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Les roches évaporitiques
Laurie Bougeois
ST3 - Polytech’ Paris UPMC
22 mai 2015
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Rappel : différentes roches sédimentaires
2 / 31Roches évaporitiques
N
Roches sédimentaires
Roches carbonatéescalcaires
Roches siliceusesdiatomite
Roches carbonéescharbon, pétrole
Roches évaporitiqueshalite, gypse
Roches détritiquesconglomérats, grès
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
1. Introduction
2. Classification
3. Environnements de dépôts
4. Ressources naturelles
3 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Ressources
Ressource
Matière première ou source d’énergie naturelle permettantde subvenir aux besoins d’organisme vivant
4 / 31Roches évaporitiques
N
Ressources géologiques
Minérales
CarbonatéesDétritiques
SiO42- CO3
2-
Granulat constructionciments
Organiques
Évaporites
SO42-
Plâtre
Carbonées
CH4,CnH2nOn
Gaz Charbon Pétrole
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Ressources
Ressource
Matière première ou source d’énergie naturelle permettantde subvenir aux besoins d’organisme vivant
4 / 31Roches évaporitiques
N
Ressources géologiques
Minérales
CarbonatéesDétritiques
SiO42- CO3
2-
Granulat constructionciments
Organiques
Évaporites
SO42-
Plâtre
Carbonées
CH4,CnH2nOn
Gaz Charbon Pétrole
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Définition, applications
Évaporites
Ï sédiments résultant de l’évaporation de l’eau et de laprécipitation des sels qui y sont dissous.
Ï minéraux principaux : gypse, anhydrite, sylvite, halite
5 / 31Roches évaporitiques
N
évaporation
overflow
évaporation
évaporites
évaporites
Précipitations
Ruissellement
infiltrations
+ rivières
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Définition, applications
Évaporites
Ï sédiments résultant de l’évaporation de l’eau et de laprécipitation des sels qui y sont dissous.
Ï minéraux principaux : gypse, anhydrite, sylvite, halite
Ï Grande importance économique
toit imperméable des plus grands gisements pétroliers du monde stockage sous-terrain d’hydrocarbures, gypse : exploité pour produire le plâtre halite : salage des routes, alimentation animale, base de l’industrie
chimique des produits chlorés sylvite : engrais
5 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Représentation
Ï observation du Précambrien jusqu’à aujourd’hui
Ï répartition spatiale et temporelle inégale :
bien représentées au Cambrien, Permien et Trias présente surtout en climat aride/semi-aride : entre 10 et 30° de
latitude (ceinture tropicale des hautes pression), dans conditions defroid extrême avec précipitations limitées (cf étang le plus salé dumonde en Antarctique)
Ï deux grands types :
évaporites continentales évaporites marines
6 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
1. Introduction
2. Classification
3. Environnements de dépôts
4. Ressources naturelles
7 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Formation des évaporites
Ï Évaporation progressive d’une colonne d’eau de mer
50% : précipitation des carbonates (calcite, dolomite) 35% : eau de mer devient saumure saturée, précipitation du gypse
(CaSO4, 2H2O) puis anhydrite (CaSO4) 10% : précipitation halite (NaCl) puis sylvite (KCl), potasses,
borates ∼0% : nitrates
8 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différentes évaporites
Gypse (CaSO4, 2H2O)
9 / 31Roches évaporitiques
N
Gypse en fer de lanceGypse en pied d’alouette
15 cm
1 m
Gypses massifs et nodulairesGypse saccharoïde
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différentes évaporites
Gypse (CaSO4, 2H2O)
9 / 31Roches évaporitiques
N
Gypse laminé, Oligocène, Catalogne, Espagne
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différentes évaporites
Anhydrite (CaSO4)
10 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différentes évaporites
Halite (NaCl)
11 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différentes évaporites
Sylvite (KCl)
12 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
1. Introduction
2. Classification
3. Environnements de dépôts
4. Ressources naturelles
13 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Différents environnements de dépôts desévaporites
14 / 31Roches évaporitiques
N
continental marin
Grands bassins évaporitiques sous niveau eustatiqueBassins évaporitiques peu profonds
SalarsLacs intra-montagneux
Playacônes alluviaux
Plate-forme(carbonatée)
Salina
Bassinrestreint
Bassin profondasséché
0
seuil
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites continentales
Ï dépôts de lacs endorhéiques en climat aride ou semi-aride
Ï minéralogie variable (fonction de la géologie régionale)
Ï répartition horizontale concentrique fonction du degré de solubilité(plus solubles au centre)
15 / 31Roches évaporitiques
N
Modèle de bassin ferméœil de boeuf
carbonates
gypse + anhydrite
halite
sels depotasse
100 %30 %
10%
6%
évaporationVolume des saumures
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Répartition des évaporites continentales
Lacs salins = playa ou salar
16 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites continentales
Exemple du salar d’Uyuni (Bolivie)
Ï bassin évaporitique actuel majeur
10 085 km2, 3653 m d’altitude, bassin fermé quaternaire (paléolac), 120 m d’évaporites, 11 lits.
