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1. La formation d’une roche sédimentaire

Lesrochessont des matériaux constitutifs de notre planète. Elles sont formées en général d’un assemblage...

Sommaire

Contexte et problématiqueQuestionnement ouvertQuestionnement guidéTableau à compléter
DocumentsDoc. 1 Un conglomérat : définition, composition et observations macroscopique et microscopiqueDoc. 2 Un grès : définition, composition et observations macroscopique et microscopiqueDoc. 3 Une pélite : définition, composition et observations macroscopique et microscopiqueDoc. 4 Les étapes de la formation d’une roche sédimentaire détritique
Savoir-faireS’informer sur un processus et le modéliser graphiquement
Bilan et exercices
La formation des roches sédimentaires détritiques
La diagenèse - Classer
Trois roches sédimentaires détritiques - QCM

Contexte et problématique

Lesrochessont des matériaux constitutifs de notre planète. Elles sont formées en général d’un assemblage de minéraux. Le plus souvent, elles sont dures et cohérentes ; dans le langage courant, ce sont les pierres ou les cailloux. Elles peuvent être malléables (on dit aussi plastiques), comme l’argile, ou meubles, comme le sable. Elles peuvent aussi être liquides, comme le pétrole, voire gazeuses, comme le méthane.
Les roches se forment soit à la surface de la Terre, soit au moins en partie en profondeur. Parmi les roches formées à la surface, on trouve lesroches sédimentaires. Elles résultent de l’accumulation, à la suite de leur sédimentation le plus souvent en milieu aquatique, de particules solides issues de l’altération puis de l’érosion de roches prééxistantes. On parle alors deroches détritiques.
Comment, à partir d’un sédiment meuble formé par la sédimentation de particules solides de l’érosion, une roche dure et cohérente peut-elle se former avec le temps ?

Questionnement ouvert

En utilisant l’ensemble des documents proposés et vos connaissances, présenter les caractéristiques de quelques roches sédimentaires détritiques et expliquer les étapes de leur formation sous la forme d’un schéma fonctionnel.
  • On attend que, pour chaque roche présentée, vous précisiez la nature des particules sédimentaires, leur morphologie (forme, taille, aspect) et la nature du liant (ciment entre les particules). La réponse peut se faire sous la forme d’un tableau à double entrée.
  • Ensuite, vous réaliserez un schéma fonctionnel permettant de modéliser graphiquement et d’expliquer les étapes de la formation de ces roches sédimentaires détritiques.
Liste des documents
Doc. 1 Un conglomérat : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 2 Un grès : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 3 Une pélite : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 4 Les étapes de la formation d’une roche sédimentaire détritique

Questionnement guidé

1.En utilisant les descriptions macroscopiques et microscopiques des docs 1 à 3, présenter pour chaque type de roches :
  • la nature des particules sédimentaires, c’est-à-dire de quelle roche ou de quel minéral elles sont faites ;
  • leur morphologie, c’est-à-dire leur forme, leur taille, en utilisant l’échelle des photographies, leur aspect ;
  • la nature du liant (ciment) entre les particules.
Pour cela, compléter le tableau-réponse fourni.
2.Réaliser un schéma fonctionnel pour chaque étape du processus de formation d’une roche sédimentaire détritique décrite dans le doc. 4.
Liste des documents
Doc. 1 Un conglomérat : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 2 Un grès : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 3 Une pélite : définition, composition et observations macroscopique et microscopique
Doc. 4 Les étapes de la formation d’une roche sédimentaire détritique

Tableau à compléter


Documents

Doc. 1 Un conglomérat : définition, composition et observations macroscopique et microscopique

