L'étude de provenance

5.3 Formalisation de la géochimie à l'étude de transport solide . 91 5.3.1 Principes . . . 91 5.3.2 Modes d'échantillonnage . . . 96 5.3.3 Méthodes d'analyse . . . 98 5.4 Conclusion . . . 101

5.1 Introduction

L'analyse de la dynamique de la Loire sur la base des photos aériennes a montré que malgré l'apparition du substratum marneux, le cours d'eau reste approvisionné en matériaux. Ce chapitre montre les méthodes d'analyse qui peuvent être mises en oeuvre an d'analyser la dynamique des sédiments. Il se divise en deux grandes parties :

- la première présente l'étude de provenance des sédiments et ses limites d'application. - la seconde expose les méthodes d'analyse géochimique envisagées pour analyser les va-

riations des signaux géochimiques lors du transport des matériaux sur un tronçon de la Loire.

5.2 L'étude de provenance

Le but des études de provenance des sédiments est de reconstruire et d'interpréter l'his- toire des sédiments, de l'érosion initiale de roches mères à leurs dépôts an d'en déduire les caractéristiques des zones "sources" à partir des mesures des propriétés de composition

et de texture des sédiments, complétées par d'autres informations (Pettijohn et al., 1987). La principale diculté dans l'analyse de la provenance des sédiments provient du fait que les sédiments ne sont pas une image parfaite de leurs sources, ce qui implique que d'autres paramètres que la lithologie déterminent leur composition nale.

D'une manière générale, les sédiments sont constitués de deux types de matériaux : les éléments dominants contenus dans les grains grossiers qui sont des résidus d'altération de la roche mère, et les sédiments ns pouvant essentiellement être composés de minéraux argileux formés à la suite de l'altération des minéraux instables.

Le climat et la topographie de la zone source sont les principaux facteurs qui contrôlent le processus tels que l'altération et l'érosion. Celles-ci déterminent le spectre détritiques fournis aux auents de premier ordre au début du système de dispersion reliant la source et le bassin. La végétation, joue un rôle important de modérateur de ce qui sort de la zone source pour aller vers les auents (Weltje et al., 1998). Elle est également en grande partie contrôlée par le climat et la topographie.

Les phénomènes d'altération provoquent l'appauvrissement des minéraux instables comme les feldspaths et les minéraux maques (pyroxène, amphibole, biotite), tandis que les mi- néraux relativement stables comme le quartz et le zircon, ainsi que les minéraux argileux, sont enrichis dans le spectre détritique. Par ailleurs, les compositions et les caractéris- tiques texturales des détritus initiaux sont modiées par l'abrasion et le tri, durant le transport des sédiments depuis leurs origines (g. 5.1). Pendant le transit des sédiments, l'altération chimique les modie considérablement, notamment pendant les phases de sto- ckages temporaires dans les systèmes alluviaux (Johnsson et Meade, 1990), ce qui brouille encore plus le spectre détritique d'origine.

Figure 5.1: Principales étapes dans l'évolution des sédiments (en capital) et les pro- cessus principaux qui modient la composition des sédiments clastiques depuis la zone source au bassin sédimentaire. Les facteurs de contrôle sont indiqués sur la droite (en italique)(traduit de Weltje et von Eynatten (2004).)

Le mélange de détritus provenant de sources multiples peut également modier les carac- téristiques initiales des sédiments, surtout lorsque les voies de dispersion sont complexes et impliquent de recyclage des sédiments déposés antérieurement. Sur le site de dépôt, une signature environnementale (par exemple, bioclastes, glauconie) peut s'ajouter aux sédi- ments, provoquant au début un changement de composition qui est sans rapport avec le spectre détritique initial. Les processus postsédimentaires sont largement contrôlés par la composition et la texture des sédiments (granulométrie, formes et perméabilité, densité), par la quantité et le taux de subsidence (historique d'enfouissement), ainsi que par la chi- mie des uides qui parcourent le bassin (Giles, 1997). Les propriétés nales des sédiments reètent donc la lithologie d'origine et toute l'histoire de ses modications liées à l'érosion, au recyclage, au transport, au mélange, au dépôt et à la diagenèse. Le réseau complexe des relations entre la source et les sédiments ne pourra jamais être complètement connu, car une quantité importante d'informations est toujours perdue par le large éventail de modications de la composition et la texture qui aectent le spectre détritiques.

Si les règles régissant la production et la dispersion des sédiments provenant de roches mères connues peuvent être entièrement quantiées, la quantité et la composition textu- rale et les propriétés des sédiments produits pour un scénario tectonique et climatique donné pourraient être prédites. A l'heure actuelle, les études de provenance des roches sédimentaires ne permettent pas encore de telles prédictions.

Les descriptions pétrographiques sont quantitatives et dans quelques situations descrip- tives. Les descriptions pétrographiques quantitatives incluent, mais ne sont pas limitées au comptage de point (analyse modale), la taille des grains pour chaque espèces minérales, la forme de grain et ou la texture, les inclusions dans les grains, les associations de mi- néraux, la porosité, ainsi que d'autres propriétés. Les observations peuvent être faites au microscope à la lumière rééchie pour observer les contours des grains. On peut observer des lames minces en lumière naturelle et polarisée.

Dans la méthode de Gazzi-Dickinson (Ingersoll et autres, 1984), l'espacement de la grille utilisée dans le compte de point doit être supérieur à la taille du grain an d'éviter de compter chaque grain plus d'une fois. La méthode de Gazzi-Dickinson est limitée aux grains de taille supérieure à 62.5 µm (i.e aux sables).

L'analyse pétrographique de provenance fournit des informations très détaillées mais ne permet d'identier que les particules appartenant aux tranches granulométriques allant du sable n au sable très grossier. Elle est surtout utilisée, lorsque l'objectif poursuivi est de déterminer, dans une série sédimentaire ancienne, de quel domaine paléogéographique provenait le sédiment (Dickinson 1970, 1985, 1988) ou quelles conditions paléoclimatiques pouvaient y régner (Basu 1976, 1985 ; Johnsson 1990, 1992, 1993).

On peut caractériser les compositions par l'analyse chimique multi-élémentaire des prélè- vements (classés ou non) et les comparer aux compositions des roches des bassins versants, des sédiments meubles plus anciens et du substratum. La géochimie est très souvent uti- lisée dans les études de provenance (Bathia, 1983 ; Suttner et Dutta, 1986 ; Floyd et Leveridge, 1987, Fralick et Kronberg, 1997), et pour établir des corrélations stratigra- phiques dans les sédiments dépourvus de marqueurs paléontologiques (Pearce et Jarvis, 1995 ; Racey et al., 1995 ; Preston et al., 1998).

L'interprétation des provenances a été obtenue à l'aide d'analyses géochimiques que nous présentons dans ce qui suit.

5.3 Formalisation de la géochimie à l'étude de trans-