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Cours de Pétrologie Sédimentaire
L1 SVTE 2017
Pierre Pellenard
UFR Sc. Vie, Terre & Environnement
Université de Bourgogne
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Introduction : sédiments, roches sédimentaires et bassins
sédimentaires
A - Les sédiments et roches détritiques
B - Les sédiments et roches carbonatés
C - Les évaporites
D - Les sédiments et roches siliceuses
E - Les phosphorites
F - Les roches ferrifères
G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...)
Plan général
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Objectifs du cours :
• Aspect de la roche (granulométrie, hétérogénéité, texture, couleur)
• Composition minéralogique (particules, phase liaison)
• Maturité de la roche (transport)
• Structure sédimentaire
• Contenu fraction biogène
Conditions environnementales
de dépôts
(ou paléoenvironnementales
pour les dépôts anciens)
Déduction des conditions post-dépôts
Les processus en jeu? (altération – érosion – transport – dépôt) : Climat, tectonique, relief, courantologie, activité biologique… Rôle de la diagenèse
Facies et nom
de la roche
(classification)
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Ouvrages et liens internet :
http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm
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Rappel cycle des roches et place des sédiments et
roches sédimentaires
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Les sédiments
détritiques
(silicoclastiques
terrigènes)
Les sédiments
volcano-
clastiques
Les sédiments
biogéniques,
biochimiques et
organiques
Carbonates,
roches
biosiliceuses,
phosphates,
pétroles,
charbons
Evaporites,
roches
ferrugineuses
Les sédiments
chimiques
Conglomérats,
sables,
grès,
siltites
argilites
Tufs,
cinérites,
bentonites,
hyaloclastites,
coulées :
Altération
Resédimentation
80-85%
10-15%
65%
Diversité des sédiments et roches sédimentaires
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Carte de répartition des différents types de sédiments
dans le domaine océanique
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Dutkiewicz et al., 2015 Geology
1ère carte mondiale digitalisée des sédiments océaniques
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Environnements de dépôts: bassins sédimentaires
(zone subsidente = préservation des sédiments)
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Ex : Vallée du grand
rift africain: lac Asal
(Djibouti)
Environnements continentaux
Environnements marins
Ex : marge passive du
bassin Jeanne d’Arc
(au large du Canada)
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A - Les sédiments et roches détritiques
(terrigènes ou silicoclastiques)
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1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques
1.2 – Formation des sédiments détritiques
- l’altération mécanique
- l’altération chimique
- le rôle du climat
1.3 – Les minéraux et leur altération
1.4 – Les textures et la maturité
2 – Les classifications utilisées
2.1 – La granulométrie
2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat)
2.3 – Les arénites (sables/grés)
2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites)
3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
3.1 – Sur les continents
3.2 – Dans le milieu marin
3.3 – La diagenèse
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Roche meuble (sable)
Roche indurée (grés)
1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques
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Place des sédiments détritiques dans les océans actuels
St Laurent
Indus Gange
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Altération physique 1.2 – Formation des sédiments détritiques
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Altération physique
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Altération physique 1.2 – Formation des roches détritiques
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Altération chimique
Les silicates sont soumis à l'hydrolyse :
silicate + H2O + CO2 => argile + Si4+ + cations + HCO3–
KAlSi3O8 + H2CO3 => Al2Si2O5(OH)4 + H4SiO4 + K+ + HCO3-
(K-feldspath) (kaolinite)
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Altération chimique
Les roches sont soumises à l’oxydo-réduction: Fe2+ → Fe3+
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Altération chimique
Potentiel ionique Z/r qui détermine le comportement des ions face à l’hydrolyse (H2O)
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Agencements des tétraèdres et des octaèdres en feuillets
exemple de la kaolinite (1/1 ou TO)
Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
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Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
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Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
Exemple de chlorite au MEB Exemple de kaolinite au MEB
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Rôle capital du climat
Altération mécanique dominante
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Feldspaths Micas
Muscovite Biotite Chlorite
Illite
Vermiculite Smectite
Chlorite secondaire
Kaolinite
Gibbsite
Hydroxides d’Al
Bisialitisation (2/1)
Monosialitisation (1/1)
Allitisation
Minéraux originels
(roches mères)
Altération variable selon le climat (+relief et substrat)
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Sol développé (Chine du sud) Chaos granitique 1.8 Ga
(Devil Marble Australie Centrale)
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Profil d'altération d'une grano-diorite
Altération chimique des roches mères
1.3 – Les minéraux et leur altération
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Quartz + zircon + tourmaline
chert + silex …
muscovite
microcline
orthose
plagioclase
hornblende + biotite
pyroxène
olivine
Verres volcaniques
Phases minérales stables
et résistantes à l’altération
chimique et mécanique
Phases minérales instables
