vignette|Le processus de sédimentation est d'abord une loi physique, liée à la pesanteur. Des phénomènes biologiques peuvent l'accélérer ou le réduire, intervenant notamment dans les cycles écologiques et biogéochimiques. vignette|La sédimentation dépend du contexte géomorphologique, climatique, écologique et de la vitesse de l'eau. vignette|Une faune spécifique aux sédiments contribue à leur nature, à leur mobilité et à la biodisponibilité des éléments qu'ils contiennent ; particules, nutriments, ou polluants. Les vers Polychaete typiques des vases des estuaires y contribuent, mais ils contribuent aussi à aérer les sédiments. vignette|Les polluants peuvent être accumulés dans la chaîne alimentaire et quitter le sédiment pour recontaminer d'autres compartiments de l'écosystème, via la bioturbation. vignette|right|Barrage construit pour bloquer les sédiments issus de l'explosion du volcan Mt St Helens sur la rivière Toutle (État de Washington, États-Unis). vignette|Les matériaux se déposent différentiellement selon leur poids, caractéristique utilisée par les chercheurs d'or pour prospecter les sédiments.
vignette|La sédimentation est à l'origine des roches sédimentaires, dont la craie et le pétrole qui jouent un rôle majeur dans le cycle du carbone.
Un sédiment est un ensemble de particules solides, antérieurement en suspension dans l'eau, l'atmosphère ou la glace, et qui a fini par se déposer sous l'effet de la pesanteur, souvent en couches ou strates successives. Un sédiment est caractérisé par sa nature (composition physico-chimique), son origine, sa granulométrie., les espèces qu'il contient et son éventuelle toxicité… La consolidation des sédiments est à l'origine de la formation des couches sédimentaires rocheuses aux structures variées.
La sédimentation est l'ensemble des processus conduisant à la formation de sédiments. Elle se produit à la surface du globe, soit par déposition des produits d'érosion (par exemple le sable, l'argile), soit par précipitation (par exemple les évaporites), soit par accumulation au fond des océans des débris minéraux des animaux ou plantes (par exemple la craie, la diatomite), soit par d'autres processus.
Du point de vue cartographique et biogéographique, le sédiment marin est l'habitat naturel le plus vaste (~70% de la surface de la Terre ; sa surface est plus étendue que celle de la mer), abritant une énorme population microbienne : la moitié des microbes océaniques vivent dans le sédiment, et beaucoup sont des archées (procaryotes unicellulaires qui ne sont ni bactéries, ni des eucaryotes) qui semblent jouer un rôle important de reminéralisation des protéines dans les sédiments marins anoxiques, grâce à des enzymes leur permettant de dégrader les protéines détritiques.. Sous l'océan mondial, le sédiment semble abriter un écosystème microbien très spécifique : le plus grand du monde ; et le plus limité en énergie Selon Lever et al. (2015). et Parkes et al. (2014)..
Enjeux Le sédiment, encore méconnu., notamment comme régulateur biogéochimique. et comme habitat naturel, présente des enjeux majeurs, écologiques et climatiques (puits de carbone, émetteur de méthane et CO2 selon le contexte) notamment, et en termes de pollution parfois.
Vers 1950, l’expédition océanographique Mid-Pacific découvre des populations de centaines à des milliers de bactéries par gramme (poids humide) de sédiments pélagiques profonds (argile rouge et limon de globigérine), avec encore quelques bactéries vivantes à la base de carottages mesurant près de 8 mètres, soit dans des matériaux sédimentés il y a plus d’un million d’années..
Depuis, la connaissance de l'étendue, de la diversité et de la physiologie des microbes vivant sous le plancher océanique s'est considérablement amélioréeParkes, R. J. et coll., dans . : on sait que le sédiment aquatique, et marin notamment (qui inclut la partie la plus profonde de la biosphère), jusque dans la fosse des Mariannes est l'habitat naturel le plus vaste de la planète : il couvre ~70% de la surface de la Terre ; et sa surface est plus étendue que celle de la mer, et que celle des continents. C'est l'habitat d'une énorme énorme population microbienne (12 à 45 % de la biomasse microbienne totale, ou ~0,6 à 2 % de la biomasse vivante totale de la biosphère)., notamment riche en procaryotes, dont en Archées. dont certaines (Nitrosopumilus) peuvent produire de l'oxygène en l'absence de toute lumière., et en communautés microbiennes originales (parfois à faible biomasse, souvent non dépendante de l'oxygène et presque toujours non-photosynthétique.). La biomasse du sédiment marin est finalement moindre que ce qu'on avait d'abord estimé., mais elle est à peu près égale aux estimations faites pour l'abondance microbienne totale de l'eau de mer et pour l'abondance microbienne de la totalité des sols. ; certains auteurs parlent de .. Les sédiments constituent, en tant qu'écotone roche-mère/eau, un habitat colonisé par des espèces spécifiques (fouisseuses) qui y jouent un rôle majeur (épuration, aération, fermentation, bioturbation). Cet écotone joue un rôle de puits de carbone. Quand il est fin et riche en matière organique, il consomme de l'oxygène. et devient anoxique. Il peut néanmoins être aéré par des vers ou animaux fouisseurs. Plus en profondeur, les sédiments ont récemment (année 2010/2020) révélé de nouvelles lignées dans l’arbre de la vie, appartenant souvent à des phylums distincts (archéens notamment). Selon Brett J Baker & al. (2021) : ..
