Sédimentation : dépôt, milieux et diagenèse

Dépôt des particules et vitesse seuil, tri et granoclassement, strates, roches détritiques observées à la loupe et au microscope (grains et liant), compaction et cimentation, milieux de sédimentation continentaux, littoraux et marins, sédiments détritiques, biologiques et chimiques, reconstitution d’un paléoenvironnement par le principe d’actualisme.

À propos de cette page

Six problèmes à partir de documents : les dépôts d’un fleuve de la montagne à la mer, le milieu de dépôt de quatre roches, des varves de lac glaciaire, la forme des grains de deux sables actuels et d’un grès ancien, des turbidites au pied d’un talus, la compaction d’une couche de sable.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : ce qu’il décrit (roche, carotte, courant), si les valeurs sont réelles ou choisies, et les unités (µm, mm, cm/s, mm/an).
Je relève les indices de la roche : taille, tri et forme des grains, liant, figures sédimentaires, fossiles.
Je compare : vitesse et seuil de dépôt, roche ancienne et dépôts actuels (actualisme).
Je calcule dans l’ordre des questions : taille réelle, porosité, épaisseur après compaction, taux de sédimentation, durée.
Je conclus en citant chaque indice et ce qu’il prouve, et je dis la limite du raisonnement (taux moyen, compaction, espèces qui ont changé).

Problème 1 · Un fleuve, de la montagne à la mer★★★Facile

Document 1 — Vitesse seuil de dépôt de quelques particules en eau douce (valeurs choisies pour l’exercice).

Particule	Diamètre	Se dépose sous
galet	20 mm	110 cm/s
gravier	4 mm	35 cm/s
sable	0,3 mm	3 cm/s
silt	0,02 mm	0,2 cm/s
argile	0,002 mm	0,001 cm/s

Document 2 — Vitesse moyenne de l’eau dans cinq zones successives.

Zone	torrent	piémont	plaine	estuaire	mer côtière calme
Vitesse (cm/s)	150	60	14	1,6	0,05

Document 3 — Une observation. Des vases argileuses épaisses se déposent dans l’estuaire, où l’eau du fleuve se mélange à l’eau de mer.

1. Combien des particules du document 1 se déposent dans le torrent ?
150 cm/s dépasse tous les seuils, même celui du galet (110 cm/s) : aucune ne s’y dépose.
2. Particule du document 1 qui se dépose dans le piémont : le
60 < 110 mais 60 > 35 : les galets se déposent, les graviers restent transportés.
3. Dans la plaine : le
14 < 35 mais 14 > 3 : les graviers.
4. Dans l’estuaire : le
1,6 < 3 mais 1,6 > 0,2 : les sables.
5. En mer côtière calme : le
0,05 < 0,2 mais 0,05 > 0,001 : les silts ; les argiles isolées restent en suspension.
6. De la plaine à l’estuaire, par combien le diamètre des particules déposées est-il divisé ? Arrondis au dixième :
4 ÷ 0,3 ≈ 13,3 : les dépôts sont de plus en plus fins vers l’aval.
7. D’après le document 1, les argiles isolées ne se déposent dans aucune zone. Les vases du document 3 se forment parce que les argiles s’agglomèrent en flocons au contact de l’eau .
Au contact de l’eau salée, les argiles floculent : les flocons, plus gros, se déposent à des vitesses bien plus élevées que les particules isolées.

Problème 2 · Retrouver le milieu de dépôt de quatre roches★★★Moyen

Document 1 — Quatre roches sédimentaires (descriptions de terrain).

R1 : blocs anguleux, certains rayés de stries, de toutes tailles (du centimètre au mètre), noyés dans une pâte argileuse ; aucun tri, aucune couche.

R2 : calcaire massif formé de coraux et d’algues calcaires en position de vie, entourés de débris de coquilles.

R3 : argilite en fines couches ; sa surface est parcourue de fentes polygonales remplies de sable et porte des empreintes de pas de dinosaures.

R4 : conglomérat à galets arrondis de tailles très variées, disposé en lentilles qui entaillent les couches situées dessous, avec des débris de bois.

Document 2 — Quelques milieux actuels. Les coraux qui construisent des récifs vivent aujourd’hui dans des eaux chaudes, claires et peu profondes. Un glacier transporte et dépose ensemble des blocs et des argiles, sans les trier.

