Présentation

La sédimentation est l'un des processus géologiques les plus fondamentaux, qui remodelent continuellement la surface de la Terre sur des millions d'années. Elle régit la façon dont les particules de roche, de minéraux et de matières organiques s'installent à partir de fluides, généralement de l'eau ou de l'air, et s'accumulent pour former des dépôts stratifiés.Ces dépôts finissent par se compacter et cimenter en roches sédimentaires, mais à plus courte échéance, la sédimentation crée une variété de formes terrestres, des deltas des rivières et des amas alluviaux aux plages et aux dunes de sable.

Comprendre la sédimentation

La sédimentation consiste à déposer des particules solides d'une suspension de fluide sous l'influence de la gravité, du mouvement du fluide ou d'autres forces. Le processus est régi par la taille, la forme et la densité des particules, ainsi que par la vitesse et la viscosité du milieu de transport. Dans des milieux naturels, la sédimentation se produit continuellement dans les rivières, les lacs, les océans et même l'atmosphère.

Principes fondamentaux

La vitesse de décantation terminale dépend du carré du diamètre des particules, de la différence de densité entre les particules et les fluides, et de l'inverse de la viscosité des fluides. Pour les particules plus grosses dans le flux turbulent, les coefficients empiriques de dragage remplacent la relation plus simple des Stokes. Dans les eaux naturelles, la floculation, où les particules fines d'argile s'agrippent, peut augmenter considérablement la taille effective des particules et le taux de décantation.

Forces qui conduisent le transport des sédiments

Avant que la sédimentation ne se produise, les particules doivent être érodées des roches de source et transportées.

  • Les eaux de ruissellement (transport fluvial): Les rivières transportent les sédiments comme charges de lit (roulement et salage), charge en suspension et charge en dissolution.La compétence d'une rivière – sa capacité à déplacer des particules d'une taille donnée – augmente avec la vitesse du débit.
  • Vent (transport aéolien):[ Particulièrement important dans les régions arides, le vent soulève et transporte du sable fin et de la poussière sur de grandes distances. La taille des particules déplacées par le vent est limitée par la faible densité et la viscosité de l'air.
  • Glaces : Les glaciers entraînent des débris rocheux de toutes tailles à leur base et sur leurs côtés, les transportant loin de leur origine. La sédimentation glaciaire produit des dépôts non triés (till).
  • Les courants et les vagues océaniques: Les courants marins, les marées et l'action des vagues redistribuent les sédiments le long des côtes et dans des bassins plus profonds.
  • Gaspissement de masse à la gravité : Les glissements de terrain, les flux de débris et les courants de turbidité transportent des sédiments en pente descendante, souvent en les déposant dans des ventilateurs ou des tabliers à la base des pentes.

Le processus de sédimentation

Le trajet d'une particule de sédiments de sa source vers un lieu de repos final peut être divisé en cinq étapes distinctes, chacune influencée par les conditions environnementales.

Érosion

L'érosion est le détachement et l'élimination de la roche ou du sol de son emplacement d'origine. L'altération des conditions météorologiques – physiques (soudure de gel, expansion thermique) et chimiques (dissolution, oxydation) – prépare le substrat rocheux pour l'érosion. Une fois délirées, les particules sont entraînées par le vent, l'eau ou la glace.

Politique des transports

Les rivières, par exemple, trient généralement les sédiments par taille : gravier et sable grossier voyagent de courtes distances avant d'être déposés, tandis que la limon fine et l'argile peuvent être transportées à des centaines de kilomètres vers un bassin delta ou océanique. Le transport éolien est encore plus efficace, produisant des sables de dunes bien triés. Le transport glaciaire est le moins trié, il mélange les blocs avec l'argile (till). La durée et l'énergie du transport affectent également la forme des particules, avec un transport plus long produisant des grains plus arrondis.

Dépôt

Le dépôt se produit lorsque le milieu de transport perd de l'énergie et ne peut plus supporter la charge sédimentaire. Cela peut se produire brusquement – comme une rivière qui quitte le front de montagne et qui s'étend sur une plaine – ou graduellement, comme dans un lac ou un bassin océanique où les particules fines se déposent lentement dans la colonne d'eau. Les milieux de dépôt se caractérisent par des structures sédimentaires spécifiques comme les recouvrements croisés, les marques d'ondulation ou les litières graduées, chacune révélant des informations sur le régime d'énergie et de débit au moment du dépôt.

Compactation

Au fil du temps, d'autres sédiments s'accumulent sur des couches déjà déposées. Le poids des surcharges compresse les couches inférieures, expulsant l'eau interstitielle et réduisant la porosité. Dans les sédiments à grains fins comme l'argile, le compactage peut réduire l'épaisseur de 50% ou plus.

Cémentation

Pendant l'enfouissement, les eaux souterraines riches en minéraux percolent dans les sédiments, déposant des minéraux dissous (habituellement calcite, silice ou oxydes de fer) dans les interstitielles entre les grains. Cette cémentation lie les particules, formant des roches sédimentaires comme le grès, le calcaire ou le schiste. Le ciment minéral exact influence les propriétés de la roche, y compris la porosité et la résistance, qui affectent le débit des eaux souterraines et la qualité du réservoir pour les hydrocarbures.

