n' d'ordre: THESE 1095 présentée à L9UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE LILLE pour obtenir le titre de docteur da jeme cycle en dynamique et pratique ment ion océanologie PAR HOLTZAPFFEL ORIGINE ET EVOLUTION DES SMECTITES XLBO-APTIENNES ET PALEOGLNES DU DOMAINE NORD-ATLANTIQUE I SOUTEWE LE 1 9 OCTOBRE 19 8 3 DEVANT LA COMMISSION D'EXAMENS : . P. DEBRABANT. ...Président . H . CHAXLEY ......Rapporteur . S. CLAUER.. .... , A. DESPRAIRIES. Examinateurs ..I .F. RAOULT.. .... 1 AVANT - PROPOS Ce iflLavd e~tavant itoa le rréalLeXat de deux annéu de co&bo- ta~iun,e2 je iie~nh aduet to~ceux qui à Ue,S.tka bouhg, orna^^ et <'.,fon-l,m'ont pQhmin de Le menm à bien. Id. ff.CHAilvILEY m'a ouvett itau,teh leh pohte~de bon khbom,tohe, & bien clouvent c&e de bon bw~eau,avec une égale genWenae. Je fieu à Le tre.tnmcim d' avoh advi CC .ttLavd, pm à ,gm, dmant to&en [en pha~e~de bon évoLlLt.Con, e2 de m'avoh itoujow 6énédicim de aon ~xpéuence. ,M. P. DEBRABANT a houvent accepté de be penchm avec moi am da abLeaux de chidd4e~,c-t de m'aide& 6 y voh cLah. I& a de ph accepXé. de p4Enidm ce jwry, et je en ad4econnaAaan.X. M. N. CLAUER, mon "pmkon" aixabo~trgeah,n'a jamdin marné leh moyen-b néccaaaheis à mon enttreptLine. J'ai bénébici& de aun expétUence da~nLe domaine du buXopa, au corn de noa nombtreunes dincunbion-l. Xtouve ici L'exptaaion de ma heconnainacuzce. M. A. DESPRAIRIES m'a toujow accuedLi chdemeunement, lom de meh pmaaga à Umay, eA a auivi mon ;trtavaie avec beaucoup dtintéa&t. Je le temmcie d'accepitm de le jugeh aujod'hui. M. J. F. RAOULT a bien voLLeu UeQ/t jugm ce rnémohe. Je 1' en tremmcie, cm je aaia qu'une photo de amectite ne va& pm une bonne cahte postaLe de La Vanahe. Je tremmcie Egdment!me C. BONNOT, qu-i a ,otUd en chmge avec beaucoup de geWuae L'andyae du tmea ma, e,t m'a aimi uuvm un nouvel hu~zon.M. M. STE7NBtRG /A 'eh2 intehe~aéB meh arnedLtu, Q/t a accepzé de le^ uclLetm. Je Liddn tecvnnainbaYLt du itemph panhé, pkh SUA celui de aa nombheubeh occupclkioa. :.lue H. PAOUET a bien vo& 4Weune pahtie du manum,i.t, et je fieu Ù Lui exptLimm ma gm,thkde, pou4 6U con6ei.42 avhéa. !via teconnaindance va Qgdement Ù M. :AERC7ER eX C. BUPUIS, qui m'ont pWde Ztavc.Lieea am [eu,EcCzantLL'Lonn, et m'ont ptro&Ltm de 4~~&~. Nombtreux aont ceux qu-i, d' une manLEtre vu d'une &e, m' ont ouvm leu pohte dmnt CM deux annSen. A &UA, j' exwe ma gtuude, en pen-bavtt pa~AicuRiè4ement à M. J. LUCAS, hl 1. PREVOT, MM. h4. BONHOrMME, P. LARZUE, C. BECK, J.P. CULBEAUX Qt F. Ai(1EDRO. Ce &tavail a b&rzé~ioig d'une pm~anente e,t phécieube aide technique. Je veux donc tremaci~fiL' e{&Lcadté e2 La céLé&Lté de P. RECOURT, La gentieeabe de J.h.1. DEREhiEAUX, La pa2ience de B. KIEFEL et D. TISSERAND, eA La compCfcnce de C .JEHANNO, P KARCHER eA R. FEURER. Taret à Lieee qu'a S.huboung, j 'ai .ttavWé dand une ambiance aympa;thique, g&ce à toub ceux qu.i &en;t joqeu6merilt te6 hboutoLteb. Nombkux hont ceux qui m'ont kendu de pWou de gWaaviceb, et je Cu asaWre de tode mon anuXé, qui va tod pamXcuLièhment à J.F. DECUNZNCK, Y. DESPEYRUUX, S. CRASQüZN, A. PIETTE et N. LZEWZG. Ce mémohe n'a.wu& pas vu Le jom aans l'dede $ou ceux qui m'ont dédand au t~éUation.La qWéde ta dhappe e6.t due a F. DUJARPIN, La [email protected] du phchu phoitogmpkique6 à I. CARPAMZER, la nefteté du Lhqe à A. BREBZON, et l'ashembluge à R. BALLENGUZEN. Je &emm&e endin l'membLe de ma ~amieeepowt bon addedon, et tod pah-tLc&Lèhement Mde-Fmce, à qui ce ZtavaÀl aum codkté de Longa jouhd de aoLiAde. C'ut à &e que je dédie ce mémohe, aoLLtenu Le jouh de aon annivmahe. PLAN DE L' OUVRAGE PAGE PARTIE 1 : PRESENTATION DU SUJET Les causes et la finalité du sujet présenté ici sont liées à l'histoire des recherches sur l'origine des smectites; Les hypothèses se sont succédées à travers le temps, à la faveur de la multiplication des cas rencontrés, et de l'évolution des technologies. L'ensemble des techniques utilisées dans ce travail pluridi- ciplinaire est présenté. Pour chacune d'elles, le lecteur trouvera des travaux auxquels se référer,pour de plus amples détails. PARTIE III : ETUDE DETAILLEE DES SERIES Lesnombreuses séries étudiées, d'âge albo-aptien et paléogène, sont présentées, à la fois dans leur cadre géographique (Domai- ne Nord-Atlantique), géologique et bibliographique. Pour cha- cune d'elles, le lecteur trouvera également les données géné- rales de la granulométrie, de la minéralogie et de la chimie, acquises dans ce travail. PARTIE IV : ETUDE DETAILLEE DES