Réalisation de la carte paléogéographique d’une région

Introduction :

Les roches sédimentaires forment des paysages géologiques du globe terrestre. Elles résultent d’un ensemble de processus : érosion, transport, sédimentation et diagenèse.

Les observations faites dans les milieux actuels, transposées aux phénomènes du passé, permettent de reconstituer certains éléments des paysages anciens (milieu de sédimentation, type de climat, niveau de mer…), c’est l’objectif de la paléogéographie.

Quels sont les indices et les techniques de base utilisés dans la reconstitution des paysages anciens ?

I – Identification des roches sédimentaires

1 – définition d’une roche sédimentaire

Q – On se basant sur vos connaissances, définissez une roche sédimentaire, et citez les différents processus qui aboutissent à la formation de ce type de roche.

R-

Définition : Une roche sédimentaire est une roche qui se forme à la surface du globe terrestre (roche exogène) dans un bassin sédimentaire suite à un ensemble de processus :

Érosion : c’est l’ensemble de phénomènes qui causent la dégradation des roches superficielles. On distingue deux types d’érosion : mécanique (=> solides) et chimique (=> molécules dissoutes dans l’eau).
Transport : c’est le déplacement des produits de l’érosion par les facteurs de transport : vent, eau, glace.
Sédimentation : c’est la déposition des produits de l’érosion dans les bassins sédimentaires.
Diagenèse : c’est un ensemble de phénomènes (physico-chimiques, biochimiques…) qui interviennent dans la transformation des sédiments meubles en une roche solide appelé roche sédimentaire.

Les roches sédimentaires sont placées dans divers milieux naturels (milieu alluvial, saharien…). Les sédiments se diffèrent par leur taille, couleurs, composition chimique…

2 – classification des roches sédimentaire

Les roches sédimentaires sont classées selon plusieurs critères :

Selon la taille des particules composant les roches.
Selon l’origine de la roche.
Selon la composition chimique de cette roche.

La figure suivante montre une classification simple des roches sédimentaires :

Remarque : la figure suivante présente une simple classification des sédiments selon leurs diamètres

II – L’étude granulométrique et morphologique de sédiments

1 – Étude granulométrique

C’est l’étude la distribution des différents grains d’un échantillon de sable sec (granulat), en fonction de la taille (diamètre).

a – Protocole expérimental

Lavage à eau de l’échantillon de sable dans un tamis de 0.05mm pour le débarrasser des éléments fins (argiles, limons)
ajout de H2O2 et HCl pour éliminer la matière organique et le calcaire.
Tamisage de 100 g de sable, par une colonne de tamisage.
Pour chaque tamis, on pèse le refus (la quantité de sable retenue par ce tamis).

Remarque : On appelle tamisât, la quantité de sable qui passe à travers le tamis.

b – Exploitation des résultats

Exercice d’application : Le tableau suivant montre les résultats d’une étude granulométrique d’un échantillon du sable.

Q-1 – Tracez l’histogramme et la courbe de fréquence. Que peut-on déduire de cette courbe.

Q-2 – Complétez le tableau et tracez la courbe cumulative.

Q-3 – Calculez l’indice de Trask, et déduisez le granoclassement du sable étudié (tableau du granoclassement).

Q-4 – Déduisez le type de sédimentents étudier (courbes granulométriques).

R-1–

Traçage de l’histogramme et de la courbe de fréquence.
On constate que la courbe est uni-modale, donc le sable étudié est homogène.

Remarque : si la courbe est plurimodale, alors le sable étudié est hétérogène (un mélange de plusieurs sables).

R-2 – Traçage de la courbe cumulative.

R-3–

Q1 = 1، Q2 = 0.37.

puisque

, alors le sable étudié a un degré de classement moyen.

R-4 – On constate la courbe obtenue et plus semblable à la courbe D (figure). Donc, le sable étudié est un sable fluviatile.

Bilan : L’étude granulométrique des sédiments permet de récupérer les conditions de sédimentation. Les résultats sont représentés sous forme de :

Histogramme et courbe de fréquence : permet de déduire homogénéité des sédiments.
Courbe cumulative :permet de déterminer de degré de classement des sédiment et leurs milieux de sédimentations.

2 – Étude morphoscopique des sédiments. Ex : Étude statistique de la morphologie des grains de quartz

Le sable est formé de plusieurs composants (feldspath, micas, quartz…), le quartz est le minéral le plus abondant dans le sable (à cause de son abondance, de sa dureté et sa résistance aux chocs durant son transport).

a – Principe d’étude

Pour observer les grains de quartz de sable, on suit les étapes suivantes :

On lave le sable avec de l’eau pour éliminer les éléments argileux.
On ajoute H2O2 et HCl pour éliminer la matière organique et les éléments calcaire.
On observe le sable par la loupe binoculaire.

Le tableau suivant montre les principaux types de grains observés, et leurs caractéristiques.

b – Exercice d’application :

L’étude statistique des grains de quartz d’un échantillon de sable a donné les résultats suivants.

Q-1 – Transformez ces résultats en un diagramme circulaire, que peut-on conclure ?

