La sédimentation désigne l’ensemble des processus par lesquels des particules issues de l’altération et de l’érosion des roches préexistantes, ou produites par des organismes vivants, ou encore précipitées chimiquement, sont transportées puis déposées pour former des sédiments, qui s’accumulent en couches successives. La nature de ces sédiments dépend étroitement du milieu de sédimentation dans lequel ils se déposent, ce qui en fait de précieux indicateurs des paysages et des climats du passé.
Origine et types de sédiments
On distingue trois grandes origines pour les sédiments. Les sédiments détritiques (ou terrigènes) proviennent de la désagrégation mécanique et de l’altération chimique de roches préexistantes ; ils sont ensuite transportés sous forme de particules solides (galets, sables, argiles). Les sédiments biogènes résultent de l’accumulation de restes ou de productions d’organismes vivants (coquilles, squelettes calcaires, tests siliceux, débris végétaux). Les sédiments chimiques résultent de la précipitation directe de substances dissoutes dans l’eau (certains calcaires, évaporites comme le gypse ou le sel gemme).
De l’érosion au dépôt : transport et tri granulométrique
Les particules détritiques issues de l’érosion sont transportées par différents agents (eau courante, vent, glace, gravité) sur des distances variables avant de se déposer lorsque l’énergie du milieu de transport devient insuffisante pour les maintenir en mouvement. Ce processus entraîne un tri granulométrique : les particules les plus grossières (galets, graviers) se déposent les premières, près de la source, dans des milieux à forte énergie, tandis que les particules les plus fines (limons, argiles) sont transportées plus loin et se déposent dans des milieux calmes, à faible énergie. Le transport modifie également la forme des grains (émoussés par usure lors d’un transport prolongé).
Les milieux sédimentaires continentaux
Les milieux continentaux comprennent notamment le milieu fluviatile (dépôts de graviers, sables et limons le long des cours d’eau, avec stratifications entrecroisées typiques), le milieu lacustre (dépôts fins, souvent finement lités, riches en matière organique en contexte calme), le milieu désertique (sables éoliens à grains bien triés et arrondis, dunes) et le milieu glaciaire (dépôts hétérogènes non triés, appelés tillites, laissés par les glaciers).
Les milieux sédimentaires marins
Les milieux marins comprennent le milieu littoral (zone côtière soumise aux vagues et aux marées, dépôts sableux souvent bien triés), le milieu de plateforme (ou néritique, mer peu profonde jusqu’à environ 200 m, dépôts calcaires et sableux riches en faune variée), le milieu récifal (constructions calcaires édifiées par des organismes tels que coraux et algues, en eau chaude, claire et peu profonde), et le milieu pélagique (mer ouverte et profonde, dépôts fins, souvent calcaires ou siliceux, riches en organismes planctoniques comme les foraminifères).
Séries sédimentaires, transgressions et régressions
L’empilement, dans l’ordre chronologique, de plusieurs couches sédimentaires déposées successivement constitue une série sédimentaire. Lorsque cette série montre, du bas vers le haut, un passage progressif d’un milieu continental ou peu profond vers un milieu marin plus profond, elle enregistre une transgression ; le passage inverse enregistre une régression. L’alternance de transgressions et de régressions, liée à des variations du niveau marin ou à des mouvements du fond, définit des cycles sédimentaires.
Exercices
Exercice 1 — Citer les trois grandes origines possibles des sédiments et donner un exemple de roche sédimentaire pour chacune.
Exercice 2 — Expliquer pourquoi, lors du transport d’un sédiment par un cours d’eau, les galets se déposent généralement en amont alors que les argiles se déposent plus en aval, près de l’embouchure.
Exercice 3 — Associer chacun des dépôts suivants au milieu de sédimentation continental qui lui correspond le mieux, en justifiant : a) sable éolien bien trié et arrondi en dunes ; b) tillite (dépôt hétérogène non trié) ; c) argiles finement litées, riches en matière organique, déposées en eau calme.
Exercice 4 — Un sédiment est constitué de sables bien triés et arrondis, associés à des figures de rides de courant et à des restes de coquilles marines. Proposer un milieu de sédimentation compatible avec ces observations et justifier chaque indice utilisé.
Exercice 5 — Expliquer la différence entre milieu néritique et milieu pélagique, en précisant un critère de profondeur et un critère de type de faune généralement rencontrée dans chacun.
Exercice 6 — Une colonne stratigraphique montre, de bas en haut : conglomérats continentaux, puis grès à rides de courant et débris de coquilles, puis calcaires à faune marine variée, puis calcaires fins à foraminifères pélagiques. a) Identifier le milieu de sédimentation correspondant à chaque niveau. b) Nommer le phénomène global enregistré par cette série et justifier.
