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Géologie des argiles

Chapitre 7

Diagenèse

Chapitre 7 – Diagenèse
Introduction La diagenèse inclut toutes les modifications physiques et chimiques qui se produisent dans un sédiment après son dépôt mais avant le métamorphisme (Fig. 7.1). La limite diagenèsemétamorphisme est arbitraire. On peut la fixer vers 300°C, i.e., la température à laquelle toutes les argiles sont transformées enillite ou chlorite. Mis à part la compaction, complète vers 3000m d’enfouissement, le changement majeur lié à la diagenèse consiste en la réaction progressive des smectites en illites via des minéraux intermédiaires interstratifiés. La figure 7.1. montre la distribution en espèce et abondance des minéraux argileux selon l’âge des sédiments: smectite, kaolinite, interstratifiés diminuent avec l’âgetandis que les illites et chlorites augmentent. La smectite est presque toujours absente dans des sédiments d’âge paléozoïque, sauf conditions environnementales particulières. Cette observation suggère que les smectites et les kaolinites ont été transformées en illite ou chlorite suite à l’enfouissement.

Diagenèse

Figure 7.1 – Modifications minéralogiques en fonction de l’âge des roches –Eslinger & Peaver, 1988

Réactions de conversion des smectites en illites La réaction smectite vers illite implique un piégeage d’Al et K tout en préservant plus ou moins la structure 2/1 (cf. Chapitre 3). La réaction peut se faire par transformation, en étapes successives, avec production d’intermédiaires interstratifiés ou par néoformation, impliquant une phase de dissolution et la précipitationd’illites avec des interfaces gonflants de type smectitique. On peut écrire 3 réactions de base différentes pour expliquer la transformation des smectites en illites (Fig. 7.2).

Figure 7.2 – Mécanismes de formation des illites à partir de smectites – Eslinger & Peaver, 1988

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Géologie des argiles

Chapitre 7

Diagenèse

(1) La smectite absorbe de l’Al dans sa structuretétraédrique. L’augmentation de la charge est compensée par l’introduction de K dans l’interfoliaire. La structure originale de la smectite est conservée. Il s’agit d’un mécanisme de transformation. K et Al proviennent de la dissolution de feldspaths. La silice, le magnésium et le fer qui sont libérés se combinent pour former des chlorites (Fig. 7.3). (2) L’Al se concentre dans les tétraèdres d’une illiteformée suite à la dissolution et le départ de la silice de la smectite initiale. La smectite est cannibalisée pour constituer des couches d’illites. Il s’agit d’un mécanisme de transformation mais sans préservation de la structure initiale. (3) Suite à la dissolution de la smectite, il y a précipitation d’illite ou d’interstratifiés illitesmectite. Une néoformation sans précurseur smectitique estégalement possible.

Figure 7.3 – Réactions diagénétiques dans les shales – Eslinger & Peaver, 1988

Modèles d’illitisation Il existe différents modèles pour expliquer l’illitisation par enfouissement (Fig. 7.4-7.7). Certains combinent différentes réactions de transformation et de dissolution-précipitation. Modèle de Nadeau et al. (1984) D’après des observations au microscope électronique àtransmission (TEM), Nadeau et al. (1984) ont proposé que le mécanisme d’illitisation se produise sans minéraux interstratifiés intermédiaires (Fig. 7.4). Le comportement aux rayons X typique des minéraux interstratifiés serait en fait lié à la diffraction interparticulaire (Théorie des particules fondamentales – cf. chapitre 3). McHardy et al. (1982) ont observé les minéraux responsables du comportementd’interstratifiés aux rayons X. Il s’agit de très petites particules (d’environ 3 mm d’épaisseur) d’illite. Les surfaces de ces petits cristaux d’illites pourraient adsorber de l’eau et se comporter comme des feuillets smectitiques. Les petites illites résultent de la dissolution de smectite, suivie de leur recristallisation. Les interstratifiés illitesmectite sont constitués de 1 à 3...
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