LES ROCHES BIOGENES Les roches carbonatées (au moins 50% de carbonates: calcite, dolomite, aragonite) Les roches siliceuses (au moins 50% de silice: chimique,

LES ROCHES BIOGENES

Les roches carbonatées (au moins 50% de carbonates: calcite, dolomite, aragonite)

Les roches siliceuses (au moins 50% de silice: chimique, biologique ou biochimique)

Les roches phosphatées (présence de minéraux phosphatés en quantité suffisante pour être exploitée)

Les roches carbonées (contenant une forte quantité de carbone organique)

LES ROCHES CARBONATEES

Les environnements de dépôt des carbonatesDeux grands domaines s'individualisent de part et d'autre du trait morphologique important qu'est le rivage:

le domaine continental le domaine marin


1- Le domaine continental1- Le domaine continental

Le domaine continental ne présente en général que peu de sédiments carbonatés et se caractérise par des dépôts souvent très localisés.

Exemple de dépôts:

Dans des lacs Au débouché de certaines sources Dans des grottes

Les environnements de dépôt des carbonates



- DEPOT DE CARBONATES DANS LES LACS

Les carbonates lacustres sont le résultat de précipitations inorganiques ou d'accumulations algaires ou coquillières:

Les précipitations inorganiquesLes précipitations inorganiques peuvent être liées à une soustraction de CO2 (photosynthèse...), à un mécanisme d'évaporation ou encore au mélange d'eaux à pH différents (lac/rivière): par exemple, la formation de "craie lacustre", un sédiment très fin (10 µm) précipité dans des eaux sursaturées en CaCO3 (résultat d'une forte évaporation).






Les carbonates algairesLes carbonates algaires sont le résultat de phénomènes de piégeage de sédiments et de précipitation par des mousses et des stromatolithes.






Les accumulations de coquillesLes accumulations de coquilles (gastéropodes, lamellibranches) ne forment qu'une faible proportion des carbonates lacustres.




- DEPOT DE CARBONATES AU DEBOUCHE DE CERTAINES SOURCE

Aux émergences de certaines sources, ou plus rarement en rivière, se forment des précipitations de calcite.

Ces accumulations peuvent être constituées de lamines denses et régulières (travertin) ou de matériau très poreux et irrégulier (tuf).

Il semble admis que les processus de précipitation inorganiques dominent dans le cas des travertins (perte de CO2) tandis que les tufs se forment par précipitation de calcite sur des mousses ou des algues.




- DEPOT DE CARBONATES DANS LES GROTTES


Les concrétions de grottes (ou spéléothèmes) ont la même origine chimique que les travertins. L'eau des précipitations, enrichies en dioxyde de carbone, s'infiltre par les fissures et dissout la calcite de la roche. Le carbonate de calcium précipite quand la teneur en CO2 diminue et/ou que l'eau s'évapore formation de stalactites, stalagmites... Ces concrétions ont une grande utilité dans les grottes préhistoriques car elles peuvent être datées.Concrétions calcitiques dans une grotte italienne

(Toirano)





PETIT RAPPEL:

Une stalactite …

… est une concrétion calcaire en pendentif au plafond des grottes t : comme tomber





PETIT RAPPEL:

Une stalagmite …

… est une concrétion calcaire en pilier sur le plancher des grottes m : comme monter


2- Le domaine marin2- Le domaine marin

On y distingue un milieu de plate-forme (de 0 à 200m de profondeur) et un milieu de bassin séparés par un talus.




- Les plates-formes carbonatées : Les facteurs du milieu

Importante diversité des plates-formes carbonatées due aux variations de:

morphologie hydrodynamisme chimisme (salinité, oxygénation) pénétration de la lumière






La morphologie: est contrôlée essentiellement par l'existence, l'absence ou la localisation variable d'une barrière ou d'un haut-fond plus ou moins continu. L'existence d'un relief a une influence directe sur le niveau d'énergie, le chimisme des eaux et l'activité biologique: il entraîne la distinction entre un milieu de plate-forme interne et un milieu de plate-forme externe ou de bassin.





