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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,

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1 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)

2 LES ROCHES CARBONATEES Les environnements de dépôt des carbonates Deux grands domaines s'individualisent de part et d'autre du trait morphologique important qu'est le rivage: le domaine continental le domaine marin

3 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

4 LES ROCHES CARBONATEES 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 Les précipitations inorganiques peuvent être liées à une soustraction de CO 2 (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 CaCO 3 (résultat d'une forte évaporation). Les environnements de dépôt des carbonates

5 LES ROCHES CARBONATEES 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 Les carbonates algaires sont le résultat de phénomènes de piégeage de sédiments et de précipitation par des mousses et des stromatolithes. Les environnements de dépôt des carbonates

6 LES ROCHES CARBONATEES 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 Les accumulations de coquilles (gastéropodes, lamellibranches) ne forment qu'une faible proportion des carbonates lacustres. Les environnements de dépôt des carbonates

7 LES ROCHES CARBONATEES 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 CO 2 ) tandis que les tufs se forment par précipitation de calcite sur des mousses ou des algues. Les environnements de dépôt des carbonates

8 LES ROCHES CARBONATEES 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES Les environnements de dépôt des carbonates 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 CO 2 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)

9 LES ROCHES CARBONATEES 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES Les environnements de dépôt des carbonates PETIT RAPPEL: Une stalac t ite … … est une concrétion calcaire en pendentif au plafond des grottes t : comme t omber

10 LES ROCHES CARBONATEES 1- Le domaine continental - DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES Les environnements de dépôt des carbonates PETIT RAPPEL: Une stalag m ite … … est une concrétion calcaire en pilier sur le plancher des grottes m : comme m onter

11 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

12 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

13 LES ROCHES CARBONATEES 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu Les environnements de dépôt des carbonates 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.

14 LES ROCHES CARBONATEES 2- Le domaine marin - Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu Les environnements de dépôt des carbonates 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.

15 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

16 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

17 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

18 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

19 LES ROCHES CARBONATEES 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 un milieu supratidal: très épisodiquement envahi par les hautes marées de vives eaux (sebkha, étangs côtiers). Les environnements de dépôt des carbonates

20 LES ROCHES CARBONATEES 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 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 environnements de dépôt des carbonates

21 LES ROCHES CARBONATEES 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 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 environnements de dépôt des carbonates

22 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

23 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

24 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

25 LES ROCHES CARBONATEES 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 CaCO 3, d'où la décalcification générale des sédiments à partir d'une profondeur critique appelée "lysocline". Les environnements de dépôt des carbonates

26 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

27 LES ROCHES CARBONATEES 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 environnements de dépôt des carbonates

28 LES ROCHES CARBONATEES 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. La classification des roches carbonatées

29 LES ROCHES CARBONATEES 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) La classification des roches carbonatées

30 LES ROCHES CARBONATEES 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). La classification de Folk

31 LES ROCHES CARBONATEES 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. La classification des roches carbonatées

32 La classification de Dunham LES ROCHES CARBONATEES Avec matrice micritique (boue): - Mudstone: moins de 10% de grains - Wackestone: plus de 10% de grains, mais éléments non jointifs - Packstone: éléments jointifs

33 La classification de Dunham LES ROCHES CARBONATEES Avec ciment sparitique: - Grainstone : éléments jointifs

34 La classification de Dunham LES ROCHES CARBONATEES 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 édifiant une charpente rigide (coraux constructeurs actuels)

35 La classification de Dunham LES ROCHES CARBONATEES Si plus de 10% d'éléments > 2 mm: - Floatstone: éléments non jointifs - Rudstone: éléments jointifs

36 LES ROCHES CARBONATEES Relation entre environnement et type de dépôt

37 LES ROCHES CARBONATEES 1- Par précipitation chimique La précipitation directe des carbonates à partir dions contenus dans leau de mer constitue un mécanisme peu répandu, connu dans certains secteurs subtropicaux et tropicaux de faible profondeur : Bahamas, Golfe Persique, Mer morte. Formation des roches carbonatées

38 LES ROCHES CARBONATEES 2- Par accumulation de squelettes organiques De nombreuses roches carbonatées résultent de laccumulation de squelettes organiques. La plupart des débris squelettiques provient des parties dures dinvertébrés. Bélemnites Formation des roches carbonatées

