Au-delà des roches détritiques et carbonatées, trois familles complètent la classification des roches sédimentaires : les évaporites, les roches siliceuses et les roches ferrugineuses. Ce chapitre en présente les conditions de formation et les minéraux caractéristiques, avec un accent particulier sur les roches ferrifères, bien documentées dans le cours du module.
1. Les roches évaporitiques : conditions de formation
Les évaporites se forment par précipitation chimique directe de sels dissous, lorsque l'évaporation d'une masse d'eau (marine ou continentale) dépasse durablement les apports. Ce déséquilibre exige un climat aride à semi-aride et un bassin confiné, à faible renouvellement des eaux, tel un golfe restreint ou un lac endoréique. La concentration progressive des saumures fait précipiter les sels dans un ordre déterminé par leur solubilité croissante.
2. La séquence de précipitation évaporitique
À mesure que l'eau se concentre, les minéraux précipitent successivement selon leur solubilité : d'abord les carbonates (calcite, dolomite), peu solubles, puis le gypse (CaSO₄·2H₂O) et l'anhydrite (CaSO₄), plus soluble, puis la halite (NaCl, le sel gemme), et enfin, dans les stades ultimes de concentration, les sels de potassium et de magnésium (sylvite, carnallite), les plus solubles de tous. Cette succession, appelée séquence évaporitique, permet de reconnaître le stade de concentration atteint par un bassin à partir des minéraux observés.
Roche sédimentaire formée par précipitation chimique de sels dissous, sous l'effet d'une évaporation dépassant durablement les apports d'eau, en climat aride et bassin confiné.
3. Les roches siliceuses
Les roches siliceuses sont composées majoritairement de silice (SiO₂), le plus souvent d'origine biogène. Les radiolarites résultent de l'accumulation de tests siliceux de radiolaires (zooplancton), typiques des dépôts pélagiques profonds. Les diatomites sont formées de frustules de diatomées (algues unicellulaires à test siliceux), en milieu marin ou lacustre. Les cherts (silex) résultent souvent de la silicification diagénétique précoce ou tardive de sédiments carbonatés ou siliceux, la silice remplaçant progressivement la calcite ou s'accumulant en nodules et en bancs.
4. Les roches ferrugineuses : source et transport du fer
Le fer est présent dans presque toutes les roches sédimentaires, mais forme des roches ferrifères lorsque sa teneur dépasse nettement le seuil habituel. Deux sources principales alimentent le fer sédimentaire : le lessivage et l'altération continentale (en particulier en climat humide tropical, qui produit les formations latéritiques) et l'activité volcanique contemporaine et son hydrothermalisme associé. Le fer en solution dans les eaux naturelles reste en très faibles concentrations, encore réduites en mer, et se transporte principalement sous forme d'hydroxyde ferrique colloïdal stabilisé par la matière organique, par adsorption sur la matière organique, ou fixé aux minéraux argileux.
5. Les principaux minéraux ferrifères
La précipitation du fer dépend étroitement du potentiel d'oxydo-réduction du milieu, lui-même contrôlé par la quantité de matière organique disponible pour la respiration bactérienne : un environnement oxique en surface devient anoxique en profondeur. L'hématite, minéral opaque et rouge vif, est stable en conditions oxydantes, dans un sédiment pauvre en matière organique ; elle domine les formations ferrifères, en particulier au Paléozoïque. La goethite (jaune à brun) est un composant majeur des dépôts ferrifères du Phanérozoïque, notamment au Mésozoïque. Les minéraux à fer ferreux — pyrite, magnétite, sidérite — précipitent au contraire en conditions réductrices, lors de la diagenèse précoce : la pyrite caractérise les séries marines riches en matière organique en milieu anoxique sulfuré, tandis que la sidérite apparaît dans les environnements anoxiques très réducteurs, notamment les argiles non marines (marais intertidaux, dépôts lacustres). Les BIFs (banded iron-formations), unités épaisses interstratifiées avec des cherts, correspondent à des dépôts de fer sédimentaire spécifiquement précambriens, sans équivalent actuel connu.
Formation de fer rubanée du Précambrien, épaisse, interstratifiée avec des cherts, déposée dans des bassins intracratoniques, sans équivalent dans les dépôts de fer sédimentaire actuels ou phanérozoïques.
| Minéral | Valence du fer | Conditions de formation |
|---|---|---|
| Hématite | Fe³⁺ | Oxydantes, sédiment pauvre en matière organique |
| Goethite | Fe³⁺ | Oxydantes, dépôts ferrifères du Phanérozoïque (surtout Mésozoïque) |
| Sidérite | Fe²⁺ | Réductrices, riches en CO₂, milieux non marins ou très confinés |
| Pyrite | Fe²⁺ | Réductrices sulfurées, riches en matière organique, milieu marin |
Les principaux minéraux ferrifères et leurs conditions
- Évaporites : climat aride + bassin confiné ; séquence de précipitation carbonates → gypse/anhydrite → halite → sels de K et Mg.
- Roches siliceuses biogènes : radiolarites (radiolaires), diatomites (diatomées) ; cherts = silicification diagénétique.
- Fer sédimentaire : deux sources, altération continentale et volcanisme ; transport surtout colloïdal ou lié à la matière organique et aux argiles.
- Hématite et goethite précipitent en milieu oxydant ; pyrite et sidérite en milieu réducteur.
- BIFs = formations de fer rubanées, exclusivement précambriennes, sans équivalent actuel.
La séquence de précipitation évaporitique (ordre carbonates → sulfates → chlorures → sels de potassium) et le tableau des minéraux ferrifères selon le potentiel d'oxydo-réduction sont des questions classiques. Piège fréquent : inverser l'ordre de solubilité des évaporites, ou attribuer une origine phanérozoïque aux BIFs alors qu'ils sont typiquement précambriens.