17 / 31Roches évaporitiques
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites continentales
Exemple du salar d’Uyuni (Bolivie)
Ï bassin fermé
Ï évaporation > précipitations
Ï sources naturelles de sels
embruns marins dissolution d’évaporites anciennes
(Tertiaire) dissolution de carbonates et de silicates
(HCO−3
, Na+, K+, Ca2+, Mg2+) hydrothermalisme
18 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites continentales
Exemple du salar d’Uyuni (Bolivie)
19 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines
Ï Bassins peu profonds (sebkhas, sabkhas, sebkhras)
subsidence tectonique ⇒ accumulation de sel cristallisé sur degrandes épaisseurs
20 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines
Ï Bassins peu profonds (sebkhas, sabkhas, sebkhras)
subsidence tectonique ⇒ accumulation de sel cristallisé sur degrandes épaisseurs
Ï Bassins profonds à faible recouvrement d’eau
isolés de l’océan par un seuil élevé + venues d’eau épisodiques
20 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines
Ï Bassins peu profonds (sebkhas, sabkhas, sebkhras)
subsidence tectonique ⇒ accumulation de sel cristallisé sur degrandes épaisseurs
Ï Bassins profonds à faible recouvrement d’eau
isolés de l’océan par un seuil élevé + venues d’eau épisodiques
Ï Bassins profond d’eau profonde
évaporation intense ⇒ sursaturation des eaux et cristallisation dessels qui s’accumulent sur le fond marin.
dépôts réguliers s’étendant sur de grandes distances.
20 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines
Ï Bassins peu profonds (sebkhas, sabkhas, sebkhras)
subsidence tectonique ⇒ accumulation de sel cristallisé sur degrandes épaisseurs
Ï Bassins profonds à faible recouvrement d’eau
isolés de l’océan par un seuil élevé + venues d’eau épisodiques
Ï Bassins profond d’eau profonde
évaporation intense ⇒ sursaturation des eaux et cristallisation dessels qui s’accumulent sur le fond marin.
dépôts réguliers s’étendant sur de grandes distances.
20 / 31Roches évaporitiques
N
carbonates
gypse
+
anhydrite
halitesels depotasse
augmentation de la salinité
eaude
mer
évaporation
Modèle de bassinmarin à seuil
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins peu profonds
Exemple du Golfe Persique
Ï plaines côtières développées le long de zones continentales arides,siège d’une intense évaporation
Ï sebkhas = systèmes hydrologiques complexes avec recharge due
aux inondations marines périodiques, aux apports souterrains à partir de la nappe phréatique marine
21 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins peu profonds
Exemple du Golfe Persique
Ï plaines côtières développées le long de zones continentales arides,siège d’une intense évaporation
Ï sebkhas = systèmes hydrologiques complexes avec recharge due
aux inondations marines périodiques, aux apports souterrains à partir de la nappe phréatique marine
21 / 31Roches évaporitiques
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins profonds
Exemple de la crise méssinienne en Méditerranée
Ï Miocène 5.96 à 5.33 MaÏ 106 km3 d’évaporitesÏ 1600 m d’épaisseur maximaleÏ événement très court : 640 kyrs !
