Traduction

Posée à l'occasion de l'International Earth Cache Day 2021, cette Earth Cache a pour but de vous faire découvrir le processus de sédimentation et quelques figures associées.

Le dépôt des sédiments

Le dépôt des sédiments a lieu lorsque la vitesse de l'agent de transport diminue ou lorsque cet agent de transport disparaît (fonte de la glace par exemple). La granulométrie des particules, la texture des sédiments, la géométrie des dépôts sont d'importants indices sur l'agent de transport, sa vitesse au moment du dépôt, sa direction, etc.

Le diagramme de Hjulström illustre le comportement des particules en fonction de leur taille et de la vitesse du courant.

Granulométrie des sédiments

La granulométrie d'un sédiment renseigne évidemment sur la nature et la vitesse de l'agent de transport. Il faut cependant tenir compte d'un élément important: le stock sédimentaire disponible à la source. Pour prendre un exemple, on pourrait observer un dépôt de sable très bien trié, dû non pas aux caractéristiques de l'agent de transport, mais tout simplement au fait que c'était le seul matériau disponible dans le bassin de sédimentation. On peut donc dire que quelle que soit la capacité de transport des courants , ils ne pourront pas véhiculer de grains plus grossiers que ceux disponibles à la source.

Le granoclassement

Un caractère important des sédiments est la présence éventuelle de granoclassement. On distingue le granoclassement normal où les sédiments deviennent de plus en plus fins vers le haut et le granoclassement inverse où les sédiments sont de plus en plus grossiers vers le haut. Ces phénomènes sont évidemment liés à la diminution ou l'augmentation progressive de la la capacité de transport des courants. Ils sont fréquents et bien développés dans les turbidites et dans les dépôts de fin de crue. A l'échelle millimétrique, on les observe aussi dans certains types de rythmites et de laminites (voir plus loin).

Les structures sédimentaires

Les structures ou figures sédimentaires constituent un important indicateur des conditions de transport et de dépôt des sédiments. Leur interprétation est facilitée d'une part par l'étude de la nature actuelle et d'autre part par l'expérimentation en laboratoire.

Plusieurs types de classification des structures sédimentaires ont été suggérés. Relevons surtout les classifications basées sur la position des figures dans les sédiments (au mur, au toit ou dans la couche sédimentaire), sur leur genèse (formées par des courants, des organismes, etc) et sur leur époque de formation (avant, pendant ou après le dépôt de la couche sédimentaire). De fait, la plupart des structures sédimentaires peuvent être réparties entre structures pré-, syn- et post-dépôt.

Les structures pré-sédimentaires sont observées à la surface supérieure des bancs constitués auparavant (et à la surface inférieure des nouveaux bancs sous la forme de contre-empreintes) avant le dépôt de nouveaux sédiments. Elles sont à rapporter le plus souvent à des processus d'érosion. Exemple: traces de glissement d'objets sur le fond (groove marks), ripple-marks.

Les structures synsédimentaires se forment au cours du dépôt des sédiments et témoignent de la vitesse, nature, sens, direction des agents de transport. Un bon exemple est la stratification entrecroisée. La bioturbation, due aux agents biologiques, est généralement contemporaine ou légèrement postérieure au dépôt des sédiments. On la retrouvera généralement associée aux phénomènes syn-dépôt.

• A: coupe d'alternance de bancs gris sombres et gris clair, les terriers étant en clair dans les lits sombres.
• B: gros plan des traces de "manteau et tourbillon" dans la partie supérieure du lit noir. Ces traces sont produites lorsque les vers se déplacent/nagent dans le substrat mou et aqueux (~70% de teneur en eau) et entraînent la boue grise vers le bas dans les boues noires.
• C: gros plan des traces équivalentes produites lorsque les vers se sont déplacés dans la couche grise sous-jacente et ont traîné de la boue noire derrière eux.

