Sédiments - Sediment

Fait partie d'une série sur
Sédiments
Par origine Terrigène (lithogène) Biogène Cosmogène Hydrogène
Par texture Rondeur Tri Taille d'un grain rocher bricoler gravier Galet granule sable limon argile colloïde Autre oolithe éboulis jusqu'à
Par composition Nodules de manganèse Sable d'aragonite oolithique Tektites
Par processus Sédimentation Budget sédimentaire Transport de sédiments côtier Érosion Érosion Transport éolien (porté par le vent) Biominéralisation Bioturbation Compactage Concrétion Équation extérieure Processus fluviaux Coulée glaciaire dynamique de la calotte glaciaire rafting sur glace Lithification Envasement Courants de turbidité
Par structure Structures sédimentaires Formes de lit litière croisée duness literie de qualité marques d'ondulation Cône alluvial Rivière alluviale La faute Plier Indicateurs paléocourants marques de semelle imbrication Delta de la rivière Interface sédiment-eau Bassin sédimentaire Déformation des sédiments mous Discordance Induit par la végétation
Sédiments du sol Sol matrice espace interstitiel perméabilité morphologie texture valeur Couleur Catena Horizon du sol Humus Humine Salinité du sol Hydropédologie Minéralisation Précipitation microbienne de calcite
Sédiments marins Ventilateur abyssal Aragonite mer d'aragonite sable aragonite oolithique calcite mer de calcite Carbonate de calcium amorphe Calcification Montée continentale Boue de la baie Bioirrigation Transport de sédiments côtiers Approvisionnement en sédiments côtiers Évaporites Argile marine argile rouge pélagique Régression marine transgression Pélagique turbidite contourite hémipelagite Tectonique du sel Bassin sédimentaire Faisceau de marée
Sédiments biogènes Limon calcaire calcification biogénique Limon siliceux silice biogénique la terre de diatomées radiolarite Microfossiles Inversion des intempéries
Écologie sédimentaire Biomanteau du sol Zoologie du sol agents pathogènes du sol Pédodiversité Biodiversité des sols Rhizosphère microbiome racinaire
Carbone sédimentaire Stockage du carbone du sol Carbone du sol Stockage océanique du dioxyde de carbone Charbon Tourbe
Roche sédimentaire Carbonates calcaire dolomie Clastique conglomérat brèche grès roche de boue Évaporite Craie Chert La grauwacke Riche en fer Riche en matières organiques Phosphorite Siliceux
En rapport Histoire géologie géologique paléontologie la science du sol Sédiment hérité Des principes relations transversales continuité latérale horizontalité d'origine Provenance Enregistrement sédimentaire Sédimentologie Stratigraphie Cycle des roches calcium silice carbonate-silicate Paléolimnologie Biosignature
v t e

Rivière déversant des sédiments dans l'océan

Les sédiments sont un matériau naturel qui est décomposé par les processus d' altération et d' érosion , et est ensuite transporté par l'action du vent, de l'eau ou de la glace ou par la force de gravité agissant sur les particules. Par exemple, le sable et le limon peuvent être transportés en suspension dans l'eau des rivières et en atteignant les fonds marins déposés par sédimentation ; s'ils sont enfouis, ils peuvent éventuellement devenir du grès et du siltstone ( roches sédimentaires ) par lithification .

Les sédiments sont le plus souvent transportés par l'eau ( processus fluviaux ), mais aussi par le vent ( processus éoliens ) et les glaciers . Les sables de plage et les dépôts de chenaux fluviaux sont des exemples de transport et de dépôt fluviaux , bien que les sédiments se déposent aussi souvent à partir d'eaux lentes ou stagnantes dans les lacs et les océans. Les dunes de sable du désert et le loess sont des exemples de transport et de dépôt éoliens. Les dépôts de moraine glaciaire et le till sont des sédiments transportés par la glace.

Classification

Sédiments dans le golfe du Mexique

Sédiments au large de la péninsule du Yucatán

Les sédiments peuvent être classés en fonction de leur granulométrie , de leur forme et de leur composition.

