Les roches s

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Les roches sédimentaires
Partie A Leur naissance
Au Grand Canyon du fleuve Colorado lérosion
détruit les roches sédimentaires quelle a
contribué à créer autrefois.
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La météorisation

• Les roches se dégradent au contact de
  latmosphère (les gaz), de lhydrosphère (leau)
  et de la biosphère (la vie).
• On appelle météorisation (on y reconnaît le mot
  météo) ce processus de géodynamique externe
  dont le moteur est le rayonnement du Soleil.

Gravier arraché à la montagne par un glacier et
déposé par un torrent

• Les produits de la météorisation sont des débris
  rocheux, des minéraux et des ions en solution
  dans leau.
• Ces produits, après un transport plus ou moins
  long, saccumulent dans des bassins et servent de
  matière première à la fabrication de roches
  sédimentaires.

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• On distingue souvent des strates dans ces roches
  sédimentaires, c.-à-d. des dépôts successifs qui
  diffèrent les uns des autres par leur couleur,
  leur granulométrie, leur composition, etc.
• On dit que la météorisation résulte de deux
  processus, la désagrégation physique et
  laltération chimique. En pratique, les deux
  processus sont intimement liés.

Météorisation de la péridotite du mont Saint-Bruno
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La désagrégation physique

• On appelle désagrégation physique le fait de
  détacher un grain minéral dune roche sans
  lattaquer chimiquement.
• Leau qui gèle dans les pores de la roche, un
  éboulement, les changements de volume causés par
  les variations de température ou dhumidité, la
  corrosion chimique des minéraux voisins, etc.
  sont des causes de désagrégation.

La désagrégation progressive dun bloc de granite
qui pourrit donne une boule et du sable.
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Désagrégation par le gel en montagne (a), par
la corrosion chimique de certains minéraux (b),
par labrasion de leau chargée de sable et de
gravier (c).
b
a
c
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• Un grand pluton, qui a cristallisé sous le poids
  de quelques kilomètres de roche, se dilate lors
  de lenlèvement de ce recouvrement par
  météorisation et par transport des produits
  ailleurs (météorisation transport érosion).
• On le voit alors sécailler ou développer une
  structure en pelure doignon. Les joints ainsi
  créés favorisent la circulation de leau et
  accélèrent la désagrégation du massif.

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• La falaise de grès du canyon Bryce (Utah) subit
  une intense désagrégation mécanique. Pendant 8
  mois de lannée, la température moyenne est
  inférieure à 0 C la nuit et supérieure à 0 C le
  jour. Quel rôle cela joue-t-il dans la
  désagrégation ?

Question
Réponse Cela signifie que leau gèle dans les
fissures des roches de 200 à 300 fois par année.
Cela fissure la roche encore plus et en détache
des éclats.
8
Laltération chimique

• Les minéraux qui se trouvent à la surface dune
  roche réagissent chimiquement avec leau qui
  entre en contact avec eux.
• La présence dans leau doxygène, de CO2 ou de
  substances acides la rend plus corrosive.
• Comme les réactions chimiques sont plus rapides à
  haute température, laltération est dautant plus
  rapide que le climat est chaud et pluvieux.

Trous de météorisation
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Laltération des silicates

• Comme les silicates saltèrent dans cet ordre
• Quartz Muscovite Feldspath K Plagioclase Na
  Biotite Amphiboles Pyroxènes Plagioclases Ca
  Olivine
• le granite résiste mieux que le basalte le
  quartz, à peu près inaltérable, est le principal
  constituant des grains de sable.
• On peut diviser les produits des réactions
  chimiques en 3 groupes
• Les substances dissoutes, notamment des ions
  enlevés aux minéraux (K, Na, Ca2, Mg2).
• Les divers nouveaux silicates, notamment les
  argiles.
• Les minéraux de la famille des oxydes (O) et des
  hydroxydes (OH) daluminium et de fer. Les
  silicates foncés (olivine, pyroxène, amphibole et
  biotite) contiennent du fer et rouillent .

Vitesse croissante
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Altération de la surface du basalte sombre de
cette falaise.
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Minéral primaire, hérité ou secondaire

• Considérons un granite, formé des minéraux
  initiaux ou primaires quartz, biotite et
  feldspath K, soumis à laction de leau et de
  lair.
• Laltération du feldspath K et de la biotite
  libère des ions en solution et conduit à la
  formation de nouveaux minéraux, des argiles,
  quon qualifie donc de secondaires. La biotite
  peut aussi rouiller et donner des oxydes de fer
  comme minéraux secondaires.

Grain de quartz détaché

• Le quartz, qui résiste à laltération, se détache
  intact du granite à cause du pourrissement de ses
  voisins. On parle de lui comme dun minéral
  hérité de la roche dorigine ou roche mère.

