Formation des roches carbonatées
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LES ROCHES BIOGENES Les roches carbonatées (au moins 50% de carbonates: calcite, dolomite, aragonite) Les roches siliceuses (au moins 50% de silice: chimique, biologique ou biochimique) Les roches phosphatées (présence de minéraux phosphatés en quantité suffisante pour être exploitée) Les roches carbonées (contenant une forte quantité de carbone organique) LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates Deux grands domaines s'individualisent morphologique important qu'est le rivage: le domaine continental le domaine marin de part et d'autre du trait LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental Le domaine continental ne présente en général que peu de sédiments carbonatés et se caractérise par des dépôts souvent très localisés. Exemple de dépôts: Dans des lacs Au débouché de certaines sources Dans des grottes LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES LACS Les carbonates lacustres sont le résultat de précipitations inorganiques ou d'accumulations algaires ou coquillières: Les précipitations inorganiques peuvent être liées à une soustraction de CO2 (photosynthèse...), à un mécanisme d'évaporation ou encore au mélange d'eaux à pH différents (lac/rivière): par exemple, la formation de "craie lacustre", un sédiment très fin (10 µm) précipité dans des eaux sursaturées en CaCO3 (résultat d'une forte évaporation). LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES LACS Les carbonates lacustres sont le résultat de précipitations inorganiques ou d'accumulations algaires ou coquillières: Les carbonates algaires sont le résultat de phénomènes de piégeage de sédiments et de précipitation par des mousses et des stromatolithes. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES LACS Les carbonates lacustres sont le résultat de précipitations inorganiques ou d'accumulations algaires ou coquillières: Les accumulations de coquilles (gastéropodes, lamellibranches) ne forment qu'une faible proportion des carbonates lacustres. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES AU DEBOUCHE DE CERTAINES SOURCE Aux émergences de certaines sources, ou plus rarement en rivière, se forment des précipitations de calcite. Ces accumulations peuvent être constituées de lamines denses et régulières (travertin) ou de matériau très poreux et irrégulier (tuf). Il semble admis que les processus de précipitation inorganiques dominent dans le cas des travertins (perte de CO2) tandis que les tufs se forment par précipitation de calcite sur des mousses ou des algues. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES Les concrétions de grottes (ou spéléothèmes) ont la même origine chimique que les travertins. L'eau des précipitations, enrichies en dioxyde de carbone, s'infiltre par les fissures et dissout la calcite de la roche. Le carbonate de calcium précipite quand la teneur en CO2 diminue et/ou que l'eau s'évapore formation de stalactites, stalagmites... Ces concrétions ont une grande utilité dans les grottes préhistoriques car elles peuvent être datées. Concrétions calcitiques dans une grotte italienne (Toirano) LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES PETIT RAPPEL: Une stalactite … … est une concrétion calcaire en pendentif au plafond des grottes t : comme tomber LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES PETIT RAPPEL: Une stalagmite … … est une concrétion calcaire en pilier sur le plancher des grottes m : comme monter LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin On y distingue un milieu de plate-forme (de 0 à 200m de profondeur) et un milieu de bassin séparés par un talus. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu Importante diversité des plates-formes carbonatées due aux variations de: morphologie hydrodynamisme chimisme (salinité, oxygénation) pénétration de la lumière LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu La morphologie: est contrôlée essentiellement par l'existence, l'absence ou la localisation variable d'une barrière ou d'un haut-fond plus ou moins continu. L'existence d'un relief a une influence directe sur le niveau d'énergie, le chimisme des eaux et l'activité biologique: il entraîne la distinction entre un milieu de plate-forme interne et un milieu de plate-forme externe ou de bassin. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu En l'absence de rupture de pente nette, la profondeur augmente de façon progressive depuis le littoral jusqu'au bassin: on parle alors de rampe. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu Les facteurs dynamiques: ils comprennent vents, courants de vagues et de marées. Leur résultat est surtout un tri granulométrique. La granulométrie des sédiments et certains types de figures sédimentaires donnent donc des informations importantes quant au niveau d'énergie du milieu, souvent en relation avec la profondeur et le degré de protection. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu Le chimisme des eaux: la sursalure, le manque d'oxygénation des eaux entraînent de profondes modifications dans le contenu faunistique, ce qui peut conduire à distinguer: • un milieu ouvert: la circulation des eaux marines n'est pas entravée • un milieu restreint: la circulation des eaux marines est entravée et en conséquence leur qualité subit des modifications plus ou moins importantes LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu L'influence de la lumière: la pénétration de la lumière permet également de distinguer deux domaines entre lesquels les conditions biologiques varieront considérablement: • un domaine photique • un domaine aphotique Les différents organismes n'utilisant pas forcément les mêmes longueurs d'onde (algues rouges et algues vertes, par exemple), l'étendue de la zone photique est variable suivant les communautés considérées. