Mots clés : solidification, sédiment, percolation, cimentation, dissolution, précipitation

Solidification des sédiments meubles

Pierre Thomas

ENS Lyon, Laboratoire de Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

01/03/2004

Résumé

Les mécanismes de solidification des sédiments meubles.


Table des matières

Question

« Une question que je me pose souvent en voyant des figures de sédimentation : comment ces sédiments qui étaient meubles se sont-ils solidifiés ? Est-ce par percolation d'eau qui a laisser un ciment autour des particules (pas besoin d'enfoncement) ? Est-ce par enfoncement, tassement que l'eau a été chassée des interstices, mais dans ce cas pourquoi les figures n'ont-elles pas été écrasées ? L'enfoncement des sédiments est-il le cas le plus fréquent pour leur transformation en roche solide ? »

Réponse

Dans un sable dont les grains se touchent et sont tassés, il n'y a pas (ou peu) de réduction de volume (sauf très grande augmentation de pression). Le durcissement se fait par percolation/cimentation, encore faut-il savoir d'où vient le ciment. Par contre, pour des sédiments du type smectite ou autres argiles gonflantes, la réduction de volume par tassement peut être très importante.

Dans un sable dont les grains se touchent et qui est tassé au maximum, la proportion de vide est faible (disons 30% grand maximum, voir figure 1).

Figure 1. Exemple d'empilement compact de sphères de même taille (comparable à celui des oranges chez l'épicier)

Exemple d'empilement compact de sphères de même taille (comparable à celui des oranges chez l'épicier)

Dans cette exemple, le vide occupe 26 % du volume. Dans un sable, il faut imaginer que des grains de taille inférieure comblent les espaces vides, ce qui diminue encore le pourcentage de porosité.


La dissolution de 10% des grains et le dépôt dans les trous de la silice (ou du carbonate) qui en découle, ne comble pas tous les pores (un grès reste poreux), mais participe beaucoup à la cimentation et à la solidification. Et 10% de dissolution (10% de réduction de volume, donc 10% de réduction de hauteur si on travaille à surface constante), ne se verra pas beaucoup. Un flute cast de 5 cm d'épaisseur n'en aura plus que 4,5. Et, même si on a 30 % de dissolution (dissolution maximale pour boucher tous les trous), le flute cast de 5 cm perdra 30% de hauteur et n'aura plus que 3,5 cm. Seuls les spécialistes en sédimentologie verrons la différence.

Figure 2. Détail de flute cast

Détail de flute cast

Les parties sombres correspondent à la strate moulante de nature gréseuse et les parties claires sont des parties de la strate moulée inférieure, restée accrochée à la strate supérieure lors de la séparation. Voir Flute cast du Crétacé inférieur dans les Alpes pour davantage de détails.


Sur ce, plus le sédiment a été enfoui à grande profondeur, plus la pression et la température sont fortes, donc plus la dissolution-précipitation est efficace, puisqu'en général SiO2 comme CaCO3 sont plus solubles à forte pression qu'à faible pression.

Mots clés : solidification, sédiment, percolation, cimentation, dissolution, précipitation