Les roches carbonatées comptent parmi les groupes les plus étudiés du module, avec leurs propres constituants, leur propre vocabulaire et deux classifications majeures — celle de Folk et celle de Dunham — qui reviennent systématiquement en travaux pratiques. Ce chapitre couvre leur mode de formation, leurs constituants et ces classifications de référence.
1. Généralités et mode de formation
Les roches carbonatées sont des roches sédimentaires composées de plus de 50 % de carbonate de calcium ou de carbonate double de calcium et de magnésium. Les deux principales roches carbonatées sont le calcaire (CaCO₃, minéral dominant : calcite) et la dolomie (CaMg(CO₃)₂, minéral dominant : dolomite). Elles se forment essentiellement en milieu aquatique, marin le plus souvent, et sont généralement de faible dureté, réagissant aux acides avec dégagement de CO₂. Elles peuvent appartenir à trois lignées différentes : une lignée térrigène (lithoclastes issus de l'érosion d'une roche carbonatée antérieure), une lignée biochimique (accumulation de débris de squelettes d'organismes) et une lignée chimique (précipitation directe du carbonate, sans intervention biologique).
2. Les mécanismes de précipitation du carbonate de calcium
La précipitation du CaCO₃ obéit à un équilibre chimique gouverné par la teneur en CO₂ de l'eau : tout facteur qui provoque un départ de CO₂ (élévation de température, agitation de l'eau, assimilation chlorophyllienne, activité bactérienne anaérobie) ou un départ d'eau (évaporation, gel) favorise la précipitation de la calcite. La température, la luminosité (précipitation favorisée dans la zone photique), la salinité et le pH (milieu basique favorable) sont les principaux facteurs qui contrôlent la production carbonatée, tandis que l'augmentation du CO₂ atmosphérique, l'oxydation de la matière organique et l'augmentation de la pression favorisent au contraire la dissolution du CaCO₃. Le second grand mode de fixation du carbonate est biologique : de nombreux organismes (algues, mollusques, foraminifères, échinodermes, coraux) construisent un squelette ou un test carbonaté ; après leur mort, ces éléments s'accumulent au fond du bassin, mais peuvent être en partie dissous au-delà de la profondeur dite niveau de compensation des carbonates.
3. Les allochèmes : les éléments figurés
Les allochèmes sont les éléments figurés d'une roche carbonatée, c'est-à-dire les grains visibles, formés par précipitation chimique ou biochimique dans le bassin et généralement remaniés par un certain transport. On distingue principalement les bioclastes (fragments ou tests fossiles entiers, à l'exclusion des organismes constructeurs), les oolithes (grains sphériques formés d'un nucléus entouré de fines couches concentriques, dont la taille est de l'ordre du millimètre et dont le cortex alterne des couches déposées en périodes calmes et agitées), les pisolithes (équivalents des oolithes mais de taille supérieure) et les pellets (petits agrégats sans structure interne, souvent d'origine fécale). La présence, la proportion et l'état de chacun de ces allochèmes renseignent directement sur l'énergie et la profondeur du milieu de dépôt.
4. Les orthochèmes : matrice et ciment
Les orthochèmes constituent la phase de liaison entre les allochèmes. La micrite est une boue carbonatée microcristalline, déposée par décantation en même temps que les grains dans les zones calmes : elle joue le rôle de matrice. La sparite est au contraire un ciment carbonaté à cristaux plus grossiers et limpides, précipité après le dépôt, pendant la diagenèse, dans les pores laissés libres par une eau agitée qui n'a pas permis le dépôt de boue. La présence de micrite ou de sparite entre les grains est le critère principal de la classification de Dunham.
5. Les classifications de Folk et de Dunham
La classification de Folk (1959) est une classification analytique fondée sur la nature et la proportion des allochèmes et de la phase de liaison (micrite ou sparite). La classification de Dunham (1962), plus employée sur le terrain et en lame mince, est une classification texturale fondée uniquement sur la proportion relative de grains et de boue micritique, indépendamment de la nature exacte des allochèmes : elle distingue le mudstone (essentiellement de la micrite, moins de 10 % de grains), le wackestone (matrice micritique dominante, grains supportés par la boue), le packstone (grains jointifs qui se supportent entre eux, matrice micritique dans les pores), le grainstone (grains jointifs, ciment sparitique, sans micrite) et le boundstone (constituants organisés et liés lors du dépôt, comme dans un récif).
Grain carbonaté sphérique à sub-sphérique formé d'un nucléus entouré de couches concentriques, formé dans les milieux marins peu profonds et agités.
Boue carbonatée microcristalline déposée par décantation, jouant le rôle de matrice dans une roche carbonatée ; caractéristique des milieux calmes.
Ciment carbonaté à cristaux grossiers et limpides, précipité pendant la diagenèse dans les pores d'un sédiment déposé en milieu agité, sans boue micritique.
| Terme de Dunham | Grains vs matrice | Phase de liaison | Énergie du milieu |
|---|---|---|---|
| Mudstone | Moins de 10 % de grains | Micrite dominante | Très faible (eau calme) |
| Wackestone | Grains dispersés dans la boue | Micrite | Faible |
| Packstone | Grains jointifs | Micrite entre les grains | Modérée |
| Grainstone | Grains jointifs, sans boue | Ciment sparitique | Forte (eau agitée) |
| Boundstone | Organismes liés en place | Liaison organique | Variable (récif) |
Classification texturale de Dunham (1962)
- Calcaire (CaCO₃, calcite) et dolomie (CaMg(CO₃)₂, dolomite) sont les deux roches carbonatées principales.
- Trois lignées : térrigène (lithoclastes), biochimique (bioclastes accumulés), chimique (précipitation directe).
- Allochèmes : bioclastes, oolithes, pisolithes, pellets — orthochèmes : micrite (matrice) et sparite (ciment).
- Dunham classe par texture (grains vs micrite) : mudstone → wackestone → packstone → grainstone → boundstone.
- Micrite = milieu calme (décantation) ; sparite = milieu agité (ciment de pores lors de la diagenèse).
Les TP de Pétrographie sédimentaire portent presque toujours sur l'identification d'une roche carbonatée en lame mince avec la classification de Dunham, à réciter dans l'ordre énergétique croissant (mudstone à boundstone). Piège classique : confondre matrice micritique et ciment sparitique, ou oublier que le boundstone se définit par l'organisation biologique en place et non par la seule proportion de grains.