L'enfouissement de la matière organique dans des contextes environnementaux et géologiques particuliers

Retour au cours

Comment la matière organique est-elle enfouie dans la lithosphère dans et sous des couches sédimentaires ?

 Les variations du niveau marin dans le cas des bassins paraliques

Consigne : À partir des documents ci-dessous, expliquer l'origine et la conservation de la matière organique des strates charbonneuses du Nord Pas de Calais. Pourquoi les veines de charbon se superposent-elles?

Bilan : La matière organique des strates charboneuses provient de la végétation d'une mangrove dans une plaine deltaïque recouverte et conservée sous des dépôts sédimentaires de type argilite / schiste puis conglomérat et grès. Une succession de phases de transgression et de régression du niveau marin expliquent la superposition des strates charbonneuses.

La subsidence permet l'enfouissement de la matière organique

 Cas des bassins houillers paléozoïques métropolitains

L’analyse de cartes géologiques met en évidence que la présence de pétrole et ou de charbon, de restes organiques dans les roches est associée à des bassins sédimentaires. 

1. Localisation de bassins houillers français métropolitains avec la carte géologique de France ou de cartes au 1/50 000ème.
2. A partir de plusieurs bassins français caractéristiques, description de la forme globale du bassin, détermination des formations environnantes. Mise en évidence de la présence de failles au pourtour de ces bassins.
3. Réalisation d'un schéma structural du contexte géologique (fig. 16) avec la carte géologique de France au millionième (voir figures 14 et 15).
4. Réalisation d'une coupe de dénivelé avec Google Earth (fichier kmz téléchargeable dans la partie "cours").
5. Schématisation d'une coupe géologique de ces bassins. Identification et représentation des failles associées.

• Fiche d'identification : les types de failles

Noter bien que la topographie actuelle n’a rien à voir avec la structure lithosphérique mais avec un contrôle structural et lithologique de surface. L’amincissement lithosphérique constaté est hérité du Cénozoïque et est donc très postérieur à la formation des bassins houillers. Pour justifier la subsidence des bassins paléozoïques et donc l’enfouissement du charbon, il faut s’appuyer sur les failles normales et/ou les failles décrochantes.

Le bassin d’Autun, situé dans la partie sud du Morvan, est une dépression synclinale E-O de 30 km de long sur 12 km de large au maximum. Inséré dans le socle varisque du Morvan, il renferme des séries datées principalement de l’Autunien (du Carbonifère supérieur (h3) et du Permien (r). Ces séries sont recouvertes (en discordance, visible sur la carte au 1M) par des dépôts du Trias supérieur (t3) et du Jurassique inférieur (ou Lias, J1). Il est limité au Sud par une faille normale/détachement. Ce bassin s'est formé à la fin de l’orogène varisque lors d’une phase de distension ou de transtension, probablement en lien avec l’étalement gravitaire de la chaine hercynienne (https://media.devenirenseignant.gouv.fr/file/externe/78/4/rj2018-agregation-externe-sciences_de_la_vie_sciences_de_la_terre_univers_1050784.pdf).	Le bassin houiller de Saint-Étienne est le plus grand bassin houiller du Massif central. C'est un bassin en pull-apart en relation avec un decrochement dextre (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/09853111.1998.11105309) qui s’étend dans sa plus grande dimension SO-NE sur plus de 100 km. Il est large au plus de 30 km environ au droit d’un axe NO-SE passant par Saint-Étienne et devient de plus en plus étroit à la fois vers l’est et vers l’ouest, de part et d’autre de cet axe. S’étendant davantage vers l’est, le bassin est dissymétrique. C’est un grand synclinal, peu plissé mais très fracturé avec le décrochement dextre du Pilat SO-NE sur sa bordure sud, des failles normales/détachements et inverses (http://www.saga-geol.asso.fr/Documents/Saga_334_Bassin_houiller_Saint_Etienne.pdf).
Fig. 14. Extrait de la carte géologique au 1/1 000 000 du Bassin d'Autun - Epinac et coupe de dénivelé (Google Earth) - Visualiser la légende de la carte géologique	Fig. 15. Extrait de la carte géologique au 1/1 000 000 du Bassin de Saint-Etienne et coupe de dénivelé (Google Earth)

Fig. 16. Exemple de schéma structural et contexte géologique du bassin d'Autun.