Exercice 7 — Dans une région, on observe une série sédimentaire complète présentant, de bas en haut : calcaires pélagiques, calcaires à faune marine variée, grès littoraux à rides de courant, puis de nouveau grès littoraux, calcaires à faune marine variée, et enfin calcaires pélagiques au sommet. a) Décrire l’évolution du milieu de sédimentation tout au long de cette série. b) Identifier et nommer les deux phénomènes successifs enregistrés. c) Proposer une explication possible (facteur eustatique ou tectonique) à l’origine d’une telle alternance, appelée cycle sédimentaire.
Corrigés
Corrigé 1 — Les trois origines sont : détritique (exemple : grès, formé de grains de quartz issus de l’érosion d’autres roches), biogène (exemple : calcaire à coquilles, formé de débris d’organismes marins), et chimique (exemple : gypse, formé par précipitation directe de sulfate de calcium dissous dans l’eau).
Corrigé 2 — Lors du transport, l’énergie du courant diminue progressivement de l’amont vers l’aval (pente plus faible, débit qui s’étale). Les particules les plus grosses et les plus lourdes, comme les galets, nécessitent une énergie importante pour rester en mouvement et se déposent donc dès que cette énergie diminue, c’est-à-dire relativement tôt, en amont. Les particules les plus fines, comme les argiles, restent en suspension même à faible énergie et ne se déposent que lorsque le courant devient très calme, ce qui se produit typiquement en aval, près de l’embouchure ou en mer.
Corrigé 3 — a) Le sable éolien bien trié et arrondi en dunes correspond au milieu désertique : le transport prolongé par le vent trie efficacement les grains par taille et les arrondit par frottements répétés. b) La tillite, dépôt hétérogène et non trié, correspond au milieu glaciaire : la glace transporte sans les trier des matériaux de toutes tailles, qu’elle abandonne lors de la fonte. c) Les argiles finement litées et riches en matière organique, déposées en eau calme, correspondent au milieu lacustre : l’absence d’agitation permet le dépôt de particules très fines et la préservation de la matière organique.
Corrigé 4 — Ces caractères (bon tri, grains arrondis, rides de courant, présence de coquilles marines) sont compatibles avec un milieu littoral (côtier peu profond) : le bon tri et l’arrondi des grains résultent de l’action répétée des vagues et des courants côtiers ; les rides de courant sont des structures sédimentaires typiques d’un milieu agité peu profond ; la présence de coquilles marines confirme le caractère marin du milieu.
Corrigé 5 — Le milieu néritique correspond à une mer peu profonde, sur le plateau continental (profondeur généralement inférieure à environ 200 m), où la lumière pénètre et où la faune est abondante et diversifiée (mollusques, coraux, échinodermes, etc.). Le milieu pélagique correspond à la haute mer, ouverte et profonde, où la sédimentation est dominée par la lente accumulation de restes d’organismes planctoniques microscopiques (comme les foraminifères), donnant des dépôts fins et généralement peu diversifiés en gros organismes benthiques.
Corrigé 6 — a) Conglomérats : milieu continental (dépôt grossier, proximité d’un relief) ; grès à rides de courant et débris de coquilles : milieu littoral (transition, agitation, premiers apports marins) ; calcaires à faune marine variée : milieu marin de plateforme (néritique) ; calcaires fins à foraminifères pélagiques : milieu marin ouvert et profond (pélagique). b) Cette succession, qui montre un passage progressif du continent vers la mer ouverte, enregistre une transgression marine : la mer a progressivement envahi un domaine auparavant continental.
Corrigé 7 — a) La série montre d’abord un approfondissement progressif (pélagique → néritique → littoral, en lisant de bas en haut jusqu’au milieu de la série où l’on atteint le littoral), puis un nouvel approfondissement en sens inverse (littoral → néritique → pélagique) vers le sommet — en réalité, en relisant l’énoncé dans l’ordre chronologique (bas vers haut), on observe : pélagique → néritique → littoral (régression), puis littoral → néritique → pélagique (transgression). b) On observe donc successivement une régression marine (retrait progressif de la mer, approche du littoral) suivie d’une transgression marine (nouvelle invasion marine). c) Une telle alternance, appelée cycle sédimentaire, peut s’expliquer par une variation eustatique du niveau marin (baisse puis remontée globale du niveau des mers, par exemple liée à des variations climatiques) ou par des mouvements verticaux du fond de la région (subsidence puis surrection, ou l’inverse, liés à la tectonique).
