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Draperies de calcite dans les Cavernes de Carlsbad au Nouveau-Mexique.

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1 Draperies de calcite dans les Cavernes de Carlsbad au Nouveau-Mexique

2 Roches détritiques et chimiques Nous avons vu que des sédiments ont une origine détritique (les détritus solides) et que dautres ont une origine chimique (les ions et les autres substances en solution). La diagenèse (compaction – cimentation) dun sédiment principalement détritique donne une roche sédimentaire détritique. La diagenèse dun sédiment principalement chimique donne une roche sédimentaire chimique. La classification des roches détritiques est basée sur leur granulométrie (= grain - mesure), cest-à-dire sur la répartition des particules de diverses tailles qui forment la roche.

3 Classification granulométrique Diamètre des particules en mm Nom du sédiment Nom de la roche Bloc GravierConglomérat Gros galet Petit galet Granule SableGrès SiltSiltstone Poussière, argile, boue Shale 0,0625 0,

4 Grès des îles de la Madeleine Conglomérat Gros plan du grès de Potsdam de lîle Perrot

5 Siltstone à la surface beaucoup plus douce que le grès. Shale (Toronto). Le shale se sépare facilement en plaques.

6 Question Si cette fine poussière argileuse, déposée en strates minces dans le lit du Rio Grande, se transforme un jour en roche, quel type de roche aura-t-on ? Réponse : On aura une roche sédimentaire détritique de type shale, un shale qui gardera le souvenir du dépôt original et qui se séparera facilement en plaques minces.

7 Sable de gypse, White Sands (Nouveau-Mexique) La classification des grès Toute roche formée de sable est un grès. Mais ce sable peut être constitué de particules plus ou moins bien triées et arrondies (maturité de texture), ne contenir que du quartz ou aussi des feldspaths et des fragments de roche (maturité minéralogique), être mélangé avec de la boue (autre classe granulométrique), etc. Il existe donc des classifications propres aux grès, comme il en existe aussi pour les conglomérats, les siltstones et les shales. Nous nétudierons pas ces classifications.

8 À titre dexemple, on appelle wackes tous les grès riches en boue et en silt. Notamment, le graywacke est composé de grains anguleux et mal triés de quartz, de feldspath, de roche… entourés par une matrice fine riche en argile. Le graywacke est gris et on lappelle «grès sale». Les sédiments immatures qui donnent les graywackes saccumulent notamment sur la marge dun continent où sédifie une chaîne de montagnes. Lérosion de la chaîne fournit des sédiments qui, à cause du haut relief et de la proximité du bassin marin, sont rapidement transportés et déposés en vrac. Strates de graywacke et de shale

9 Classification des roches chimiques Les substances dissoutes dans leau peuvent former des minéraux quand leau est saturée (phénomène de précipitation) ou quand des organismes les utilisent pour construire leurs enveloppes ou tests (algues, plancton…). Précipitation dans un marais maritime bordant la mer de Salton en Californie

10 On classe les roches qui résultent de ces dépôts en fonction du minéral dominant : –Roches carbonatées : formées de calcite (CaCO 3 ), daragonite (une autre forme cristalline de CaCO 3 ) ou de dolomite (CaMg[CO 3 ] 2 ). –Roches siliceuses : formées de quartz (ou silice) SiO 2. –Roches ferrifères : contenant divers composés de fer (oxyde de fer Fe 2 O 2, hydroxyde de fer FeO(OH)…). –Évaporites : formées de halite (le sel de table) NaCl ou de gypse CaSO 4 2H 2 O ou de sylvite KCl… –Roches phosphatées : formées de variétés du minéral apatite Ca 5 (PO 4 ) 3 (F ou Cl ou OH), un cousin du minéral des dents et des os. –Roches carbonées : contenant une proportion élevée de carbone C.

11 Question Cette photographie satellite de la NASA (site Visible Earth) montre la mer la plus salée de la planète, la mer Morte. Son nom vient du fait que rien ny vit tellement elle est salée. À quel usage commercial servent les grands bassins au sud de la mer ? Réponse : Ce sont des bassins dévaporation où on recueille les sels de leau pour lindustrie chimique. Cest par le même processus que se forment les évaporites.

