Les roches sédimentaires dans le cycle des roches

Lesrochessédimentaires
danslecycledesroches
LagéosphèreetlessystèmesdelaTerreCours
Idéesimportantesdusyllabus:
‐Nousvivonsdansunmondecycliqueconstituédequelquessous‐systèmes(géosphère,
hydrosphère,atmosphèreetbiosphère)quicoexistentenraisondesfluxdematièreet
d'énergiequipassentdel’unàl’autre.
‐Leshumainssontunepartieintégrantedusystèmenatureletdoiventdoncagirselon
lesloiscycliquesnaturelles.
‐Lessourcesd’énergiequiactiventlecycledesrochessontl’énergieinterne,etl’énergie
externe,solaire.
CapacitésIESO:
- Localiserunphénomènedelagéosphèredanslecycledesroches.Adopterune
penséecyclique.
- Connaissancesdebasesurlesprocessusactifsàl’intérieurdessystèmesphysiques
delaTerre
- Avoirunepenséesystémique:reconnaîtreetcomprendrelesrelationsréciproques
dutransfertd’énergieetdematièredans et entrelessystèmesdelaTerre,y
compris la biosphère. Identifier les composants d’un système de la Terre, les
caractériser (taux, taille, complexité), identifier les interactions entre les
composants. Identifier un système comme cyclique, avec une conservation de la
quantitédematière,maisdesfluxdematièreàtauxvariable.
- ComprendrelaplacedessystèmeshumainsdanslecadredessystèmesdelaTerre.
- Penserdansladimensiondestempsgéologiques,dansl’espaceen3D(propreaux
sciencesdelaTerre).Identifierlestempsdesprocessus(tempsàl’échellehumaine,
historique,géologique).
développerunevisionenvironnementale:penséecycliqueetpenséesystémique;-
Aucoursd’uncycle,ilyapassagepardifférentesétapespuis retour à une situation
«initiale».Lecyclepeutserépéter,onrevienttoujoursàdesconditionsanaloguesen
untempsquipeutêtrevariable.Direqu’ilyauncycledesrochessignifiequ’ellesnesont
pasaussistatiquesquel’onpourrait l’imaginer, mais qu’elles se forment, se
transforment,oudisparaissentetseformentànouveau.Dansl’étude faite
précédemment sur les roches sédimentaires, leur structure, leurorigine,leurs
propriétés,peut‐ondéceleruneévolutioncycliquedelamatière?Aquoiest‐elledue?
Est‐ellerapide?
1

IEvolutionde s rochesetcyclessédimentaires
A Lesélémentsdesrochessédimentairesproviennentderochesmères
diverses
RaressontlesrochesquiseformentàlasurfacedelaTerre,commelesévaporites.Les
rochesmagmatiques,métamorphiquesousédimentairesseformentenprofondeur,
etellessontstablesdanslesconditionsquiontprésidéàleurformation.Donc,toutesles
rochesquisetrouventensurfacesontendéséquilibrephysicochimique,etd’autant
plusquelesconditionsdesurfacesontéloignéesdesconditionsdeleurformation.
Touteslesrochesensurfacesontdoncsusceptiblesd’êtrealtéréesetd’êtreàl’originede
sédiments,ellessontalorsappeléeslesrochesmères.
BLesétapesdeformationdesrochessédimentairessontdesétapesdu
cyclesédimentaire
Commenousl’avonsvudanslafichesurl’originedesrochessédimentaires,d’uneroche‐
mèreàunerochesédimentairessesuccèdentplusieursétapes:
- l’altération/dissolution:modification des propriétés physico‐chimiques des
minérauxetdesrochesparlesagentsatmosphériques,pardesprocessuschimiques
- l’érosion: désagrégation des roches et enlèvement des débris (au sens large,
l’érosioninclutl’altération)
- letransport:pardesfluides(eau,air,glace)
- lasédimentation:arrêtdutransportquiconduitaudépôtdesédiments
- ladiagenèse:transformationdessédimentsenrochesédimentairesolide
Roche métamorphi
magmatique
Fig1Lesétapes
ducyclesédimentaire
sédimentation
altération
Roche mère
érosion
transport
Diagenèse
(enfouissement)
Roche
sédimentaire
exhumation
que ouRoche métamorphi
magmatique
CYCLE SEDIMENTAIRE
Roche métamorphique ou
magmatique sédimentation
altération
érosion
transport
Diagenèse
(enfouissement)
Roche
sédimentaire
exhumation
Roche mère
que ouRoche métamorphi
magmatique
CYCLE SEDIMENTAIRE
sédimentation
altération
érosion
transport
Diagenèse
(enfouissement)
Roche
sédimentaire
exhumation
Roche mère
sédimentation
altération
érosion
transport
Diagenèse
(enfouissement)
Roche
sédimentaire
exhumation
Roche mère
que ou
CYCLE SEDIMENTAIRE
Roche métamorphique ou
magmatique
2