Taille d'un grain

La taille des sédiments est mesurée sur une échelle log base 2, appelée échelle « Phi », qui classe les particules par taille de « colloïde » à « rocher ».

Forme

Représentation schématique de la différence de forme du grain. Deux paramètres sont affichés : la sphéricité (verticale) et l' arrondi (horizontal).

La forme des particules peut être définie en fonction de trois paramètres. La forme est la forme globale de la particule, les descriptions courantes étant sphériques, lamellaires ou en forme de tige. La rondeur est une mesure de la netteté des angles du grain. Cela varie de grains bien arrondis avec des coins et des bords lisses à des grains mal arrondis avec des coins et des bords pointus. Enfin, la texture de surface décrit des caractéristiques à petite échelle telles que des rayures, des creux ou des crêtes à la surface du grain.

Former

La forme (également appelée sphéricité ) est déterminée en mesurant la taille de la particule sur ses grands axes. William C. Krumbein a proposé des formules pour convertir ces nombres en une seule mesure de forme, telles que

${\displaystyle \psi _{l}={\sqrt[{3}]{\frac {D_{S}D_{I}}{D_{L}^{2}}}}}$

où , , et sont les longueurs d'axe long, intermédiaire et court de la particule. La forme varie de 1 pour une particule parfaitement sphérique à de très petites valeurs pour une particule en forme de plaque ou de tige. ${\style d'affichage D_{L}}$${\style d'affichage D_{I}}$${\style d'affichage D_{S}}$${\displaystyle \psi _{l}}$

Une mesure alternative a été proposée par Sneed et Folk :

${\displaystyle \psi _{p}={\sqrt[{3}]{\frac {D_{S}^{2}}{D_{L}D_{I}}}}}$

qui, encore une fois, varie de 0 à 1 avec l'augmentation de la sphéricité.

Rondeur

Tableau comparatif pour évaluer la rondeur des grains de sédiments

L'arrondi décrit la netteté des bords et des coins des particules. Des formules mathématiques complexes ont été conçues pour sa mesure précise, mais elles sont difficiles à appliquer et la plupart des géologues estiment la rondeur à partir de tableaux de comparaison. Les termes descriptifs courants vont de très angulaire à angulaire à subangulaire à subarrondi à arrondi à très arrondi, avec un degré croissant de rondeur.

Texture de surface

La texture de surface décrit les caractéristiques à petite échelle d'un grain, telles que les creux, les fractures, les crêtes et les rayures. Ceux-ci sont le plus souvent évalués sur des grains de quartz , car ceux-ci conservent leurs marques de surface pendant de longues périodes. La texture de la surface varie de polie à dépolie, et peut révéler l'histoire du transport du grain ; par exemple, les grains givrés sont particulièrement caractéristiques des sédiments éoliens , transportés par le vent. L'évaluation de ces caractéristiques nécessite souvent l'utilisation d'un microscope électronique à balayage .

Composition

La composition des sédiments peut être mesurée en termes de :

• lithologie de la roche mère
• composition minérale
• maquillage chimique .

Cela conduit à une ambiguïté dans laquelle l' argile peut être utilisée à la fois comme une gamme de tailles et une composition (voir minéraux argileux ).

Transport de sédiments

Les sédiments s'accumulent sur les brise-lames artificiels car ils réduisent la vitesse d'écoulement de l'eau, de sorte que le cours d'eau ne peut pas transporter autant de charge sédimentaire.

Transport glaciaire de blocs. Ces rochers se déposeront au fur et à mesure que le glacier reculera.

Les sédiments sont transportés en fonction de la force du flux qui les transporte et de sa propre taille, volume, densité et forme. Des flux plus forts augmenteront la portance et la traînée de la particule, la faisant monter, tandis que les particules plus grosses ou plus denses seront plus susceptibles de tomber dans le flux.