facilement altérables
chimiquement et
mécaniquement
+
-
RE
SIS
TA
NC
E
Nature minéralogique des grains des roches détritiques
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Différents types de sables
Sable siliceux (quartz)
Sable coquillier Sable « noir »
(minéraux sombres)
Sable « vert »
(olivine, glauconite)
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Quartz (LPA) Quartz et feldpaths (LPNA)
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si
Fragments lithiques
(=débris de roches
Ex: granite, gneiss,
basalte, schiste,
calcaire…)
Micas (muscovite,
biotite)
- souvent déformés
- marque le litage
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ém
ou
ssé
Indice d’émoussé
Morphologie des grains : l’usure (émoussé) témoin du transport
1.4 – Les textures et la maturité
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Grains non usés (NU) Grain émoussé luisant (EL)
Grains rond mat (RM)
Figures de dissolution
Précipitation de silice
Exoscopie
Morphologie des grains : l’aspect, témoin de l’environnement
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La fabrique texturale ou texture
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Fabrique sédimentaire : imbrication de galets = analyse des paléocourants
La fabrique texturale ou texture
Fabrique à support par matrice
Fabrique à support par grains
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La fabrique texturale ou texture
Grés à litage plan
Stratifications planes sur une plage Actuel,
Santa Cruz, Californie, USA
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La fabrique texturale ou texture
Grés à litage oblique
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Grés à HCS (figures de tempestites)
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La fabrique texturale ou texture
Grés bioturbé (bioturbation = traces d’organismes)
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La maturité d’une roche détritique
TEXTURE MINERALOGIE MATURE
IMMATURE
- matrice absente,
présence d’un ciment
- grains émoussés
- bon classement
- matrice abondante
- grains anguleux
- taille des grains
hétérogène
- Quartz domine
(quartzarénite)
- Minéraux lourds
résistants (zircon,
tourmaline)
- Feldpaths abondants
(arkose)
- Fragments lithiques
abondants (litharénite)
- Minéraux
ferromagnésiens
(olivine, pyroxène, …)
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1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques
1.2 – Formation des roches détritiques
- l’altération mécanique
- l’altération chimique
- le rôle du climat
1.3 – Les minéraux et leur altération
1.4 – Les textures et la maturité
2 – Les classifications utilisées
2.1 – La granulométrie
2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat)
2.3 – Les arénites (sables/grés)
2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites)
3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
3.1 – Sur les continents
3.2 – Dans le milieu marin
3.3 – La diagenèse
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Blocs erratiques
2 – Les classifications utilisées
2.1 – La granulométrie
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Courants éoliens turbides
formant les loess
Poussières éoliennes
du désert
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grés
La classification granulométrique
![Page 46: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/46.jpg)
2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat)
![Page 47: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/47.jpg)
Orthoconglomérat oligogénique
Paraconglomérat à matrice non
laminaire = tillite
Classification des conglomérats et brèches d'après Prothero & Schwab (1996)
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A = Orthoconglomérat
B = Paraconglomérat
Conglomérat extraformationnel
Conglomérat intraformationnel
![Page 49: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/49.jpg)
Dropstones Tillite
Dreikanter = galet façonné par le vent
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2.2 – Les arénites (sables/grés)
![Page 51: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/51.jpg)
Classification des sables
d’après Pettijohn et al., 1987
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Quartz à nbx inclusions
Feldspath
Ciment
calcitique
poecilithique
zircon Ciment siliceux
Qm
Qm
Qm
Qm Qm
- Abondance de Qm propres
- Mx lourds fréquents
- Figures pression-dissolution
- Porosité variable (IR ou IIR)
Les quartziques (quartzarénite) Porosité (air, eau,
pétrole, gaz)
Auréole de croissance
syntaxique
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Sable fluviatile, Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds)
mi
Fds
Fds
Fds
Les arkoses
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Sable fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction
Les litharénites
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LPNA LPA
Présence de Quartz, Feldsapth, fragments lithiques enrobés dans une
matrice de chlorite et de quartz silteux
Turbidite silurienne d’Ecosse
Les Grauwackes
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2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites)
Classification des « mudrocks » selon
Lundegard & Samuels (1980)
siltite
siltite argileuse
shale
argilite
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Caractérisation & classification
Minéralogie : DRX, MEB, MET, IR
Géochimie : majeur et traces
Propriétés pétrophysiques,
géomécaniques : CEC,
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Podzol
Bisiallitisation
Monosiallitisation
Allitisation
Influence climatique
sur la formation des
argiles et leur
distribution
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1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques
1.2 – Formation des roches détritiques
- l’altération mécanique
- l’altération chimique
- le rôle du climat
1.3 – Les minéraux et leur altération
1.4 – Les textures et la maturité
2 – Les classifications utilisées
2.1 – La granulométrie
