PRÉLÈVEMENTS EFFECTUÉS 35

Figure 2.6 – Analyse d’une image de lame mince obtenue sur un grès représentatif des grès étudiés par microscopie optique, en transmission et lumière naturelle polarisée non analysée.

Les faciès étudiés ont tous en commun des grains de quartz aux bordures très évoluées, té-moins d’intenses phénomènes d’altération. En effet, ces grains sont émoussés, souvent corrodés et montrent des sutures grain-grain représentatives de contacts ponctuels, plats ou concavo-convexes. Ces morphologies différentes sont la signature d’événements de "dissolution sous pres-sion" liés à la charge lithologique subie par ces roches durant la diagénèse, ou plus simplement, de dissolutions dues à des circulations hydrothermales post-sédimentation. Ces processus justi-fient l’existence d’auréoles de nourrissage des quartz qui peuvent à leur tour, subir de nouvelles phases de dissolution. Les feldspaths, second minéral constitutif des grès après le quartz, sont représentés par des phases appartenant à la série calco-potassique (anorthite-orthose). Ils sont rarement sains : leur état de dégradation correspond à une transformation au moins partielle par kaolinisation, et, le plus souvent, par d’intenses dissolutions qui s’expriment préférentiellement suivant les plans de clivage. Les micas, généralement de petite taille (< 100 µm), sont présents sous forme de mica blanc (muscovite) ou noir (biotite). Le cortège des minéraux argileux, lui, est principalement représenté par des kaolinites, et surtout par des amas fibreux, constitués d’illites et/ou d’illites-smectites. Enfin, les minéraux opaques (oxydes), intimement associés aux miné-raux argileux, sont majoritairement organisés en amas, de taille variable et aux contours plus ou moins bien définis.

Les analyses par XRD sur les poudres de grès (figure 2.7) mettent en évidence la présence de quartz (majoritaire), de feldspaths (principalement microcline et orthoclase), de micas (biotite et muscovite), de minéraux argileux (kaolinite, smectite et illite), de gypse et de goethite. Cette constitution minéralogique est cohérente avec les observations précédentes et avec les composi-tions connues des grès du Buntsandstein (Beyer, 1983; Colas, 2011; Soyk, 2015).

36 CHAPITRE 2. MATÉRIELS ET MÉTHODES

Figure 2.7 – Diffractogrammes obtenus sur les poudres de grès L1, L2, L3, L4, L5 et MC1. Les pics principaux correspondant aux phases majoritaires sont répertoriés : Q = quartz, F = feldspaths (microcline et orthoclase), M = micas (muscovite et biotite), K = kaolinite, I-S = illite-smectite.

Les diffractogrammes des six faciès gréseux ne présentent pas de différences notables, indi-quant une même composition minéralogique. Il est important de souligner que seuls les minéraux majoritaires sont détectés par XRD sur roche totale, et que pour obtenir des informations sur les minéraux présents en plus faible proportion, il est nécessaire d’utiliser des analyses plus ciblées. L’extraction de la fraction inférieure à 2 µm peut permettre, par exemple, de mettre en évidence des minéraux argileux et des oxydes non majoritaires.

On rappelle que la fraction argileuse n’a été étudiée que pour les faciès L1, L4, L2 et L5. La quantité de fraction fine (< 2 µm) récupérée représente environ 10 % massique de l’échan-tillon total : ∼11 % pour L1 et L4, ∼10 % pour L5 et ∼8 % pour L2. Ces valeurs se situent dans la moyenne haute des valeurs rencontrées dans la littérature pour les grès du Buntsandstein supérieur, qui sont comprises entre 3 et 9 % (Kosaka, 1995; Thomachot, 2002; Colas, 2011). Tou-tefois, les pourcentages déterminés ici donnent uniquement un ordre de grandeur, car les modes d’extraction et de pesées utilisés ne permettent pas une quantification précise (annexe A).

Les diffractogrammes obtenus pour les faciès L1, L4, L2 et L5 sont équivalents (annexe A), ce qui indique que ces grès contiennent les mêmes minéraux argileux, dans des proportions similaires. L’analyse des diffractogrammes indique la présence d’illite et de kaolinite (déjà mise en évidence sur les diffractogrammes des roches totales et par l’observation des lames minces) et révèle la présence de deux types d’interstratifié illite-smectite (Lanson et Champion, 1991) et de

2.2. PRÉLÈVEMENTS EFFECTUÉS 37 chamosite (chlorite riches en Fe). Pour tous les faciès, des contributions de micas, de quartz et de goethite sont également détectées.

Ces résultats sont en accord avec l’étude faite par Ploquin (2011). Pour les grès du Bunt-sandstein qu’il a étudiés, la fraction inférieure à 2 µm était composée majoritairement par des illites, des micas et des interstratifiés illites-smectites, ainsi que, de manière moins marquée, par des chlorites et des kaolinites.

Les faciès étudiés ont donc des caractéristiques et des compositions minéralogiques globales très proches. Ils se distinguent cependant par la taille de leurs grains, leur réseau poreux, ainsi que la dimension, l’abondance et la répartition des oxydes (figures 2.8 et 2.9). Ces derniers sont détectés sur les lames minces grâce à leur opacité, et ils se manifestent macroscopiquement par des bandes colorées ou des taches noires ou brunes.

Le tableau 2.1 répertorie les spécificités de chaque faciès.

L1, globalement jaune, présente une variabilité en couleur plus importante que les autres faciès, avec des bandes jaunes, orange et blanches (de quelques centaines de microns à 1 cm de largeur), réparties parallèlement au litage (figure 2.8 a et b). Ces bandes colorées sont dues à la présence d’oxydes, comblant les espaces intergranulaires et formant un coating abondant (figure 2.9). De ce fait, le faciès L1 semble être le moins poreux des faciès étudiés. Une autre partie des oxydes s’organise sous la forme de nodules ou d’amas, aux contours bien définis (figure 2.9). Ces amas constituent des spots noirs (de diamètre ∼500 µm - 1 mm) bien visibles à l’échelle macroscopique, et distribués dans tout le bloc (figure 2.8 a et b).

Des bandes colorées d’oxydes (de largeur ∼3 cm) sont également observées dans le faciès L2 (figures 2.9 et 2.8 c et d). Leur teinte dominante est brune, et elles sont associées à des zones de compacités différentes, qui caractérisent l’existence d’un litage prononcé. Ainsi, suivant une direction perpendiculaire au litage, se succèdent des lits tantôt compacts, tantôt plus lâches. L2 est le grès étudié le plus ouvert et montre des pores de très grande dimension, jusqu’à plusieurs millimètres de diamètre (figure 2.9). De nombreuses petites zones brunes de quelques centaines de microns à quelques millimètres de diamètre, sont également dispersées un peu partout dans le faciès, quel que soit le niveau de compaction du lit considéré (figure 2.8 c et d). Ces anomalies locales témoignent de la présence de "galets mous", amas d’argiles et d’oxydes, qui peuvent atteindre une taille pluri-centimétrique (figure 2.9).

Les faciès L1 et L2 sont ceux qui contiennent le plus grand nombre de zones riches en oxydes. L3 comprend des taches noires, de taille assez importante (∼1 cm), réparties dans le cœur de la roche, sans lien apparent avec le litage. De plus, ce faciès comporte des petites taches brunes et noires (de diamètre ∼1 mm) (figure 2.8 f). On note également la présence d’une inclusion d’un galet de plusieurs centimètres (figure 2.8 e, zone grise en haut à gauche de la section présentée).