Processus fluviaux : rivières, ruisseaux et écoulements de surface

Mouvement des particules

Les rivières et les ruisseaux transportent des sédiments dans leurs écoulements. Ces sédiments peuvent se trouver à divers endroits dans l'écoulement, en fonction de l'équilibre entre la vitesse ascendante de la particule (forces de traînée et de portance) et la vitesse de sédimentation de la particule. Ces relations sont présentées dans le tableau suivant pour le nombre de Rouse , qui est un rapport entre la vitesse de sédimentation (vitesse de chute) et la vitesse ascendante.

$${\displaystyle {\textbf {Rouse}}={\frac {\text{Vitesse de stabilisation}}{\text{Vitesse ascendante de la portance et de la traînée}}}={\frac {w_{s}}{\kappa u_{ *}}}}$$

où

• ${\style d'affichage w_{s}}$ est la vitesse de décantation
• ${\style d'affichage \kappa }$est la constante de von Kármán
• ${\displaystyle u_{*}}$est la vitesse de cisaillement

Courbe de Hjulström : les vitesses des courants nécessaires à l'érosion, au transport et au dépôt (sédimentation) de particules de sédiments de différentes tailles

Si la vitesse ascendante est approximativement égale à la vitesse de décantation, les sédiments seront entièrement transportés en aval sous forme de charge en suspension . Si la vitesse ascendante est bien inférieure à la vitesse de sédimentation, mais toujours suffisamment élevée pour que le sédiment se déplace (voir Initiation du mouvement ), il se déplacera le long du lit en tant que charge de fond en roulant, glissant et salant (sautant dans le courant , étant transporté sur une courte distance puis s'installant à nouveau). Si la vitesse ascendante est supérieure à la vitesse de décantation, les sédiments seront transportés haut dans le flux en tant que charge de lavage .

Comme il existe généralement une gamme de tailles de particules différentes dans l'écoulement, il est courant que des matériaux de tailles différentes se déplacent dans toutes les zones de l'écoulement pour des conditions de flux données.

Formes de lit fluvial

Des ondulations asymétriques modernes se sont développées dans le sable au fond de la rivière Hunter, en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie. Le sens d'écoulement est de droite à gauche.

Dunes à crête sinueuse exposées à marée basse dans la rivière Cornwallis près de Wolfville, en Nouvelle-Écosse

Ancien gisement en chenal dans la formation Stellarton ( Pennsylvanien ), Coalburn Pit, près de Thorburn, Nouvelle-Écosse.

Le mouvement des sédiments peut créer des structures auto-organisées telles que des ondulations , des dunes ou des antidunes sur le lit de la rivière ou du ruisseau . Ces formes de lit sont souvent préservées dans les roches sédimentaires et peuvent être utilisées pour estimer la direction et l'ampleur du flux qui a déposé les sédiments.

Ruissellement superficiel

L'écoulement de surface peut éroder les particules de sol et les transporter vers le bas de la pente. L'érosion associée à l'écoulement de surface peut se produire par différentes méthodes en fonction des conditions météorologiques et d'écoulement.

• Si l'impact initial des gouttelettes de pluie déloge le sol, le phénomène est appelé érosion par les éclaboussures de pluie.
• Si l'écoulement de surface est directement responsable de l'entraînement des sédiments mais ne forme pas de ravines, on parle d'« érosion en nappe ».
• Si l'écoulement et le substrat permettent la canalisation, des ravines peuvent se former ; c'est ce qu'on appelle "l'érosion en ravines".

Environnements de dépôt fluviaux clés

Les principaux milieux fluviaux (rivières et ruisseaux) pour le dépôt de sédiments comprennent :

• Deltas (sans doute un environnement intermédiaire entre fluvial et marin)
• Barres de points
• Ventilateurs alluviaux
• Rivières tressées
• Lacs d'Oxbow
• Digues
• Cascades

Processus éoliens : vent

Le vent entraîne le transport de sédiments fins et la formation de champs de dunes de sable et de sols à partir de poussières en suspension dans l'air.

Processus glaciaires

Sédiments glaciaires du Montana

Les glaciers transportent une large gamme de tailles de sédiments et les déposent dans des moraines .

