Les roches sédimentaires : archives des paysages anciens - Maxicours

Les roches sédimentaires : archives des paysages anciens

Objectifs
  • Connaitre le principe de superposition.
  • Connaitre le principe d’actualisme.
  • Savoir reconstituer un paléoenvironnement, grâce à l’étude d’indices présent dans les roches sédimentaires.
Points clés
  • L’ordre de dépôt des strates détermine son âge : c’est le principe de superposition.
  • Le principe d’actualisme postule que les événements qui se sont exercés dans le passé s’exercent encore de nos jours et ont les mêmes effets.
  • La nature de la roche sédimentaire, les indices comme les fossiles ou figures sédimentaires qu’elle contient permettent de donner des indications sur les conditions environnementales de sa formation (climat, peuplement) en appliquant le principe d’actualisme.
Pour bien comprendre
  • Les roches sédimentaires sont formées de couches de sédiments qui se sont consolidées durant le processus de sédimentation.
  • Une strate est une couche sédimentaire horizontale.
  • Un paléoenvironnement correspond à un environnement ancien qui a ses propres caractéristiques : climat et peuplement.
1. Principe de superposition et d’actualisme
a. Principe de superposition
Doc. 1 : Photographie présentant un affleurement de roches sédimentaires en bord de mer

On observe sur cet affleurement de roches sédimentaires des strates. Celles-ci se sont empilées au cours des temps lors du phénomène de sédimentation.
Par le principe de superposition, on peut réaliser une datation relative.

Doc. 2 : Schéma explicatif du principe de superposition

D’après le principe de superposition, la strate 1 est située sous la strate 2 ; elle s’est donc déposée avant et est également plus âgée.
De même pour la strate 2, qui est située sous la strate 3. Elle est donc plus ancienne que la strate 3.
Cette datation est qualifiée de relative ; elle s’oppose à la datation absolue.

b. Principe d’actualisme

Le principe d’actualisme est un des principes de base de géologie moderne. Il énonce que les lois physiques et chimiques qui encadrent les phénomènes géologiques actuels étaient aussi valables dans le passé.
Il a été énoncé au XVIIIe siècle par James Hutton.

Dans le cas de l’étude des roches sédimentaires, cela signifie que l’observation d’indices dans ces roches anciennes nous permettent, par comparaison avec des éléments actuels, de reconstituer l’environnement qui existait lors de leur formation (climat, peuplement).

Ces indices sont :

  • des fossiles ;
  • des figures sédimentaires ;
  • la taille et forme des particules.
2. Des indices présents dans les roches sédimentaires permettant de reconstituer les paysages anciens

Les paysages anciens correspondent à des paléoenvironnements.
Ce sont des environnements anciens.
Ils possèdent leurs propres caractéristiques : domaine fluvial ou marin, profond ou peu profond, agité ou calme, etc.
Les indices retrouvés dans les roches sédimentaires vont donc nous permettre de reconstituer leurs caractéristiques.

a. Rides de sable
Doc. 3 : Photographie de rides de plage actuelle

Une ride de sable est une figure sédimentaire typique du fond de l’eau en présence d’un courant (cours d’eau, mer, etc.).
Sur la photo ci-dessus, sur une plage actuelle, on observe de petites crêtes allongées symétriques.
Ces rides se forment sous l’action de la houle qui exerce un mouvement d’ondulation symétrique.
La direction des crêtes est perpendiculaire au sens du courant.

Doc. 4 : Croquis représentant les crêtes symétriques vu de profil

Ces types de rides se forment sous une faible couche d’eau : une zone de rivage marin, par exemple.

Doc. 5 : Photographie de rides fossilisées dans une roche sédimentaire (grès)

Sur cette photo, on observe le même type de crêtes allongées symétriques, mais fossilisées.
Grâce au principe d’actualisme, on peut alors conclure que cette roche sédimentaire s’est formée dans un environnement de rivage marin à faible profondeur sous l’action de la houle.

Il existe un autre type de rides dites asymétriques, appelées rides de courant.

Doc. 6 : Croquis représentant les crêtes asymétriques vu de profil

Ces rides de courant correspondent à un autre environnement : elles se forment sous l’action d’un courant plus puissant sur le fond de l’eau en pleine mer ou en bord de mer.