1. Milieu de dépôt de R1 : un
Blocs anguleux et striés de toutes tailles, aucun tri : une ancienne moraine déposée par un glacier.
2. R1 n’a aucun tri : elle n’a pas été déposée par un courant d’eau qui .
Un courant qui ralentit dépose les particules dans l’ordre de leurs seuils : il les trie.
3. Les coraux de R2 sont en position de vie : ils n’ont pas été .
Ils n’ont pas été transportés : ils ont vécu là où on les trouve. Par actualisme, R2 est un ancien récif de mer chaude et peu profonde.
4. Les fentes polygonales remplies de sable de R3 sont des fentes de .
Des fentes de dessiccation : la vase s’est rétractée en séchant, puis du sable les a remplies.
5. Fentes et empreintes prouvent que la vase de R3 s’est trouvée hors de l’eau : elle a été .
Elle a été émergée : R3 s’est déposée dans une vasière ou une plaine d’inondation, tantôt recouverte d’eau, tantôt à sec.
6. Galets arrondis, mal triés, en lentilles qui entaillent les couches, avec du bois : R4 s’est déposée dans le chenal d’une .
Le chenal d’une rivière rapide et irrégulière : les galets ont été usés par un long transport dans l’eau, le bois signale un milieu continental.
7. Les coraux anciens n’appartiennent pas toujours aux groupes actuels : en comparant ces roches aux dépôts actuels, on compare des de dépôt, pas des espèces.
Des processus (et des milieux) : c’est la limite du principe d’actualisme, car les êtres vivants ont changé.

Problème 3 · Des varves pour mesurer le temps★★★Moyen

Document 1 — Un lac de glacier. Un lac est alimenté par la fonte d’un glacier. Au printemps et en été, les eaux de fonte apportent des silts, qui forment une couche claire ; en hiver, le lac gelé est très calme et reçoit peu d’apports : une mince couche sombre d’argiles et de matière organique se dépose.

Document 2 — Une carotte (valeurs choisies). Une carotte de 96 cm prélevée au fond du lac contient 347 couples « couche claire + couche sombre ». Le lac a encore 21 m de profondeur.

1. Un couple « couche claire + couche sombre », appelé varve, correspond à une de dépôt.
Une couche d’été suivie d’une couche d’hiver : une année.
2. Taux moyen de sédimentation, au centième : mm/an
96 cm = 960 mm déposés en 347 ans : 960 ÷ 347 ≈ 2,77 mm/an.
3. À ce rythme, combien de temps faudrait-il pour combler les 21 m restants ? Arrondis à la centaine d’années : ans
21 m = 21 000 mm ; 21 000 ÷ 2,77 ≈ 7 581 (ou 21 000 × 347 ÷ 960 ≈ 7 591 sans arrondir le taux) : environ 7 600 ans, un ordre de grandeur.
4. Les couches profondes de la carotte sont déjà compactées : le taux calculé sur elles est au taux de dépôt réel.
Inférieur : la compaction a réduit leur épaisseur, pour une même durée.
5. Si le glacier recule et apporte moins de silts, la durée de comblement sera plus .
Plus longue : le taux baisse. Le taux dépend du climat et de l’activité du glacier ; l’estimation n’est qu’un ordre de grandeur.

Problème 4 · Sable de dune ou sable de rivière ?★★★Moyen

Document 1 — Deux sables actuels, S1 et S2, observés à la loupe binoculaire : on classe 200 grains de quartz de chacun (comptages choisis pour l’exercice).

Sable	non usés	émoussés-luisants	ronds-mats
S1	12	34	154
S2	46	142	12

Document 2 — La forme des grains (d’après André Cailleux, 1942). Les grains non usés, anguleux, ont subi un transport court ou par la glace ; les émoussés-luisants ont été polis dans l’eau ; les ronds-mats ont été arrondis et dépolis par les chocs dans l’air, sous l’action du vent.

Document 3 — Un grès ancien G, observé en lame mince : 78 % de grains ronds-mats, grains très bien triés, ciment de silice ; sur le terrain, il montre des stratifications obliques hautes de 6 m.

