L'enregistrement du temps dans les sédiments.

[invite8f0c515e]

Bonjour à tous. Je poste ici car c'est peut-être l'endroit où j'ai le plus de chance d'obtenir des réponses interessantes.
Voilà ; je suis en prépas BCPST, et le thème des TIPE cette année, c'est "LE TEMPS" c'est quand même vague, hein?
Alors que la plupart de mes camarades se porte sur des sujets plus "biologie" comme l'étude du vieillissement, de la décomposition de divers substances organiques, etc... et qui, d'après notre prof, ne collent pas toujours avec la problématique, j'ai proposé une étude de sédimentologie. Ce serait "les sédiments, enregistrement du temps".
Je vous explique la démarche que j'ai mené jusqu'a maintenant, et je vous dirai ce qui pour moi pose problème.
Tout d'abord, on se limite à la sédimentation détritique car dans un soucis de simplicité.
J'aimerai tout d'abord réaliser un modèle assez simple qui lie l'épaisseur des sédiments et le temps de sédimentation en fonction de la vitesse, de l'épaisseur etc...des particules.
Pour ce faire, je suis allé chercher du sable au fond d'une rivière, que j'ai fais secher. Ensuite le but est de le tamiser afin d'obtenir des lots de différents diamètres.
Puis grâce à une machine, une sorte de tamiseuse électrique à vitesse variable (fabrication artisanale) on fait sédimenter le sable dans un cylindre de verre rempli d'eau (hauteur 1m diamètre 10cm) et on note en fonction du temps écoulé l'épaisseur du dépot. On essaie de modéliser le tout avec regressi par exemple, pour établir une relation entre temps et épaisseur, selon la taille des particules et la vitesse de sédimentation.
Voilà, mais une fois qu'on aura établi un modèle, (ce qui serait déjà extraordinaire), je ne vois pas du tout comment on pourra l'appliquer à la réalité !
Car nous on ne s'interesse qu'aux sédiments, et pas aux roches sédimentaires (grès). Donc le modèle pourrai s'appliquer dans les lits des rivières ou dans les tourbières peut être, mais ça rique d'être très difficile. Je pense que si a partir d'une carotte dont on connait la profondeur de la base, ainsi que les caractéristiques moyennes des particules détritiques, ainsi que la vitesse de sédimentation, on doit pouvoir évaluer un âge à partir du modèle, mais comment obtenir ces informations? En plus on a pas encore fait le cours de sédimento c'est la galère !
En résumé, je suis bloqué ! Si vous aviez des idées pour l'application du modèle, histoire de dire que tout ce qu'on a fait ne serve pas àà rien...
Je n'ai pas l'habitude de demander de l'aide, mais là je ne pourrai pas m'en sortir seul.
Je m'excuse pour le temps que je vous prend et vous remercie pour les pistes que vous pourriez me donner.
A bientot
Renaud
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[invitecc7891ee]

on ne peut pas relier l'épaisseur des sédiments au temps car cela dépend du flux sédimentaire. Tu peux avoir 1 m de sédiments qui représentent 100 Ma et 100m qui ne représentent que 10Ma.

[invite8f0c515e]

surtout qu'il y a des phénomène de compaction donc 1metre de sédiments à la surface et 1 metre de sédiemtn a 10km de profondeur ne représenteront pas la meme durée pour des conditions de formations similaires.
Mais est ce qu'il est possible de connaitre la vitesse du flux sédimentaire a partir d'échantillons?

[invite048e2f14]

Oui. Et pour ça, y a pas de miracles : il faut disséquer sa série sédimentaire.

Deux choses à zieuter en détail pendant la dissection :
- la qualité de l'enregistrement :
est-il continu, ou bien y a t-il du temps non enregistré ? p.ex. périodes sans sédimentation et/ou périodes d'érosion des sédiments
trouve t-on des indices de la vitesse instantanée de dépôt ? p.ex. : événements "cataclysmiques" du style dépôt en masse ou au contraire surfaces condensées par manque d'apports...