12 Les roches carbonatées La calcite CaCO 3 se forme à partir des ions Ca 2+ et HCO 3 - par précipitation ou par accumulation des tests dorganismes qui ont utilisé ces ions pour fabriquer leur enveloppe de calcite (ou daragonite). Les roches carbonatées sont le calcaire (calcite), surtout marin et un peu deau douce, et la dolomie (dolomite). La dolomie se forme par ajout de magnésium au calcaire. Leau contient toujours du gaz carbonique CO 2, le gaz que nous rejetons en respirant et celui des boissons gazeuses. Les ions Ca 2+ et HCO 3 - précipitent en calcite dans une eau pauvre en CO 2 et, inversement, la calcite se dissout en ions Ca 2+ et HCO 3 - dans une eau riche en CO 2. Une bouteille deau gazeuse contient plus de CO 2 quand elle est froide et capsulée que lorsquelle est chaude et décapsulée. Les calcaires marins se forment donc dans les mers tropicales peu profondes (eau profonde = bouteille capsulée) pauvres en CO 2 ; les calcaires deau douce se forment là où de leau gazeuse riche en calcite dissoute jaillit du sol (= décapsuler) et perd son CO 2.

13 Cette plage dHawaii est un dépôt de sédiments carbonatés. Les grains sont des fragments des coraux qui vivent dans les eaux chaudes peu profondes.

14 La surface altérée de ce calcaire du boulevard Saint- Martin à Laval montre quil est formé des restes en calcite dorganismes marins. Ceux-ci vivaient à lOrdovicien quand la région était occupée par une mer tropicale peu profonde (revoir la présentation 2).

15 La craie est un calcaire fait presque uniquement de calcite, sous forme de tests dorganismes marins microscopiques. Elle est blanche, tendre et friable. Les concrétions calcaires sont des calcaires deau douce. Ils se forment par dépôt de couches successives dans les cavernes, dans les ruisseaux, près des sources… Tout le monde connaît les stalactites. Falaise de craie de Douvres en Angleterre Concrétions là où des sources jaillissent dans le fond dun lac de Californie

16 Question Cette belle « draperie » de pierre se trouve dans le canyon Johnson (Rocheuses). Elle suit le trajet de leau dune source qui sort plus haut et qui coule sur la paroi. De quoi sagit-il ? Réponse : Cest une concrétion calcaire (de type travertin). Leau a dissous du calcaire en traversant les roches. Comme leau perd du CO 2 en sortant (baisse de pression, bactéries sur la paroi qui consomment le CO 2 …), le calcaire précipite.

17 Les roches siliceuses Laltération donne de la silice dissoute. Divers organismes marins utilisent cette silice pour former des tests ou des épines dont laccumulation donne des roches siliceuses. Dans une eau saturée, la silice peut aussi précipiter. On nomme les roches siliceuses en fonction des organismes accumulés (ex. diatomites), de leur mode de formation (ex. silex) ou de leur apparence (ex. chert rubané).

18 Rognons de silex, avec leur enveloppe blanche typique, dans le calcaire Onondaga de létat de New York. On pense quils se sont formés par précipitation. Rognons de silex dans la falaise de craie de Douvres. On en fait des murs de maison.

19 Chert rubané, riche en oxydes de fer, fortement plissé, près du pont Golden Gate à San Francisco.

20 Photos au microscope électronique tirées dun article de Patzek, Silin et Barenblatt : 2001%20IEA%20Workshop%20Manuscript. pdf Craie grossie X Diatomite grossie 600 X et X Exemples de tests microscopiques

21 Question Quand on frappe un silex sur du fer on obtient une étincelle. On a donc utilisé le silex comme pierre à briquet ou à fusil. Il a aussi servi de matière première pour les premiers outils : sa cassure conchoïdale (typique du quartz) permet den arracher des éclats pour créer des bords tranchants. Le silex se nomme flint en anglais. Quelle famille célèbre tient son nom du silex ? Les Flintstones sont des personnages qui appartiennent à Hanna-Barbera Productions, Inc.

22 Roches ferrifères et phosphatées On tire les composés du phosphate utilisés dans les engrais des roches phosphatées et dautres sources (les excréments doiseaux ou guano, par exemple). On utilise aussi une roche chimique, lévaporite sylvite KCl, comme une des sources de potassium. Cest la fameuse «potasse» de la Saskatchewan. Elles se forment à partir des produits de laltération chimique. On utilise les roches ferrifères comme minerai de fer et les roches phosphatées servent à la fabrication des engrais. Les trois chiffres des engrais minéraux, comme , indiquent les proportions dazote N, de phosphate P (en fait P 2 O 5 ) et de potassium K (en fait K 2 O).