Le cyclesédimentaireglobal,ensembledesphénomènesquitransformentles
rochesmèresendifférentslieuxetmoments, masque la diversité des natures, des
processus,desconditionsquiconduitàladiversitédesrochessédimentaires.Unemême
roche‐mèrepeutd’ailleursdonnerplusieursrochesdifférentes:parexemple,ungranite
peutdonnerdusableoudugrès(selonladiagenèse)etdel’argileaprèstransportettri
deséléments selonleur tailleet selonl’agentdetransport.Aunmomentdonné,ilya
doncuneinfinitédecyclesdifférentsparlesmécanismesmisenjeu,quisedéroulentà
des vitessesdifférentes selon l’altérabilité des roches‐mères dans les conditions où
ellessontplacées.L’approchequantitativeglobaleestdoncdélicateàétablir,ellepeutse
faireparexempleparévaluationdelasédimentationocéanique.
Lesrochessédimentairessontenéquilibrephysico‐chimiqueetdoncstablesdansleur
conditionsdeformation,c'est‐à‐direladiagenèse,quiseproduitdequelquescentaines
demètresdeprofondeuràquelquesmilliers.
C Unerochesédimentairedevientrochemèresielleestremiseà
l’affleurement.
L’exhumationdesrochesestpossible:
- esphénomènestectoniques deschainesde
agne
pard ,parexempledansl’orogenèse
mont
- parl’érosionquifaitdisparaîtrelesrochesquilessurmontaient.
Les deux phénomènes peuvent d’ailleurs se combiner, c’est le cas lors de la remontée
isostatiquedeschainesdemontagnesaufuretàmesuredeleurérosion.Cesprocessus
exhumenttouslestypesderoches.
Lesrochessédimentairesnouvellementforméesetexhuméessontsoumisesàleurtour
àl’altération ensurface etdeviennentdes nouvellesroches‐mères.Elles negardentla
mémoireducycleprécédentquepardesparticulesquiauraientrésisté à l’altération,
comme des grains de quartz ou de zircon, issus de roches magmatiques et qui se
retrouventdansdesgrèssédimentairesplusjeunes.
Onadoncainsiparcouruuncycleenrevenantaupointdedépart.
IIRelationentrele cyclesédimentaireetle s cyclesexterneet
interne
ADeuxcyclesàlocalisationdifférente:
1Lecycleexterne:
ÆIlsedérouleàlasurfac rre,
etdoncprincipalementauseindel’atmosphèreetdel’hydrosphère, qui sont des
milieuxfluides,maisaucontactdelagéosphère.
edelaTe
ÆCecycleesttrèsliéaucycledel’eau:
l’eaus’évapore,condense,tombepargravitédansl’océanousur les continents, puis
circulealorsjusqu’auxcoursd’eauetàl’océan.
3