Granite en train de saltérer
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Question

• La formation de lamiante a lieu à quelques km de
  profondeur. Ce processus a cependant en commun
  avec la météorisation le fait quil sagit dune
  altération chimique, de la péridotite du manteau,
  au contact de leau. Pourquoi lamiante se
  présente-t-elle en veines qui traversent la roche
  ?

Veine damiante (le trait fin)
Réponse Leau ne peut entrer en contact avec la
péridotite quen suivant les fissures qui
traversent la roche. La formation de lamiante se
limite donc aux fissures et cela donne un réseau
de veines.
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Les argiles

• On appelle argile un minéral du groupe des
  silicates (à base de Si et O) qui se forme
  uniquement par laltération des roches. Ces
  minéraux sont infimes et, au microscope, ils ont
  un aspect voisin des micas.
• Un dépôt dargile, au sens minéralogique, est
  formé à 100 de minéraux argileux. Il se
  présente sous forme dune masse terreuse fine et
  tendre quon peut modeler quand elle est humide.
  Voir la diapositive suivante.
• Par extension, un dépôt dargile, au sens
  granulométrique, est un dépôt de farine de
  roche. La farine de roche résulte de laltération
  et de la désagrégation des roches. Elle contient
  donc des minéraux argileux, mais aussi du quartz,
  des feldspaths, etc. Elle nest pas formée à 100
  de minéraux argileux.

Argile kaolinite au microscope électronique
www.squ.edu.om/sci/Earth/facilities/sem.html
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• La photo montre un dépôt formé à 100 de
  minéraux argileux. Cest un dépôt dargile au
  sens minéralogique. Ces dépôts ont une grande
  importance économique.
• Par exemple, la kaolinite (Kao-ling en Chine),
  généralement blanche, sert à fabriquer la
  porcelaine et le papier glacé notamment.
• De même, la montmorillonite (Montmorillon en
  France), généralement blanche, grise ou rose,
  absorbe beaucoup deau et gonfle. À cause de
  cela, on lutilise en agriculture pour travailler
  le sol, comme boue de forage, comme litière
  agglomérante pour chat, etc.

La montmorillonite gonfle à leau et développe
une peau déléphant en sasséchant.
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Voici une argile au sens granulométrique. Cest
une terre très fine quon peut façonner quand
elle est mouillée. Mais sa belle couleur rouge
nous indique quelle est riche en oxydes de fer,
qui ne sont pas des minéraux argileux.
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La surface spécifique

• Laltération des minéraux les affaiblit ou les
  fait gonfler, ce qui favorise leur désagrégation
  mécanique.
• De même, la désagrégation physique favorise
  laltération en augmentant la surface de la roche
  qui peut être mouillée et qui peut réagir avec
  leau.
• Quand on désagrège de plus en plus finement un
  bloc de roche, sa masse reste la même, mais sa
  surface augmente progressivement. On dit que la
  surface spécifique des débris augmente, la
  surface spécifique étant la surface de 1 gramme
  de matière.

Surface spécifique augmente
17
Question

• Nous verrons que la surface spécifique joue aussi
  un rôle dans la circulation de leau dans un
  dépôt meuble. En effet, la pellicule deau qui
  mouille la surface de la roche ne circule pas,
  mais lui reste collée. Les argiles, à cause de
  leur finesse, piègent ainsi beaucoup deau.

Ex. 800 m2/g pour la montmorillonite !

• Si la désagrégation mécanique découpe un cube de
  roche en 5 x 5 x 5 125 petits cubes, de combien
  la surface spécifique augmente-t-elle ?

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Les altérites

• Quand les produits de la météorisation dune
  roche saccumulent plus vite quils ne sont
  transportés au loin, la roche se couvre de dépôts
  meubles daltérites (fragments rocheux, minéraux
  hérités et minéraux secondaires - les argiles et
  les oxy-hydroxydes de Fe et dAl notamment).
• Nous verrons que, comme tous les dépôts de
  surface, les altérites servent de support minéral
  au développement de sols organiques, où peuvent
  pousser les plantes.

Roche mère altérite
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Altérite argileuse (Caroline du Nord) et la roche
mère
Altérite pierreuse
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Latérite

• Sous climat tropical humide, avec une végétation
  dense qui stabilise les produits de la
  météorisation, laltération chimique est poussée
  jusquà son stade ultime.
• Elle donne une altérite appelée latérite. Il
  sagit dune couche dargile rouge ou brune riche
  en hydroxydes de fer ou daluminium.
• La bauxite est une latérite riche en aluminium.
  Cest le principal minerai daluminium.