Équilibre de la masse

L'équilibre global entre les sédiments en transport et les sédiments déposés sur le fond est donné par l' équation d'Exner . Cette expression indique que le taux d'augmentation de l'élévation du lit en raison du dépôt est proportionnel à la quantité de sédiments qui tombe de l'écoulement. Cette équation est importante dans la mesure où les changements dans la puissance du débit modifient la capacité du débit à transporter des sédiments, et cela se reflète dans les modèles d'érosion et de dépôt observés dans un cours d'eau. Ceci peut être localisé, et simplement dû à de petits obstacles ; les exemples sont les trous d'affouillement derrière les rochers, où l'écoulement s'accélère, et le dépôt à l'intérieur des méandres . L'érosion et le dépôt peuvent également être régionaux; l'érosion peut se produire en raison de l' enlèvement du barrage et de la chute du niveau de base . Le dépôt peut se produire en raison de la mise en place d'un barrage qui fait que la rivière s'accumule et dépose toute sa charge, ou en raison de l'élévation du niveau de base.

Rivages et mers peu profondes

Les mers, les océans et les lacs accumulent des sédiments au fil du temps. Les sédiments peuvent être constitués de matériaux terrigènes , qui proviennent de la terre, mais peuvent être déposés dans des environnements terrestres, marins ou lacustres (lac) ou de sédiments (souvent biologiques) provenant de la masse d'eau. Le matériel terrigène est souvent fourni par les rivières et ruisseaux à proximité ou par des sédiments marins remaniés (par exemple du sable ). Au milieu de l'océan, les exosquelettes des organismes morts sont principalement responsables de l'accumulation de sédiments.

Les sédiments déposés sont à l'origine de roches sédimentaires , qui peuvent contenir des fossiles des habitants de l'étendue d'eau qui étaient, à leur mort, recouverts par l'accumulation de sédiments. Les sédiments du lit du lac qui ne se sont pas solidifiés en roche peuvent être utilisés pour déterminer les conditions climatiques passées .

Environnements de dépôt marins clés

Éolianite holocène et plage de carbonate à Long Island, Bahamas

Les principales zones de dépôt de sédiments dans le milieu marin comprennent :

• Littoral des sables (par exemple des sables de plage, sable de rivière de ruissellement, barres côtières et, en grande partie spits clastiques avec peu de contenu faunistique)
• Le plateau continental ( argiles limoneuses , augmentation du contenu en faune marine).
• La marge du plateau (faible apport terrigène, principalement des squelettes fauniques calcaires )
• La pente du plateau (beaucoup plus de limons et d'argiles à grains fins)
• Lits d'estuaires avec les dépôts résultants appelés « boue de la baie ».

Un autre environnement de dépôt qui est un mélange de fluvial et marin est le système de turbidite , qui est une source majeure de sédiments pour les bassins sédimentaires et abyssaux profonds ainsi que les fosses océaniques profondes .

Toute dépression dans un environnement marin où les sédiments s'accumulent au fil du temps est connue sous le nom de piège à sédiments .

La théorie du point nul explique comment le dépôt de sédiments subit un processus de tri hydrodynamique dans l'environnement marin conduisant à un affinage vers la mer de la taille des grains de sédiments.

Problèmes environnementaux

Érosion et apport de sédiments agricoles aux rivières

L'une des causes des charges sédimentaires élevées est l' abattis-brûlis et la culture itinérante des forêts tropicales . Lorsque la surface du sol est dénudée de végétation, puis desséchée de tous les organismes vivants, les sols supérieurs sont vulnérables à l'érosion éolienne et hydrique. Dans un certain nombre de régions de la terre, des secteurs entiers d'un pays sont devenus érodables. Par exemple, sur le haut plateau central de Madagascar , qui constitue environ dix pour cent de la superficie terrestre de ce pays, la majeure partie de la superficie terrestre est dévégérée et des ravins se sont érodés dans le sol sous-jacent pour former des ravins distinctifs appelés lavakas . Celles-ci mesurent généralement 40 mètres (130 pieds) de large, 80 mètres (260 pieds) de long et 15 mètres (49 pieds) de profondeur. Certaines zones ont jusqu'à 150 lavakas/kilomètre carré, et les lavakas peuvent représenter 84 % de tous les sédiments emportés par les rivières. Cet envasement entraîne une décoloration des rivières en une couleur brun rouge foncé et entraîne la mort de poissons.

