Une introduction aux processus sédimentaires
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marques de ruissellement ("rill marks") sont des figures d'érosion dendritiques mm-cm formées par un système de "micro-rivières" lors du retrait des eaux sur les plages ou lors de phénomènes de ruissellement subaérien sur des sédiments fins. La divergence des ramifications se fait vers l'aval (=dans le sens du ruissellement). Marques de ruissellement ("rill marks") à la surface de la plage Saint-Michel, Erquy, Bretagne; la flèche indique le sens du courant. Les "scour marks" sont des figures d'affouillement présentes à la face supérieure des bancs ou à l'intérieur de ceux-ci. En plan, les scour marks sont allongés suivant la direction des courants. Typiquement, ces figures tronquent la lamination du sédiment sous-jacent. Ces cicatrices d'érosion sont habituellement irrégulières, avec un certain relief, mais peuvent être lissées par les courants.  Scour marks, plage de Vildé-la-Marine, Baie du Mont-Saint-Michel, France.  Figure V.4: différents types d'érosion à la base des bancs. 3.2.2. Empreintes d'objets Les figures de traction ("groove marks") (Fig. V.4) sont des rainures creusées dans le sédiment sous-jacent par des objets traînés sur le fond par les courants, voire par des icebergs. Ils se présentent sous la forme de crêtes rectilignes, étroites et allongées de quelques mm à plusieurs dizaines de cm, souvent parallèles entre elles. Ce sont de bons indicateurs de la direction des courants (mais pas de leur sens). Ils sont également fréquents dans les turbidites, les faciès fluviatiles et les faciès périglaciaires. Les figures d'impact ("tool marks ") (Fig. V.4) sont des empreintes formées par des objets transportés par les courants venant épisodiquement en contact avec le fond (objets en saltation). Ces objets peuvent être des fragments de sédiment ou des tests d'organismes.  Tool et groove marks dans un grès fin. Flysch éocène, Kotli, Istrie (Croatie). 3.2.3. Autres empreintes de surface au sommet des bancs Les linéations primaires de courant ("parting lineations") sont des traînées allongées de quelques mm de large et quelques dm de long présentes sur la surface supérieure des bancs. Elles sont en général séparées les unes des autres d'un cm au plus. Elles correspondent à une orientation préférentielle de l'allongement des grains parallèlement au courant et se mettent en place généralement sur des sédiments à lamination plane (écoulement rapide).  Linéations primaires de courant ("parting lineation") à la surface de la plage Saint-Michel, Erquy, Bretagne. Les fentes de retrait ("desiccation cracks") s'observent dans des sédiments fins soumis à la dessiccation dans les environnements côtiers et lacustres. Elles s'organisent en réseaux polygonaux de maille millimétrique à plurimétrique. Les fissures entre les polygones sont ouvertes et peuvent être ultérieurement remplies par des sédiments. Elles se terminent en coin vers le bas. Des fentes de retrait horizontales peuvent également apparaître ("sheet cracks"). D'autres types de fentes de retrait, les fissures de synérèse ("syneresis cracks") peuvent apparaître en milieu sous-aquatique sans l'intervention d'une émersion. Elles sont liée à des phénomènes de variation de salinité. On les identifie par leur caractère incomplet et l'absence de la forme en V.  Dessiccation sur une plage près de la Chapelle Sainte Anne, Baie du Mont Saint-Michel, France.  A: mud cracks dans des sédiments continentaux thuringiens, La Lieude, France; B: fissure de dessiccation avec relèvement des bords du polygone (flèche), Lias, Le Perthuis, France. Les empreintes de cristaux. Sous des conditions favorables, des cristaux variés (glace, halite, gypse) se développent à la surface des sédiments non consolidés. Même si ces cristaux sont ultérieurement dissous, leur empreinte peut être conservée. A noter que cristaux de sel et de gypse peuvent se former aussi bien en milieu aérien qu'aquatique.  Empreintes de cristaux de halite dans un grès.  Empreintes de cristaux de glace dans de la boue calcaire actuelle. L'avancée des vagues sur une plage donne naissance à un petit bourrelet de sédiment, formant des lignes sinueuses et recoupées.  