2010CHAPITRE LES ROCHES SEDIMENTAIRES

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CHAPITRE : LES ROCHES SEDIMENTAIRES
I.1. Définitions
1. Généralités
Une roche sédimentaire est par définition une accumulation de sédiments issus de la
destruction des reliefs et/ou résulter des activités organiques et/ou chimiques (fig1.).
Cette figure présente les trois grands types de roches qui forment la croûte terrestre et
les processus qui conduisent à leur formation.
Trois grands types de roches forment la croûte terrestre. La figure 1 présente ces trois
grands types, ainsi que les processus qui conduisent à leur formation.
Fig.1 : La formation des roches
Le magma est à l'origine de la formation de la croûte terrestre, d'abord au niveau des
dorsales océaniques, puis, par addition à la croûte déjà présente, aux niveaux des points
chauds et des zones de subduction/obduction.
La première phase du cycle est constituée par la cristallisation du magma pour former les
roches ignées.
Lorsqu'elles sont amenées à la surface du globe par les processus dynamiques de la
tectonique des plaques, lors de la formation de chaînes de montagnes par exemple, et qu'elles

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sont exposées aux intempéries de la surface, les roches ignées s'altèrent et se désagrègent en
particules de tailles variées. L'érosion par l'eau, la glace et le vent transportent les particules
pour former un dépôt meuble constitué de sédiments (gravier, sable, boue). Puis ce sédiment
se transforme progressivement en roche qui évidemment s'appelle une roche sédimentaire,.
Cette transformation se fait selon un ensemble de processus qu'on appelle la diagenèse, le
principal processus étant la cimentation des particules entre elles.
Dans les chaînes de montagnes, une portion du matériel sédimentaire est enfouie sous
des conditions de températures et de pressions très élevées; les roches sédimentaires se
transforment alors en roches métamorphiques. Ce processus de transformation sous l'effet de
températures et de pressions élevées est le métamorphisme. Comme les roches sédimentaires,
les roches ignées peuvent aussi être soumises aux processus du métamorphisme et produire
des roches métamorphiques. Il y a des façons autres que l'enfouissement aux racines des
chaînes de montagnes pour former des roches métamorphiques, comme par exemple la
cuisson au contact d'une masse intrusive chaude.
Ces sédiments sont le résultat d’un processus qui fait intervenir la relation climat-
végétation-climat.
Ces roches exogènes, c'est-à-dire formées à la surface de la Terre sont très répandues
dans les paysages actuels et dans les temps géologiques. Elles constituent le plus souvent des
dépôts stratifiés ou strates.
Quatre processus conduisent à la formation des roches sédimentaires: l'altération
superficielle des matériaux qui produit des particules, le transport de ces particules par les
cours d'eau, le vent ou la glace qui amène ces particules dans le milieu de dépôt, la
sédimentation qui fait que ces particules se déposent dans un milieu donné pour former un
sédiment et, finalement, la diagenèse qui transforme le sédiment en roche sédimentaire.
Le matériel sédimentaire peut provenir de trois sources : une source terrigène, lorsque
les particules proviennent de l'érosion du continent; une source allochimique, lorsque les
particules proviennent du bassin de sédimentation, principalement des coquilles ou fragments
de coquilles des organismes; une source orthochimique qui correspond aux précipités
chimiques dans le bassin de sédimentation ou à l'intérieur du sédiment durant la diagenèse.
Fig.2 : Les sources du matériel sédimentaire

