Architecture des roches sédimentaires

Quelques définitions :
• structure : arrangement des grains, au niveau microcopique (microstructure)
• texture : arrangement des grains, au niveau macroscopique (observation visuelle)
• débit : tendance d'une roche à se débiter suivant des plans préférentiels (cf clivage des minéraux)
• stratification : agencement en couches, ou strates, de dépôts successifs et horizontaux de sédiments
• strate : - couche de terrain possédant une individualité nette
             - séparées par des joints de stratification horizontaux

Echelle stratigraphique



• comblement des bassins de Paris et d’Aquitaine

• formation des Alpes, du Jura, des Pyrénées (orogenèse alpine, poursuivie au Quaternaire)


• bassins de Paris et d’Aquitaine, du Jura et des Alpes.

• plusieurs affleurements de terrains primaires dans les Alpes, les Pyrénées, le Massif central, le Massif armoricain, les Vosges et les Ardennes

• représenté dans le Massif central et le Massif armoricain sous forme de terrains métamorphiques

Datation des terrains

Pour repérer un événement passé

dépôt d'une couche
montée d'un magma
projection volcanique
on peut :
- le situer par rapport à un autre → chronologie
- essayer d'en connaître la date → chronologie

Chronologie relative :

• Age des couches ou des corps géologiques les uns par rapport aux autres

• Deux types de méthodes

Méthodes physiques : stratigraphie

(superposition, recoupements, discordances)

Méthodes paléontologiques :

identification des fossiles

renfermés dans les roches sédimentaires

Chronologie relative

Pour raconter l'histoire de la Terre et des planètes, il faut disposer de repères temporels ou, au moins, situer dans le temps, les uns par rapport aux autres, les objets ou les événements géologiques. Il est facile d'observer, au bord d'une route ou dans une carrière, des successions de roches de diverses natures éventuellement déformées ou cassées : telle roche est au dessus de telle autre, une faille recoupe tel ensemble de formations. Un des problèmes fondamentaux de la géologie est d'établir, à partir des relations géométriques observées entre ces roches, des relations temporelles, c'est à dire de construire une chronologie : cette roche s'est déposée après cette autre, la faille est postérieure aux formations recoupées…
Une deuxième question concerne la comparaison de deux ou plusieurs chronologies édifiées en des endroits différents : comment établir des corrélations entre elles ?

Les isotopes (stables)

A\ L’oxygène 18 (18O)

 

On connaît environ 300 isotopes stables dont 4 prédominants : C, N, O et S.

Éléments chimiques majeurs, mineurs, en trace dans les éléments

On a toujours des problèmes pour reconstituer les paysages (les paléo environnements). Pour essayer de résoudre ce problème, on va utiliser des fossiles spécifiques des environnements.

 

La chimiostratigraphie est l’étude des éléments chimiques dans les sédiments des roches (permettant de reconstituer les environnements).

Les paramètres de l’eau de mer varient et ces variations sont fossilisées dans les roches. La présence de certains éléments, le dosage des éléments et l’évolution de quantités trouvées par dosage permettent de retrouver des environnements sédimentaires et ainsi, de reconstituer des paysages anciens.

Grandes coupures cycliques

Les cycles sont visibles à diverses échelles.

Si un cycle est du à des phénomènes dont le périodisme est reconnu sur de vastes régions, il servira de marqueur global (exemples : cycles orogénique et eustatique).

La mobilité de l’écorce terrestre va subir d’intenses déformations et ainsi, former des montagnes dans certaines régions du monde. Par exemple : subduction océan/continent ou subduction continent/continent à l’emplacement de zone océanique disparue.

Une fois le relief formé, il va être soumis à l’érosion. On obtiendra des surfaces d’érosion où se posent de nouvelles couches et mettant en place une surface de discordance. Une telle surface s’accompagne d’un changement de géométrie des dépôts ou par l’absence de dépôts.  Le hiatus (la discordance) est mesurable selon les évènements historiques et selon les régions observées par rapport à la déformation.

Ce cycle pourrait se répéter plusieurs fois.

Corrélations stratigraphiques

La stratigraphie relative et la stratigraphie absolue permettent d’établir des corrélations entre divers objets géologiques.

 

1\ La lithostratigraphie.

 

La lithostratigraphie étudie les caractères lithologiques des ensembles rocheux et de leur organisation.