2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat)
2.3 – Les arénites (sables/grés)
2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites)
3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
3.1 – Sur les continents
3.2 – Dans le milieu marin
3.3 – La diagenèse
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3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
Domaine continental
Littoral Domaine marin
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3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
3.1 – Sur les continents
Cônes alluviaux
Tillite, moraines
Montagnes – plateaux – plaines - vallées - domaine littoral
Dépôts
sédimentaires
Agents
transport
dominants
Environnements
glaciers lacs
estuaires
deltas
plages
lagunes
fleuves
rivières
déserts
glace/eau/gravité vent vent/eau eau/gravité
Dunes éoliennes
Erg, reg
Dépôts lacustres
Dépôts fluviatiles
Sebkha
Gilbert delta
Dépôts tidaux
Cordons sableux
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3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires
Dépôts morainiques
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3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires
tillite
![Page 64: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/64.jpg)
3.1 – Sur les continents : système montagneux (influence du gravitaire)
Exemple d’éboulement récent en Italie du Nord
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3.1 – Sur les continents : les cônes d’éboulis et cônes alluviaux
![Page 66: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/66.jpg)
3.1 – Sur les continents : environnements désertiques
Accumulation de sable : erg
Dunes en barkhane
Accumulation de blocs : reg
VENT
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3.1 – Sur les continents : environnements désertiques
Dunes éoliennes fossiles à stratifications obliques métriques dans les
grès éoliens de la Formation de Navajo, Jurassique, Page, Arizona,
USA
Grains rond mat (RM)
MEB Loupe binoculaire
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3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
Réseau fluviatile en tresse, Inde
Réseau fluviatile à méandres, Brésil
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Erosion et remplissage d’un chenal fluviatile (Estérel, Permien)
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
![Page 70: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/70.jpg)
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
![Page 71: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/71.jpg)
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
Grain émoussé luisant (EL)
grés fluviatile (arkose), Précambrien, à
microcline et orthoses séricitisées (Fds)
Grés fluviatile, Cambrien, Espagne, effet
de la compaction
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3.1 – Sur les continents : domaine lacustre
![Page 73: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/73.jpg)
Les dépôts varvaires (lacs)
3.1 – Sur les continents : domaine lacustre
![Page 74: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/74.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin
Shoreface Foreshore
![Page 75: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/75.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Delta Estuaire Estuaire&flèche littorale
Apports fluviatiles dominants Marée dominante
(courants tidaux) Houle dominante
Levées sableuses
Crevasse splay
Barre embouchure
Barres sableuses
Dépôts tidaux (tidalites)
Tidal flat (sand et mudflat)
Cordon (flèche) sableuse
Lagune vaseuse
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3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Mont St Michel
Rythmites tidales (tidalites) enregistrant les cycles semi-diurnes
(marées) et semi-mensuels (lunaires) de vives-eaux
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3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
![Page 78: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/78.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
![Page 79: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/79.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
![Page 80: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/80.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: le plateau continental (canyon sous-marin)
![Page 81: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/81.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Debris flow
![Page 82: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/82.jpg)
![Page 83: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/83.jpg)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Turbidite silurienne d’Ecosse
(grauwacke)
![Page 84: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/84.jpg)
Répartition des minéraux argileux dans le domaine océanique
3.2 – Dans les océans: milieu marin profond (domaine bathyal-abyssal)
![Page 85: Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 ... Agencements des tétraèdres et](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021704/5b378a8c7f8b9a5a518c7be5/html5/thumbnails/85.jpg)
d
d
d
3.3 – La diagenèse
quartzite grès sable
galets
schiste, ardoise
silt
argile
siltite
argilite
conglomérat conglomérat quartzitique
diagenèse métamorphisme
diagenèse métamorphisme
diagenèse métamorphisme
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Les différents stades de la diagenèse
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Pour les arénites:
Compaction : évolution de la porosité
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Pour les arénites: lithification par cimentation (compaction + fluides)
gD cS
cS cS
cS
gD
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Pour les arénites: compaction : pression-dissolution = libération SiO2
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Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique
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Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique