Altération et Érosion

Altération et Érosion
Interface entre climat et tectonique
Par Lorraine Ruzié
Introduction
Définition de l’altération:
Ensemble des modifications chimiques et physiques
qui affectent les sédiments et les roches exposés à
l’atmosphère, à l’hydrosphère et à la biosphère
Elle est contrôlée par:
la solubilité des minéraux
la structure de la roche
le climat (température et précipitations)
la présence de sol et de végétation
la durée d’exposition
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1. Introduction
Introduction
ƒ L’altération produit toutes les argiles du monde, tous
les sols et les substances dissoutes que les rivières
amènent aux océans.
ƒ L’altération physique et l’altération chimique.
Ne change pas la
composition chimique
Modifie la
composition chimique
ƒ Une fois les roches réduites en particules elles sont
déplacées par l’érosion.
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1. Introduction
Cycle des roches
L’altération et l’érosion sont des phénomènes clés
dans le cycle des roches
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1. Introduction
Altération Physique
L’altération mécanique
modifie les rapports
surface/volume
La fragmentation
facilite l’altération.
L’altération
augmente la surface.
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2. Altération Physique
Altération Physique
1. Gel
2. Végétaux
Les alternances de gel-dégel, en
climat suffisamment humide,
fragmentent les roches (cryoclastie).
L'eau en gelant augmente son
volume de 9-10% et élargit
progressivement les fractures.
Éclatement de la
roche par les racines
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2. Altération Physique
Altération Physique
3. Tectonique Æ microfractures
L’altération dans ce cas
progresse le long de plans de
fracture (diaclases) d’origine
vraisemblablement
tectonique, géométriquement
ordonnés, plus ou moins
horizontaux et verticaux. Cela
donne un débit en boules
avec une disposition plus
"géométrique"
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2. Altération Physique
Altération Physique
4. Dilatation thermique dans les régions désertiques
5. Abrasion (vent, sable,
rivière turbulente…)
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2. Altération Physique
Altération chimique
L’eau = agent majeur de l’altération
-
+
L’eau est une molécule singulière
La liaison O-H est polarisée
La molécule d’eau se comporte comme un dipôle dont la
force d’attraction vis-à-vis d’un ion détermine sa
solubilité.
Charge
e
La force d’attraction dépend PI=
du potentiel ionique (PI).
r
Rayon ionique
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3. Altération Chimique
Altération chimique
PI=3
PI=1
PI=10
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3. Altération Chimique
Altération chimique
PI=1
Le domaine des
cations solubles
Faible charge attire les
dipôles d’eau
• Na (principal constituant
de l’eau de mer)
• Ca, Mg (calcaire)
Rem: PI<1
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3. Altération Chimique
Altération chimique
3<PI<10
Le domaine des précipitations
d’hydroxydes (hydrolysats)
Xn+ +H2O
XOH + H+
Hydroxydes sont insolubles
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3. Altération Chimique
Altération chimique
PI<10
Le domaine des oxyanions
solubles
Xn+ +H2O
XO- + 2H+
Exemples: carbonates,
sulfates, phospates.