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt L'action des facteurs du milieu est à l'origine de la différentiation des environnements au sein des plates-formes. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt Pour les mers où la marée est sensible, on distingue sur la plate-forme interne: un milieu supratidal: très épisodiquement envahi par les hautes marées de vives eaux (sebkha, étangs côtiers). LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt Pour les mers où la marée est sensible, on distingue sur la plate-forme interne: un milieu intertidal: correspondant à la zone de balancement des marées. Les conditions écologiques sont extrêmement difficiles (variations de température, d'insolation, de salinité, de pH, de chimisme des eaux). LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt Pour les mers où la marée est sensible, on distingue sur la plate-forme interne: un milieu subtidal: La faune et la flore y sont variées. Aux faciès carbonatés et évaporitiques peuvent s'ajouter des faciès enrichis en silice, phosphates, oxydes de fer. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt La barrière isole ensuite la plate-forme interne de la plate-forme externe où l'environnement est beaucoup plus stable et homogène, en liaison avec le milieu océanique. Les organismes pélagiques deviennent prépondérants et les sédiments sont généralement fins, situés sous la zone d'action des vagues. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Le Talus Le talus possède une pente moyenne de 0,7 à 1,3 m par km et s'étale d'environ 130 m à environ 2000 m, c'est-à-dire sous la zone photique et sous la zone d'action des vagues. Une sédimentation complexe caractérise les talus: mise en place de turbidites par glissements liés à la gravité, à des cisaillements mécaniques ou à des contraintes tectoniques, séismes, etc. Ces épandages sont accompagnés de coulées de sédiments et de blocs. Le talus est essentiellement une zone de transit des sédiments. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Le Bassin La température des eaux y est pratiquement constante et comprise entre -1° et 4°C. On y observe une dominance des organismes pélagiques. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Le Bassin Le degré de saturation de la calcite est inversement proportionnel à la profondeur, quel que soit le type d'océan concerné. L'augmentation de la pression et l'abaissement de la température augmentent le taux de solubilité du CaCO3, d'où la décalcification générale des sédiments à partir d'une profondeur critique appelée "lysocline". LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Le Bassin Dans les sédiments, la lysocline peut être définie par le passage d'un faciès à organismes carbonatés bien préservés à un faciès à organismes partiellement dissous. LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates 2- Le domaine marin - Le Bassin En conséquence, les sédiments océaniques profonds ne peuvent être constitués de boues carbonatées qu'au-dessus de la lysocline. Il s'agit alors essentiellement de débris d'organismes planctoniques. Au-dessous ou à des latitudes non favorables, s'observent essentiellement des boues terrigènes auxquelles s'ajoutent des turbidites. LES ROCHES CARBONATEES La classification des roches carbonatées Les roches carbonatées peuvent être classées en fonction de leur composition chimique ou minéralogique, de propriétés physiques. Les classifications les plus utilisées font appel à des paramètres accessibles sur échantillon ou en lame mince tels que proportion matrice-ciment-grains. La classification la plus utilisée est la classification proposée par Dunham (1962) et complétée par Embry & Klovan (1972) et Tsien (1981). La classification de Folk (1959) possède également des adeptes. LES ROCHES CARBONATEES La classification des roches carbonatées 1- Classification de Folk Elle considère que les constituants majeurs des calcaires sont: • les allochems (grains, corpuscules, éléments figurés): - les intraclasts (sédiments remaniés) - Les pellets (grains ovoïdes de micrite de taille inframillimétrique) - Les oolithes - Les fossiles, bioclastes et grains squelettiques • la matrice (micrite) • le ciment (sparite) LES ROCHES CARBONATEES La classification de Folk Les appelations obtenues par combinaison d'un préfixe (intra-, pel-, oo-, bio-) et d'un suffixe (-micrite ou sparite) peuvent être complétées par l'adjonction du terme "rudite" pour les grains dont la taille est supérieure à 4 mm (exemple: "biosparrudite" décrit un calcaire à grands bioclastes ou fossiles cimentés par de la sparite). LES ROCHES CARBONATEES La classification des roches carbonatées 2- Classification de Dunham (complétée par Embry & Klovan et Tsien) Cette classification est basée essentiellement sur la texture de la roche et sur le type de liaison entre les grains. Les différents termes de la classification sont ensuite combinés avec les noms des types de grains les plus abondants. LES ROCHES CARBONATEES La classification de Dunham • Avec matrice micritique (boue): - Mudstone: moins de 10% de grains - Wackestone: plus de 10% de grains, mais éléments non jointifs - Packstone: éléments jointifs LES ROCHES CARBONATEES La classification de Dunham • Avec ciment sparitique: - Grainstone : éléments jointifs LES ROCHES CARBONATEES La classification de Dunham • Boundstones (constructions récifales): - Bafflestone: organismes érigés piégeant le sédiment en suspension par ralentissement de l'écoulement du fluide transporteur - Bindstone: organismes stabilisant le substrat par encroûtement (algues corallines) - Framestone: organismes charpente rigide (coraux actuels) édifiant une constructeurs LES ROCHES CARBONATEES La classification de Dunham • Si plus de 10% d'éléments > 2 mm: - Floatstone: éléments non jointifs - Rudstone: éléments jointifs LES ROCHES CARBONATEES Relation entre environnement et type de dépôt LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 1- Par précipitation chimique La précipitation directe des carbonates à partir d’ions contenus dans l’eau de mer constitue un mécanisme peu répandu, connu dans certains secteurs subtropicaux et tropicaux de faible profondeur : Bahamas, Golfe Persique, Mer morte. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 2- Par accumulation de squelettes organiques De nombreuses roches carbonatées résultent de l’accumulation de squelettes organiques. La plupart des débris squelettiques provient des parties dures d’invertébrés. Bélemnites LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 2- Par accumulation de squelettes organiques Quelques exemples des principaux constructeurs de carbonates biogènes: Les Gastéropodes: fonds marins meubles et peu profonds Les Céphalopodes: strictement marins (Ammonites, Goniatites, Bélemnites) et propres aux eaux du large Les Arthropodes: formes benthiques d’eau marines peu profondes Les Échinodermes: seuls les Échinides et les Crinoïdes alimentent la sédimentation calcaire marine. Milieu de plate-forme carbonatée Les Foraminifères: abondants dans les eaux marines tempérées à chaudes. Soit planctonique, soit benthiques. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 2- Par accumulation de squelettes organiques … d’autres animaux participent, de manière plus sporadique, à la constitution des sédiments calcaires: les Spongiaires, les algues (rouges, vertes)… LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 3- Par accumulation d’Ooïdes Les Ooïdes sont des grains constitués d'un "nucleus" (fragment de coquille, grain de sable) autour duquel précipite de la calcite ou de l'aragonite, formant un "cortex". Ils comprennent principalement les oolithes dont le cortex montre une lamination concentrique. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 3- Par accumulation d’Ooïdes Les oolithes calcaires qui se forment dans les régions chaudes soumises à une forte agitation hydrodynamique présentent des fibres, essentiellement aragonitique, qui se développent principalement de manière parallèle aux couches du cortex. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 3- Par accumulation d’Ooïdes Les oolithes calcaires qui se développent dans les milieux peu agités sont par contre formées de calcite, et présentent pour la plupart des structures radiaires. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 4- Par accumulation de déjections Les grains homogènes sans nucléus ni squelettes (péloïdes) comprennent principalement des pelotes fécales ou pellets. Ces déjections sont abondantes dans les petits fonds des régions tempérées à chaudes. Pellets LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 5- Les stromatolithes Les stromatolithes sont des structures solides en forme de choux-fleurs créées par une association microbienne. La partie éclairée du sommet est constituée d'une couche, mince et gluante, formée d'algues bleu-vert ou cyanobactéries. On retrouve des stromatolithes dans des couches qui varient en âge de 3,5 Ga à l'Actuel. Stromatolithes vivants dans la baie Shark, à l'ouest de l'Australie LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 5- Les stromatolithes Le tapis algaire agit de deux façons: 1) il piège les particules sédimentaires entre ses filaments 2) il induit la cimentation des particules sédimentaires, grâce à son activité photosynthétique qui, en consommant du CO2, abaisse la pression partielle de CO2 dans ce micromilieux et favorise ainsi la précipitation du CaCO3. Les particules piégées sont donc soudées ensemble, pour finalement constituer une succession de croûtes solides qui vont former une roche laminée. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 5- Les stromatolithes La lamination, peut être répétitive, alternante ou cyclique. Les principaux phénomènes pouvant en être à l'origine: une différence de croissance algaire au cours d'un cycle jour-nuit un changement périodique de l'algue dominant la population lié à variation périodique des facteurs du milieu (humidité, salinité...) une calcification périodique de la partie superficielle du tapis un afflux périodique de matériel détritique une LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 5- Les stromatolithes Ces formations stromatolitiques ont constitué un volume impressionnant de calcaires à certaines époques du précambrien et, en ce sens, ont constitué un drain très important de CO2 en stockant celui-ci dans le CaCO3, modifiant ainsi l'atmosphère terrestre en la débarrassant progressivement de ce gaz. LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les recifs L'établissement et la croissance d'une bioconstruction nécessitent: une production de carbonate in-situ une stabilisation du substrat une charpente résistant à l'action des vagues On distingue les grands types suivants: LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs les récifs frangeants: ces édifices se développent directement le long de la ligne de rivage LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs les bancs récifaux: ces récifs linéaires, généralement parallèles au rivage, sont localisés dans le lagon LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs les patch reefs: il s'agit de petits édifices croissant en milieu lagunaire LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs les récifs barrières: ce sont des récifs sensiblement linéaires, localisés en bordure de plate-forme (exemple: La Grande Barrière d'Australie). LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs les atolls: ces récifs océaniques de forme annulaire délimitent un lagon. Leur dimension est très variable: de moins de 2 km à plus de 32 km de diamètre LES ROCHES CARBONATEES Formation des roches carbonatées 6- Les récifs récifs tabulaires: récifs océaniques sans lagon intérieur