R-1–

diagramme.
On voit que les grains de quartz de forme NU sont dominants (70 %) => donc le sable est transporté par la glace (ou l’eau), avec une courte duré du transport.

Bilan : L’étude morphoscopique permet de déterminer la durée et le moyen de transport, ainsi que le milieu de sédimentation.

III – Dynamique et condition de transport des sédiments

1 – Relation entre la vitesse du courant et le diamètre des particules

a – Diagramme de Hjulstrom

Le comportement (érosion, transport, sédimentation) des particules est influencé par la vitesse du courant et par son diamètre.

Par exemple si on prend une particule de diamètre 0,1 mm :

elle se sédimente si la vitesse du courant est faible (1cm/s)
elle est transportée si la vitesse du courant est moyenne (10cm/s)
elle est érodée et transporté si la vitesse du courant est grande (100cm/s)

c – Les modes de transport des sédiments

Selon la taille des sédiments et la vitesse du courant on distingue plusieurs modes de transports :

Roulement : c’est la traction au fond, des éléments de grande taille (bloc).
Saltation : mouvement des particules de moyenne taille (grées) par des sauts irréguliers.
Suspension : pour les particules très fines (argile).

2 – Exercice d’application

La figure suivant montre un coure d’eau avec un tracé sinueux.

Q – Décrire et comparer ce cours d’eau, et expliquer la différence entre la rive concave et convexe.

R – Il s’agit d’un méandre avec deux rives l’une convexe et l’autre concave. La vitesse du courant d’eau change de la rive concave vers la rive convexe.

elle est maximale dans la rive concave, donc domination de l’érosion, ce qui explique la forte pente dans cette rive
elle est minimale dans la rive convexe, donc domination de la sédimentation, ce qui explique la faible pente dans cette rive.

IV – Les structures et les figures sédimentaires

Ce sont des indicateurs des conditions de transports et de dépôt des sédiments, on distingue plusieurs types de structures et de figures sédimentaires

1 – Les rides du courant

Ce sont des ondulations causées par la dynamique du milieu de sédimentation, elles apparaissent à la surface de sédiments.

Exemple : dans le littoral, les rides de courant sont caractérisées par une hauteur faible (quelque cm) parallèles entre elle et perpendiculaires au sens du courant. On distingue entre deux types de rides :

Les rides symétriques
les rides asymétriques

N.B : si les rides sont fossilisées, elles permettent de déduire le sens des courants et le lit et le toit de la roche qui les contient

2 – Traces des êtres vivants

Les êtres vivants peuvent laisser des traces à la surface des sédiments (argile) qui seront par la suite fossilisés. L’étude de ces traces fossilisées dans ces sédiments anciens permettent de déduire les conditions de sédimentation.

3 – Fentes de dessiccation

Elles apparaissent à la surface des sédiments argileux lorsque l’argile riche en eau s’assèche. L’étude des fentes de dessiccation fossilisées permet de déterminer le type et le milieu de sédimentation, et que la région a connue des variations saisonnières du climat.

4 – Stratification entrecroisée

Elle est constatée à l’intérieur des strates sédimentaires, qui se caractérise par une disposition en strates dont l’inclinaison, le sens varie d’une couche à l’autre. Cette stratification apparaît dans les zones où les conditions hydrauliques varient, comme les rivières (alternance de crues et décrues), les deltas …

V – Étude des conditions de sédimentation dans les milieux de sédimentation actuels

Les roches sédimentaires résultent de dépôt des produits anciens dans des dépressions dites bassins sédimentaires, où règne un ensemble de facteurs physiques, chimiques et biologiques relativement constant. Ces bassins appartiennent soit à des milieux continentaux, des milieux marins, ou des milieux intermédiaires.

1 – Les bassins de sédimentation continentaux

a – Les sédiments fluviaux

La figure suivante montre un dessin schématique du granoclassement horizontale des sédiments dans un bassin fluvial.

Q-1 – Décrivez l’organisation des sédiments le long du milieu fluvial.

Q-2 – Quels sont les facteurs qui contrôlent ce granoclassement sédimentaire ?

R-1 – Près de la source (amant) se trouve des sédiments de grande taille (les blocs), et plus on s’éloigne de la source on trouve des sédiments de petite tille (gravier, sable et boues). Cette organisation des sédiments est appelée granoclassement horizontale.

R-2 – Les sédiments sont, essentiellement, soumis durant leur transport à : la force du courant d’eau (F) et à la force de la pesanteur (P) :

Si P > F => sédimentation.
Si F > P => transport.

Les sédiments de grandes tailles se déposent rapidement, alors que les sédiments fins sont les derniers à se déposer.

N.B : Dans le milieu fluvial on trouve aussi un granoclassement vertical, la figure () montre un dessin schématique de la distribution des sédiments selon ce classement.

b – Les sédiments désertiques

Le facteur du transport qui règne dans les déserts est le vent. Le sable désertique se caractérise par l’abondance de particules de quartz du type RN, est forme des dunes éoliennes.

c – Les sédiments lacustres

Les lacs sont des réservoirs d’eau douce, de profondeur et d’étendu variables. La circulation de l’eau dans les lacs est faible, et sont alimenté par les : rivières, les précipitations, les sources souterraines.

