d'aluminium, la gibbsite (constituant de la bauxite). C'est
l'allitisation ou latéritisation en raison de la richesse en fer.
Les bauxites sont ainsi issues de couches latéritiques érodées, dont les produits ont été
piégés dans les poches karstiques des plateaux calcaires provençaux. Elles ont la
composition suivante : Gibbsite (également boehmite et diaspore), Goethite, sidérite
(Oxydes de fer) et oxyde de titane.
 Le quartz lui est quasiment inaltérable, comme la muscovite.
Les phénomènes de transports
Les roches altérées produisent de nombreux blocs et particules qui vont être déplacés et
participer à la formation des sédiments. L'eau intervient pour une grande part dans le
déplacement des particules mais ce n'est pas le seul moyen.
En ce qui concerne le transport proprement dit, on distingue le transport indéfini (qui
concerne les ions en solution, les particules en suspensions, et même de grosses particules
(charriage)) du transport fini. Le transport indéfini correspond à un courant qui est plus fort
que la gravité. Le transport fini est temporaire par dépôts des particules au bout d'un certain
temps qui est généralement prévisible (écoulement laminaire et turbulent, turbidites).
Par l'eau
Pour entraîner les particules dissoutes, la force du courant doit être plus grande que les forces
de rétention exercées par la roche.
Sur les particules plus grosses, le type d'écoulement a une influence directe dans le transport
et l'érosion. On peut noter ainsi :
 l'écoulement en nappe. Il correspond au déplacement de l'eau sur une surface dure et
presque plane. Seuls les éléments les plus fins (poussières) seront transportés par
flottaison ou suspension.
 les ruissellements : l'eau a un peu plus de force, elle peut former de petits sillons dans
le sol. C'est le cas des lapiez dans les roches calcaires et des ravinements. Ce sont
également les ruissellements qui sont à l'origine des cheminées de fée ou des chaos
granitiques. Ils déplacent les petites particules mais laissent sur place les gros blocs.
 Les cours d'eau :
o l'écoulement laminaire.
o l'écoulement turbulent où divers obstacles créent des tourbillons. Les gros
blocs, qui se déplacent uniquement lors des crues, créent des courants
tourbillonnaires qui entraînent un déplacement turbulent des particules en