Définition
Un conglomérat est une roche sédimentairedétritique. Elle est constituée a minima de 50 % de débris de roches de plus de 2 mm, liés entre eux par un ciment.
Parmi les conglomérats, on retrouve en particulier lesbrèchessédimentaires, dont les éléments sont plutôt anguleux, et lespoudingues, dont les éléments sont plutôt arrondis (galets).
Composition (très variable selon la région géologique)
Débris de roches de nature variée comme le granite, le calcaire, le basalte, etc. de dimension supérieure à 2 mm, appelés clastes.
La matrice comble les espaces entre les clastes ; elle est constituée de particules de dimension inférieure à 2 mm comme des sables, des limons ou de argiles.
Le ciment relie l’ensemble, ce qui confère à la roche une dureté plus ou moins importante selon sa nature. Il est le plus généralement constitué de minéraux comme la silice, la calcite ou des oxydes de fer.
Observation à l’œil nu
Une brèche
Détail montrant les clastes anguleux, la matrice sableuse et le ciment de couleur ocre
Un poudingue
Détail montrant les galets arrondis inclus dans la matrice sableuse cimentée par un liant riche en oxyde de fer à l’origine de la teinte rouge
Observation au microscope polarisant 
  • En LPNA (x 40 - la taille réelle des plus gros éléments est de 5 mm).
  • En LPA (x 40 - la taille réelle des plus gros éléments est de 5 mm).

Doc. 2 Un grès : définition, composition et observations macroscopique et microscopique

Définition
Un grès est une roche sédimentaire détritique composée à 85 % au moins de grains de quartz plus ou moins arrondis, de taille allant de 62,5 µm à 2 mm.
Ces roches sont très courantes dans le paysage. Leur couleur peut varier : blanchâtre à gris clair ou, selon la nature du ciment, rouge (présence d’oxydes de fer) ou vert (présence de glauconite, un minéral argileux vert).
Composition (très variable selon la région géologique)
Les variétés de grès sont distinguées d’après le grain, la nature du ciment, et/ou la présence d’éléments particuliers :
  • grès à ciment siliceux(roche avec 98 à 99 % de silice), tendres si le ciment est peu abondant, plus durs dans le cas contraire. Certains grès sont entièrement composés de quartz ;
  • grès à ciment calcaire(ou grès calcaires) à grains de quartz liés par de la calcite ;
  • grès particuliers :issus de l’un ou l’autre des types précédents, ils comportent aussi d’autres minéraux, comme des micas, des feldspaths ou encore des fragments de coquilles.
Observation à l’œil nu
Grès de Fontainebleau composé à 99,9% de silice
Détail : les grains de quartz siliceux sont eux-mêmes cimentés par de la silice
Grès rouge dont le ciment est riche en oxyde de fer
Détail à la limite du changement de teinte del’échantillonpouvant montrer une différence dans la composition du ciment
Observation au microscope polarisant 
  • En LPNA (x 40 - la taille réelle des plus gros éléments est de 0,5 à 1 mm).
  • En LPA (x 40 - la taille réelle des plus gros éléments est de 0,5 à 1 mm).

Doc. 3 Une pélite : définition, composition et observations macroscopique et microscopique

Définition
Une pélite est une roche sédimentaire détritique à grains très fins (inférieurs à 62,5 µm). Elle est argileuse et forme une pâte lorsqu’elle est en contact avec de l’eau.
Remarque: on appelle parfois pélite uniquement les roches consolidées (comme l’argilite). Les roches meubles comme l’argile sont alors appelées lutites.
 Composition
Les pélites contiennent généralement des minéraux argileux (pour 30 à 75 % environ), du quartz, des feldspaths (rares), des micas assez nombreux, et parfois de fins débris de coquilles.
Elles montrent souvent de fines stratifications obliques ou non, comme un feuilletage. On les trouve en abondance dans les formations détritiques, où elles peuvent alterner avec les bancs de roches plus grossières (conglomérats, grès, calcaires sableux, etc.).
Observation à l’œil nu
 Une argile verte
Détail oùl’ondistingue quelques cristaux sombres de grande taille parmi les microparticules détritiques vertes
Une argile rouge
Détail montrant la finesse des grains de taille inférieure à 62,5µm
Les argiles font « pâte à l’eau »
Même détachées, il est impossible de distinguer les particules détritiques à l’œil nu sur l’extrémité de l’index.
Observation au microscope polarisant
  • En LPNA (x 100 - la taille réelle des plus gros éléments est de 0,05mm).
  • En LPA (x 100 - la taille réelle des plus gros éléments est de 0,05mm).