39 LES ROCHES CARBONATEES 2- Par accumulation de squelettes organiques Quelques exemples des principaux constructeurs de carbonates biogènes: Les Gastéropodes: fonds marins meubles et peu profonds Les Gastéropodes: fonds marins meubles et peu profonds Les Céphalopodes: strictement marins et propres aux eaux du large (Ammonites, Goniatites, Bélemnites) Les Céphalopodes: strictement marins et propres aux eaux du large (Ammonites, Goniatites, Bélemnites) Les Arthropodes: formes benthiques deau marines peu profondes Les Arthropodes: formes benthiques deau marines peu profondes Les Échinodermes: seuls les Échinides et les Crinoïdes alimentent la sédimentation calcaire marine. Milieu de plate-forme carbonatée 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. Formation des roches carbonatées

40 LES ROCHES CARBONATEES 2- Par accumulation de squelettes organiques … dautres animaux participent, de manière plus sporadique, à la constitution des sédiments calcaires: les Spongiaires, les algues (rouges, vertes)… Formation des roches carbonatées

41 LES ROCHES CARBONATEES 3- Par accumulation dOoïdes 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". oolithes lamination concentrique Ils comprennent principalement les oolithes dont le cortex montre une lamination concentrique. Formation des roches carbonatées

42 LES ROCHES CARBONATEES 3- Par accumulation dOoïdes forte agitation hydrodynamique parallèle aux couches du cortex 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. Formation des roches carbonatées

43 LES ROCHES CARBONATEES 3- Par accumulation dOoïdes milieux peu agités structures radiaires 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. Formation des roches carbonatées

44 LES ROCHES CARBONATEES 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 Formation des roches carbonatées

45 LES ROCHES CARBONATEES 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. Formation des roches carbonatées Stromatolithes vivants dans la baie Shark, à l'ouest de l'Australie

46 LES ROCHES CARBONATEES 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 CO 2, abaisse la pression partielle de CO 2 dans ce micromilieux et favorise ainsi la précipitation du CaCO 3. Les particules piégées sont donc soudées ensemble, pour finalement constituer une succession de croûtes solides qui vont former une roche laminée. Formation des roches carbonatées

47 LES ROCHES CARBONATEES 5- Les stromatolithes La lamination, peut être répétitive, alternante ou cyclique. Les principaux phénomènes pouvant en être à l'origine: Formation des roches carbonatées une différence de croissance algaire au cours d'un cycle jour-nuit un changement périodique de l'algue dominant la population lié à une variation périodique des facteurs du milieu (humidité, salinité...) une calcification périodique de la partie superficielle du tapis un afflux périodique de matériel détritique

48 LES ROCHES CARBONATEES 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 CO 2 en stockant celui-ci dans le CaCO 3, modifiant ainsi l'atmosphère terrestre en la débarrassant progressivement de ce gaz. Formation des roches carbonatées

49 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les recifs L'établissement et la croissance d'une bioconstruction nécessitent: une production de carbonate in-situ une production de carbonate in-situ une stabilisation du substrat une stabilisation du substrat une charpente résistant à l'action des vagues une charpente résistant à l'action des vagues On distingue les grands types suivants: Formation des roches carbonatées

50 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs les récifs frangeants les récifs frangeants: ces édifices se développent directement le long de la ligne de rivage Formation des roches carbonatées

51 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs les bancs récifaux les bancs récifaux: ces récifs linéaires, généralement parallèles au rivage, sont localisés dans le lagon Formation des roches carbonatées

52 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs les patch reefs les patch reefs: il s'agit de petits édifices croissant en milieu lagunaire Formation des roches carbonatées

53 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs les récifs barrières les récifs barrières: ce sont des récifs sensiblement linéaires, localisés en bordure de plate-forme (exemple: La Grande Barrière d'Australie). Formation des roches carbonatées

54 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs les atolls 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 Formation des roches carbonatées

55 LES ROCHES CARBONATEES 6- Les récifs récifs tabulaires récifs tabulaires: récifs océaniques sans lagon intérieur Formation des roches carbonatées


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