Les structures sédimentaires enregistrent, à l'échelle du banc ou de la strate, les conditions hydrodynamiques du dépôt. Ce chapitre distingue les figures d'érosion basale, les structures internes de stratification et les structures de déformation, puis montre comment elles servent à déterminer la polarité stratigraphique et la direction des paléocourants — un savoir-faire attendu en travaux pratiques.
1. Généralités et classification
Une structure sédimentaire est une figure géométrique visible dans ou entre les strates, produite par les processus d'érosion, de transport ou de dépôt. La chance qu'une figure d'érosion soit préservée dans l'enregistrement sédimentaire est faible : le sédiment doit être suffisamment cohésif pour maintenir le relief avant un enfouissement rapide par un matériel de nature différente, seul capable de créer le contraste nécessaire à son observation. On distingue classiquement trois groupes : les figures d'érosion basale (sole marks), les structures de stratification à petite échelle, et les structures plus grandes reconnues à l'échelle de la séquence (chenaux, slumps).
2. Les figures d'érosion basale (sole marks)
Les sole marks sont un groupe varié de structures observées et préservées à la base de bancs grenus (souvent des grès) interstratifiés avec des argilites. Elles résultent de l'érosion d'un sédiment cohésif finement grenu, immédiatement remobilisé en suspension puis recouvert par un matériel plus grossier : ce sont donc des impressions négatives du relief d'érosion, typiques des dépôts épisodiques comme les courants de turbidité. On distingue les scour marks, dus à des affouillements turbulents (forme lissée, fuselée), et les tool marks, dus au déplacement d'objets sous l'action du courant.
Parmi les scour marks, les obstacle scours se développent autour d'un galet ou d'un fragment robuste : le courant, accéléré autour de l'obstacle, engendre des tourbillons qui creusent une dépression en croissant en amont et des traînées qui s'atténuent vers l'aval. Une fois l'obstacle disparu, le moule de cette dépression en forme de fer à cheval constitue une excellente structure de polarité, indiquant directement le sens du paléocourant.
Figure d'érosion basale préservée en moule à la base d'une strate grenue, résultant de l'érosion puis du remblaiement rapide d'un sédiment fin sous-jacent ; indicateur de la direction du paléocourant.
3. Les structures de stratification
À l'intérieur même des strates, plusieurs figures traduisent l'énergie et le sens du courant au moment du dépôt. La stratification entrecroisée (litage oblique) se forme par la migration de rides ou de dunes sédimentaires ; l'inclinaison des lits obliques indique le sens du courant qui les a construits. Les rides de courant (asymétriques) et les rides de vague (symétriques) se développent respectivement sous l'action d'un courant unidirectionnel et d'une houle oscillante, et se distinguent nettement en coupe et en plan. La lamination parallèle, plus discrète, résulte d'un régime d'écoulement rapide en nappe peu profonde, ou d'une decantation lente en eau calme.
4. Les structures de déformation synsédimentaire
D'autres structures naissent après le dépôt, mais avant la lithification complète du sédiment, sous l'effet de la gravité ou de la charge différentielle. Les slumps sont des glissements en masse d'un paquet sédimentaire encore meuble sur une pente, qui plisse et déforme les strates sans les rompre en blocs individualisés — ils indiquent une instabilité de pente, souvent liée à la sismicité ou à une sédimentation rapide. Les structures de charge (load casts) se forment lorsqu'un sédiment dense (sable) repose sur un sédiment fin encore gorgé d'eau (argile) : des protubérances du sable s'enfoncent dans l'argile sous l'effet de la différence de densité. Les figures de dessiccation (fentes de retrait polygonales) témoignent, quant à elles, d'une émersion temporaire du sédiment.
5. Utilité : polarité stratigraphique et paléocourants
Sur le plan de stratification, une structure d'érosion se traduit par un relief à la base de la strate qui la recouvre ; sur le profil de la séquence, l'érosion se manifeste par le recoupement de la stratification sous-jacente. Ces figures, notamment les sole marks et la stratification entrecroisée, sont donc de précieux indicateurs de polarité stratigraphique (distinction du haut et du bas d'une strate, utile dans les séries plissées ou renversées) et de direction des paléocourants, essentiels pour reconstituer la paléogéographie et l'analyse structurale des séries étudiées.
| Structure | Position | Information fournie |
|---|---|---|
| Sole marks (scour/tool marks) | Base de la strate | Polarité, direction du paléocourant |
| Stratification entrecroisée | Interne à la strate | Sens et énergie du courant |
| Rides symétriques / asymétriques | Surface supérieure | Houle (symétriques) vs courant (asymétriques) |
| Slumps, load casts | Post-dépôt, avant lithification | Instabilité de pente, contraste de densité |
Les principales structures sédimentaires
- Une structure sédimentaire n'est préservée que si le contraste lithologique et l'enfouissement rapide le permettent.
- Sole marks = impressions négatives à la base des bancs grenus ; scour marks (affouillement) vs tool marks (objets déplacés).
- Stratification entrecroisée, rides de courant (asymétriques) et rides de vague (symétriques) renseignent sur le régime hydrodynamique.
- Slumps et load casts sont des structures de déformation synsédimentaire, avant lithification complète.
- Les structures d'érosion et de stratification servent à déterminer la polarité et la direction des paléocourants.
La reconnaissance d'une structure sur photo ou en carotte, et la question sur son usage en polarité stratigraphique, sont classiques en travaux pratiques et en examen. Piège fréquent : confondre rides symétriques (vague) et asymétriques (courant), ou décrire un slump comme une figure d'érosion alors qu'il s'agit d'une déformation synsédimentaire post-dépôt.