- le calage dans le temps :
pour ça, pas de miracles... les deux seuls preuves du "temps fléché" ce sont les fossiles et la radioactivité. Donc si on veut calculer la vitesse moyenne, instantanée et compagnie de façon fiable, il faut à un moment ou un autre caler sa série sédimentaire grâce aux fossiles et/ou des niveaux datés par isotopes et/ou niveaux repères dont on connait ailleurs l'âge.

Dans la pratique : quand on s'intéresse à des sédiments sur le terrain pour une raison X ou Y, on regarde moins les épaisseurs et la nature des roches, que leur contenu (fossiles typiques, figures traduisant le milieu de dépôt) et leurs discontinuités (propriétés des surfaces de bancs, et leur géométrie...).
Donc des échantillons pourquoi pas, mais ce n'est pas toujours le plus informatif. Dans une masse de sédiments, on peut avoir 99% du temps enregistré par les discontinuités, et le reste par des figures sédimentaires qui font des dizaines de mètres. Pas facile à ramener au labo dans les deux cas Le mieux c'est encore l'appareil photo... à méditer...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0ec2ae1d]

Salut,

Je rajouterais aussi pour le calage du temps ce qu'on appelle les allocycles, c'est-à-dire des alternances plus ou moins périodiques du type de dépôt dûs aux paramètres extérieurs, comme par exemple:
- variations été / hiver de l'érosion visible dans des sédiements lacustres;
- alternance marnes / calcaires montrant une forte variation du niveau de la mer dûe aux cycles glaciaire / interglaciaire.

Sinon, je vois un cas où il est intéressant de connaître les vitesses de sédimentation. On veut dater un événement jusqu'alors inconnu (l'âge d'un fossile que l'on vient de découvrir par exemple) borné par deux autres connus (disons un autre fossile très bien connu quelques mètres au-dessus et par exemple la limite crétacé-tertiaire très bien connue quelques mètres en-dessous.) entre lesquels ils se passe des choses non triviales (la vitesse de sédimentation varie.)

À méditer car souvent on a plus que deux données et les fossiles ne sont pas ponctuels mais vivent pendant une certaine plage de temps: en trouvant deux fossiles espacés d'un mètre rien ne dit que l'espèce n'est pas née 50cm en-dessous du premier et morte 50cm au-dessus du deuxième. Peut-être est-il intéressant de faire des calculs d'incertitude et de les comparer aux incertitudes des mesures de radioactivité?

[invite8f0c515e]

Ouai de ce côté là c'est plutôt mal barré...
Pourtant la prof avait dit que c'était une très bonne piste.
Mais en fait tout n'est pas perdu, au contraire !
Je me rend compte que l'insuffisance d'un tel modèle pourrait me permettre de rebondir, et à partir des ses limites de trouver d'autres idées pour obtenir la durée de formation d'un échantillon.
Et je pense que les phénomènes cycliques enregistrés dans les sédiments permettraient de determier cette durée en connaissant la période du cycle. C'est vrai que dans les differentes strates d'une même série, on en a des plus ou moins marquées.
Cependant, et c'est pourquoi je l'avais un peu négligé auparavant, je ne vois pas où serait la partie expérimentale. Peut être dans un premier temps essayer de reproduire ces irrégularités en changeant periodiquement les conditions de sédimentation. Mais à part reproduire ce qui peut se passer dans la réalité, je n'y vois pas grand interêt.
Vous n'auriez pas des idées d'expériences? Je refléchi de mon côté mais on a quand même des moyens limités...
En tout cas je vous remercie de l'interêt que vous me portez!
A bientôt
Renaud

[invitecc7891ee]

Je crois que ton sujet est trop vaste et qu'il ne faut pas trop t'orienter vers des tentatives de mesure de "vitesse" de flux sédimentaire, c'est une pente instable car pour connaître la vitesse il ne faut pas seulement connaître l'âge mais également la distance à la source, ce qui complique beaucoup les choses...
Tu peux étudier les choses à plusieurs échelles:

