SÉDIMENTAIRES (CYCLES)

SÉDIMENTAIRES (CYCLES)

Les séries sédimentaires s’ordonnent souvent en séquences lithologiques qui se répètent avec une régularité plus ou moins stricte. On peut y voir un témoignage d’une évolution cyclique de certains paramètres déterminant la sédimentation. Les oscillations du niveau des mers au cours du Quaternaire en sont un exemple classique.

Les cycles sédimentaires sont en fait d’une extrême variété tant par leur extension que par leur période: de microcycles élémentaires comme les varves, on passe aux mégacycles qui définissent les étages, voire même les systèmes. Mais il n’est pas possible de lier l’ampleur d’une séquence cyclique à un déterminisme spécifique: chaque cas est particulier et mérite une étude spéciale.

Évolution d’une notion

L’alternance des transgressions et des régressions quaternaires a conduit M. Gignoux (1950) à définir un cycle sédimentaire comme «toute série de formations marines qui, dans une région donnée, est encadrée entre deux régressions». Cela se traduit théoriquement dans la succession lithologique résultante par la superposition d’une séquence positive ABCD et d’une séquence négative (D)CBA, inverse. On peut alors schématiser un cycle par la succession lithologique symétrique ABCDCBA (fig. 1 et tableau).

En fait, cette définition est beaucoup trop restrictive, car elle implique que les cycles sédimentaires sont commandés par une seule cause, les fluctuations du niveau marin dans l’option précédente, alors que la sédimentation dépend à l’évidence d’autres facteurs cycliques ou rythmiques, tel le climat. De plus, elle limite corrélativement les cycles sédimentaires au seul domaine marin, alors que les dépôts cycliques sont bien connus dans le domaine continental (varves, charbons limniques, sels). Enfin, elle impose à la notion de cycle une échelle spatiale et temporelle limitée à l’étage ou au système, alors que des ensembles sédimentaires comme les varves ou les flyschs présentent une périodicité bien plus courte.

Aujourd’hui, on a tendance à élargir la notion de cycle sédimentaire à chaque récurrence plus ou moins complète d’un motif séquentiel caractéristique d’une succession lithologique. On admet ainsi que les cycles peuvent être dissymétriques: «cycles», « cyclothèmes » et «rythmes» deviennent alors des termes synonymes.

Les facteurs de la sédimentation cyclique

Toute sédimentation cyclique, dans le sens élargi défini précédemment, implique que les facteurs responsables évoluent suivant un mode cyclique ou bien que des événements stéréotypés affectent un bassin sédimentaire de façon rythmique ou même, à la limite, seulement épisodique.

La sédimentation cyclique dépend, avant tout, de quatre types de facteurs dominants, souvent associés ou interdépendants:

– les facteurs climatiques , qui sont panchroniques à courte période – c’est le fait des cycles saisonniers – , mais peuvent aussi, à certaines époques privilégiées, prendre le caractère d’oscillations climatiques majeures, telles les glaciations quaternaires;

– les facteurs eustatiques , qui induisent une alternance de transgressions et de régressions marines;

– les facteurs tectoniques , qui modifient le relief, perturbent les bilans morphogéniques, modifient les lignes de rivage;

– les facteurs sédimentologiques , dans la mesure où, toutes choses restant égales par ailleurs, la marche de la sédimentogenèse peut correspondre à une évolution rythmique des dépôts.

Facteurs climatiques

À l’évidence, les rythmes climatiques, associés à toutes les variations biologiques qu’ils provoquent, influent sur la sédimentation.

Le rythme nycthéméral commande de manière particulièrement sensible la sédimentation saline: la «frappe» nocturne alterne avec une redissolution diurne d’une partie des sels déposés pendant la nuit. Au voisinage des côtes, la biosynthèse végétale prélève du gaz carbonique pendant le jour, ce qui rythme la sédimentation carbonatée.

Les rythmes saisonniers jouent de manière plus directe sur les dépôts continentaux, mais ils sont sensibles aussi dans les mers par leur influence sur les températures, donc sur le taux de gaz dissous.

Un exemple banal est celui des varves périglaciaires. Une varve est une microséquence faite d’une couche silteuse ou gréseuse et d’une couche argileuse; déposée dans des bassins limniques glaciaires ou périglaciaires, cette séquence se répète de façon très monotone. L’épaisseur des varves, millimétrique à centimétrique, n’enregistre dans un même bassin que de faibles fluctuations, dues aux contrastes climatiques inter-annuels. L’absence de traces de courants confirme que les varves sont dues à des apports détritiques périodiques plutôt qu’à des remaniements de sédiments préexistants. Le rythme binaire élémentaire suggère deux épisodes de sédimentation: une courte période alimenterait la couche détritique grossière, une période plus longue correspondant aux apports argileux. Or l’étude des varves actuelles confirme la périodicité annuelle des séquences établie par la correspondance entre les comptages et les datations radiométriques. Les couches plus grossières correspondent aux fontes estivales des glaces, qui libèrent de la farine glaciaire, et les dépôts argileux aux saisons froides. Ainsi, le cas des varves correspond à une sédimentation cyclique dont le «contrôle» est purement climatique.

De nombreux auteurs ont voulu démontrer la présence dans les varves glaciaires ou évaporitiques de cycles pluriannuels liés aux rythmes solaires, sans que les observations proposées emportent une adhésion générale.