 Cas de l'hémi-graben oligocène de Limagne

1. Analyse de la carte géologique au 1/50 000ème de Clermont-Ferrand avec la coupe schématique des formations oligocènes de la Limagne.
2. Consultation du lien sur le bitume en Limagne : http://christian.nicollet.free.fr/page/Figures/Limagne/bitume/bitume.html.
3. Réalisation d'un schéma simplifié et légendé de la coupe géologique.

Fig. 17. Coupe schématique des formations oligocènes de l'hémi-graben de la Limagne (en bas de la carte géologique au 1 / 50 000ème de Clermont-Ferrand, BRGM). La présence de failles normales est un argument en faveur de cassures lithosphériques et d’affaissements des terrains.

Bilan : Au niveau des bassins sédimentaires, la présence de failles normales (cas de l'hémi-graben de Limagne et de la dépression synclinale d'Autun) et/ou de failles décrochantes (cas du bassin en pull-apart de Saint-Etienne) traduit un amincissement de la lithophère. Cet amincissement induit l'enfouissement de la matière organique par des dépôts de sédiments. Un facteur d’enfouissement de la matière organique correspond à une subsidence générée à la faveur de phénomènes tectoniques.

 Caractériser les différents types de bassins étudiés

Elaborer un tableau synthétique indiquant les types de failles, la forme globale des bassins, les dimensions en surface, l'épaisseur de la série sédimentaire, le contexte géodynamique.

A partir d’un document synthétique, déterminer le/les nom(s) des type(s) de bassins :

• graben (fossé rhénan) / hémi-graben (Limagne),
• bassin de décrochement (en pull-apart) / dépression synclinale (Bassins d'Autun, de Saint-Etienne, de Commentry dans le sillon houiller),
• bassin flexural d’avant chaîne (Nord-Pas de Calais) et
• intracratonique (bassin de Paris).

Tableau 1. Comparaison de bassins sédimentaires continentaux (modifiée d'après Géologie, J'intègre, Dunod, 2015)

Nom du type de bassin	épaisseur de la série de sédiments	forme et dimensions en surface	contexte géodynamique, type de faille	Schémas représentatifs légende :	exemples
graben (ou hémi graben)	variable, plusieurs kilomètres	géométrique, quelques dizaines de kilomètres en largeur, plusieurs dizaines de kilomètre en longueur	divergence intraplaque, rift, failles normales		Limagne (hémi graben), fossé rhénan (graben)
bassin d'avant-pays (dit aussi flexural ou molassique)	variable, plusieurs centaines de mètres à plusieurs kilomètres	géométrique, quelques dizaines de kilomètres en largeur, plusieurs dizaines de kilomètre en longueur	convergence, collision, failles inverses, chevauchement		bassin molassique suisse (Alpes), bassin de la plaine du Pô (Apennins)
bassin de décrochement (pull-apart dits également en transtension) ou dépression synclinale	plusieurs centaines de mètres	géométrique, étroit (plusieurs kilomètres en largeur et quelques dizaines de kilomètres en longueur)	divergence, cisaillement, failles normales et/ou décrochantes   divergence, failles normales	bassin en pull-apart	bassins de Saint-Etienne, de Commentry dans le sillon houiller   bassin d'Autun
bassin intra-cratonique (épicontinentaux)	variable, plusieurs kilomètres	grandes oréoles concentriques de plusieurs centaines de kilomètres de large	héritage de divergence en général (dislocation de la Pangée), intraplaque, rift fossile		bassin de Paris

Il existe d'autres types de bassins sédimentaires dont :

• en régime de convergence :
  • les fosses, les prismes d'accrétion, les bassins d'avant-arc et d'arrière-arc associés à la subduction,
  • des bassin de zones de coulissage dit en transpression et
• ​en régime de divergence :
  • les bassin de marge passive
  • les bassins océaniques des plaines abyssales.