ROCHES (Formation)Diagenèse

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Le terme « diagenèse » a été introduit, en 1868, par von Guembel pour désigner les processus qui agissent sur les sédiments après leur dépôt, mais cette définition est trop vague et mérite d'être précisée.

Actuellement, ce terme est utilisé par les auteurs dans des acceptions très variables. C'est ainsi que N. M. Strakhov définit la diagenèse comme la transformation d'un sédiment en roche sédimentaire en excluant toutes modifications secondaires qui affectent la roche sédimentaire après la formation. L'imprécision d'une telle définition apparaît aussitôt, car une roche n'est connue que dans la mesure où elle est accessible. Or, la « roche sédimentaire » de Strakhov est un objet virtuel, tout au moins dans le cas de sédiments marins car selon lui le domaine de la diagenèse s'étend à une profondeur que les techniques actuelles ne permettent pas d'atteindre, en dehors des plates-formes ou des mers peu profondes. De plus, de nombreuses roches sédimentaires sont nées dans des conditions inconnues dans les mers actuelles.

L'objet réel, la roche qu'on étudie, est donc bien souvent le résultat d'une longue histoire ; aussi convient-il d'adopter une définition plus large : la diagenèse groupe l'ensemble des processus physiques, biochimiques et physico-chimiques qui transforment un sédiment en une roche sédimentaire telle qu'elle peut être définie sur un échantillon.

Le début du phénomène est facilement repérable puisque la diagenèse commence dès la formation d'un dépôt au fond d'une mer ou d'un bassin continental, mais il s'avère beaucoup plus difficile de déterminer quel est le moment qui en marque la fin. Il faut exclure toutes les transformations physico-biochimiques qui, sur les continents, transforment une roche en un sol (altération), mais il est déjà beaucoup plus ardu de fixer la frontière entre la diagenèse et des transformations dues à des apports extérieurs aux sédiments (hydrothermalisme par exemple).

De même, si la diagenèse paraît bien distincte du métamorphisme qui se situe dans un domaine thermodynamique différent, certains minéraux réagissent plus vite que d'autres à la température et à la pression et, dans les séries très épaisses, la démarcation avec le métamorphisme d'enfouissement est difficile à préciser.

Les conditions de la diagenèse

La formation des roches sédimentaires est commandée par des paramètres physiques (fig. 1) et chimiques dont le groupement varié définit les différents processus de la diagenèse.

Variations minéralogiques et des paramètres géophysiques

Dessin : Variations minéralogiques et des paramètres géophysiques

Essai de corrélation entre les variations minéralogiques d'un sédiment argileux et les variations des paramètres géophysiques au cours de la diagenèse. Les données chiffrées sont des valeurs moyennes (d'après G. Müller) 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Paramètres géophysiques

Le début de la diagenèse se situe généralement dans un domaine de basse température : l'interface sédiment-eau de mer est en moyenne, à l'heure actuelle, au voisinage de 2 0C et la température moyenne à la surface de la Terre fut de 20 ± 10 0C pendant toute son histoire sédimentaire. C'est dire que les phénomènes de diagenèse précoce sont extrêmement lents. Il faut pourtant noter quelques exceptions : les bassins salins atteignent souvent des températures comprises entre 40 et 50 0C et la présence de minéraux radioactifs ou l'oxydation des sulfures peuvent provoquer des échauffements sensibles. Dans les séries très épaisses ou dans les séries plissées, c'est le début du métamorphisme (au-delà de 250 0C) qui établit la limite de la diagenèse.

La pression augmente avec la profondeur ; sa valeur se situe entre la pression d'une colonne d'eau de même épaisseur que celle des sédiments (pression hydrostatique) et celle de la colonne des sédiments eux-mêmes (pression lithostatique) et varie en fonction de la porosité, c'est-à-dire des possibilités d'évacuation des fluides (fig. 2).

Carbonifère supérieur : sédiments

Dessin : Carbonifère supérieur : sédiments

Comportement de certaines propriétés physiques et chimiques, en fonction de la profondeur, dans des sédiments du Carbonifère supérieur (d'après Gedenk, Lichtenberg, Teichmüller et Tünn). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le temps, enfin, est un paramètre fondamental qui permet aux réactions les plus lentes d'avoir un effet non négligeable.

La limite entre la diagenèse et le métamorphisme dépend donc des qualités du bassin de sédimentation (gradient géothermique, rapidité d'enfouissement, tectonique) et de la nature même des sédiments : les évaporites, plus mobiles, ne peuvent pas subsister en grande abondance au-delà d'une certaine profondeur, mais elles sont très sensibles à de faibles changements de température qui engendrent des paragenèses nouvelles à des profondeurs beaucoup plus faibles que celles requises par le métamorphisme classique des séries détritiques.

Paramètres géochimiques

Le potentiel hydrogène (pH) est très variable en fonction du milieu de sédimentation, du climat, de l'activité biologique. Généralement acide au départ, le milieu devient de plus en plus alcalin et son pH peut atteindre des valeurs supérieures à 9 [...]

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Variations minéralogiques et des paramètres géophysiques

Variations minéralogiques et des paramètres géophysiques
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Carbonifère supérieur : sédiments

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Étapes de la diagenèse

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Marge continentale : phases de la diagenèse

Marge continentale : phases de la diagenèse
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  • : professeur à la faculté des sciences de l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, directeur du laboratoire de géologie de l'École normale supérieure de Paris

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Pour citer l’article

André JAUZEIN, « ROCHES (Formation) - Diagenèse », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/roches-formation-diagenese/