SMECTITES Les smectites des séries précédemment étudiées, font l'objet d'un examen minutieux de leur forme , de leurs caractéristi- ques minéralogiques et de leur composition chimique.Plusieurs variétés sont ainsi mises en évidence: smectites floconneuses mixtes et lattées. Leur répartition et leur abondance respec- tives sontensuite mises en parallèle avec divers paramètres de l'environnement sédimentaire. r PARTTE V : SYNTHESE CONCLUSION : GENESE DES SMECTITES 127 LATTEES DANS LES SEDIMENTS. La synthèse des données acquises par l'examen détaillé des smectites albo-aptiennes et paléogènes du Domaine Nord-Atlan- tique, conduit à proposer un modèle qui replace leur genèse dans la sédimentation et la diagenèse des niveaux étudiés. Ce modèle est ensuite comparé à ceux connus dans un océan différent : le Pacifique. AVERTISSEMENT Etant donnée la diversité des origines de nos échantillons, et afin de faciliter la rédaction de ce mémoire, nous avons adopté dans ce travail, une numérotation particulière, dont le tableau ci-dessous donne l'explication. Les échantillons sont rassemblés dans quatre groupes, et l'on peut aisément retrouver leur position stratigraphique précise, sur les figures indiquées dans le tableau. d f Numéro de la figure série N O donnant la position Groupe Code stratigraphique stratigraphique échantillon précise de chaque échantillon 1 Argiles du "Argiles du Gault" AG IAG 2lAG Figure 8, page 25 de Wissant à et de Bully I Black-shales des "Black-Shales" BS IBS 2288 105,386, à Figure 13, page 39 400 et 402 * Coupes du Nord de la France et Figure 15, page 43 "Eocène Terrestre" ET sondages IET à 13ET et belges Figure 17, page 45 I Tertiaire inférieur des "Eocène Marin" EM IEM à 29EM Figure 20, page 54 sites 386, 387, 119 et 398 d Présentation du sujet 1 - RAPPELS SUR LA STRUCTURE OES SECTITES Le thèw principal de ce travail étant une étudedessraectites, il con- vient avant de discuter de leursorigines possibles, d'en rappeler brièvement la structure.- Ainsi que le montre la figure 1, la saiectite est un phyllosilicate formé par l'eutpilemont de feuillets T. O. T. (Tétraèdre - Octaèdre - Tétraèdre) . COUC~I~S L'interfoliaire est essentiellement constitué de --Ceou couches d'eau et de cations compensateurs. La pério- dicité de l'empilement est variable selon la quanti- té d'eau qui se glisse entre les feuillets. Ainsi, l'espace interréticulaire caractéristique des smec- tites est voisin de 14 à 15 A. L'action de polyal- cools modifie cet espace et l'adne à une valeur voisine de 17 à 18 A ("gonflarrentndes smectites) . Par chauffage, l'eau est chassée' de l'interfoliaire, ce qui a pour effet de ramener l'épaisseur du feuil- f let à 10 A. La détermination des smectites par di£- l I fraction de rayons X est donc aisée après analyse ! dans les conditions naturelles, saturation par un po- COUCR~S 1 d'eau Il lyalcool et chauffage. 1 I 15i FIGURE 1 .- Représentation schématique I de La structure des smectites. 1 I (D' après Brindley, 1 95 1 ) . I 0 ~x~~énc@ (OH ) a Silicium MONTMOR1LLONITE I I ( Hydratée ) 2 - LA GENESE DES SMECTITES, EVOLUTION DES IDEES 1.1 - LES PREMfERS TRAVAUX Le terme smectite désigne une famille de minéraux argileux, fréquent- ment appelée jusqu'à il y a quelques années la famille de la iaontmorillo- nite. Ce dernier terme vient de Montmorillon, commune de la Vienne, et a été proposé par Damour et Salevat (1847), pour désigner des minéraux pro- ches des micas, mais dont les liaisons entre feuillets sont affaiblies et permettent l'introduction de l'eau. Smectite a été préféré, car il expri- me bien le comportement (mectique) de ces minéraux, et manbrillonite ne désigne plus aujourd'hui qu'une variété almineuse de smectites. C'est ainsi définis que ces deux termes seront utilisés ici. Durant la prdère moitié du XXème siècle, des techniques telles que la diffraction des rayons X sont mises au point puis perfectionnées, et la connaissance des minéraux argileux va s'accroître sous l'impulsion de nombreux chercheurs. Beaucoup d'entre eux s'intéressent à la structu- re des phyllosilicates, mais aussi à leur signification géologique et se posent ainsi le problème de leur origine. Les études se sont donc multi- pliées, et ont fait apparaître une dualité "héritage-néoformation". Ce sont Rivière (1953) et Weaver (1958) qui soutiennent la thèse de l'héri- tage, tandis qu'après l'étude de "cas heureux de néoformation" (in : Millot, 1964), Millot (1 949), Grim (1953) et Keller (1956) s'orientent dans la seconde voie.