Lignes dues à l'avancées des vagues sur une plage sableuse. Les gouttes de pluie ("rain drops"). Les gouttes qui frappent la surface d'un sédiment non consolidé y creusent de petits cratères circulaires ou elliptiques. Le bord du cratère est en très léger relief par rapport à la surface du sédiment, ce qui permet de les différencier des structures produites par des bulles d'air qui s'échappent du sédiment. Si les gouttes sont nombreuses, la surface devient gaufrée et irrégulièrement creusée.  Empreintes de gouttes de pluie sur un sédiment argileux: Grand Fort Philippe, actuel. 3.2.4. Rides, mégarides et dunes Ce sont des formes de dépôt ("bedforms") essentiellement développées en contexte sableux. Les rides ("ripples") sont très communes sur les surfaces des bancs alors que les dunes et mégarides ("sand waves", "megaripples") sont assez rarement préservées. La migration latérales des dunes et rides donne naissance à différents types de stratifications obliques (voir ci-dessous). Deux grands types de rides (échelle du mm-cm en coupe transversale) se distinguent (Fig. V.5): les rides de vagues et les rides de courant. Les premières sont formées par l'action des vagues sur un sédiment non cohérent, en général dans la gamme des sables fins. Leur coupe transversale est typiquement symétrique. Les secondes sont générées par l'action de courants unidirectionnels. L'asymétrie qui les caractérise permet donc de déduire le sens du courant: pente forte en aval, pente faible en amont. Sur la base de la forme en plan des rides, on parlera de rides à crêtes rectilignes, à crêtes sinueuse, ou linguoïdes.  Figure V.5: formation des rides de vagues (A) et de courant (B). Les rides de vagues sont symétriques car les filets d'eau décrivent des orbites circulaires (aplaties à proximité du fond), provoquant un mouvement de va et vient sur le substratum. Les courants, au contraire, construisent des rides asymétriques par dépôt sur la face aval à l'intervention du courant de retour. Dès que la pente de la face aval dépasse le talus d'équilibre, une avalanche se produit et une lamine est créée.  Exemples de rides de courant, classées en fonction de leur régularité; A: rides rectilignes de grande taille; B: rides plus sinueuses; C: rides elliptiques partiellement modifiées par thixotropie; D: rides très irrégulières formées à proximité d'un obstacle (Trégastel, Bretagne). Les dunes et mégarides, de taille plus importante (échelle du dm-m en coupe transversale), peuvent atteindre plusieurs centaines de mètres d'extension horizontale. Leur surface est porteuse de petites rides et elles se caractérisent par de grandes stratifications obliques dues à leur déplacement latéral. Ces structures s'observent sur les plates-formes (bancs de sable) et dans le lit des fleuves.  Mégarides dans le chenal de la Somme (France), à marée basse. Des rides plus petites se développent dans les mares entre les mégarides lors de la marée basse, suite au clapotis (induit par le vent). Rides, mégarides et stratifications planes sont, avec les antidunes, des formes générées par des courants de plus en plus forts (Figs V.6, V.7). La lamination à pendage amont des antidunes est produite lors de l'effondrement des structures et de leur déplacement dans le sens contraire du courant. Les antidunes sont en phase avec les vagues qui les produisent.  Figure V.6: formes sédimentaires produites en fonction de la vitesse du courant.  Figure V.7: diagramme expérimental associant les formes sédimentaires produites à la granulométrie du sédiment et à la vitesse du courant.  Courants rapides favorisant la formation d'antidunes dans un chenal côtier (Oregon, USA). Photo M. Humblet. L'interférence de plusieurs trains de rides d'orientation différente (vagues et courant, par exemple), génère des structures complexes appelées structures en rateau.  