Latérite dHawaii avec des blocs de roche saine
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Transport et dépôt (action de déposer)

• La naissance dune roche sédimentaire résulte du
  transport et du dépôt des produits de la
  météorisation. Pour étudier ces choses, sur
  lesquelles nous reviendrons plus tard, on sépare
  ces produits en deux groupes les substances
  solubles, comme les ions libérés, et les détritus
  ( résidus) solides, comme les minéraux hérités
  ou secondaires et les fragments de roche.

La fraction chimique les ions
Roche mère
Organismes qui utilisent les ions
Eau de surface
Ions Na, K, Ca, Mg
Eau souterraine
Calcite, gypse, dolomite qui précipite dans un
marais maritime saturé
Enveloppes de calcite ou de silice tests
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La fraction détritique les détritus
Roche - mère
.
.
Écroulement
.
.
Vent
Eau de surface
Glace
Dépôts de particules grossières (sable, gravier)
sur le bord de mer
.
.
.
.
Dépôts de particules fines (argiles) en haute mer
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Maturité dun sédiment

• On appelle sédiment un dépôt qui est encore
  meuble, qui na pas encore été transformé en
  roche solide.
• La maturité dun sédiment fait référence à un
  sédiment hypothétique obtenu en cassant un massif
  rocheux à la masse pour obtenir un tas de
  fragments anguleux, allant de la poussière au
  bloc, formés des mêmes minéraux que la roche et
  dans les mêmes proportions.
• Plus le sédiment réel séloigne de ce sédiment
  hypothétique, plus il est mature

Immature
Mature

• Fragments anguleux
• Particules de diverses tailles
• Composition minéralogique originale

• Fragments sphériques
• Particules de même taille
• Proportions des minéraux primaires modifiées,
  minéraux secondaires

texture
minéralogie
24
Question
Quel est le degré de maturité de texture de ce
sable prélevé sur la plage dOka ?
Photo au microscope de Richard Granger
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La diagenèse

• La diagenèse est le passage du sédiment, du dépôt
  meuble détritique ou chimique, à la roche
  cohérente qui se tient.
• Deux transformations vont avoir lieu
  simultanément
• La compaction les particules minérales (grain
  de quartz, test, caillou, cristal) qui se
  trouvent à la base du dépôt vont se placer, se
  rapprocher progressivement, se dissoudre parfois
  et les espaces vides vont diminuer.
• La cimentation leau chargée dions ou dargile
  qui circule dans le dépôt va permettre à des
  minéraux de se former entre les particules pour
  les coller les unes aux autres. Les ciments les
  plus courants sont largile, le quartz (ou
  silice) et la calcite.

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Un exemple de cimentation la roche est un grès
formé dun sable de quartz cimenté par de plus
petits cristaux de quartz. Le sable était mature
(bien trié et formé de grains arrondis).
Tiré de Rocks of NW Scotland de Simon Lamb, Dave
Waters et Richard McAvoy http//www.earth.ox.ac.
uk/oesis/nws/nws-home.html
Affleurement
Échantillon



Au microscope (fausses couleurs)

Ciment
Grains de sable

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• Autre exemple Cristaux microscopiques dargile
  servant de ciment (en brun) entre les grains de
  sable (en blanc) dun grès. Notez que le sable
  ayant donné ce grès avait une texture immature
  les grains sont anguleux et de diverses tailles
  (mal triés).

Source http//edafologia.ugr.es/iluv/argillw.htm
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Structures des dépôts sédimentaires

• Les sédiments déposés durant un certain
  intervalle de temps forment souvent une strate.
  Ces strates sont importantes en hydrogéologie
  parce quelles guident la fracturation dun
  massif rocheux et ont donc une influence sur la
  circulation de leau souterraine. Les strates
  sont généralement parallèles.
• Mais on trouve aussi des stratifications
  entrecroisées, les strates étant inclinées à des
  angles différents, dans des sédiments déposés par
  le vent ou par de leau en mouvement.

Stratification entrecroisée figée dans une roche.
Elle résulte du déplacement par le vent des dunes
de sable qui ont donné ces grès. Voir aussi le
grès des îles de la Madeleine.
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Stratification entrecroisée dans un dépôt de
sable actuel (lac des Cyprès, parc du mont
Tremblant).
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• La surface dune strate porte parfois des rides.
  Elles se forment dans le sable, celui dune
  plage que les vagues déplacent, celui du lit
  dune rivière que le courant façonne, celui dune
  dune modelé par le vent On les retrouve
  ultérieurement dans les grès issus de ces sables.

Rides actuelles (gauche) et dans la pierre
(droite).
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• Les fentes de dessiccation, elles, sont des
  fissures qui se forment à la surface dune strate
  dargile qui se dessèche. Comme les rides, elles
  survivent quand une autre strate se dépose sur
  elles. On les retrouve donc quand on sépare de la
  roche le long des plans de stratification.

Fentes actuelles (gauche) et dans la pierre
(droite)