En l'absence de rupture de pente nette, la profondeur augmente de façon progressive depuis le littoral jusqu'au bassin: on parle alors de rampe.




Les facteurs dynamiques: ils comprennent vents, courants de vagues et de marées. Leur résultat est surtout un tri granulométrique. La granulométrie des sédiments et certains types de figures sédimentaires donnent donc des informations importantes quant au niveau d'énergie du milieu, souvent en relation avec la profondeur et le degré de protection.





Le chimisme des eaux: la sursalure, le manque d'oxygénation des eaux entraînent de profondes modifications dans le contenu faunistique, ce qui peut conduire à distinguer:

• un milieu ouvert: la circulation des eaux marines n'est pas entravée• un milieu restreint: la circulation des eaux marines est entravée et en conséquence leur qualité subit des modifications plus ou moins importantes





L'influence de la lumière: la pénétration de la lumière permet également de distinguer deux domaines entre lesquels les conditions biologiques varieront considérablement:

• un domaine photique• un domaine aphotique

Les différents organismes n'utilisant pas forcément les mêmes longueurs d'onde (algues rouges et algues vertes, par exemple), l'étendue de la zone photique est variable suivant les communautés considérées.




- Les plates-formes carbonatées : Les environnements de dépôt

L'action des facteurs du milieu est à l'origine de la différentiation des environnements au sein des plates-formes.





Pour les mers où la marée est sensible, on distingue sur la plate-forme interne:

un milieu supratidalun milieu supratidal: très épisodiquement envahi par les hautes marées de vives eaux (sebkha, étangs côtiers).






un milieu intertidalun milieu intertidal: correspondant à la zone de balancement des marées. Les conditions écologiques sont extrêmement difficiles (variations de température, d'insolation, de salinité, de pH, de chimisme des eaux).






un milieu subtidalun milieu subtidal: La faune et la flore y sont variées. Aux faciès carbonatés et évaporitiques peuvent s'ajouter des faciès enrichis en silice, phosphates, oxydes de fer.





La barrière isole ensuite la plate-forme interne de la plate-forme externe où l'environnement est beaucoup plus stable et homogène, en liaison avec le milieu océanique. Les organismes pélagiques deviennent prépondérants et les sédiments sont généralement fins, situés sous la zone d'action des vagues.




- Le Talus

Le talus possède une pente moyenne de 0,7 à 1,3 m par km et s'étale d'environ 130 m à environ 2000 m, c'est-à-dire sous la zone photique et sous la zone d'action des vagues.

Une sédimentation complexe caractérise les talus: mise en place de turbidites par glissements liés à la gravité, à des cisaillements mécaniques ou à des contraintes tectoniques, séismes, etc. Ces épandages sont accompagnés de coulées de sédiments et de blocs.

Le talus est essentiellement une zone de transit des sédiments.




- Le Bassin

La température des eaux y est pratiquement constante et comprise entre -1° et 4°C. On y observe une dominance des organismes pélagiques.




- Le Bassin

Le degré de saturation de la calcite est inversement proportionnel à la profondeur, quel que soit le type d'océan concerné. L'augmentation de la pression et l'abaissement de la température augmentent le taux de solubilité du CaCO3, d'où la décalcification générale des sédiments à partir d'une profondeur critique appelée "lysocline".




- Le Bassin

Dans les sédiments, la lysocline peut être définie par le passage d'un faciès à organismes carbonatés bien préservés à un faciès à organismes partiellement dissous.




- Le Bassin

En conséquence, les sédiments océaniques profonds ne peuvent être constitués de boues carbonatées qu'au-dessus de la lysocline. Il s'agit alors essentiellement de débris d'organismes planctoniques.

Au-dessous ou à des latitudes non favorables, s'observent essentiellement des boues terrigènes auxquelles s'ajoutent des turbidites.



Les roches carbonatées peuvent être classées en fonction de leur composition chimique ou minéralogique, de propriétés physiques.Les classifications les plus utilisées font appel à des paramètres accessibles sur échantillon ou en lame mince tels que proportion matrice-ciment-grains.