L'érosion est également un problème dans les zones d'agriculture moderne, où l'élimination de la végétation indigène pour la culture et la récolte d'un seul type de culture a laissé le sol sans support. Beaucoup de ces régions sont situées à proximité de rivières et de bassins hydrographiques. La perte de sol due à l'érosion enlève des terres agricoles utiles, ajoute aux charges de sédiments et peut aider à transporter des engrais anthropiques dans le système fluvial, ce qui conduit à l' eutrophisation .

Le ratio de livraison de sédiments (SDR) est la fraction de l'érosion brute (érosion en interill, rigoles, ravines et cours d'eau) qui devrait être livrée à l'exutoire de la rivière. Le transfert et le dépôt des sédiments peuvent être modélisés avec des modèles de distribution des sédiments tels que WaTEM/SEDEM. En Europe, selon le modèle WaTEM/SEDEM, le ratio de livraison de sédiments est d'environ 15 %.

Développement côtier et sédimentation près des récifs coralliens

Le développement des bassins versants à proximité des récifs coralliens est une cause principale de stress corallien lié aux sédiments. Le dépouillement de la végétation naturelle dans le bassin versant pour le développement expose le sol à une augmentation des vents et des précipitations et, par conséquent, peut rendre les sédiments exposés plus sensibles à l'érosion et à la livraison dans le milieu marin pendant les précipitations. Les sédiments peuvent affecter négativement les coraux de plusieurs manières, par exemple en les étouffant physiquement, en abrasant leurs surfaces, en provoquant une dépense d'énergie des coraux lors de l'élimination des sédiments et en provoquant des proliférations d'algues qui peuvent finalement conduire à moins d'espace sur le fond marin où les coraux juvéniles (polypes) peuvent régler.

Lorsque des sédiments sont introduits dans les régions côtières de l'océan, la proportion de sédiments terrestres, marins et d'origine organique qui caractérise le fond marin près des sources de production de sédiments est modifiée. De plus, étant donné que la source de sédiments (c.-à-d. terre, océan ou organique) est souvent corrélée à la taille moyenne des grains de sédiments grossiers ou fins qui caractérisent une zone, la distribution granulométrique des sédiments changera en fonction de l'apport relatif de terre ( sédiments généralement fins), marins (généralement grossiers) et d'origine organique (variables avec l'âge). Ces altérations des sédiments marins caractérisent la quantité de sédiments en suspension dans la colonne d'eau à un moment donné et le stress corallien lié aux sédiments.

Considérations biologiques

En juillet 2020, des biologistes marins ont signalé que des micro-organismes aérobies (principalement), en " animation quasi-suspendue ", ont été trouvés dans des sédiments organiquement pauvres, vieux jusqu'à 101,5 millions d'années, à 250 pieds sous le fond marin dans le gyre du Pacifique Sud (SPG) ("l'endroit le plus mort de l'océan"), et pourrait être la forme de vie la plus longue jamais trouvée.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

• Prothero, Donald R.; Schwab, Fred (1996), Géologie sédimentaire : Introduction aux roches sédimentaires et à la stratigraphie , WH Freeman, ISBN 978-0-7167-2726-2
• Siever, Raymond (1988), Sand , New York: Scientific American Library, ISBN 978-0-7167-5021-5
• Nichols, Gary (1999), Sédimentologie et stratigraphie , Malden, MA : Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-03578-6
• Reading, HG (1978), Environnements sédimentaires : processus, faciès et stratigraphie , Cambridge, Massachusetts : Blackwell Science, ISBN 978-0-632-03627-1