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3. Altération Chimique
Altération chimique
Deux types d’altération:
• phénomène de dissolution = décomposition totale du minéral
• phénomène d’hydrolyse = formation d’une phase insoluble
Mx primaires +
Eaux
d’infiltration
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Mx résiduels +
Eaux
secondaires
d’altération
3. Altération Chimique
Températures et précipitations
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3. Altération Chimique
Minéraux primaires
Mx primaires +
Eaux
d’infiltration
Mx résiduels +
Eaux
secondaires
d’altération
Olivine
Pyroxène
Amphibole
Biotite
Albite
Orthose
Muscovite
Quartz
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Résistance à l’altération
Anorthite
3. Altération Chimique
Minéraux primaires
Mx primaires +
Minéral
Eaux
d’infiltration
Durée de vie
(ans)
Anorthite
112
Diopside
6 800
Enstatite
8 800
Albite
80 000
Feldspath K
520 000
Forstérite
600 000
Muscovite
2 700 000
Quartz
Mx résiduels +
Eaux
secondaires
d’altération
34 000 000
Durée de vie d’un minéral
de 1mm3 (pH 5 et 25°C)
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3. Altération Chimique
Minéraux secondaires et résiduels
Mx primaires +
Eaux
d’infiltration
En minéraux résiduels:
Quartz
Feldspath K
Micas
Mx résiduels +
Eaux
secondaires
d’altération
En minéraux secondaires:
Phyllosilicates
Oxydes et Hydroxydes
(Fe, Al, Mn)
Carbonates
Sulfates
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3. Altération Chimique
Les trois degrés d’altération chimique
.. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+
albite
0,3
+ .. H4SiO4 +.. Na+
A
smectite
.. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+
albite
.. Si2Al2O5(OH)4+ .. H4SiO4 + .. Na+
B
kaolinite
.. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+
albite
.. (Si3,7Al0,3)Al2O10(OH)2Na
.. Al(OH)3+ .. H4SiO4 + .. Na+
C
gibbsite
Taux de lessivage d’un élément:
(ni solution/ni albite) x 100
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3. Altération Chimique
Les trois degrés d’altération chimique
Départs en solutions
A
B
C
% bases (Na)
% Si
% Al
Pourquoi Na est-il plus lessivé que Si,
qui est lui même plus lessivé que l’Al ?
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3. Altération Chimique
Altération chimique
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3. Altération Chimique
Les trois degrés d’altération chimique
Départs en solutions
A
B
C
% bases
87
100
100
% Si
46
66
100
% Al
0
0
0
Processus d’altération
Bi
Mono
siallitisation
allitisation
Bisiallitisation
Monosiallisation
Allitisation
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3. Altération Chimique
Altération et climats
Latérite
En fonction de la pluviométrie
on retrouve les 3 degrés d’altération
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4. Altération et climats
Altération et climats
Précipitations (runoff)
Températures (augmentent les taux d’altérations)
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4. Altération et climats
Himalaya: pompe à CO2?
l'Himalaya est le résultat
de la collision de la
plaque indienne et de la
plaque eurasienne. Cette
collision a commencé au
crétacé supérieur (il y a
environ 70 millions
d'années)
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4. Altération et climats
Himalaya: pompe à CO2?
CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2 CO2 Æ Al2Si2O5(OH)4 +Ca2+ + 2 HCO3 Ca2+ +2 HCO3 - Æ CO2 + H2O + CaCO3
L’altération d’une mole d’anorthite a pompé une mole de CO2
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4. Altération et climats
Himalaya: pompe à CO2?
1 mole de CaO = 56g
1 mole de CO2 = 44g
1 mole de CaCO3= 100g
On considère que
l’Himalaya a été érodé
sur 10 km d’épaisseur
depuis sa formation et
ce sur ces 2000 km de
long et ces 100 km de
large
La masse de CO2 consommé
correspond donc à ………%
de la masse de CaO altéré.
Quelle quantité de masse at-on altéré?
………………………………………
………………………………………
………………………………………
Densité=………………………………………
3000 kg/m
………………………………………
3
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4. Altération et climats
Himalaya: pompe à CO2?
La croûte continentale
normale contient 5,5%
de CaO, dont 2% dans
les silicates et le reste
dans les calcaires.
Combien de kg de CO2
l’altération a-t-elle consommée?
……………………………………………
……………………………………………
L’atmosphère actuelle
contient 2 750 Gt de
CO2…
Calculer le rapport entre le CO2
consommé et le CO2
atmosphérique?………………………
……………………………………………
……………………………………………..
Rem: Correction détaillée sur le polycopié distribué.
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4. Altération et climats
Altération et climat
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4. Altération et climats
Conclusion
L’altération des roches est un processus géologique majeur.
L’altération forme les sols.
L’altération est un mécanisme de tri géochimique.
L’altération est un des mécanismes régulateurs de la
composition de l’atmosphère et de la terre.
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5. Conclusion