Les structures post-sédimentaires se développent dans le sédiment après son dépôt. On relève les réarrangements hydrostatiques (figures de charge), les structures dues aux déplacements latéraux de masses de sédiments (slumps), les structures de dessiccation, les structures dues à la pédogenèse, etc.

Nous n'aborderons pas les figures formées par érosion à la face supérieure des bancs, mais voyons quelques aspects des structures internes.

Les structures internes

Le litage et la lamination

Le litage est l'expression de la stratification à l'échelle du banc (centimétrique et plus) tandis que la lamination représente la stratification à l'échelle du millimètre 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).

Une stratification plane parallèle est constituée 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 planes sont engendrées par les allées et venues des vagues dans les environnements de plages exposés. L'arrivée d'une vague s'accompagne d'un apport sédimentaire qui se dépose lors de son retrait. 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.

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. Il peut s'agir de changements à fréquence élevée (marées) ou faible (saisons).

La forme la plus courante est le litage de marée: 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).

Les stratifications obliques et entrecroisées

Les stratifications obliques et entrecroisées sont des structures internes aux dépôts. Les premières sont obliques par rapport au pendage moyen de la surface de stratification et les secondes sont également obliques et de plus se recoupent mutuellement.

Les stratifications obliques

Elles sont créées par des courants de direction constante.

Les stratifications en arêtes de poisson

Elle sont caractérisées par la superposition de lamines obliques de sens opposé. Cette structure est produite surtout lors des inversions périodiques des courants de marée, notamment à proximité des estuaires.

Les stratifications entrecroisées de rides de vagues

Ces stratifications de taille centimétrique sont formées par les vagues.

Les stratifications en mamelon

Ces stratifications entrecroisées, généralement à l'échelle du mètre, sont caractérisées par de larges ondulations, faiblement inclinées (souvent moins de 15°). Ce type de stratification entrecroisée est généré par des vagues de tempête.

Les structures de déformation du sédiment

Il s'agit ici des déformations d'origine inorganique (excluant donc la bioturbation), contemporaines du dépôt ou légèrement postérieures. Ces déformations affectent le sédiment avant sa lithification. Des sédiments relativement cohérents peuvent se déformer jusqu'à produire des plans de fracture bien définis sans que la lamination n'en soit affectée.

Les figures de charge

Ce sont des figures généralement préservées à la surface inférieure des couches sableuses, lorsqu'elles sont superposées à des matériaux argileux hydroplastiques (Fig. V.16). Les formes sont variées, depuis de simples déformations locales jusqu'à des protubérances encore solidaires de la couche sableuse ou même complètement détachées.

Les structures en flammes

Il s'agit de figures relativement régulières, résultant de l'injection d'un matériau fin (argile, silt) dans une couche sableuse. Les "flammes" ainsi créées montrent souvent une orientation d'ensemble. Ces structures pourraient être produites par un phénomène de surcharge et traction suite au passage d'un tsunami.

Les pseudonodules

Ces structures s'observent dans des couches sableuses. La base de la couche sableuse est ondulée, voire découpée en une série de nodules séparés les uns des autres rappelant des traversins. La dimension de ces structures est variable, allant de quelques cm à plusieurs m de longueur. Les pseudonodules ne sont pas indicatifs d'un environnement particulier, mais plutôt d'une vitesse de sédimentation relativement rapide. Leur formation pourrait être liée au passage d'ondes sismiques, favorisant un échappement de fluides et une remobilisation des sédiments.

Les convolutes

Cette structure consiste en un plissement souple accentué des lamines d'une couche sédimentaire, souvent des sables fins et silts. Ces plis peuvent se prolonger latéralement au sein de la couche sur de grandes distances. La liquéfaction des sédiments d'une couche hydroplastique est sans doute le facteur primordial de la formation des convolutes. Divers phénomènes peuvent générer cette liquéfaction: courants de traction agissant à l'interface eau-sédiment, surcharge sédimentaire locale, chocs, etc.