Doc. 4 Les étapes de la formation d’une roche sédimentaire détritique

Pour former une roche sédimentaire, un sédiment meuble (comme un sable) doit être transformé en roche cohérente (comme un grès). Le processus de formation d’une roche sédimentaire s’appelle ladiagenèse. Elle englobe tous les processus chimiques et physiques qui affectent un dépôt sédimentaire après sa formation. Elle comporte plusieurs étapes.
Dépôt des sédiments
Dans un environnement marin par exemple, les sédiments se déposent sur le fond. Ils sont progressivement enfouis au fur et à mesure de leur accumulation. Il peut y avoir plusieurs centaines, voire milliers de mètres d’épaisseur de sédiments.
Lors de leur enfouissement, les sédiments sont soumis à une température et une pression de plus en plus élevée. Cela favorise les réactions chimiques au sein du sédiment. Deux phénomènes entrent alors en jeu.
Compaction du sédiment
Le sédiment subit une perte d’eau et une augmentation de la densité.
Cimentation
Les grains peuvent se dissoudre à leurs points de contacts. La cimentation a alors lieu par recristallisation à partir des solutions formées dans les espaces entre les particules sédimentaires.
Le degré de cimentation peut être faible, et on a alors une roche friable, ou il peut être très poussé, et on a une roche très solide.

Savoir-faire

S’informer sur un processus et le modéliser graphiquement

Ce que cela signifie
S’informer revient à prélever de l’information sur le déroulement d’un phénomène biologique ou géologique afin d’en identifier les étapes et, pour chacune, d’en comprendre les mécanismes biologiques, physiques et/ou chimiques.
Ici, la modélisation correspond à la réalisation d’un schéma des étapes du processus étudié. Il s’agit de réaliser un schéma fonctionnel, légendé et titré, réunissant l’ensemble des explications et figurant de manière simple et claire les étapes du processus et les mécanismes.
Comment je dois faire
S’informer: prélever l’information utile, qui permet de comprendre tout ou partie du processus biologique ou géologique. On s’attache à identifier clairement les objets (matériaux, dimensions, etc.) et les mécanismes en jeu, à comprendre le déroulé du processus dans l’espace et dans le temps.
Modéliser graphiquement : réaliser un schéma fonctionnel en figurant :
  • les étapes du processus ;
  • les mécanismes biologiques, physiques et/ou chimiques ;
  • les liens entre les étapes.
Les représentations graphiques des objets doivent être scientifiquement correctes, mais les plus simplifiées possible pour faciliter la lecture du schéma : on ne cherche pas la précision d’un dessin réaliste.
De même pour les mécanismes, une représentation symbolique est attendue, comme l’utilisation de flèches légendées pour indiquer un mécanisme de transport.
Enfin, il est important de situer l’ensemble du processus expliqué dans l’espace et le temps en figurant des échelles, par exemple de profondeur, d’altitude, de hauteur, de longueur, de temps. Il peut être utile d’associer aux échelles de profondeur ou d’altitude des indications de température ou de pression si ces paramètres entrent en jeu dans le processus étudié.
Ce que l’on attend de moi
J’ai réussi à m’informer si j’ai réuni toutes les informations utiles à la compréhension du processus.
J’ai réussi à modéliser graphiquement le processus :
  • si le schéma fonctionnel est scientifiquement correct ;
  • si le schéma représente de manière claire les étapes du processus, les liens entre elles, les objets et les mécanismes en jeu ainsi que leur position sur une échelle de temps et d’espace ;
  • si le schéma et ses différents éléments sont légendés et titrés avec exactitude.

    Bilan et exercices

    La formation des roches sédimentaires détritiques

    Lesroches sédimentaires détritiquessont de nature variée mais sont toutes constituées de particules sédimentaires solides, issues de l’érosion d’une roche préexistante, plus ou moins cimentées entre elles.
    Selon la taille des particules solides, on distingue trois classes :
    • supérieure à 2 mm, comme lesconglomérats(brèches, poudingues) ;
    • entre 62,5 µm et 2 mm, comme les sables et lesgrès ;
    • inférieure à 62,5 µm, comme lespélites, dont les argiles.
    La transformation d’un sédiment meuble en une roche dure et cohérente est un processus appelédiagenèse. Il implique un enfouissement du sédiment qui entraîne sacompactionavec perte d’eau, augmentation de la densité, température et pression croissantes qui favorise les réactions chimiques. Ces réactions chimiques variées et complexes permettent lacimentationdes particules solides entre elles. Ce phénomène lie les particules entre elles et confère à la roche résultante dureté et cohérence.

    La diagenèse - Classer

    Trois roches sédimentaires détritiques - QCM