Structures en rateau en Baie de Somme (France). On trouvera des expériences filmées de formation de rides et antidunes sur: http://faculty.gg.uwyo.edu/heller/sed_video_downloads.htm D'autres photos de structures sédimentaires sur: http://www-geology.ucdavis.edu/%7EGEL109/ 3.2.5. Structures internes: litage et lamination Le litage ("bedding") est l'expression de la stratification à l'échelle du banc (cm et plus) tandis que la lamination représente la stratification à l'échelle du mm et en deçà, au sein des bancs. Litage et lamination sont produits par des changements plus ou moins périodiques dans la sédimentation (variations de la granulométrie, de la composition des sédiments). Les contacts entre lamines successives peuvent être progressif, net ou érosif. A côté des cas où la lamination s'exprime de manière visible dans le sédiment, il est fréquent d'être confronté à des dépôts à l'aspect homogène. Cette homogénéité peut n'être qu'apparente et disparaître par exemple lors d'examens aux rayons X. Dans le cas d'une homogénéité réelle, il peut s'agir de sédiments dont la bioturbation a effacé la lamination ou encore de dépôts en masse ou apériodiques. 3.2.6. Litage et lamination horizontale dans les sables et les grès Les sables à stratification plane parallèle sont constitués de lamines pratiquement horizontales de quelques mm à 2 cm d'épaisseur. La lamination y est l'expression de différences granulométriques ou minéralogiques (exemple des lamines de minéraux denses). Ces laminations peuvent être faiblement inclinées en raison d'une paléopente douce; elles peuvent aussi être séparées entre elles par de très faibles discordances angulaires. Ces laminations planes sont engendrées par les allées et venues des vagues ("wash and backwash") dans les environnements de plages exposés. L'arrivée d'une vague s'accompagne d'un apport sédimentaire qui se dépose lors de son retrait sous forme de lamination à granoclassement inverse. Six à seize lamines peuvent être créées à chaque marée. Si les sédiments sont enrichis en minéraux denses et opaques, le dépôt résultant sera constitué de couches claires (quartzeuses) alternant avec des couches plus foncées, enrichies en minéraux denses.  Stratifications planes sur une plage, mises en évidence le long de la berge d'un chenal. Actuel, Santa Cruz, Californie, USA. D'autres phénomènes sont générateurs de stratification plane dans les sables, citons: - la stratification plane créées par les courants de turbidité (terme B). Le granoclassement y est cependant normal; - certains faciès des tempestites; - le parting lineation (voir ci-dessus), lorsque plusieurs striations se superposent verticalement; - les rivières en crue lors de phases d'écoulement très rapide; - en dessous de la vitesse d'écoulement nécessaire pour former des rides (voir-ci-dessous), des stratifications planes peuvent aussi être produites. Contrairement à la stratification plane par "wash and backwash", les laminations créées par les trois derniers processus sont assez peu distinctes et de faible continuité latérale. 3.2.7. Les rythmites Ce type de lamination cyclique comprend les dépôts constitués d'alternances de minces (mm-cm) lits de composition, couleur, texture ou granulométrie différente. Le mécanisme générateur d'une telle rythmicité réside dans des changements régulièrement répétés dans l'apport et l'accumulation des matériaux arrivant dans le bassin sédimentaire. Il peut s'agir de changements à fréquence élevée (marées) ou faible (saisons). Citons surtout : Le litage de marée ("tidal bedding"): les lamines sableuses se déposent pendant la montée ou le retrait de la mer (courants rapides) et les lamines argileuses pendant les phases de calme (étal de marée haute ou basse). A noter que la genèse de ce type d'alternance exige non seulement une rythmicité dans les mécanismes d'accumulation, mais également la disponibilité des différentes classes granulométriques; quand l'argile n'est pas abondante, les lamines sableuses ne sont séparées que par des très fines intercalations argileuses difficilement reconnaissables sur le terrain: l'aspect général est alors celui d'un sable stratifié. Plusieurs rythmes tidaux peuvent être enregistrés: semi-diurne (marées montantes/descendantes), semi-mensuel (marées de vives eaux/mortes-eaux), semi-annuel (marées d'équinoxes) (voir ci-dessous).  Enregistrement de successions de rides de courant épaisses pendant les marées de vives-eaux (ve). Chaque alternance claire (=sable)/sombre (=silt) représente une marée. Actuel, Pontaubault, Baie du Mont Saint-Michel, France. Les |