La classification la plus utilisée est la classification proposée par Dunham (1962) et complétée par Embry & Klovan (1972) et Tsien (1981).

La classification de Folk (1959) possède également des adeptes.

La classification des roches carbonatées


1- Classification de Folk1- Classification de Folk

Elle considère que les constituants majeurs des calcaires sont:

• les allochems (grains, corpuscules, éléments figurés):- les intraclasts (sédiments remaniés)- Les pellets (grains ovoïdes de micrite de taille inframillimétrique)- Les oolithes- Les fossiles, bioclastes et grains squelettiques

• la matrice (micrite)

• le ciment (sparite)



Les appelations obtenues par combinaison d'un préfixe (intra-, pel-, oo-, bio-) et d'un suffixe (-micrite ou -sparite) peuvent être complétées par l'adjonction du terme "rudite" pour les grains dont la taille est supérieure à 4 mm (exemple: "biosparrudite" décrit un calcaire à grands bioclastes ou fossiles cimentés par de la sparite).

La classification de Folk


2- Classification de 2- Classification de DunhamDunham (complétée par (complétée par Embry & Klovan et Embry & Klovan et Tsien)Tsien)

Cette classification est basée essentiellement sur la texture de la roche et sur le type de liaison entre les grains. Les différents termes de la classification sont ensuite combinés avec les noms des types de grains les plus abondants.


La classification de Dunham


• Avec matrice micritique (boue):

- Mudstone: moins de 10% de grains

- Wackestone: plus de 10% de grains, mais éléments non jointifs

- Packstone: éléments jointifs



• Avec ciment sparitique:

- Grainstone : éléments jointifs



• Boundstones (constructions récifales):

- Bafflestone: organismes érigés piégeant le sédiment en suspension par ralentissement de l'écoulement du fluide transporteur

- Bindstone: organismes stabilisant le substrat par encroûtement (algues corallines)

- Framestone: organismes édifiant une charpente rigide (coraux constructeurs actuels)



• Si plus de 10% d'éléments > 2 mm:

- Floatstone: éléments non jointifs

- Rudstone: éléments jointifs


Relation entre environnement et type de dépôt


1- Par précipitation chimique1- Par précipitation chimique

La précipitation directe des carbonates à partir d’ions contenus dans l’eau de mer constitue un mécanisme peu répandu, connu dans certains secteurs subtropicaux et tropicaux de faible profondeur : Bahamas, Golfe Persique, Mer morte.

Formation des roches carbonatées


2- Par accumulation de squelettes organiques2- Par accumulation de squelettes organiques

De nombreuses roches carbonatées résultent de l’accumulation de squelettes organiques.La plupart des débris squelettiques provient des parties dures d’invertébrés.

Bélemnites




Quelques exemples des principaux constructeurs de carbonates biogènes:

Les GastéropodesLes Gastéropodes: fonds marins meubles et peu profonds: fonds marins meubles et peu profonds

Les CéphalopodesLes Céphalopodes: strictement marins et propres aux eaux : strictement marins et propres aux eaux du large (Ammonites, Goniatites, Bélemnites)du large (Ammonites, Goniatites, Bélemnites)

Les ArthropodesLes Arthropodes: formes benthiques d’eau marines peu profondes: formes benthiques d’eau marines peu profondes

Les ÉchinodermesLes Échinodermes: seuls les Échinides et les Crinoïdes : seuls les Échinides et les Crinoïdes alimentent la sédimentation calcaire marine. Milieu de plate-forme alimentent la sédimentation calcaire marine. Milieu de plate-forme carbonatéecarbonatée

Les ForaminifèresLes Foraminifères: abondants dans les eaux marines tempérées à : abondants dans les eaux marines tempérées à chaudes. Soit planctonique, soit benthiques.chaudes. Soit planctonique, soit benthiques.




