BGU 01, Minéralogie (pétrographie)

Chapitre 7, Les roches sédimentaires carbonatées.

Les roches sédimentaires carbonatées sont uniquement constituées de CaCO₃ et/ou de Mg (dolomie). Les processus de précipitation sont physico-chimiques ou biochimiques.

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I Condition de précipitation des calcaires.

A Précipitation physico-chimique.

Ce type de précipitation se fait dans certaines conditions de température, de pression et de concentration et toujours selon la réaction :

• CaCO₃ + CO₂ + H₂O → (CaCO₃)₂CaH₂ (bicarbonate soluble).
• Cette précipitation du CaCO₃ est favorisée par la diminution de la pression qui amène le CO₂ à se dégager. Une remontée de la pression interdira la précipitation du calcaire. A une certaine profondeur (sous la CCD : Calcite Compensation Depth, soit environ 4000 mètres) il n’ y a plus de précipitation.
• L’accroissement de la température permet au CO₂ de se dégager (20-22°C) : possible uniquement des les zones intertropicales.

L’augmentation de la concentration en Ca²⁺ provoquée par une évaporation ou une congélation favorise la précipitation de calcaire.

B Précipitation biochimique.

Ce type de précipitation est réalisé par certains animaux pour synthétiser leur squelette en coquille. D’autres organismes comme les algues fixent le CO₂ dissout par leur fonction chlorophyllienne.

II Conditions de précipitation des dolomies.

Les sels de magnésium (Mg) sont beaucoup plus solubles dans l’eau que les sels de calcium. Ils sont généralement moins concentrés. Les dolomies de précipitation primaire ne se font qu’accidentellement dans les lagunes, en association avec du gypse, de l’anhydrite et du sel.

La plupart des dolomies sont de vieux calcaires transformés au contact de sols magnésiens, postérieurement à leur dépôt :

→ Dolomies secondaires (II).

III Approche macroscopique de l’étude des calcaires.

A Calcaires caractérisés par leur structure.

1 Les calcaires noduleux (ou amygdalaires).

Ces calcaires résultent d’un processus de différenciation physico-chimique ou tectonique par boudinage. Les bancs vont se casser et des argiles passent dans les fractures. On obtient alors des roches de forme ovale.

2 Les calcaires oolithiques.

Ces calcaires sont formés par accumulation d’oolithes qui correspondent à la précipitation de calcite concentrique autour d’un fragment de sable ou de coquille. Ils sont caractéristiques des milieux de haute énergie. La particule s’alourdie, tombe sur le fond. Sa dimension est celle d’une tête d’épingle.

3 Les tuffs.

Les tuffs sont des précipitations de calcaires aux émergences des sources pétrifiantes sur les végétaux. La mort du végétal va donner une roche calcaire vacuolaire, perforée.

B Calcaires caractérisés par des organismes renfermés.

Voir cours de paléontologie.

C Calcaires caractérisés par leurs impuretés.

Parmi ce type de calcaires, on trouve :

• Calcaires glauconieux (argiles vertes, marines).
• Calcaires gréseux (avec quartz).
• Calcaires marneux (50% de calcaires, 50% d’argiles).
• Calcaires dolomitiques : ils contiennent du magnésium et vont donner la cargneule (éléments de calcaire séparés par de la dolomie).

IV Approche microscopique.

A Classification de Folk (1959).

Cette classification compare les éléments calcaires aux roches détritiques en leur attribuant les types de transport. Une arénite calcaire va être caractéristique de la mise en place d’un dépôt de fort courant. Ces grains de grande taille ne sont pas jointifs. De la calcite cristalline pourra servir de liant : c’est la sparite. Dans les endroits calmes, de la boue calcaire à petits grains précipite où le ciment est également de la boue : c’est la micrite.

On distingue deux parties dans les roches.

1 Fraction héritée : les allochèmes.

• Les intraclastes. Ce sont des fragments de sédiments carbonatés, souvent incomplètement compactés quand ils sont arrachés : Ce sont des sédiments internes au bassin dont la taille varie du sable moyen (0,2mm) à 1-2cm.
• Les pellets. Ce sont des grains de roches micritiques, des galets arrondis sans structure interne, à taille inférieure à 0,2mm.
• Les bioclastes. Ce sont des débris coquillés cassés, remaniés et accumulés pour faire une roche.
• Les oolithes. Ce sont des grains sphériques concentriques.

2 Le liant.

Le liant va cimenter les éléments : les orthochèmes.

La sparite, de la calcite en cristaux visibles au microscope (taille supérieure à 63µm). C’est la caractéristique des milieux agités qui favorisent la précipitation de calcite par dégagement du CO₂.

La microsparite. Sa taille est comprise entre 20µm et 63µm.

La micrite : c’est de la boue calcaire à fines particules. La taille est inférieure à 20µm. Elle est invisible au microscope optique normal car elle donne un fond uniforme gris.

La dismicrite : calcaire contenant en même temps de la micrite et de la sparite.

Si le ciment est dolomitique, on parle de dolomicrite ou de dolosparite. Les calcaires construits par les polypiers sont appelés bilithites. Toutes les roches sédimentaires carbonatées à nom composite ont comme préfixe le nom des éléments figurés et comme suffixe le nom du ciment.

B Classification de Dunham (1962).

Cette classification concerne la disposition des composants de la roche, reflétant ainsi l’arrangement lors du dépôt et donnant ainsi l’énergie du milieu de dépôt. On distingue trois critères essentiels :

• Présence ou absence de boue carbonatée (boue<20µm).
• Proportion de grains présents dans la roche (>20µm).
• Caractère jointif ou non-jointif des grains.

Cette classification distingue quatre principales catégories :

• Mudstone.
• Wackestone.
• Packstone.
• Grainstone.
• On trouve aussi les Boundstones (calcaires construits) et les carbonates cristallins.

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