Généralement les sédiments se déposent en couches continues et parallèles. On trouve dans les lacs des sédiments de différents types, dont on cite :

Les sédiments détritiques : sable, galet…
Les sédiments chimiques et biochimiques :comme les calcaires lacustres

2 – Les milieux intermédiaires

a – Les deltas

Le delta se forme dans les embouchures des rivières, il prend la forme du delta. Les sédiments son soumis à différents facteurs : la force du courant de la rivière et la force les vagues.

Le delta est formé de trois partis :

La plaine deltaïque : Les sédiments sont des faciès de plaine alluviale affectés par l'influence des marées (sable, galet, argile), riches en matière organique sous climat humide, en évaporites sous climat sec et suffisamment chaud.
Le front du delta :C’est le lieu de rencontre des eaux douces chargées de sédiments et des eaux salées, les sédiments diffèrent selon la charge du fleuve, et la taille des particules transportées.
Le pro-delta :Il s’y dépose des sédiments fins généralement bio-turbés car très riches en matière organique d’origine continentale.

b – Les lagunes

Ce sont des étendues d’eau généralement peu profonde, séparé de la mer par un cordon littoral, la communication avec le milieu marin se fait par une ou plusieurs passes qui peuvent être permanentes ou temporaire.

Les eaux des lagunes (salée) sont soumises à une évaporation intense, ce qui cause la formation des évaporites (roches d’origine chimique, résultants de la précipitation des sels) comme : le gypse (CaSO4·2H2O), l’halite (NaCl)…

3 – Le milieu marin

Les océans et les mers reçoivent les produits d’érosion (détritique, solutés), ces produits sont généralement transportés par les eaux des fleuves, et rarement par le vent. Ces particules transportées se déposent dans les différentes zones du domaine marin :

Remarques:

Les planctons sont des êtres vivants microscopique souvent en suspension, quelques planctons portent des coquilles (calcaire ou siliceuses)
La CCD est la zone de compensation des carbonates : au-dessous de la CCD les sédiments calcaires ne se forme pas
La sédimentation biochimique : quelques éléments chimiques sont prélevés de l’eau marine et sont concentrés par les organismes vivants, après leurs morts ils précipitent et forment des roches d’origine biochimiques.

VI – Étude des conditions de sédimentation dans les milieux de sédimentations anciens : Bassin de phosphate au Maroc.

Le Maroc dispose de 72,4 % des réserves mondial de phosphate, ce dernier est contient le phosphore (P). Le phosphore est essentiellement utilisé en agriculture pour la fertilisation du sol et pour des besoins industriels

1 – Le phosphate au Maroc

Le Maroc dispose de plusieurs gisements (fig manuel):

Oulad Abdoun
Gantour (Yousofia, Bengrir)
Maskala (Essaouira, chichawa)
Ouad edahab (boucraa, layoune)

Au Maroc les phosphates se trouvent à une profondeur de 100 à 160 m sous des formes différentes :

Sable phosphaté : C’est le type le plus prédominant, il contient un taux élevé de phosphate.
Silex phosphaté : contient un faible taux de phosphate
Calcaire phosphaté : contient un faible taux de phosphate

2 – Les caractéristiques sédimentologiques et paléontologique de la série phosphaté

La figure suivante montre 3 colonnes stratigraphiques réalisées dans régions contenant le phosphate.

On constate que la série phosphatée de Youssoufia débute de Maastrichtien (- 65 Ma) et se termine au lutécien (-46 Ma). Cette série phosphatée commence par des éléments détritiques fins et finie par des roches carbonatées au sommet.

Puisque les phosphates sont inter-stratifiés avec des bancs calcaires et siliceux, alors les conditions de sédimentation du phosphate ont changé avec la progression du temps géologique.

3 – Les conditions de formation du phosphate au Maroc

Le tableau suivant représente les conditions de vie de quelques espèces animales actuels analogues des fossiles trouvées dans les phosphates marocains.

On constate que ces êtres vivants préfèrent des profondeurs relativement faibles à moyennes et des températures moyennes (climat tropical à équatoriale).

Donc les roches phosphatées sont formées en milieux marins de profondeur relativement (plateau continentale) faible et en climat tropical à équatorial.

N.B : les eaux marines contiennent des quantités très faibles de phosphore (0,1pp), donc il est impossible que la précipitation directe de ce phosphore a donné des phosphates au Maroc. Il a fallu l’intervention des êtres vivants (riche en P) dans le processus de formation des phosphates au Maroc.

4 – La réalisation de la carte paléogéographique des bassins du phosphate

Pour expliquer la genèse du phosphate au Maroc plusieurs théories ont été proposées :

Trappe 1989 : Le centre et l’ouest marocain était submergé par une mer épicontinentale en liaison avec l’océan atlantique. Les sédiments phosphatés se sont déposé sur des fonds de faibles profondeurs (absence de sédimentation dans les zones profondes).
Boujo 1976 : La mer de phosphate était sous forme de golfs de faible profondeurs en liaison avec l’océan atlantique, avec des terrains non submergés.