- à l'échelle du bassin sédimentaire:
Tu peux regarder comment évolue un bassin sédimentaire dans le temps
on peut calculer assez simplement des courbes d'accommodation qui donnent l'espace disponible pour la sédimentation en fonction du temps pour un bassin particulier
expériences: très difficiles à réaliser mais tu peux essayer de faire une maquette avec du sable ou d'autres matériaux pour voir comment évolue un bassin qui se forme dans un contexte compressif ou extensif


- à l'échelle de l'échantillon
puisque tu as déjà du sable trié, tu peux essayer de voir quelles sont les différents types de granoclassement, comment ils se forment et pourquoi.
tu peux étudier plusieurs exemples comme les rives de systèmes fluviatiles méandriformes, les turbidites...
expériences: assez faciles, multiples
Pour relier ça avec le temps tu peux regarder comment les granoclassement évoluent et quelles géométries actuelles ont obtient en fonction de différents paramètres (pente pour les turbidite par exemple)

- un sujet un peu bateau mais qui plairait certainement bien au jury serait:
La cyclicité des phénomènes géologiques: cycles tectoniques (Wilson) et cycles climatiques (Milankovitch, saisons avec les warves...)

- un sujet qui me plairait énormément mais malheureusement je ne suis plus en prépa:
La notion d'éphémère ou comment des montagnes plus hautes que l'Himalaya peuvent disparaître tandis qu'un petit moustique peut être préservé?

mais je pense qu'il est un peu tard pour changer de sujet. En tout cas, je me répète un peu mais pour moi il serait très difficile de déterminer la vitesse du flux sédimentaire, par contre tu peux calculer un taux de sédimentation mais qui n'a pas un grand intérêt en soi sauf dans le cas de l'étude d'un bassin.

Bon courage, ça fait plaisir des petits jeunes qui s'intéressent à la géol!

[Yves2]

Mais Fauvea, à 21 ans, tu es encore très jeune !

Y.

[invite8f0c515e]

Merci beaucoup !
T'as deuxième réponse m'a beaucoup plus aidé que la première
Je vais voir ce que je trouve du côté des phénomènes cycliques. En fait au départ, on était parti du côté de la dendrochronologie, mais c'est pas évident de faire des carottes dans les arbres en toute légalité...et vu que la géologie n'était pas du tout exploitée...

[invitecc7891ee]

Pour la dendrochronologie, les gens de la section "archéologie et paleontologie" ont l'air de s'y connaître, apparemment tu peux regarder des poutres de charpente (pas besoin de couper des arbres). Tu peux peut être aussi prendre des rameaux et essayer de corréler l'épaisseur des cernes aux données climatiques des dernières années.

En ce qui concerne les cycles de Wilson, voici une définition:
"Cycle des super-continents ou cycle de Wilson : Evolution des continents et des bassins océaniques en trois phases : fragmentation des continents et ouverture des océans, disparition des océans et rapprochement des continents, collision entre les continents et formation de chaînes de montagnes."
http://www.cnrs.fr/cnrs-images/scien...nu/lexique.htm

En ce qui concerne ma 1ere réponse, c'est vrai qu'elle était un peu brève mais je n'avais pas beaucoup de temps.

Quand à savoir si je suis jeune...ça dépend, quel âge tu as Yves?

[invite8f0c515e]

Le cycle de wilson, on en a parlé en cours, mais c'est vraiment à des échelles énormes.En plus ya pas trop de témoins...sans parler des expériences qu'on pourrait faire : j'en vois pas. Et puis j'aimerais me limiter aux cycles sédimentaires je trouve que ça colle vraiment bien avec le sujet. En effet, le fait qu'il y ait des phénomènes cycliques à differentes échelles facilite le "comptage" du temps ce qui fait des sédiments un support idéal.
Je suppose que les phénomènes cycliques enregistrés
sont surtout climatiques. Est ce qu'ils peuvent être d'une autre nature?
Il faudrait par contre que j'explique comment les variations du climat peuvent être enregistrées, c'est à dire comment elles modifient les conditions de sédimentation.

