LES ENSEMBLES SEDIMENTAIRES ET LEUR DECRIPTAGE

Le chapitre précédent montrait de quelle manière et dans quelles conditions étaient élaborés les principaux types de sédiments. Ce chapitre va s’intéresser à la façon dont ces sédiments s’accumulent et forment des masses volumineuses qui entrent dans la constitution de l’écorce terrestre, ainsi qu’aux moyens d’interpréter et de reconstituer leur histoire.

1.E

Ainsi qu’il a été vu, les sédiments sont le résultat d’actions diverses mécaniques, chimiques, biologiques, dans un contexte donné (bassins marins profonds, peu profonds, soumis à l’agitation des vagues, etc.). Leur vitesse de dépôt dépend non seulement de l’apport ou de leur taux de production, mais également des conditions locales. De plus, un dépôt peut être formé et remanié sans cesse, pour finalement ne laisser aucune trace de son existence s’il n’est pas retiré et préservé de la dynamique du système. Cet enregistrement géologique du dépôt peut être continu ou fortuit et dépend toujours d’un ensevelissement par comblement du milieu de sédimentation et/ou de l’action de la subsidence. Celle-ci est un mouvement d’affaissement de l’écorce terrestre qui s’effectue avec des vitesses - habituellement lentes - et des intensités variables suivant les endroits et au cours du temps (subsidence différentielle). Il peut exister dans le même bassin une ou plusieurs zones de subsidence maximale qui peuvent se déplacer, ainsi la subsidence peut s’étendre à une région externe précédemment immobile ou vice versa, elle peut s’arrêter momentanément ou encore être remplacée par un soulèvement.

C’est en définitive la subsidence qui rend compte de l’accumulation importante des séries

sédimentaires, parfois sur des milliers de mètres d’épaisseur. Par conséquent, la mesure de

l’épaisseur d’une série sédimentaire ancienne ne donne pas d’indication sur le temps qui a été nécessaire à son édification, mais seulement sur l’intensité de la sédimentation et de la subsidence. Les causes de la subsidence seront abordées dans le chapitre consacré à la tectonique.

2.N

La plupart des sédiments sont classés, c’est-à-dire formés de grains d’un calibre déterminé - ce classement étant plus ou moins bon selon les cas – et stratifiés, c’est-à-dire disposés en couches successives. Ils présentent des compositions chimiques et minéralogiques, des structures et des composants qui traduisent habituellement les conditions et le milieu de formation, ainsi que leur évolution. Par exemple :

- les fossiles et leurs états de conservation ;

- les bioturbations, remaniement du sédiment par des organismes fouisseurs ;

- les fentes de dessiccation, qui traduisent des périodes d’émersion et d’assèchement du sédiment ;

- des structures de remaniement des sédiments dus à des agitations temporaires de l’eau (« tempestites ») ;

- le lessivage des boues et le tri mécanique provoqués par l’action de la houle ; - des alignements de silex.

On appelle faciès l’ensemble des caractères d’un sédiment et par extension d’un ensemble de sédiments. Le lithofaciès désigne un faciès essentiellement lithologique et le biofaciès un faciès essentiellement paléontologique. Par exemple, on parlera de faciès marin, faciès lacustre, faciès oolithique, faciès littoral, faciès crinoïdique, ...

Les sédiments qui se déposent au même moment en différents endroits et présentent des faciès différents sont dits contemporains ou synchroniques. Lorsque l’on se déplace d’un endroit à l’autre, des couches de même âge montrent par conséquent une variation latérale de faciès.

L’aire dans laquelle se développe un même faciès à un moment donné est une zone isopique ; elle est séparée d’une autre zone isopique par une ligne isopique.

D’autre part, en un endroit donné, les conditions peuvent se modifier au cours du temps (par exemple en raison d’une variation du niveau marin) et donner naissance à une variation verticale

de faciès.

Les lignes isopaques correspondent au lieu des points d’égale épaisseur d’un ensemble de couches caractérisé par un faciès particulier ou déposé pendant un intervalle de temps donné.

Exemple de variation latérale de faciès dans le Dévonien supérieur du Bassin de Namur-Dinant.

3.L

Une montée du niveau marin se marque par une transgression marine (envahissement par la mer d’une surface continentale). Elle peut être due à l’extension de la subsidence à une région qui était jusque là émergée (montée relative), ou à une élévation globale du niveau des mers, par exemple suite à la fonte d’un inlandsis. La régression marine est le processus inverse (retrait de la mer). Elle peut résulter de l’arrêt de la subsidence avec comblement sédimentaire de la région affectée, d’un soulèvement local, ou d’une descente globale du niveau des mers, consécutive par exemple à la formation d’un inlandsis.

Le cycle sédimentaire est l’ensemble formé par une transgression suivie d’une régression. Sa durée peut être de quelques dizaines de milliers d’années à quelques millions ou dizaines de millions d’années, suivant les phénomènes responsables de la variation du niveau marin.

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A titre d’exemple, on peut imaginer un cycle très simple se déroulant dans un bassin dans lequel les faciès lithologiques se distribueraient du rivage vers le large suivant l’ordre : gravier – sable – silt – argile. Lors d’une transgression, les nouvelles couches de sédiments vont se déposer sur les précédentes, mais tous les faciès seront déplacés latéralement. On voit aussi que chacun des faciès pourra constituer une unité lithologique continue latéralement, mais diachronique, c’est-à-dire dont l’âge varie suivant l’endroit où l’on se trouve (à l’inverse d’une unité synchronique, dont l’âge serait le même partout). Lorsque survient une régression, le processus s’inverse. On tire de cet exemple les conséquences importantes suivantes pour l’analyse des séries sédimentaires et la reconstitution de l’histoire géologique des bassins de sédimentation :

- Les transgressions et les régressions provoquent des variations latérales et verticales des faciès. - Ces variations ne sont pas quelconques : les faciès se superposent dans un ordre déterminé qui

constitue des cycles.

- L’examen de la succession des couches d’une série ancienne en un endroit permet de reconnaître l’existence de cycles sédimentaires pendant l’accumulation de la série et d’extrapoler et corréler ceux-ci latéralement. En effet, les observations sur le terrain ne permettent souvent pas d’observer les variations latérales de faciès en continu.

- L’enregistrement sédimentaire vertical n’est pas toujours continu : des sédiments peuvent ne pas se déposer, par exemple dans des zones émergées, ou être enlevés par l’érosion lors d’une phase transgressive. Cette absence de dépôt pendant un intervalle de temps donné est une

lacune stratigraphique.

L’étude de la nature, de la genèse, des épaisseurs et des distributions latérales et verticales des faciès au cours des temps géologiques, permet de reconstituer l’histoire tectono-sédimentaire d’une région. Cette histoire est très complexe puisqu’elle résulte des variations de nombreux paramètres : subsidence, climat, courants marins, niveau de la mer, topographie du fond marin, présence et tracé des rivières sur le continent, nature des sédiments, etc. Elle nécessite la détermination de la contemporanéité ou du diachronisme de sédiments déposés en des régions différentes, des lacunes stratigraphiques et de l’enchaînement des cycles sédimentaires, et repose impérativement sur la

connaissance de l’âge des couches et leur corrélation stratigraphique. La datation des couches

sédimentaires et leur corrélation peuvent être réalisées par différentes méthodes qui font l’objet du chapitre suivant.