Les oscillations de grande période , comme les alternances glaciaire-interglaciaire, ont des conséquences plus générales, mais elles interfèrent alors avec d’autres facteurs qui en dépendent indirectement, comme c’est le cas du glacio-eustatisme. Sur les continents, elles furent responsables au Quaternaire des emboîtements ou des superpositions rythmiques des dépôts alluvionnaires.

Rappelons que la théorie de la biorhexistasie , proposée par H. Ehrart, a un fondement essentiellement climatique: elle explique la formation des séquences binaires où alternent une sédimentation chimique ou biochimique (biostasie) et une sédimentation détritique (rhexistasie).

Facteurs eustatiques

Les variations absolues du niveau des mers peuvent résulter de trois causes:

Le glacio-eustatisme agit par stockage de l’eau aux périodes froides dans les inlandsis et les glaciers des régions montagneuses et par libération de cette eau lors des périodes chaudes. Les variations du niveau des eaux sont alors rapides (10² à 10³ cm/1 000 ans) avec une amplitude pouvant dépasser 100 m.

Le tectono-eustatisme correspond aux modifications du volume des terres émergées par les orogenèses ou par les mouvements verticaux (épeirogenèse ou subsidence). Les vitesses de variation du niveau des mers sont alors beaucoup plus faibles, de l’ordre de 0,5 cm/1 000 ans.

L’eustatisme par décharge d’érosion, qu’on pourrait qualifier de sédimento-eustatisme , correspond à l’augmentation du niveau des mers consécutif au comblement partiel des fosses marines. Son importance ne peut être sensible que pendant les périodes de calme orogénique.

Ces facteurs engendrent des transgressions ou des régressions qui s’inscrivent en un point sous la forme de la séquence fondamentale (fig. 2) plus ou moins amputée de ses termes extrêmes, en fonction de la distance aux rivages.

Facteurs tectoniques

La tectogenèse et, plus encore, l’orogenèse interviennent comme facteurs de la cyclicité des séries sédimentaires. Les mouvements peuvent être spasmodiques le long des zones de faiblesse qui séparent les zones détritogènes en cours d’érection et les bassins sédimentaires subsidents. Un soulèvement augmente la pente des émissaires d’un bassin versant, donc accroît leur compétence, ce qui se traduit par une vague de sédiments détritiques. Une phase plus calme permet à l’érosion d’abaisser l’altitude moyenne des aires continentales; la pente et la compétence des cours d’eau diminuent et les sédiments fournis aux bassins sont de plus en plus fins (fig. 2). Une nouvelle poussée orogénique renouvellerait le rythme.

Certains auteurs expliquent la formation des cyclothèmes houillers paraliques par un mécanisme de ce type (fig. 3).

Il convient de noter que la tectonique joue rarement de manière aussi simple. Une orogenèse majeure peut créer de nouveaux continents ou, tout au moins, modifier radicalement l’étagement climatique permettant à des processus morphogéniques nouveaux d’intervenir dans l’alimentation des bassins. Par ailleurs, en fonction de la position des zones de flexures, une orogenèse pourra se manifester localement par une transgression, même si l’émersion d’un nouveau volume continental conduit à un abaissement eustatique à l’échelle du globe.

Facteurs sédimentologiques

Certains types de sédiments peuvent être soumis à des causes rythmiques indépendantes des facteurs précédents. Les flyschs et les sédiments deltaïques sont significatifs à cet égard.

Les flyschs sont des formations marines détritiques qui se présentent sous forme d’alternances régulières de bancs gréseux et de bancs silteux ou argilo-calcaires. Les grès sont généralement granoclassés, les fossiles sont rares, les figures de base de bancs nombreuses, témoignant souvent d’une remarquable continuité dans la direction des apports. Les flyschs sont habituellement des formations profondes dont la genèse est liée aux courants de turbidité et aux courants de fond.

Ces courants entraînent vers les profondeurs les sédiments grossiers qui s’ordonnent par gravité en fonction de leur taille, interrompant ainsi la sédimentation continuelle des particules fines ou des carbonates. De plus, les «turbidites» ainsi déposées peuvent être reprises par de puissants courants de fond qui étalent les sédiments sur l’ensemble du bassin.

Un delta se forme à l’embouchure d’un fleuve lorsque la mer n’est pas assez puissante pour dégager les sédiments apportés par le fleuve ^{[cf. DELTAS]}. La formation d’un delta comprend deux phases: l’une de construction à la suite d’un déséquilibre qui donne le pas aux apports fluviatiles sur le volume évacué par la mer, l’autre de stabilisation où le phénomène dominant est la migration des chenaux.

Au cours de la phase de construction, une séquence détritique subdeltaïque s’édifie, qui comprend à la base des sédiments marins suivis de détritiques plus fins, puis de dépôts grossiers. Cette séquence est couronnée par des dépôts continentaux résultant de l’accroissement des formations deltaïques, lesquelles émergent en cône alluvionnaire dont la tête progresse vers l’amont. L’allongement du lit du fleuve et la compaction des sédiments favorisent la diverticulation du chenal principal en chenaux adventices qui s’organisent en «patte d’oie», ce qui permet l’étalement du delta. La progression du delta vers la mer s’arrête quand le bilan apportsévacuation devient égal à l’unité.

C’est alors qu’un régime cyclothémique s’établit sous la seule influence de la migration des chenaux. Ceux-ci se soulèvent sur leurs dépôts de débordement qui construisent des levées; ces dernières peuvent être rompues lors d’une crue importante. Les lits balayent ainsi lentement toute la surface du delta en créant des rythmes sédimentaires qui soulignent ces migrations.

Encyclopédie Universelle. 2012.