Avant-propos sur la présentation des résultats pétrographiques

3.4.1. Composition minéralogique

La composition minéralogique actuelle des grès est présentée sous forme de diagramme ternaire Quartz-Feldpsath-Lithique ou QFL selon la classification de Folk (1974). Le pôle Quartz représente tous les grains détritiques reconnus en comptage, monocristallins et polycristallins. Le pôle Feldspath regroupe les feldpaths de type plagioclase et potassique. Le pôle Lithique regroupe les fragments de roches sédimentaires, plutoniques et métamorphiques, c’est-à-dire les grains détritiques multiminéraux. Dans cette nomenclature, les grains détritiques de micas ne sont pas pris en compte.

L’instabilité chimique de certains minéraux, notamment les feldspaths (mais aussi les grains lithiques ou les micas), induit une altération et/ou dissolution totale ou partielle avec l’enfouissement. Il est cependant possible de calculer la quantité initiale de feldspath (Fi) d’après l’équation 9, afin d’estimer la composition minéralogique du sédiment au moment du dépôt à travers un diagramme Q-Fi-L :

( ) (9)

où F est la somme des feldspaths, , la porosité secondaire liée à la dissolution des feldspaths, et , les ciments de remplacement des feldspaths altérés et/ou dissous.

Une des particularités des grès étudiés est la présence de nombreux micas pouvant atteindre jusqu’à 10% du volume total de la roche. Un deuxième diagramme ternaire nommé Q-F-M (Quartz-Feldspath-Mica) est utilisé afin d’apprécier les différences de quantités de mica. L’intérêt de ce diagramme est d’obtenir une lecture rapide des différents minéraux instables mécaniquement et chimiquement.

Ainsi, le pôle M est constitué de la somme des micas et des fragments lithiques (eq. 10) :

102

De la même façon que pour les feldspaths, les micas sont souvent altérés et remplacés par différents ciments (principalement de type kaolinite) avec l’enfouissement. Les quantités initiales de micas peuvent donc être estimées par la formule (eq. 11) :

( ) (11)

où L est la somme des fragments lithiques, M est la somme des micas et les ciments de remplacement des micas altérés.

3.4.2. L’importance relative de la compaction et de la cimentation

La porosité d’un sédiment silicoclastique au moment de son dépôt est principalement fonction de la taille et du tri des grains de quartz. Pour un sable propre et bien trié, la porosité dépositionnelle oscille entre 35 et 45 % du volume total de la roche (Beard & Weyl, 1973 ; Wilson & McBride, 1988 ; Lundegard, 1992). Dans le cadre de cette thèse, la porosité primaire initiale de chaque échantillon a été calculée à partir du logiciel Touchstone, s’appuyant à la fois sur les travaux de Beard & Weyl (1973), et sur des travaux expérimentaux non publiés réalisés dans le cadre du consortium Geocosm (2001).

Au cours de l’enfouissement, la porosité d’un sédiment silicoclastique est réduite par la combinaison de la compaction mécanique/chimique et de la cimentation. L’importance relative de la perte de porosité par compaction (CoPL) ou par cimentation (CePL) peut être calculée à partir des équations d’Ehrenberg (1989) (eq. 12 et 13) :

^{( )} (12)

( ) (13)

où est la porosité intergranulaire initiale au moment du dépôt, est le volume intergranulaire final et est la somme des ciments intergranulaires. Les valeurs sont exprimées en pourcentage du volume total de la roche (ou % volumique).

103

L’importance relative de la cimentation par rapport à la compaction peut être représentée par deux diagrammes. Le premier met en relation le CoPL en fonction du CePL (Figure 27A). Ce type de diagramme permet de différencier les échantillons dont la perte de porosité intergranulaire est principalement liée à la compaction et/ou à la cimentation. Le second diagramme met en relation l’IGV avec la somme des ciments intergranulaires (Figure 27A B, modifié d’après Houseknecht, 1987 ; Ehrenberg, 1989). Ce type de diagramme permet d’apprécier quantitativement les facteurs responsables de la perte de porosité d’un sédiment. Sur la Figure 27, les porosités intergranulaires sont représentées par des diagonales noires sur le diagramme et sont calculées comme suit (eq. 14):

(14)

où est le volume intergranulaire final et est la somme des ciments intergranulaires.

La diagonale en pointillés noirs sépare le domaine dans lequel la compaction a été plus prédominante dans la perte de porosité (en bas à gauche sur le diagramme) du domaine dans lequel la cimentation a été plus importante que la compaction (en haut à droite sur le diagramme). La valeur maximale de l’IGV (- matrice) est définie par l’hypothèse selon laquelle les sables bien triés ont une porosité initiale de 40%. Ehrenberg (1989) a souligné l’importance du choix de cette valeur pour l’interprétation de ce type de graphique. La taille et le tri des grains pouvant être très variables suivant les échantillons étudiés, il convient de choisir cette valeur avec précaution. Dans le cadre de cette étude, les valeurs de porosité initiale ont été calculées pour chaque échantillon à l’aide du logiciel Touchstone, permettant ainsi de définir précisément la valeur maximale (initiale) de l’IGV par échantillons. Globalement ces valeurs varient de 35 à 40 % pour les échantillons étudiés, ce qui est dans la fourchette des valeurs admises/mesurées pour ce type de sédiments.

104

Figure 27: L’importance relative de la compaction et de la cimentation dans la perte de la porosité intergranulaire. A) Diagramme représentant la perte de porosité par compaction (CoPL) en fonction de la perte de porosité par cimentation (CePL) (Ehrenberg, 1989). B) Diagramme représentant l'IGV final en fonction de la somme des ciments intergranulaires (modifié d’après Houseknecht, 1987 ; Ehrenberg, 1989). Les droites noires représentent les iso-porosités intergranulaires. Dans les deux diagrammes, la diagonale en pointillés noirs sépare le domaine dans lequel la compaction a été le processus dominant de celui dans lequel la cimentation a été plus importante que la compaction.

Nous terminerons ce chapitre outils et méthode par le travail réalisé sur le développement analytique dans le but de mieux comprendre les résultats présentés dans le chapitre IV.