23 Photo de Ian West, Geology of the Wessex Coast, Southern England : Rognons de roches ferrifères tombés dune falaise

24 Les évaporites Leau de mer envahit périodiquement des marais maritimes. Sous un climat chaud, lévaporation sature leau en sels dissous qui précipitent et donnent les évaporites. Des évaporites enfouies sous quelques km dautres roches cherchent à remonter parce quelles sont moins denses que la roche sus-jacente et parce quelles se comportent comme de la pâte aux températures qui règnent à ces profondeurs. On obtient alors une colonne dévaporites de quelques km de diamètre qui perce les roches sus-jacentes et se stabilise juste avant datteindre la surface. Les îles de la Madeleine reposent sur de tels «dômes de sel». évaporites dôme

25 Falaise de gypse à lîle Cape Breton et affleurement en bord de mer aux îles de la Madeleine

26 Question On fabrique le plâtre de Paris 2CaSO 4 H 2 O à partir du gypse CaSO 4 2H 2 O. En vous inspirant de leur formule chimique, pouvez-vous dire comment on réalise la transformation ? Réponse : On note que la seule différence entre le plâtre et le gypse est la quantité deau incorporée dans la structure cristalline. En écrivant la formule du plâtre de façon un peu inhabituelle, soit CaSO4 ½H 2 O, on constate quil y a 4 fois plus deau dans le gypse. En chauffant le gypse, on lui fait perdre 75 % de son eau et on le transforme en plâtre. En mouillant le plâtre, de petits cristaux de gypse se forment et se lient ensemble pour donner un solide.

27 Le charbon Les charbons sont des roches chimiques inhabituelles. Il sagit de roches carbonées obtenues par laccumulation de débris non pas de roches, mais de plantes. Ordinairement, les bactéries du sol libèrent le carbone dune plante morte sous forme de gaz carbonique CO 2. Si la plante se trouve dans un empilement au fond dun marécage, la pauvreté en oxygène fait que les bactéries utilisent plutôt loxygène O des plantes mortes et laissent en arrière le carbone C. On obtient ainsi la tourbe, une roche formée dun amas de plantes enrichies en carbone. Lenfouissement de la tourbe sous dautres sédiments crée une compaction et un réchauffement qui permettent un enrichissement progressif en C et un appauvrissement en O. On obtient successivement la lignite, le charbon proprement dit, lanthracite et le graphite (C pur).

28 Photos de Lynn Fichter : tourbe anthracite Charbon bitumineux

29 Question En marchant sur la plage dInverness (Cape Breton) on peut apercevoir une strate noire cachée par le sable. Il sen détache des fragments légers et friables. De quoi sagit-il ? Réponse : Ce matériau noir et léger est du charbon. Cest un affleurement dune des veines du champ de charbon dInverness.

30 Un karst Un karst (du nom dune région de Slovénie) est un massif de calcaire ou de marbre (un calcaire transformé) plein de vides creusés par leau de pluie qui sy infiltre. Leau riche en CO 2 est acide (pensez au goût piquant des boissons gazeuses) et elle dissout la calcite du calcaire. Or, leau de pluie qui sinfiltre dans un terrain contient du gaz carbonique en solution provenant de lair et, surtout, de la respiration des organismes (bactéries, vers, larves…) qui décomposent la matière organique du sol. Cette dissolution creuse la roche de façon caractéristique : en surface, on retrouve des dolines, des gouffres, des résurgences… ; en profondeur, les conduits où circule leau forment des cavernes souvent décorées par des concrétions calcaires (première diapositive).

31 Les dolines Dépôts de surface (sable, argile) calcaire fissures caverne effondrement Amorce de dissolution Par exemple, les dolines sont des dépressions en forme dentonnoir qui se créent au-dessus des conduits souterrains par effondrement ou par dissolution dun réseau de fissures verticales. Lexistence de karsts (ou paysages karstiques) est importante en hydrogéologie puisque ce sont de vastes systèmes souterrains de circulation des eaux. dolines

32 Doline du karst de lîle dAnticosti. Photo du gouvernement du Québec (lien caduc). Entrée de la caverne Lusk dans le marbre du Parc de la Gatineau. Photo de A. Wilcox :

33 Karst du Portugal (Algarve) Résurgence, rivière souterraine qui sort dun massif de calcaire (BC)

34 Lac à niveau variable. Le lac Medicine (près de Jasper) se vide à chaque automne par le karst situé sous lui parce quil ny a pas assez deau qui lalimente. Cerne du niveau précédent


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