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Les processus de l'altération superficielle sont de trois types: mécaniques, chimiques et
biologiques. Les processus mécaniques (ou physiques) sont ceux qui désagrègent
mécaniquement la roche, comme l'action du gel et du dégel qui à cause de l'expansion de
l'eau qui gèle dans les fractures ouvre progressivement ces dernières. L'action mécanique des
racines des arbres ouvre aussi les fractures. L'altération chimique est très importante :
plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignées, sont
facilement attaqués par les eaux de pluies et transformés en minéraux des argiles
(phyllosilicates) pour former des boues. Certains organismes ont la possibilité d'attaquer
biochimiquement les minéraux. Certains lichens vont chercher dans les minéraux les éléments
chimiques dont ils ont besoin. L'action combinée de ces trois mécanismes produit des
particules de toutes tailles. C'est là le point de départ du processus général de la
sédimentation.
Outre le vent et la glace, c'est surtout l'eau qui assure le transport des particules.
Tout le matériel transporté s'accumule dans un bassin de sédimentation, ultimement le
bassin marin, pour former un dépôt. Les sédiments se déposent en couches successives dont la
composition, la taille des particules, la couleur, etc., varient dans le temps selon la nature des
sédiments apportés. C'est ce qui fait que les dépôts sédimentaires sont stratifiés.
L'obtention d'une roche sédimentaire se fait par la transformation d'un sédiment en roche
sous l'effet des processus de la diagenèse. La diagenèse englobe tous les processus chimiques
et mécaniques qui affectent un dépôt sédimentaire après sa formation. Les processus de
diagenèse sont variés et complexes : ils vont de la compaction du sédiment à sa cimentation,
en passant par des phases de dissolution, de recristallisation ou de remplacement de certains
minéraux.
2. La sédimentologie et la pétrologie sédimentaire
3. La stratigraphie
4. La paléogéographie et la notion de faciès ou milieu de dépôt
I.2. La classification des roches sédimentaires
Les critères essentiels du classement des roches sédimentaires sont leur origine
(génétique), la présence ou non d’un ciment et leur composition chimique.
1. La classification génétique
Cette classification distingue les roches détritiques ou clastiques d’une part et les roches
d’origine chimique et biologique d’autre part (fig.).
1.1. Les roches d’origine détritique
Elles correspondent à des assemblages de débris variés issus de la dégradation des
roches préexistantes (sédimentaires, métamorphiques, magmatiques).
On peut distinguer deux types de roches sédimentaires d’origine détritique :

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- Les roches détritiques au sens strict ou roches terrigènes ;
- Les roches pyroclastiques, issues du remaniement des débris projetés par les volcans.
1.2. Les roches d’origine chimique
Ces roches sont constituées par des précipités de sels dissous après saturation par
évaporation de l’eau. C’est le groupe des roches dites salifères ou évaporitiques (chlorures,
sulfates, etc.). Le sel gemme ou halite ou chlorure de sodium est un exemple (fig.3).
Fig.2 : La formation du sel gemme dans les sebkhas ou marais salants
Elles peuvent aussi se former par réactions chimiques. L’exemple le plus connu est celui
du calcaire ou carbonate de calcium (fig.3) qui précipite à partir du bicarbonate soluble :
CaCO3 + CO2 + H2O Ca (HCO3)2
Cette réaction se produit lorsque :
- La température devient forte entraînant l’évaporation de l’eau. Ce phénomène est à
l’origine des croûtes diverses qui se forment dans les déserts chauds et des calcaires qui se
déposent dans les eaux chaudes saturées (Mer Morte).
- Le départ du CO2 que l’on peut expliquer soit par une agitation violente des eaux
(chutes d’eau dans les rivières ou cascades) soit par son absorption par photosynthèse des
plantes aquatiques (Algues et mousses dans les rivières, lithotamnium des rivages marins,
etc.).
En traversant le sol, les eaux de pluie, peu minéralisées, se chargent du CO2 produit par
l'activité biologique des végétaux et des bactéries, puis pénètrent en profondeur (fig.4).

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Fig. 4 : Le contact de l’eau chargée avec la végatation
L'eau très chargée en CO2 va ainsi pouvoir dissoudre les roches calcaires de l'aquifère lors
de son trajet souterrain. Elle emporte alors avec elle des ions calcium Ca2+ et
hydrogénocarbonates HCO3- dissous.
Lorsqu'elle arrive à l'air libre, l'eau contient plus de CO2 que l'atmosphère. Elle va donc
expulser son CO2 sous forme de gaz.
Ce rejet se produit jusqu'à ce que l'eau et l'atmosphère soient en équilibre.
Lorsque l'eau a suffisamment dégazé, les ions calcium peuvent précipiter, c'est-à-dire passer
du stade dissous dans l'eau, au stade cristallin à l'air libre.
Cette précipitation suit la réaction :
Les petits cristaux se déposent sous forme d'une croûte calcaire sur les végétaux présents
dans le cours d'eau. La superposition de ces couches successives forme la roche appelée tuf
(fig.5).
Fig.5 : Le tuf dans la région des Ait Ouabane (Kabylie-Algérie)
Ces calcaires nouvellement formés portent aussi le nom de travertin lorsqu’ils englobent des
végétaux (fig.6).