… … d’autres animaux participent, de manière plus sporadique, à la d’autres animaux participent, de manière plus sporadique, à la constitution des sédiments calcaires: les Spongiaires, les algues constitution des sédiments calcaires: les Spongiaires, les algues (rouges, vertes)…(rouges, vertes)…



3- Par accumulation d’Ooïdes3- Par accumulation d’Ooïdes

Les Ooïdes sont des grains constitués d'un "nucleus" (fragment de coquille, grain de sable) autour duquel précipite de la calcite ou de l'aragonite, formant un "cortex".

Ils comprennent principalement les oolithesoolithes dont le cortex montre une lamination concentriquelamination concentrique.




Les oolithes calcaires qui se forment dans les régions chaudes soumises à une forte agitation hydrodynamiqueforte agitation hydrodynamique présentent des fibres, essentiellement aragonitique, qui se développent principalement de manière parallèle aux couches du cortexparallèle aux couches du cortex.




Les oolithes calcaires qui se développent dans les milieux peu agitésmilieux peu agités sont par contre formées de calcite, et présentent pour la plupart des structures radiairesstructures radiaires.



4- Par accumulation de déjections4- Par accumulation de déjections

Les grains homogènes sans nucléus ni squelettes (péloïdes) comprennent principalement des pelotes fécales ou pellets. Ces déjections sont abondantes dans les petits fonds des régions tempérées à chaudes.

Pellets



5- Les stromatolithes5- Les stromatolithes

Les stromatolithes sont des structures solides en forme de choux-fleurs créées par une association microbienne. La partie éclairée du sommet est constituée d'une couche, mince et gluante, formée d'algues bleu-vert ou cyanobactéries. On retrouve des stromatolithes dans des couches qui varient en âge de 3,5 Ga à l'Actuel.


Stromatolithes vivants dans la baie Shark, à l'ouest de l'Australie



Le tapis algaire agit de deux façons:

1) il piège les particules sédimentaires entre ses filaments

2) il induit la cimentation des particules sédimentaires, grâce à son activité photosynthétique qui, en consommant du CO2, abaisse la pression partielle de CO2 dans ce micromilieux et favorise ainsi la précipitation du CaCO3. Les particules piégées sont donc soudées ensemble, pour finalement constituer une succession de croûtes solides qui vont former une roche laminée.




La lamination, peut être répétitive, alternante ou cyclique. Les principaux phénomènes pouvant en être à l'origine:


une différence de croissance algaire au cours d'un cycle jour-nuit

un changement périodique de l'algue dominant la population lié à une variation périodique des facteurs du milieu (humidité, salinité...)

une calcification périodique de la partie superficielle du tapis

un afflux périodique de matériel détritique



Ces formations stromatolitiques ont constitué un volume impressionnant de calcaires à certaines époques du précambrien et, en ce sens, ont constitué un drain très important de CO2 en stockant celui-ci dans le CaCO3, modifiant ainsi l'atmosphère terrestre en la débarrassant progressivement de ce gaz.



6- Les recifs6- Les recifs

L'établissement et la croissance d'une bioconstruction nécessitent:L'établissement et la croissance d'une bioconstruction nécessitent:

une production de carbonate in-situune production de carbonate in-situ une stabilisation du substratune stabilisation du substrat une charpente résistant à l'action des vaguesune charpente résistant à l'action des vagues

On distingue les grands types suivants:



6- Les récifs6- Les récifs

les récifs frangeantsles récifs frangeants: ces édifices se développent directement le long de la ligne de rivage




les bancs récifauxles bancs récifaux: ces récifs linéaires, généralement parallèles au rivage, sont localisés dans le lagon




les patch reefsles patch reefs: il s'agit de petits édifices croissant en milieu lagunaire




les récifs barrièresles récifs barrières: ce sont des récifs sensiblement linéaires, localisés en bordure de plate-forme (exemple: La Grande Barrière d'Australie).




les atollsles atolls: ces récifs océaniques de forme annulaire délimitent un lagon. Leur dimension est très variable: de moins de 2 km à plus de 32 km de diamètre




récifs tabulairesrécifs tabulaires: récifs océaniques sans lagon intérieur


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