Les figures (ou structures) sédimentaires

Dans cette page :

• Introduction
• Les figures sédimentaires élémentaires
• Les figures sédimentaires postérieures au dépôt
  • Figures d'érosion basale
  • Figures et empreintes de surface
  • Déformations synsédimentaires
• Pour en savoir plus

Introduction

Il existe deux catégories de figures (ou structures) sédimentaires : les figures élémentaires (mises en place au moment du dépôt) et les figures postérieures au dépôt des sédiments.

Dans tous les cas, ces figures sédimentaires apportent des renseignements précieux, par exemple sur les conditions de sédimentation, sur la profondeur, l’état d’oxygénation du milieu ou même le climat. Elles peuvent aussi être utilisées pour connaître la polarité des couches (= savoir où se trouve la base et le sommet de la couche).

Les figures sédimentaires élémentaires

Au moment de se déposer, les particules sédimentaires s’organisent, sous l’influence des forces hydrodynamiques et aérodynamiques responsables de leur transport. Cette organisation peut se traduire par l’apparition de structures particulières, d’autant plus variées que le courant est fort et changeant. Ce sont donc dans les milieux côtiers et sur les marges sédimentaires que les structures sédimentaires sont les plus nombreuses. Les sables quartzeux représentent les matériaux les plus favorables à la fabrication et à la conservation des figures sédimentaires (car ils ont une taille moyenne, une dureté élevée et une faible cohésion). Au contraire, la présence de structures sédimentaires dans des dépôts fins est beaucoup plus rare, et elles ne sont parfois visibles qu’en microscopie. Quand les structures sédimentaires sont absentes, cela peut indiquer par exemple que le dépôt s’est mis en place sous l’effet d’un courant violent, ou alors qu’elles ont disparu à cause de la diagenèse ou d’une bioturbation.

Les figures sédimentaires peuvent s’observer au sommet ou à la base des bancs, en empreintes directes (‘marks’) ou en contre-empreintes (‘casts’). Les figures sédimentaires répétitives, complexes ou organisées en séquence, s’observent sur la section des bancs.

Parmi les principales figures élémentaires, on trouve les rides (symétriques ou non, de taille centimétrique), les mégarides (ou dunes), les antidunes. L’observation en coupe de ces structures permet de voir qu’elles s’organisent en lits d’épaisseur variable (> 1 cm), c’est le litage (‘bedding’). Ces lits sont eux-mêmes structurés en lamines de taille millimétriques (‘laminae’). Pour être fossilisées, ces rides doivent être enfouies, mais en réalité, le courant érode souvent la surface sédimentaire, et donc une partie de l’enregistrement disparaît (rides tronquées).

Les variations survenues dans la vitesse et la direction des courants sont enregistrées sous la forme de stratifications obliques ou entrecroisées (‘cross-bedding’). Quand l’énergie varie de façon très limitée dans un même lit, on peut observer un granoclassement (‘graded-bedding’).

Les figures sédimentaires postérieures au dépôt

1. Figures d'érosion basale

Il existe deux catégories de figures :

• Les figures d’affouillement (‘scour marks’) :

Ce sont des figures d’érosion en creux produites par un courant turbulent chargé de particules en suspension, se déplaçant au-dessus d’un sédiment fin. La fossilisation des marques d’érosion (‘marks’) est assurée par le dépôt de sable, qui donnera après durcissement un moulage en contre-empreinte (‘casts’) : on trouvera donc le plus souvent ces figures à la base des bancs gréseux.

Les flute casts (5 à 50 cm de long) sont observées à des profondeurs variées. Elles résultent de l’arrachement d’une partie d’un sédiment cohérent. Elles donnent le sens du courant.

• Les figures d’objet (‘tool marks, casts’) :

Également observées en base de bancs, elles se forment suite à la présence d’un objet immobile sur la surface sédimentaire, par l’impact du courant sur cet objet ou par l’impact d’un objet déplacé par le courant. Le dépôt d’objets flottés, ou abandonnés par les courants (troncs d’arbres, galets…) est fréquent dans les zones à émersion temporaire (plaines d’inondation, zone intertidale), mais la fossilisation de leur empreinte n’est facile qu’en domaine immergé et/ou à sédimentation active. Ces figures ont le plus souvent une forme de croissants (‘crescent marks, casts’). On peut les trouver dans des milieux variés (courants marins profonds comme lors du dépôt des flyschs, vagues de tempête, zones d’inondation fluviatile, courants de marée dans les estuaires…).

Les figures d’objet en mouvement sont très variées du fait de la diversité des objets (forme, taille) et des modes de transport. Elles indiquent la direction du courant, plus rarement le sens, mais presque jamais la profondeur : Figures en cannelures (‘groove marks, casts’), Figures en chevrons (‘chevron casts’), Figures de choc (‘prod casts’), Figures de rebond (‘bounce casts’), Figures en brosses (‘brush casts’), Figures de saut et de roulement (‘skip casts, roll casts’).

2. Figures et empreintes de surface

• Figures de courant sous très faible couche d’eau :

Dans les zones soumises à une émersion temporaire (plages, plaines alluviales), on observe différentes figures sédimentaires, fragiles et rarement fossilisées : micro-rides irrégulières dues à l’action du vent (wrinckle marks), bulles d’air emprisonnées dans le sable (bubble sand structure), figures de ruissellement (rill-marks) …

• Figures liées à des courants intenses :

Quand un fort courant déplace les particules près du fond, il provoque des figures d’érosion ; dans des milieux proches ou non de l’émersion. On peut observer des linéations primaires de courant (primary current lineations observées dans des fonds sub-horizontaux de type upper plane beds), des chenaux (channels) creusés dans le cours des fleuves, dans les zones côtières ou dans les éventails détritiques sous-marins par exemple. On peut les observer en surface ou à la base des bancs. Les dépôts de remplissage des chenaux comprennent souvent à la base des particules grossières et de nombreuses figures de courant. On observe aussi des figures d’affouillement et de colmatage (scour-and-fill structures), et parfois des figures d’impact d’objets (groove, etc…).

