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Les conditions de formation des roches fossiles

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Objectif(s)

Savoir reconnaître un gisement de charbon.
Connaître les étapes de formation du charbon.
Connaître les étapes de formation du pétrole.

Dans la famille des roches carbonées on trouve le pétrole et charbon, la tourbe, la houille, le gaz naturel. Ces roches sont dites combustibles, elles sont utilisées par l’Homme pour produire de l’énergie grâce à la réaction de combustion.
L’analyse chimique de ces roches montre qu’elles ont une composition proche de celle de la biomasse.

1. La formation du charbon

a. Caractéristiques d'un gisement de charbon

Le gisement de Graissessac (Hérault). Le bassin houiller de Graissessac est localisé au pourtour du Massif Central.
Les mines ne sont plus exploitées depuis 2004 mais on peut encore observer des affleurements du gisement de charbon. Le charbon est daté du Carbonifère (-300 Ma).
Les veines de charbon sont coincées entre des couches de roches sédimentaires de type détritique comme le grès ou l’argile. Cette zone est aussi marquée par des failles témoignant d’effondrements caractéristiques des zones d’extension.
On trouve aussi dans cette zone des couches rocheuses rouges riches en oxydes de fer qui résultent d’une altération en milieu tropical.

b. Les étapes de formation du charbon

Le charbon actuel s’est majoritairement formé au Carbonifère. Les régions contenant les gisements étaient à cette période situées au niveau des tropiques et bénéficiaient d’un climat tropical. La végétation y était dense.
Le plus souvent, lorsque les végétaux meurent ils sont décomposés en matière minérale. Pour qu’il y ait formation de roche fossile, cette décomposition ne doit pas avoir lieu. Pour cela, les végétaux doivent être enfouis rapidement sous les sédiments.
Ce processus ne peut donc avoir lieu que dans un milieu aquatique (marécageux, lacustres ou côtier) favorable à la sédimentation.

Les étapes de la formation du charbon sont les suivantes :

   1. Dépôt des végétaux morts au fond d’un bassin sédimentaire sous une couche d’eau.
       Ils se retrouvent ainsi dans un milieu pauvre en dioxygène favorable à leur fossilisation.

    2. Enfoncement progressif du fond du bassin sédimentaire ou subsidence.

        Dans certains cas, cet enfoncement peut être dû à l’étirement de la croûte continentale. Des failles se forment et on observe un effondrement local.

    3. Dépôt de sédiments qui se mélangent à la couche de végétaux puis la recouvrent et servent de support pour une nouvelle végétation.

    4. Transformation des sédiments et des végétaux morts en roches sous l’action d’une augmentation de la température due à l’enfouissement et de bactéries anaérobies qui transforment les molécules organiques en libérant les molécules volatiles (O2, H2, N2) et concentrent le carbone. Ce processus prend plusieurs millions d’années.

Ces étapes peuvent se renouveler, ce qui permet d’obtenir en sous-sol une alternance de couche de charbon avec des couches de roches sédimentaires comme l’argile ou le grès.

2. La formation du pétrole

Le pétrole est une roche carbonée : riche en carbone et en hydrogène (les hydrocarbures).
Elle se forme principalement en milieu marin après l’enfouissement rapide d’une grande quantité de matière organique d’origine planctonique ce qui limite les dégradations biologiques en présence de dioxygène.
La matière organique subit alors des dégradations biochimiques qui conduisent à la formation de kérogène, matière organique appauvrie en oxygène et azote.
Le kérogène s’enfonce ensuite progressivement et est soumis à des températures de plus en plus importantes. Ceci conduit à son enrichissement en carbone ce qui forme le pétrole.
Les éléments O, H et N qui sont éliminés forment des gaz dits naturels : H2O, CO2, CH4, N2.
Le pétrole est une substance moins dense que la roche mère (dans laquelle il se trouve). Il va migrer vers la surface et doit être stocké dans une roche réservoir à partir de laquelle il est extrait. Cette dernière est poreuse (ex. calcaire) et doit être recouverte d’une roche imperméable comme l’argile.

L'essentiel

Les roches fossiles sont des roches riches en carbone qui se forment à partir de la dégradation biochimique de la biomasse. Leur formation dépend de conditions climatiques et géologiques particulières :
   • La productivité primaire doit être importante. Les régions tropicales sont donc favorables.
   • Il faut un enfouissement de la matière organique dans un milieu aquatique pauvre en dioxygène. Les milieux marécageux, lacustres, côtiers ou marins sont donc favorables.
   • Il faut un enfoncement progressif du bassin sédimentaire afin de favoriser l’augmentation de la température et permettre l’action des bactéries anaérobies.

Pour former la roche fossile, la matière organique subit une dégradation biochimique qui libère les éléments volatiles et enrichit la matière en carbone.
Le charbon se forme principalement en milieux marécageux, lacustres, côtiers. On le retrouve sous forme de veines emprisonnées dans des couches de roches sédimentaires type grès ou argile.
Le pétrole se forme principalement en milieu marin. Il consiste en un mélange de liquide et de gaz peu dense qui va remonter à la surface à partir de la roche mère jusque dans une roche réservoir poreuse. Il y est conservé si cette dernière est recouverte d’une roche imperméable.

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