Dans cette approche, les fossiles présents sont considérés comme des particules servant à définir les roches (exemple : « calcaire à alvéolines »). Cette stratigraphie constitue le fondement de la géologie descriptive. Elle est à la base des levés de terrain, de la représentation et de la formation de cartes géologiques. La stratigraphie est l’élément de référence de l’histoire géologique, la formation en étant l’unité de base.

La formation a une histoire géologique régionale. C’est l’unité stratigraphique fondamentale pour décrire et interpréter la géologie d’une région. C’est un paramètre cartographiable.

 

Les formations s’associent en groupe. Une formation se divise en membres eux-mêmes subdivisés en strates (et/ou en couche).

La nomenclature est soumise à des lois internationales.

La formation est caractérisée par des caractères lithologiques particuliers suivis par le nom du lieu où elle est la plus caractéristique.

Les formations ont des limites non isochrones. On ne retrouve pas tous les membres partout pareil.

La succession des unités lithostratigraphiques pourra constituer une échelle lithostratigraphique régionale dans une région donnée.

Principes de la stratigraphie

On a des enregistrements des évènements mais pas de la date des évènements. Le problème est de retrouver la date de l’évènement à cause des interférences.

 

1\ Principe de superposition.


Les couches se déposent les unes sur les autres. Les plus anciennes sont à la base et les plus récentes sont au sommet. La mise en place s’est faite par accrétion verticale.

 

 

Dans les alluvions, les terrains présentent une organisation différente. Les terrains les plus récents sont près de la rivière (même à l’intérieur), en position basse.

En B, on voit la formation d’un pli avec érosion.

 

L’observation des ensembles sédimentaires superposés permet de classer les paysages qui se sont succédés au cours du temps.

Les surfaces séparant les faciès différents sont appelées : « surface faciès ».

Sur le document A, on est dans un milieu de basse énergie pour les dépôts. Ces dépôts vont s’accroître de bas en haut. Les surfaces faciès correspondent à des surfaces temps : ce sont des « isochrones » (des moments précis du passé).

Objets et processus sédimentaires

A\ La stratigraphie et ses objectifs.

 

La stratigraphie : étude des strates car c’est là qu’est inscrite l’histoire de la Terre. Il y a enregistrement des évènements. C’est une vieille science datant de l’Egypte ancienne.

 

Le premier réel stratigraphe a été Stenon, au 17ème siècle.

 

La stratigraphie a commencé par des études fossilifères mais des éléments géologiques ont laissé des traces dans les couches (érosion de montagne, morènes de glaciation). Ceci a permis la fourniture d’archives pour le géologue.

La stratigraphie se fait par observation et description de l’objet géologique. On va ensuite considérer toutes les caractéristiques de l’objet comme preuves de l’évènement.

 

Le but de ces recherches est de retrouver quels étaient les paysages qui se sont succédés au cours du temps.

Pour pouvoir pratiquer correctement la stratigraphie, il y a :

-          nécessité de savoir utiliser les ressources et les propriétés du globe ;

-          utilisation du principe d’actualisme : on retrouve les mêmes lois dans le passé qu’à l’actuel. On a besoin de comprendre l’actuel pour pouvoir comprendre le passé.

Toutefois, on a des changements irréversibles de paysages. Il n’y a pas d’homologie entre les paysages anciens et les paysages actuels.  Il n’y a pas « uniformitarisme ».

 

Debyser : « le présent est la clé mais pas la réplique du passé ».

Le monde minéral subit des transformations qui  évoluent (formation d’îles par volcanisme ; disparition d’îles ; effondrements ; pluie ; comblement de lacs).

Les transformations sont des retours à l’équilibre, avec de nouvelles conditions.

 

Il y a besoin de repérage dans le temps. Pour cela, on retrouve une base de chronologie dans les objets étudiés :

-          chronologie absolue : exprimée par des durées chiffrées en millions d’années ;

-          chronologie relative : classement des phénomènes dans l’ordre de leur déroulement (la plus employée).

 

Les observations et les analyses sur une coupe permettent :

-          une observation directe visible grâce aux affleurements naturels ou artificiels ;

-          une observation directe invisible grâce aux grottes ;

-          une observation invisible (forages).

 

On va établir des chronologies de dépôts (lacunes de sédimentation, etc.…) grâce aux évènements tectoniques. L’interprétation des dépôts permettra de reconstituer le paysage à diverses échelles.

La reconstitution de paysages anciens, aux différents moments de l’histoire du globe constitue la paléogéographie.