• Figures d’échappement et de pression :

Les volcans de boue et de sable sont des structures sub-circulaires en surface, de section conique et avec un cratère central, dont la taille varie de quelques mm à plusieurs dizaines de m. Ils se forment suite à l’expulsion vers le haut d’un mélange de sédiments et d’eau, pour diverses causes (slumping, séisme, tectonique, réarrangement et tassement des particules, dégagements gazeux…). Ils sont caractéristiques des régions à forte activité tectonique, à sédimentation irrégulière mais très rapide (ex : marge indonésiennes, caraïbe, sud-Japon). On peut les trouver aussi au niveau des marges soumises à des apports fluviatiles très importants (ex : Amazone). Les volcans de boue peuvent être continentaux ou marins, côtiers ou profonds.

Les filons clastiques (clastic dykes, sills) se caractérisent par l’intrusion, dans des couches sédimentaires, de matériel exogène meuble, sableux à argileux, soumis à d’intenses pressions horizontales, obliques ou verticales. Les filons empruntent les joints de stratification dans les sédiments meubles, ou les zones de fractures dans les sédiments consolidés, et ils peuvent progresser vers le bas ou vers le haut. Leur longueur peut atteindre le km. Les pressions nécessaires à leur formation sont dues à la charge sédimentaire, à des mouvements gravitaires ou à des pressions gazeuses ou hydrostatiques. Ils se forment souvent simplement suite au remplissage de fissures ouvertes. Ces filons clastiques se rencontrent dans des milieux sédimentaires variés, continentaux et marins.

• Figures dues aux modifications physico-chimiques des dépôts émergés :

Diverses figures observables en surface se forment après une émersion, qu’ils permettent donc de reconnaître de façon très sûre.

Les polygones de dessication (mud cracks) par exemple se forment suite à la rétractation à l’air libre de sédiments argileux initialement saturés en eau.

En plus de ces figures de dessication, d’autres empreintes peuvent être fossilisées : gouttes de pluie (rain marks), traces de pattes d’oiseaux ou d’animaux terrestres, traces de cristaux de glace, dépôts d’écume (foam impressions), craquelures de gel (ice cracks).

3. Déformations synsédimentaires

• Déformations d’origine mécanique :

Des déformations se produisent parfois dans des sédiments déposés depuis peu de temps. Elles sont liées aux différences de propriétés mécaniques ou à la gravité, et l’intensité de la déformation est plus forte si le sédiment est gorgé d’eau et peu enfoui. On les voit surtout sur la section des bancs.

Les structures de charge (‘load structures’) se forment suite à la pression de couches sableuses déposées sur des couches argileuses plastiques. La surface des bancs présente des bosses (load casts). Ce type de figure est favorisé par des différences de masse (couche sableuse beaucoup plus épaisse), et par une légère pente.

Les structures en boules et coussin (ball-and-pillow structures) s’observent aussi dans des couches argileuses et sableuses superposées. Les bancs sableux se découpent en ‘boules’ qui s’enfoncent dans la matrice fine. Ce phénomène intervient à la suite de chocs et de surpressions, à toutes les profondeurs.

Le litage convoluté (convolute bedding) est une déformation intense dans un lit de sable. Il résulte de phénomènes de liquéfaction dans le sédiment, favorisés par des ondes de choc (séismes), des venues d’eau phréatique ou encore des courants.

Les structures en cuvettes (dish structures) sont des corps argileux aplatis pris dans une matrice sableuse. Elles sont les témoins d’échappement d’eau vers le haut. On les trouve dans divers milieux à dépôts rapides (cônes alluviaux, deltas, talus et glacis continentaux).

Les glissements gravitaires par slumping peuvent aussi intervenir localement, sans déplacement important. On trouvera alors des figures sédimentaires intenses à toutes les échelles (contorted bedding, slump), et souvent aussi des fissurations, des bréchifications locales ou la formation de failles synsédimentaires.  On les observe dans des environnements variés (ex : vases océaniques au niveau de relief sous-marins à pente suffisante, sables dunaires…).

• Déformations d’origine biologique :

L’activité des organismes provoque à la surface et à l’intérieur des dépôts des perturbations de nature et d’intensité variable. C’est la bioturbation. Les témoins sont des traces fossiles appelées ichnofossiles. Ces traces sont plus facilement reconnaissables dans un sédiment fin (vaseux) et peu perturbé après son dépôt. Les organismes peuvent perturber le sédiment sur une épaisseur de quelques cm, plus rarement sur plusieurs dizaines de cm. Ils peuvent donc modifier l’ordre stratigraphique existant à l’origine.

L’identification de l’organisme d’origine est souvent difficile, mais cependant il est possible d’établir une relation entre l’aspect des traces et les caractéristiques du milieu : turbulence, courant, quantité de matière nutritive présente, profondeur…

Pour en savoir plus :

• CHAMLEY H. : Sédimentologie, Edition Dunod, 1987, 175 p.
• CHAMLEY H. et DECONINCK J.F. : Bases de Sédimentologie, Edition Dunod, 3^ème édition, 2011, 222 p.
• Pour voir quelques photos de figures sédimentaires ► cliquez ICI.

#haut de page

(page initialement créée en juin 2022)