Fig2Lecycledel’eau(SaE)
Onestimeà35000ansletempsnécessaireaupassagedetoutel’hydrosphère(1,5.1021
kg)auniveaudescoursd’eau.Lecycledel’eaumetdoncenjeudefaiblesmassesmais
àvitesserelativementrapide.L’eauentrainelesparticulesdissoutesetdétritiques:le
cycleexternerecouvredonclecyclesédimentaire.Ilyadoncunlienfonctionnelentre
hydrosphèreetgéosphère.
ÆLecycleexterneparticipeàl’érosiondescontinents:uncycle
continental
Onestimequel’érosionchimique(altération/dissolution)enlève6à7mmen1000ans
àlasurfacedescontinents.L’érosionmécaniqueenlèveenviron70mmen1000ans.Ce
n’estqu’unemoyenne,carl’intensitédel’érosionesttrèsvariable
- selonleclimat:températureélevéeetfortesprécipitationsfavorisentl’érosion.
- selon la végétation: elle favorise l’érosion chimique (acides organiques et CO2
produitparlarespirationdesracinesacidifientleseauxd’infiltration),ellelimite
 l al’érosion mécanique (le sol et es r cines protègent la roche du sous‐sol du
ruissellement);lavégétationdépendduclimat.
- selon les roches: les roches peu cohérentes, friables, solubles sont plus
facilementdéblayées.
Ainsilecyclesédimentaireestunmécanismed’aplatissementdesreliefscontinentaux.
Onestimequ’àraisonde15.109tonnesparandeparticulesmisesensuspensionet4.109
tonnesparanmisesensolution,lesreliefsdevraientêtrearasésen50millionsd’années.
Cependantlamajeurepartiedesproduitsissusducyclesédimentaire rejoignent les
zonesocéaniquesproches:l’érosiondescontinentsconduitaucomblementdesocéans.
ÆIlexisteaussiuncycleocéaniqueexterne
Danslesmilieuxsous‐marins,lesrochesvolcaniquesdelalithosphèreocéaniqueetles
matériaux d’origine biologique (calcaire, silice) sont des roches‐mères soumises à
4

altérati s transport et sédimentation, avec
solutés formation:
on et dissolution. Elles participent aprè les
apportésparleseauxcontinentales,àla
- es au‐dessus de la profondeurdecompensation, car aude roches carbonaté
- dessous,touslescalcairessontdissous derochessiliceuses
- des argiles rouges des grands fonds (en dessous de la profondeur de
compensation,dufaitdel’absencedescarbonates).
F ig3Placeducyclesédimentairedanslecycledesroches
2Lecycleinterne:
Situésouslasurfaceterrestre,iltouchesurtoutlacroûteterrestreetlemanteau,doncla
géosphèreessentiellementàl’étatsolide.Ilsemanifesteensurfaceparlaformation
delalithosphèreocéaniqueauniveaudesdorsales,aprèsfusionpartielledumanteau,
puiscristallisationfractionnée.Ensuitelalithosphères’épaissitenserefroidissanteten
sedéplaçantlatéralement.
Les plaques lithosphériques océaniques, lorsqu’elles deviennentplusdensesquele
manteau, plongent au niveau des zonesdesubduction. Elles sont réincorporées au
manteaudontellesétaientissues,ellesperdentleurindividualitémécanique.Parcontre,
elles restent solides, dans un manteau solide, et hétérogène chimiquement. Les
fragments de plaques lithosphériques semblent pour certains s’arrêter vers 700 km,
d’autresseraientdétectésàlalimitedunoyauvers2900kmdeprofondeur.
Cecycleestbouclépardescellulesdeconvection,grâceàunfluage lent des roches
solides et chaudes. Contrairement au cycle externe, il met en jeu des volumes et des
massesconsidérables,maisàtrèsfaiblevitesse.
On estime à 300 millions d’années le temps de bouclage d’une cellule de convection.
Chaqueannée,300km3delithosphèreocéaniquedisparaissentdanslemanteau.Cecia
permisplusieursrecyclagesdumanteaudepuislanaissancedelaplanèteTerre.
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