1. Part des grains ronds-mats dans S1 : %
154 ÷ 200 = 0,77, soit 77 %.
2. Agent qui a transporté S1 en dernier : le
Une majorité de ronds-mats : le vent (sable de dune).
3. Part des grains émoussés-luisants dans S2 : %
142 ÷ 200 = 71 %.
4. Part des grains non usés dans S2 : %
46 ÷ 200 = 23 % : une partie des grains n’a voyagé que peu de temps.
5. Agent qui a transporté S2 : l’
Une majorité d’émoussés-luisants : l’eau (sable de rivière).
6. Par actualisme, le grès G s’est formé dans un
Ronds-mats, tri très poussé et grandes stratifications obliques : comme les dunes actuelles, un désert.
7. Une goutte d’acide chlorhydrique dilué sur le ciment de G ne provoque aucune .
Aucune effervescence : le ciment est de la silice, pas de la calcite.

Problème 5 · Du sable grossier par 3 200 m de fond★★★Difficile

Document 1 — Une carotte au pied d’un talus continental, par 3 200 m de fond. Elle montre trois fois la même séquence de couches. Une séquence, de la base au sommet :

Niveau	Épaisseur	Diamètre moyen	Observations
N1 (base)	18 cm	1,2 mm	base qui entaille l’argile située dessous ; foraminifères benthiques, qui vivent sur le fond du plateau continental (moins de 200 m)
N2	22 cm	0,15 mm	rides de courant
N3	9 cm	0,03 mm	fines lamines
N4 (sommet)	6 cm	moins de 4 µm	foraminifères planctoniques, tombés lentement depuis les eaux de surface

Document 2 — Les courants du site. Au point de carottage, les courants de fond mesurés restent inférieurs à 5 cm/s. Un sable de 1,2 mm se dépose lorsque la vitesse passe sous 13 cm/s. Sur certains talus, des câbles sous-marins ont été rompus les uns après les autres, du haut vers le bas de la pente, pendant les treize heures qui ont suivi un séisme, par des écoulements chargés de sédiments rapides de plusieurs dizaines de kilomètres par heure.

1. De N1 à N4, la taille des grains diminue vers le haut : c’est un granoclassement .
Un granoclassement vertical normal : grains grossiers à la base, fins au sommet.
2. Le seuil de dépôt du sable de N1 vaut plus de fois la vitesse maximale des courants habituels.
13 ÷ 5 = 2,6 : les courants habituels sont bien trop lents pour amener ce sable, qui se serait déposé plus haut.
3. D’après leurs foraminifères, les grains de N1 ont été arrachés au continental.
Au plateau continental : les foraminifères benthiques de N1 vivaient sur le fond, à moins de 200 m, et ont été transportés avec le sable.
4. Épaisseur d’une séquence : cm
18 + 22 + 9 + 6 = 55 cm.
5. Nombre minimal d’écoulements brutaux enregistrés par la carotte :
Une séquence par écoulement : au moins 3, séparés par de longues périodes de décantation (N4).
6. Le dépôt d’un tel écoulement sous-marin, qui ralentit au pied du talus, s’appelle une .
Une turbidite : l’écoulement ralentit en arrivant sur le fond plat et dépose ses grains dans l’ordre de leurs seuils (N1, N2, N3).

Problème 6 · Compaction d’une couche de sable★★★Difficile

Document 1 — Du sable au grès. Un sable qui vient de se déposer a une porosité de 42 %. Enfoui à 2 km, il devient un grès de porosité 11 %.

Document 2 — La couche étudiée. Elle est épaisse de 28 m au moment du dépôt et sa surface ne change pas. On suppose d’abord que seule la compaction intervient : le volume des grains est conservé.

1. Volume de grains dans 1 m³ de sable fraîchement déposé : m³
Les grains occupent 100 − 42 = 58 % du volume : 0,58 m³.
2. Épaisseur « de grains » de la couche : m
Surface constante : les volumes sont proportionnels aux épaisseurs. 28 × 0,58 = 16,24 m.
3. Épaisseur de la couche après compaction seule, au dixième : m
Les grains occupent ensuite 89 % : 16,24 ÷ 0,89 ≈ 18,2 m.
4. En réalité, une partie de la baisse de porosité vient de la cimentation. L’épaisseur finale est-elle supérieure ou inférieure à celle de la question précédente ?
Supérieure : la cimentation comble les pores sans rapprocher les grains ; la compaction a donc eu moins à faire que dans le calcul.
5. Combien de fois plus d’eau contient 1 m³ de sable saturé que 1 m³ de grès saturé ? Arrondis au dixième :
Eau : 0,42 m³ pour le sable, 0,11 m³ pour le grès ; 0,42 ÷ 0,11 ≈ 3,8.

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