Les glissements en masse (slump)

Le terme général slump désigne des masses de sédiment qui ont glissé, sous l'action de la gravité, le long de surfaces de cisaillement en préservant en partie leur structure interne (par opposition donc aux coulées de débris). Un matériau déjà cohérent sera fragmenté et le transport générera des structures chaotiques, voire bréchiques; un matériel plus plastique donnera naissance à des plis et replis. Les slumps peuvent s'observer à différentes échelles et atteindre des dimensions hectométriques. Ils sont habituellement limités à leur base et à leur sommet par des couches non dérangées, ce qui permet leur distinction des structures d'origine tectonique (à ceci s'ajoute la dispersion des axes de plis). La genèse des slumps est à rechercher dans des instabilités (pente forte, chocs) affectant des sédiments déposés rapidement.

• A: à échelle pluri-métrique et en section.
• B: à échelle centimétrique et en surface.

Lexique

• bioturbation: c'est l'ensemble des phénomènes de perturbation des sédiments par l'activité organique. Il peut s'agir de racine, des traces de déplacement et de repos, les traces de logement (terrier).
• étal: c'est le court moment où la mer est immobile entre deux marées.
• pédogenèse: transformation d'un sédiment en sol par l'action des organismes, microorganismes et processus de dissolution-précipitation.
• sédiment: ensemble de particules en suspension dans l'eau, l'atmosphère ou la glace et qui a fini par se déposer sous l'effet de la pesanteur, souvent en couches ou strates successives.
• stratification: disposition en couches superposées
• turbidites: roche sédimentaire, meuble ou indurée, déposée par un courant de turbidité et caractérisée par un grano-classement des particules sédimentaires.

Sources

• Wikipedia
• Université de Picardie
• coursgeologie.com
• Université de Liège
• Dictionnaire de Géologie, d'Alain Foucault et Jean-François Raoult, Dunod, 5ème édition, 2001
• Sédimentologie, d'Isabelle Cojan et Maurice Renard, Dunod, 2ème édition, 2006

Comment valider cette Earth Cache

Petit rappel concernant les "Earth Caches": il n'y a pas de contenant à rechercher, ni de logbook. Il suffit de se rendre sur les lieux, de répondre aux questions ci-dessous. Vous pouvez loger en "Found it" et envoyez-moi vos propositions de réponses, soit via mon profil, soit via la messagerie geocaching.com (Message Center), et je vous contacterai en cas de problème.

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Questions

• 1 - En observant le bloc, quelle est la taille des éléments le constituant? Quel est le nom de ces élément?
• 2 - Observez-vous des différence de taille de ces éléments dans les différentes zones des blocs? Peut-on dire que les strates sont granoclassées? Peut-on les qualifier de tubidites?
• 3 - Observez-vous une surface supérieure des bancs constitués? Des figures de déformation? Des stratifications? Déduisez-en le type de structure (pré-, syn- ou post-édimentaire)? Déduisez-en le type de structure (pré-, syn- ou post-édimentaire)?
• 4a - Observez-vous des différences de teinte? Des stratifications? Peut-on parler de rythmites?
• 4b - En vous référant aux schémas des types de stratification, quel est celui qui vous semble le plus proche? Justifiez votre choix.
• 5a - Connaissant maintenant le type de stratification, s'agit-il d'une coupe transverse ou longitudinale par rapport au courant qui a déposé le sédiment?
• 5b - En admettant que les blocs soient en conditions réelles de dépôt, quel était l'axe du courant (comme on ne peut observer qu'une section, seul l'axe peut être donné, de type NNO-SSE, NE-SO ou N-S)?
• 5c - Compte tenu de la taille des éléments (voir question 1), donnez la vitesse limite entre dépôt et transport du courant d'eau.
• 6 - Une photo 📸 de vous ou d'un objet vous représentant est obligatoire pour valider cette Earth Cache.

Merci par avance de ne pas poster de spoiler photo dans vos logs!

Bon amusement, bonnes recherches, bon Geocaching! 🌍