Pour ce type de crêtes, on peut même en déduire le sens du courant : le flanc en pente douce indique le côté d'où venait le courant.

L’observation de rides de sable est donc un bon indice pour reconstituer certaines conditions environnementales passées.

b. Taille des particules

Le tri des particules, appelé tri granulométrique, le long des cours d’eau se fait en fonction de leur taille et de la vitesse du courant.
Si le trajet est long et calme (rivières et fleuves), les particules qui sédimentent sont fines et bien triées.
Si le trajet est court et agité (torrent), les particules seront plus grossières, mal triées.

Doc. 7 : Photographie de roche sédimentaire

Cette roche sédimentaire est constituée de nombreuses strates de sédiments qui se sont déposées au cours de millions d'années.
Les strates faites de particules très fines indiquent des conditions de courant calme tout au long de la sédimentation.
Les strates composées de particules plus grossières et mal triées indiquent des conditions de courant agité lors de la sédimentation.
Ces observations signifient que, lors de la formation de cette roche sédimentaire, les conditions environnementales ont changé régulièrement (cours d’eau agité et cours d’eau calme).

L’étude de la taille des particules est donc un bon indice pour reconstituer certaines conditions environnementales passées.

c. Forme des particules

Lors du transport par l’eau, les petites particules, comme les grains de sable, changent de forme au cours de leur transport dans les cours d’eau.

Doc. 8 : Croquis présentant deux grains de sable ayant subi une durée de transport différent

Les grains anguleux sont non usés. Cela signifie qu’ils ont été peu transportés par l’eau. Ils se sont vite déposés.
Les grains ou galets arrondis et émoussés sont usés. Cela signifie que le transport par l’eau a été plus long.
Par le principe d’actualisme, l’observation de la forme des grains de sable dans une roche sédimentaire permet de déterminer la durée de transport des particules sédimentaires qui la composent.

L’étude de la forme des particules est donc un bon indice pour reconstituer certaines conditions environnementales passées.

d. Les fossiles
Doc. 9 : Photographie présentant des fossiles d'animaux marins dans une roche biodétritique

On observe, dans cette roche sédimentaire biodétritique, des fossiles : coquilles entières ou brisées ressemblant beaucoup aux coquilles des bivalves actuels.

 

Doc. 10 : Photographie d'un bivalve actuelLe bivalve est un mollusque marin constitué de 2 valves (appelées coquilles).

En appliquant le principe d’actualisme, la présence de coquilles de bivalves dans la roche sédimentaire prouve que cette roche s’est formée en milieu marin.

Grâce aux fossiles observés dans les roches sédimentaires et en appliquant le principe d’actualisme, il est donc possible de reconstituer l’histoire de l’environnement (caractéristiques, climat, peuplement).

3. Etude d’un affleurement pour déterminer le paléoenvironnement

On peut reconstituer certains éléments des paysages anciens (paléoenvironnement) en observant les milieux actuels et en les transposant aux phénomènes du passé.

Exemple du grès à Voltzia 

Doc. 11 : Croquis présentant de manière simplifiée quelques strates du grès à Voltzia

Description d’une partie de l’affleurement :
On retrouve à la base des grès en lentilles et à stratification entrecroisée ; on les appelle grès à meules. Ces grès sont constitués de sables fins agglomérés.

Actuellement, on retrouve ce genre de sédiments (sables fins) et ce genre de disposition avec stratifications entrecroisées dans les deltas des fleuves.
On peut aussi observer, dans les grès à meules, des traces de plantes (exemple : Voltzia), de reptiles et d’amphibiens.
Les grès à meules sont surmontés par des grès en dalles, des grès argileux, puis des grès coquilliers. Toutes ces strates de grès contiennent des restes de fossiles marins.

Actuellement, on retrouve ce genre de sédiments (sables + argiles ou sables + coquilles) en domaine marin.

Doc. 12 : Photographie d'un fossile de poisson
Doc. 13 : Photographie d'un poisson actuel semblable au fossile retrouvé

En appliquant le principe d’actualisme, on peut donc déterminer le paléoenvironnement qui régnait lors de la formation du grès à Voltzia : passage d'un milieu continental fluviatile deltaïque (grès à meules) à un milieu progressivement marin (grès argileux et grès coquillier).

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