[invite048e2f14]

Pour faire simple, la sédimentation est contrôlée par trois facteurs :
- les données à enregistrer = l'apport de sédiments (contrôlé par le climat et le contexte tectonique) ;
- le stockage des données = l'espace disponible (contrôlé par le niveau marin et les mouvements tectoniques du fond) ;
- les accidents = survenue d'événements contingents sans rapport direct avec la tecto/climat (retombées volcaniques, météoritiques...) + les aléas (de préservation, compaction, érosion, altération etc.)

Sachant que le niveau marin est contrôlé aussi bien par les cycles tectoniques (Wilson...) que climatiques (Milankovitch...) !
Du coup, lorsque des cyclicités sont bien enregistrées - ce qui n'est pas forcément le cas - ça peut être assez compliqué de dire d'où elles proviennent :
- subsidence du fond par acoups ?
- périodes d'érosion-transport plus intense ?
- variations du niveau marin ?
- événements aléatoires (p.ex. glissements récurrents...) ?
- aléa historique ? (p.ex. rivière qui change de cours) ?
Dur dur si tous ces signaux sont constamment entremêlés. Obligé de faire des comparaisons, test d'hypothèses, reconstructions... ouille la tête.

De fait, dire que les choses observées sont "surtout" d'origine climatiques, ça peut être valable localement, et archi-faux un peu plus loin. Pas possible d'être général.

Donc il faut se concentrer sur des cas concrets, particuliers, par exemple un lac glaciaire en domaine tectoniquement stable à l'échelle de temps considérée, où là on pourra se pencher sur l'enregistrement d'alternances style saisons/glaciations... Des varves, ça parle vite et bien, ça frappe l'oeil, même si ça reste un cas très particulier
Pour un exposé complémentaire mais également instructif, les volcanites/cinérites (style Massif central) ça peut être sympa comme modèle, car là on a pléthore de méthodes à utiliser : magnéto, paléonto, radioisotopes, altération... et on reconstitue aussi bien le signal climatique que 'éruptif' au cours du temps.

[invite8f0c515e]

On en revien s au même au final, le sujet reste trop vaste.
Est ce que vous connaissez les monts du lyonnais? Dans le mont d'or ya pas mal de sédiments mais je suis pas sur qu'il y ai quelque chose d'interessant. Si vous connaissez des phénomènes cycliques observables dans le coin coin...
Mais par exemple dans certains grès on voit des couches de 1mm environ qui sont plus marquées toutes les 10-20 couches (enfin ça c'était sur un grès que j'ai trouvé, c'est peut être pas fréquent en général) donc ça pourrait correspondre à quoi?
Merci bonne nuit et à demain !

[invite048e2f14]

Si c'est les grès du trias du Mont d'Or, c'est surtout de la lamination au sein de figures de courant, parfois de marée... pas de cyclicité climatique/tectonique, ni même de régularité visible. Le trias du Mont d'Or est très monotone, avec une sédimentation invariante sur de longues périodes, et difficile à dater finement.

Dans le coin, sinon, il y a pas mal de formations glaciaires qui illustrent les alternances d'écoulement/dépôt : varves (combes glaciaires, nord des Dombes...), terrasses (cycles de creusement/remblaiement, en fonction de l'alternance glaciation/réchauffement)... par contre à modéliser c'est un peu coton.

[Une idée gratuite]
Un truc sympa et pas trop compliqué à modéliser (avec divers sables colorés qu'on balance et fait avancer dans un aquarium à font incliné) c'est les différences horizontales dans l'enregistrement du temps par les sédiments... modèle de la limace d'Exxon, "exxon slug" sur Google... Sympa car remettant en cause pas mal d'idées préconçues sur "comment" et "où" s'enregistre le temps : 1/ l'enregistrement n'est pas continu en un seul endroit, il se déplace latéralement ; 2/ il n'y a pas de corrélation entre l'épaisseur d'un banc et sa durée de dépôt, et souvent la quasi-totalité du temps est "enregistrée" par une simple surface sans épaisseur...
Une fois qu'on a pigé, ça paraît aller de soi, et pourtant c'est encore loin d'être très "démocratisé" ! Et pour la petite histoire, ce modèle est détourné par les créationnistes U.S., pour argumenter que la stratigraphie est un mensonge...
(A illustrer avec du calcaire de Belmont (69) et son contemporain de la Verpillière (38).)

