SÉDIMENTOLOGIE

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Sédimentation continentale et lagunaire

La surface des continents est soumise à des processus physiques et bioclimatiques qui modifient la structure et la nature des roches. Des éléments meubles sont ainsi fournis, qui peuvent être transportés par divers agents ; parmi ceux-ci, les deux plus actifs sont l'eau, sous forme solide ou liquide, et l'air activé par les vents.

Statistiquement, la majeure partie des matériaux érodés parvient à la mer, mais les modalités du voyage sont complexes. C'est ainsi que de nombreux facteurs interrompent le transit et provoquent des accumulations pendant une durée plus ou moins longue. La sédimentation continentale apparaît alors comme un phénomène transitoire et les dépôts correspondants ne représentent qu'un volume négligeable par rapport à celui des sédiments marins. Pourtant l'étude des dépôts continentaux est du plus haut intérêt, car ils sont les témoins d'événements qu'il convient de préciser pour parvenir à une bonne compréhension de l'histoire de la Terre.

Les phénomènes simples, ceux qui sont dus par exemple à la gravité, comme les écroulements et les affaissements de falaises, les écoulements lents des sols (creep et solifluxion), les glissements de terrain fournissent des accumulations non triées, au voisinage même du point de départ. Ces dépôts, pas plus que les sols (cf. pédologie, sols) ne méritent le nom de sédiments, car ils n'ont pas été pris en charge par un fluide dont ils se soient séparés pour se sédimenter.

C'est pourquoi ne sera analysée ici que la genèse des dépôts continentaux résultant de déséquilibres dans la dynamique du transport par l'eau, la glace et le vent.

Sédimentation fluviatile

L'eau constitue le vecteur le plus actif des produits de l'érosion. Elle doit cette primauté à deux propriétés essentielles : d'une part, elle est un solvant et des quantités importantes d'ions sont transportables en solution ; d'autre part, elle est un fluide visqueux et son écoulement crée un champ de forces qui peuvent mobiliser les matériaux solides.

Énergie dépensée et transport des matériaux

L'énergie utilisable est la somme de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique. Comme, à débit constant, la vitesse varie peu entre deux sections proches d'une même rivière, l'énergie utilisée entre ces deux sections représente seulement la perte d'énergie potentielle relative à l'abaissement correspondant : énergie potentielle de l'eau et énergie potentielle des matériaux en transit.

L'énergie ainsi dégagée est transformée surtout en chaleur par les frottements. Une plus faible part est absorbée par la fragmentation des éléments transportés. Le transport se fait en suspension pour les éléments fins lorsqu'un équilibre statistique existe entre la gravité et les forces ascendantes dues à la turbulence. Les particules plus grosses sont transportées par charriage sur le fond. La vitesse nécessaire à la mobilisation de grains d'une certaine taille est proportionnelle à la racine carrée de leur diamètre, ce qui permet de définir la compétence d'une rivière en un point par la mesure du diamètre maximal des éléments charriés. Ce diamètre est proportionnel au rayon hydraulique (quotient de la « section mouillée » par le « périmètre mouillé » correspondant) de la rivière et à la pente de la ligne d'eau.

Graphique empirique de Hjulström

Dessin : Graphique empirique de Hjulström

Graphique empirique de Hjulström. Les deux courbes séparent trois domaines correspondant à la mobilisation du matériel, au transport et au dépôt. Comme dans tous les cas où existe un seuil de déclenchement, celui-ci est plus élevé que le seuil d'arrêt. Ce graphique ne tient pas compte... 

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Concept d'équilibre dynamique d'un bassin fluviatile

Le volume et la granulométrie des matériaux fournis aux exutoires par l'ablation des versants dépendent du jeu des processus actifs dans le complexe morphoclimatique du bassin et de la nature lithologique de celui-ci, mais le débit des eaux courantes est réglé par l'importance des précipitations. Il apparaît que la masse des débris est en général évacuée, ce qui implique que les exutoires s'adaptent à ce transport. C'est là l'origine du concept « bassin équilibré », qui se vérifie de nos jours dans le comportement habituel des fleuves de plaines. En particulier, ce concept est confirmé par la simplicité des relations qui existent entre les caractéristiques géométriques des rivières et leur débit moyen, ce qui suggère que ces chenaux naturels ont atteint une certaine stabilité. Les choses sont plus complexes en montagne, où persistent les témoins des formes glaciaires récentes ; mais les glaciations sont des phénomènes exceptionnels, ce qui permet de postuler des équilibres généralisés pendant de longues périodes des temps géologiques.

Une rivière est en équilibre dynamique quand elle transporte à travers chaque section droite la totalité des matériaux fournis par la partie amont du bassin. Elle coule, à l'étiage, sur un lit continu d'alluvions saisonnières qu'elle n'entaille pas, qu'elle n'épaissit pas, mais qu'elle remet parfois en mouvement lors des crues. Le profil en long d'une telle rivière est provisoire et devrait s'abaisser régulièrement sans qu'une limite puisse lui être fixée, autre que celle de la disparition totale des continents.

Les dépôts fluviatiles

Un bassin équilibré ne permet qu'un alluvionnement temporaire, dû aux variations du débit, ce qui signifie qu'une sédimentation fluviatile importante ne peut provenir que de déséquilibres persistants entre les apports et les possibilités d'évacuation. Les causes en sont variées.

Les crises climatiques cycliques provoquent une alternance de phases d'alluvionnement avec des phases d'érosion linéaire. Il en résulte des formes emboîtées ou étagées comme les glacis de piémonts ou les terrasses climatiques.

Dans le cas des fleuves alpins, les périodes interglaciaires sont biostatiques avec une adaptation du lit à des apports réduits des versants. Une crise morphogénique s'installe avec l'envahissement du bassin par les processus périglaciaires, générateurs d'une masse de débris soumis au tri des exutoires qui abandonnent sur place les plus grossiers. Au cours du réchauffement, le reboisement des versants bloque l'ablation, ce qui entraîne une entaille linéaire des sédiments précédents, grâce au renforcement des débits par la fonte des glaces stockées pendant la période froide. Des alternances entre « pluviaux » et « interpluviaux » permettent d'interpréter des formes analogues en zone semi-aride ou tropicale.

Les variations des lignes de rivage peuvent déclencher soit une vague d'érosion, soit des accumulations dans les basses vallées, le rapport entre les apports fluviatiles et le soutirage marin réglant l'apparition de l'un ou l'autre de ces phénomènes. En général, c'est une remontée du niveau de la mer qui provoque un alluvionnement (s'il s'agit de glacio-eustatisme, les terrasses formées seront décalées dans le temps d'un demi-cycle par rapport aux terrasses climatiques des hautes vallées).

Les deltas sont des formes d'accumulation propres aux embouchures qui résultent de la chute d'énergie cinéti [...]

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Graphique empirique de Hjulström

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Sédiments marins : répartition

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Répartition des sédiments

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Écrit par :

  • : 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
  • : professeur à l'université de Bretagne-Occidentale, Brest
  • : ancien conseiller scientifique à l'Institut français du pétrole

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Pour citer l’article

André JAUZEIN, Jean-Pierre PINOT, André VATAN, « SÉDIMENTOLOGIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 29 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/sedimentologie/