Le sédiment, autrefois parfois utilisé comme engrais ou amendement (le limon fertile du Nil…), abrite parfois des espèces pathogènes (souvent considérées comme anaérobies), et aujourd'hui des polluants plus ou moins toxiques et persistants., pas ou peu ou lentement biodégradables selon les cas, éventuellement radioactifs ou mutagènes ou génotoxiques.. Il participe néanmoins aussi à la qualité de l'eau des nappes phréatiques en jouant un rôle de tampon ou de « filtre ». (dont une partie peut toutefois être emportée vers la mer ou d'autres parties du bassin-versant lors des grandes crues).
Des enjeux écoépidémiologiques et de santé environnementale sont posés par la contamination de la faune qui vit dans les sédiments ou par la remise en suspension de sédiments contaminés, y compris par des polluants actifs à très faibles doses comme les perturbateurs endocriniens.. Ces polluants compliquent la gestion de certains sédiments qui peuvent accumuler des polluants physiques, organiques ou organométalliques plus ou moins dégradables, des métaux toxiques non dégradables et des radionucléides artificiels et/ou naturels, jusque dans les lacs d'altitude qui recueillent les polluants aéroportés et déposés via les neiges, les pluies et les dépôts secs.. Depuis le début de la période industrielle, l'acidification des eaux météoriques et de certains lacs et cours d'eau a aussi modifié la composition des sédiments [dès les lacs de montagne, y augmentant les teneurs en certains éléments tels que le Manganèse (Mn), le zinc (Zn), le plomb (Pb) et le potassium (K), et en diminuant leur teneur en magnésium (Mg).
Dans les eaux calmes, le sédiment est souvent une mémoire d'évènements passés, y compris des pollutions chroniques ou accidentelles, même loin des centre urbains et industriels. La paléolimnologie, à partir des sédiments de lacs de l'Europe du Nord a pu retrouver les traces de 4000 ans de pollution atmosphérique européenne par le plomb..
La sédimentation dans les ports pose un problème depuis leur existence.. Avec l'aggravation de l'érosion des sols labourés et cultivés ou désertifiés et salinisés, les sédiments encombrent de plus en plus les ports fluviaux et estuariens ou maritimes. Leur gestion coûte de plus en plus cher aux autorités portuaires et aux gestionnaires des canaux, ainsi que pour les collectivités riveraines de cours d'eau. Deux enjeux sont la prévention de l'érosion anthropique, et de mieux valoriser les sédiments..
Comme les glaces polaires, les sédiments enregistrent, couche par couche, des traces de vie et des climats passés, que l'on étudie via des carottages. En juillet 2020, des biologistes marins ont ainsi découvert une population surprenante de micro-organismes aérobies, pour la plupart « en état de vie quasi-suspendue », dans des sédiments très pauvres en matière organique, enfouis à 76 mètres sous le plancher océanique du gyre oligotrophe du pacifique sud (SPG), un environnement antérieurement considéré comme « le lieu le plus mort de l'océan ». Ces micro-organismes, pourraient être âgés de 101,5 millions d'années mais ont pour certains pu être « réanimés ». Ils pourraient représenter les formes de vie les plus longévives jamais identifiées.. Les auteurs notent que et suggèrent que . Cette découverte remet en question notre compréhension de la limite de survie dans les sédiments anciens et ouvre des perspectives fascinantes sur la possibilité de vie microbienne extrêmophile enfouie ailleurs sur Terre, et possiblement sur d'autres planètes.
De même on a trouvé à 2 km sous le plancher océanique, au sein de couches de houille profonde et de schiste sus-jacent, datées du miocène, des populations éparses en densité faible (50 à 2 000 cellules par cm³) de bactéries hétérotrophes capables d'utiliser une gamme diversifiée de substrats de carbone et d'azote. Mises en incubation à 45°C (température de leur milieu), elles nécessitent de plusieurs mois à plus d'un siècle ans pour se dupliquer : c'est un taux de biosynthèse microbienne parmi les plus lents connus dans l'environnement naturel.. Dans le sédiment profond où les nutriments sont rares, le temps nécessaire à une seule duplication pour une bactérie ou une archée peut communément se mesurer en siècles ou en millénaires...
Catégories de sédimentation On distingue la sédimentation marine (littorale ou côtière, océanique, bathyale, abyssale, etc.), la sédimentation lagunaire (dans des zones séparées de la mer par un cordon littoral), la sédimentation continentale (éolienne, fluviatile, deltaïque, lacustre, glaciaire, volcanique, etc.)..
Origine et types de sédiments Des particules physiques, des êtres vivants et leurs excrétats, ainsi que des myriades de cadavres plus ou moins décomposés sédimentent en permanence dans les eaux douces, saumâtres et salées, ou se déposent dans les glaciers. Ces particules peuvent ensuite former des roches sur place, ou être transportées ailleurs. La sédimentation d'origine éolienne augmente avec l'aridification et la désertification et certains événements volcaniques. Les sédiments transportés par le vent, sont des minéraux issus de l'érosion des sols et des roches, des volcans, des embruns, des incendies. Les dunes et le lœss sont des résultats d'un transport sédimentaire éolien. Les crues entraînent une plus grande quantité de sédiments, car les débits, plus forts, ont une plus importante force érosive et une plus grande énergie de transport. La baisse subséquente des niveaux d'eau crée souvent de vastes étendues de sol nouveau sur les plaines inondables.La disparition ou la régression des embâcles naturels, des castors et de leurs barrages, peuvent modifier les paramètres érosifs d'un bassin versant et la sédimentation en aval, de même que la canalisation d'un fleuve ou d'une rivière, ou la construction de barrages artificiels qui emprisonnent dans leurs réservoirs d'importantes quantités de sédiments (et parfois de polluant).