[invite6668f267]

Salut

Un des rares exemples où l'on peut mesurer le temps dans une série sédimentaire, ceux sont les tidalites (enregistrement des dépôts de marées).

Attention sur les autres phénomènes cycliques (je pense aux turbidites notamment): on a aucune idée du temps de non dépôt. Une turbidite de plusieurs mètre d'épaisseur peut se déposer en quelques heures/jours, et sera suivit de plusieurs centaines/milliers d'années de non dépôt. De plus, la turbidite suivante peut éroder le sommet de la précédente!

Je pense que tu devrais plus travailler sur la quasi mpossibilité de relier de l'enregistrement du temps et l'enregistrement sédimentaire. L'exemple du modèle d'Exxon proposé ci-dessus me parait moi aussi particulièrement bien adapté. Bon courage pour les expérimentation, ça va pas être évident à mettre en place...

[invite8f0c515e]

Rebonjour, j'aimerai faire le point avec vous.
J'ai encore quelques interrogation au niveau du plan.
Dans une première partie, je pense parler de l'épaisseur d'une strate en fonction du temps de sa formation. On peut alors faire des experiences de mesures, mais elles ne sont que théorique. On donne alors les limites des modèles qu'on aurait pu faire en expliquant qu'en laboratoire on fixe tous les paramètres (et encore) alors qu'en réalité, les parametres ne sont pas constants et trop nombreux. Ainsi à la fin de la première partie, on arrive au fait qu'on ne peut pas établir de lien entre épaisseur et temps de formation.
Ensuite dans la deuxieme partie, on peut rebondir vers les phénomènes cycliques pouvant être enregistrés dans une série. Là il me manque les experiences si vous avez des idées. Ensuite on peut dire que là non plus on ne sait pas si les phénomènes sont vraiment cycliques, et en plus qu'il faut connaitre la durée du cycle pour évaluer une durée.
Voilà apres je ne sais pas ou aller.
Pourriez vous m'expliquez ce qu'est la limace d'exxon, car j'ai cherché même en anglais, j'ai rien trouvé (vous pouvez essayer, chez moi ya rien en rapport avec la géol).
Merci beaucoup, il nous reste peu de temps et j'aimerai bien conclure !

[invitecc7891ee]

Salut,

j'ai trouvé un site assez complet (et en français ce qui est toujours appréciable):

http://www.ulg.ac.be/geolsed/sedim/compl_sedim.htm

Regarde surtout le paragraphe: "Les séquences de dépôt ("unconformity bounded-units") de durée supérieure à 1 Ma", les beaux schémas que tu vois correspondent au modèle d'Exxon.

La "limace" d'Exxon ou plus simplement séquence d'Exxon est un ensemble de dépôts qui enregistre un cycle de variation du niveau marin (classiquement on la définit sur les cycles de 3ième ordre).
Enfin, tu verras, j'ai l'impression que c'est assez bien expliqué sur ce site.

En ce qui concerne ta première partie, tu peux parler des modifications d'épaisseur liées à l'enfouissement des sédiments, mais aussi du fait que lors du dépôt l'épaisseur dépend surtout du flux sédimentaire et de l'espace disponible à la sédimentation qui sont des facteurs qui évoluent dans le temps en fonction de la tectonique régionale et du niveau marin absolu (j'ai toujours un doute si c'est le niveau absolu ou relatif mais il me semble que c'est l'absolu car le relatif dépend justement de la tectonique... à confirmer).

A propos des phénomènes cycliques, tu peux déjà montrer des photos de warves et de dépôts tidaux. Mais je pense que le modèle d'Exxon peut presque à lui seul constituer un sujet entier car il y a:
1. présenter le modèle et parler de la cyclicité
2. le critiquer et expliquer que ce modèle est imparfait car il ne tient pas compte des glaciations.