Le cycle sédimentaire s'achève quand les particules se déposent puis se transforment en roche. Ce chapitre explique les mécanismes de la sédimentation, les étapes de la diagenèse (compaction, cimentation), puis présente la classification des roches sédimentaires (détritiques, chimiques, biochimiques, carbonées) et leur intérêt économique. C'est le chapitre qui pèse le plus lourd dans les examens de Géodynamique externe.
1. La sédimentation : le dépôt des particules
La sédimentation est le dépôt des matériaux transportés lorsque l'énergie de l'agent diminue : ralentissement d'un cours d'eau à l'entrée d'un lac ou de la mer, chute du vent, fonte du glacier. Le dépôt mécanique trie les particules selon leur taille et leur densité : les plus grossières se déposent en premier, près de la source, les plus fines sont emportées au large (granoclassement). Le dépôt chimique résulte de la précipitation d'ions lorsque la solution atteint la saturation, par évaporation (sels) ou par changement de température et de pression (calcite). Le dépôt biochimique est dû aux organismes qui fixent les ions dans leurs coquilles, tests et squelettes (calcaires coquilliers, récifs, craie). Les sédiments s'accumulent en couches ou strates superposées, séparées par des surfaces de stratification, ce qui fonde la stratigraphie.
2. La diagenèse : du sédiment à la roche
La diagenèse regroupe les transformations physiques et chimiques qui convertissent un sédiment meuble en roche cohérente, à basse température et faible profondeur (en deçà du métamorphisme). La compaction, sous le poids des couches sus-jacentes, réduit la porosité et expulse l'eau interstitielle : une argile peut perdre plus de la moitié de son volume. La cimentation est la précipitation, dans les pores, d'un ciment calcaire, siliceux ou ferrugineux qui soude les grains entre eux : c'est ainsi qu'un sable devient un grès et une vase carbonatée un calcaire. S'y ajoutent la dissolution de certains grains, la recristallisation (aragonite → calcite) et des transformations minéralogiques comme la dolomitisation (remplacement partiel du calcium par le magnésium) ou la maturation de la matière organique en hydrocarbures. Le processus de transformation en roche est aussi appelé lithification.
Ensemble des processus (compaction, cimentation, dissolution, recristallisation) qui transforment un sédiment meuble en roche sédimentaire cohérente, à faible température et faible pression.
3. Les roches détritiques
Les roches détritiques (terrigènes) sont formées de débris de roches préexistantes transportés puis déposés. Elles se classent d'abord par la taille des grains : les rudites (grains supérieurs à 2 mm) comprennent les conglomérats, avec des galets arrondis (poudingues) ou anguleux (brèches) ; les arénites (grains entre 2 mm et 1/16 mm, soit 62,5 µm) donnent les sables et les grès ; les lutites ou pélites (grains inférieurs à 1/16 mm) regroupent les silts et les argiles. Le classement (homogénéité des tailles), l'arrondi des grains et la nature du ciment renseignent sur l'agent et la durée du transport : un grès à grains mats et bien classés est éolien, un poudingue à galets arrondis est fluviatile ou littoral, une brèche à éléments anguleux a peu voyagé.
4. Roches chimiques, biochimiques et carbonées
Les roches carbonatées sont les plus abondantes après les argiles. Les calcaires (CaCO3, effervescence à l'acide chlorhydrique dilué) sont d'origine chimique (calcaires oolithiques, travertins des sources) ou biochimique (calcaires coquilliers, récifaux, craie formée de coccolithes) ; la dolomie (CaMg(CO3)2) ne réagit qu'à chaud ou à l'acide concentré. Les évaporites se forment par évaporation d'eau de mer ou de lac en climat aride : la précipitation suit un ordre fixe, calcite puis gypse (CaSO4·2H2O) puis halite (NaCl) puis sels de potassium. Les roches siliceuses (silex, radiolarites, diatomites) proviennent de la silice des organismes ou de précipitations. Les roches carbonées résultent de l'accumulation de matière organique : la houillification transforme les végétaux en tourbe, lignite, houille puis anthracite (teneur en carbone croissante), tandis que le plancton enfoui dans les vases donne le kérogène, source du pétrole et du gaz. Les phosphates, roches sédimentaires marines dont le Maroc détient les premières réserves mondiales (Khouribga, Gantour, Boucraa), se rattachent aux roches biochimiques.
5. Intérêt de l'étude des roches sédimentaires
Les roches sédimentaires couvrent environ 75 % de la surface des continents, bien qu'elles ne représentent qu'une faible fraction du volume de la croûte. Elles ont un intérêt scientifique : elles seules contiennent des fossiles et enregistrent les milieux et les climats anciens, ce qui fonde la stratigraphie et la reconstitution de l'histoire de la Terre. Elles ont un intérêt économique majeur : combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), phosphates, sels, minerais d'aluminium (bauxite) et de fer sédimentaire, matériaux de construction (calcaire pour le ciment, argile pour les briques, gypse pour le plâtre, sables et graviers), et réservoirs d'eau souterraine dans les grès et calcaires poreux.
| Famille | Origine | Exemples | Critère de reconnaissance |
|---|---|---|---|
| Détritiques | Débris transportés | Conglomérat, grès, argile | Taille des grains (> 2 mm, 2 mm à 1/16 mm, < 1/16 mm) |
| Carbonatées | Chimique ou biochimique | Calcaire, craie, dolomie | Effervescence à HCl (calcaire) |
| Évaporites | Précipitation par évaporation | Gypse, halite, sylvite | Solubilité, goût salé, faible dureté |
| Siliceuses | Organismes ou précipitation | Silex, radiolarite, diatomite | Dureté élevée, pas d'effervescence |
| Carbonées | Matière organique | Tourbe, houille, pétrole | Couleur noire, faible densité, combustible |
Classification simplifiée des roches sédimentaires
- Sédimentation quand l'énergie de l'agent chute ; dépôts mécaniques (triés), chimiques (saturation) ou biochimiques (organismes).
- Diagenèse = compaction (perte d'eau, porosité réduite) + cimentation (ciment calcaire, siliceux, ferrugineux) → lithification.
- Détritiques : rudites > 2 mm (conglomérats), arénites (grès), lutites < 1/16 mm (argiles).
- Calcaire : effervescence à HCl ; dolomie : pas d'effervescence à froid.
- Évaporites : ordre de précipitation calcite → gypse → halite → sels de potassium.
- Charbon : tourbe → lignite → houille → anthracite ; pétrole issu du kérogène des vases marines.
Question incontournable : « Définissez la diagenèse et décrivez ses étapes » ou « Classez les roches détritiques selon la granulométrie » avec les limites 2 mm et 1/16 mm. En TP et à l'examen, on te tend un échantillon : teste l'effervescence à HCl pour distinguer calcaire, dolomie et grès. Piège fréquent : la diagenèse se produit à basse température, elle ne doit pas être confondue avec le métamorphisme.