Types d'environnements sédimentaires

La sédimentation se produit dans une grande variété de milieux, chacun avec des niveaux d'énergie caractéristiques, des sources de sédiments et une activité biologique.

Environnement marin

Les milieux sédimentaires marins englobent le fond océanique, depuis le rivage jusqu'à la plaine abyssale, où ils sont dominés par des sédiments terrigus à grains fins, loin des terres, des sédiments biogéniques provenant d'organismes planctoniques et des précipités chimiques.

  • Les sédiments terrestres proviennent de la terre par les rivières, le vent et l'érosion côtière. Le plateau continental reçoit le matériau le plus grossier, tandis que la plaine abyssale accumule de fines boues (argile pélagique) et des ozes siliceuses ou calcaires.
  • Les sédiments biogéniques[ sont constitués des parties dures des organismes marins, les foraminifères, les cocolithophores, les diatomées et les radiolariens. Leurs taux d'accumulation peuvent être élevés dans les zones productives de remontée, formant des dépôts épais de craie ou de diatomite.
  • Les sédiments chimiques se forment par précipitation chimique à partir de l'eau de mer.Par exemple, les évaporites (halite, gypse) dans les bassins restreints et les nodules de manganèse sur le fond de la mer profonde.

Environnement continental

La sédimentation continentale se déroule sur les terres dans des milieux fluviaux, lacustres, glaciaires et désertiques.

  • Environnements fluviaux : Les rivières transportent et déposent les sédiments le long de leurs canaux, de leurs plaines inondables et de leurs bassins terminaux. Des barres pointues se forment à l'intérieur des méandres, tandis que les léves se construisent le long des marges des canaux pendant les inondations.
  • Environnements de lacustre :Les lacs agissent comme pièges à sédiments, préservant souvent les varves (couches annuelles) qui enregistrent le changement climatique et environnemental.Les taux de sédimentation dans les lacs sont généralement plus faibles que dans les rivières, mais peuvent être continus au cours des millénaires.
  • Environnements désertiques: Le vent domine le transport et le dépôt des sédiments. Les champs de dunes couvrent de vastes zones, avec des types de dunes (barchan, transverse, étoile) reflétant le régime du vent et l'approvisionnement en sable.
  • Environnements glaciaires: Les glaces transportent des tills, tandis que les cours d'eau de fonte produisent des plaines et des eskers qui débordent.

Environnements transitoires

Les environnements transitoires se produisent là où la terre rencontre la mer, où les processus fluviaux et marins sont les plus dynamiques de la planète.

  • Deltas: Les deltas forment une rivière qui entre dans un plan d'eau permanent (lac ou océan). La vitesse de la rivière diminue brusquement, déposant sa charge sédimentaire en forme de ventilateur. Les deltas sont subdivisés en sommets (canal et plaine inondable), en avant-plans (dépôts inclinés profondément au front du delta) et en fonds (sédiments fins au-delà du front).
  • Estuaries: Les estuaires sont des corps côtiers semi-fermés où l'eau douce se mélange avec l'eau de mer. Les courants de marée et les sédiments de pièges à circulation à densité, qui entraînent des taux d'accumulation élevés.
  • Pêches et îles-barrières : Ces îles-barrières se forment le long des côtes où l'action des vagues et la dérive des longues côtes redistribuent le sable.Les profils de la plage changent de façon saisonnière, reflétant les régimes de tempêtes par rapport aux régimes de vagues à temps clair.

Les formes de terre créées par la sédimentation

L'interaction entre l'approvisionnement en sédiments, l'énergie de transport et l'espace crée des formes de terre distinctes.

Deltas

Les deltas sont parmi les formes de terre les plus emblématiques des dépôts. Ils se construisent vers l'extérieur dans un lac ou un océan, tandis que la rivière déplace à plusieurs reprises ses canaux (l'avulsion) et dépose des sédiments. La forme classique triangulaire ou de ventilateur est modifiée par les vagues, les marées et l'énergie fluviale. Le delta du fleuve Mississippi, par exemple, est un delta de pied d'oiseau avec des distributaires s'étendant dans le golfe du Mexique.

Eventails alluviaux

Les ventilateurs alluviaux se développent là où un cours d'eau montagneux abrupt émerge sur une plaine plate, perdant gradient et énergie. Les sédiments se propagent dans une forme conique, avec des blocs grossiers et du gravier déposés près de l'apex et du sable plus fin et de limon plus loin. Les ventilateurs sont communs dans les régions arides et semi-arides comme le sud-ouest des États-Unis et l'Himalaya. Ils peuvent être actifs (récepter encore des sédiments) ou reliques.