22 / 31Roches évaporitiques
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins profonds
Exemple de la crise méssinienne en Méditerranée
Origineւ
TectoniqueFermeture de Gibraltar
Surrection de la chaîne Bétique
ց
Climat globalglaciations/déglaciations
Climat localhumide/aride
23 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins profonds
Exemple de la crise méssinienne en Méditerranée
Origineւ
TectoniqueFermeture de Gibraltar
Surrection de la chaîne Bétique
ց
Climat globalglaciations/déglaciations
Climat localhumide/aride
ConséquencesChute du niveau marin en Méditerranée de près de 1000 m
ւ
Incision profonde des valléesց
Évaporites
23 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins profonds
Exemple de la crise méssinienne en Méditerranée
Origineւ
TectoniqueFermeture de Gibraltar
Surrection de la chaîne Bétique
ց
Climat globalglaciations/déglaciations
Climat localhumide/aride
ConséquencesChute du niveau marin en Méditerranée de près de 1000 m
ւ
Incision profonde des valléesց
Évaporites
23 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites marines : bassins profonds
Exemple de la crise méssinienne en Méditerranée
Origineւ
TectoniqueFermeture de Gibraltar
Surrection de la chaîne Bétique
ց
Climat globalglaciations/déglaciations
Climat localhumide/aride
ConséquencesChute du niveau marin en Méditerranée de près de 1000 m
ւ
Incision profonde des valléesց
Évaporites
23 / 31Roches évaporitiques
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
1. Introduction
2. Classification
3. Environnements de dépôts
4. Ressources naturelles
24 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Salines littorales
Ï exploitation du sel actuel
Salins du Midi à Aigues Mortes = bassins évaporitiques artificiels. On modifie le niveau de base (digues, vannes...) pour alimenter les
bassins entre chaque phase d’évaporation. Exploitation du sel (Chlorure de sodium) actuel (alimentation)
25 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Salar de Uyuni
Ï exploitation des sels de lithium
lacs de l’altiplano = séries de lacs séparés par des seuils ⇒
remplissage et évaporations au grès des périodes humides/arides précipitation d’évaporites = recueil des lessivats de socle et
d’évaporites anciennes ⇒ Concentration des ions (Lithium)
26 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites Oligocène de Camargue :Salines de Vauvert
Ï exploitation de sel gemme pour l’industrie
exploitation par forages entre 2500 et 3000 m Injection d’eau dans un puits dissolution du sel ⇒ saumure pompée
par un second puits.
27 / 31Roches évaporitiques
N
NW SE
0km
2
4
6
8
0
2
4
6
8
Vaunage La Jassette PierrefeuAubord Albaron Vaccarès
Nîmes Fault
Crétacé
Benedicto, 1996
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Évaporites Éocène-Oligocène du riftOuest–Européen
Ï potasse d’Alsace
28 / 31Roches évaporitiques
N
Strasbourg
Lyon
Grenoble
Nice
Mtp
Mar.
Valence
Bresse
Rhine Graben
Camargue
Gulf of Lion
Durance
Molasse B
asin
Valencia Trough
Limagne
Saone
Normal fault
Extension direction
Isopaches of synrift sedimentation
0
1000
2000
4000
3000
100km
Valle-
Penedès
Bar.
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Gypse Paléogène du bassin de Paris
Ï matière première du plâtre
29 / 31Roches évaporitiques
N
Carrière de Cormeille
Gypse CaSO4, 2H2O
Chauffage à 120°C
Plâtre CaSO4, H2O
H2O
Gâchage
prise H2O
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Bassin évaporitique du fossé bressan (Etrez)
Ï stockage d’hydrocarbures gazeux
création de "poires de dissolution" par injection d’eaux douces
30 / 31Roches évaporitiques
N
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Affleurements
31 / 31Roches évaporitiques
N
Casse déserte
Cargneule
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Introduction Classification Environnements de dépôts Ressources naturelles
Affleurements
31 / 31Roches évaporitiques
N
Mine de Realmonte(Sicile)
Mine de Varangeville(Meurthe et Moselle)