Plaines inondables

Les plaines inondables sont des zones plates et basses adjacentes aux rivières qui sont périodiquement inondées par les eaux inondables.Au cours des inondations, les eaux chargées de sédiments se propagent dans la plaine inondable, déposant une couche de limon et d'argile riches en nutriments.Au fil du temps, ce processus construit des sols fertiles adaptés à l'agriculture.Les plaines inondables servent également de stockage naturel des inondations, réduisant les pics d'inondation en aval.De nombreuses grandes villes (p. ex., le Caire, la Nouvelle-Orléans, Bangkok) reposent sur des plaines inondables, mais elles risquent d'être inondées. Encyclopedia Britannica fournit un aperçu complet de la dynamique des plaines inondables. La protection des plaines inondables par la conservation et le zonage est un aspect clé de la gestion durable des rivières.

Plages

Les plages sont habituellement constituées d'un berge (horizontale à en pente douce), d'un rivage (zone intertidale) et de la pente au large. Les sédiments de la plage proviennent de rivières, d'érosions de falaises ou de dépôts au large. Les plages sont dynamiques; pendant les tempêtes, le sable est déplacé au large, tandis que les vagues de pluie juste reconstruisent la plage. Elles fournissent un habitat essentiel aux oiseaux de rivage et aux tortues de mer et sont économiquement vitales pour le tourisme. Cependant, l'érosion des plages s'accélère à l'échelle mondiale en raison de l'élévation du niveau de la mer et de la réduction de l'approvisionnement en sédiments des rivières. Nature Education discute des processus d'érosion des plages en profondeur.

Dunes de sable

Les dunes sont des monticules ou des crêtes de sable lâche formées par le dépôt du vent. Elles se trouvent dans les déserts, les zones côtières, et même dans certains environnements intérieurs avec suffisamment de sable et des vents persistants. La morphologie des dunes reflète la direction du vent et la disponibilité du sable : les dunes barchan forment sous un vent unidirectionnel avec un sable limité; les dunes linéaires forment des dunes où deux directions dominantes du vent convergent; et les dunes étoiles forment des dunes où les vents viennent de plusieurs directions.

Barres et crasses

Les barres et les crachats en mer sont des accumulations allongées de sable ou de gravier formées par les vagues et l'action courante. Les barres se forment parallèlement à la rive, submergées ou émergentes, et peuvent devenir des îles-barrières. Les crachats sont des crêtes qui s'étendent d'un cap en eau libre, souvent courbées par la réfraction des vagues. Ces formes de terre forment des milieux estuariens et protègent les lagunes côtières. La formation de barres et de craches est étroitement liée au mouvement des sédiments le long de la côte (dérivation côtière longue).

Impact humain sur la sédimentation

Les activités humaines modifient profondément les processus de sédimentation naturelle. Les barrages piègent les sédiments dans les réservoirs, les deltas en aval affamés et les plages de nouveaux sédiments et exacerbent l'érosion. Par exemple, le barrage d'Aswan sur le Nil réduit l'approvisionnement en sédiments du delta, causant une subsidence et une intrusion dans les eaux salées. Les changements d'utilisation des terres – déforestation, agriculture et urbanisation – accélèrent souvent l'érosion, l'augmentation des charges sédimentaires dans les rivières et nuisent aux écosystèmes aquatiques.

Importance de la sédimentation

La sédimentation n'est pas seulement une curiosité géologique, elle sous-tend de nombreux aspects des systèmes terrestres et du bien-être humain. Son importance peut être résumée en plusieurs points clés:

  • Formation du sol: Les dépôts de sédiments frais renouvellent les éléments nutritifs du sol par des inondations périodiques (p. ex., les plaines inondables du Nil et de l'Amazonie).
  • Réglementation de la qualité de l'eau: Les zones humides et les plaines inondables filtrent les sédiments et les polluants de l'eau, améliorant la clarté et réduisant la turbidité.
  • Stockage de carbone: La matière organique enfouie dans les bassins sédimentaires, en particulier dans les deltas et les fonds marins, élimine le carbone de l'atmosphère à des échelles géologiques. Ce stockage à long terme est un tampon naturel contre le changement climatique.
  • Formation des ressources naturelles: Les processus sédimentaires produisent des ressources importantes: le pétrole et le gaz naturel sont issus de schistes riches en matières organiques; le charbon provient de dépôts de marécages anciens; et de nombreux gisements minéraux (or de place, graviers diamantifères, bauxite) sont d'origine sédimentaire.
  • Relevements environnementaux de la Paleo: Les couches sédimentaires préservent les fossiles, les signatures chimiques et les propriétés magnétiques qui révèlent les climats passés, les événements tectoniques et l'évolution biologique.

Conclusion

La sédimentation est un processus continu de formation de la planète qui construit des formes de terre, soutient les écosystèmes et fournit des ressources essentielles.De l'érosion des chaînes de montagnes à la lente accumulation de ozes marines, chaque particule de sédiments raconte une histoire de transport, de dépôt et de diagenèse.Les formes de terre créées – deltas, alluvionnaires, plaines inondables, plages et dunes – ne sont pas seulement pittoresques, mais abritent aussi des sols fertiles, des réserves d'eau douce et la biodiversité.