Les processus d’altération et d’érosion – la formation des paysages : 1- L’altération Ensemble des processus physiques et chimiques qui transforment les roches à la surface, conduisant à la dégradation d’une roche. À partir d’une roche mère constituée de minéraux primaires, l’altération fabrique des produits dissous, des minéraux secondaire (minéraux dont la chimie change et donne un new minéraux) et des minéraux néoformés (utilise les substances dissoutes pour recristalliser) L’importance de l’altération est fonction de plusieurs facteurs : - Nature de la roche - Le climat (T° et présence d’eau) - Le temps - La présence d’organismes vivant Érosion : enlève de la matière + importante quantitativement que l’altération L’altération permet de préparer le terrain à l’érosion On s’attaquant à la structure de la roche, on prépare à l’érosion pour le transport de ces grains. A) L’altération mécanisme a. Gélifraction L’eau gèle Volume augmente Contraintes augmente b. Thermoclastie Processus qui utilise la chaleur Les roches sont chauffées par le soleil (milieu désertique) Les roches se dilate Refroidissement pendant la nuit = rétractation Contraintes appliquées sur les joints de grains Cassure des contacts entre grains (= perte de cohérence). c. Décompression Roches en prof = contrainte lithostatiques essentiellement liée au poids des roches qui sont au-dessus. Si roche remontent à la surface Les contraintes verticales deviennent nulle (plus de pression liée aux roches du dessus) => Les fractures associées aux roches s’ouvrent et génère des chaos. d. Organismes biologiques Les racines utilisent les fractures présentes dans la roche, c’est dans ces fractures qui s’écoulent l’eau Les racines grossissent Application de contraintes sur la paroi des fractures Désagrégation des roches. e. Abrasion mécanique Essentiellement liée à l’effet des glaciers qui se déplacent sur les surfaces rocheuses Le glacier lisse le fond rocheux et arrache de nouvelles roches. (ex : penser au papier de verre sur du bois) f. Croissance de minéraux secondaires (haloclastie) Lorsqu’on a une roche poreuse contenant de l’eau L’eau qui circule contient des éléments dissous Dans certaines conditions, le soleil fait évaporer l’eau et les particules dissoutes se retrouvent en fortes concentration et peuvent alors former des cristaux. Les cristaux croient à l’intérieur du pore Exerce des contraintes sur la paroi des pores et sur la cohérence de grains Destruction principale sur les monuments historiques / tombes par ex. (Ex : église de Pontoise) B) L’altération chimique La présence d’eau est essentielle dans les processus d’altération car sa molécule est bipolaire et résulte d’un équilibre dynamique etre H+ et OHCet équilire peut facilement être rompu en présence d’autre molécules. La présence de gaz dissous qui donnent un caractère acide à l’eau (soit du CO2 provenant de l’atmosphère soit des gaz produits par les organismes vivants). Les H+ libérés pourront remplacer des cations dans la structure des minéraux (= hydrolyse). Les T° élevées et le type d’écosystème installé sur la roche à l’interface a. Dissolution Mise en solution = dissolution : c’est la réaction la + simple, faisant intervenir l’eau ou un acide. Dissolution des carbonates => Formation des systèmes karstiques. - En surface = décarbonatation (ex : anticlinal du pays de Bray : argiles liées à la décarbonatation de la craie). Loess : sédiments éoliens associée aux glaciations. b. Hydratation et déshydratation Minéral + eau = nouveau minéral hydraté, la déshydratation est le processus inverse. Gypse Anhydrite L’hydration de l’hématite (rouge) pour produire de la limonite (jaune). L’hydratation produit un gonflement du minéral et favariose la désagragation de la roche. c. L’oxydation Ex : oxydation du fer transformation du Fe2+ et Fe3+ d. Hydrolyse Remplace un cation d’un silicate par un H+ dans sa structure, elle peut être totale (le silicate de départ à vue partir tous ces cations + la disparition totale de la silice) ou partielle (le silicate hydrolysé donne un nouveau silicate). L’hydrolyse des minéraux d’un granite pourra donner une arène granitique (sable dont les grains proviennt du granite) et des formes en boules (la présence des diaclases favorise la forme en boule). L’hydrolyse des silicates dépend de la chimie des silicates et notamment des cations qui constituent les silicates. On distingue 3 types de cations en fonction du rayon ionique et de leurs charges Z : - Cations solubles : partent facilement en solution et être échangé par (n)H+ (K, Na, Ca, Mg, Fe2+ …) - Cations précipitants : ne partent pas en solution (Fe3+, Ti, Al, Mn) - Oxyanions solubles : il faut qu’ils s’associent à des O- pour partir en solution (Si, P, B, S, N, C) La résistance (qualitative) des minéraux à l’altération : voir schéma Dépend de la chimie + structure du minéral + cations contenus dans les minéraux Le S et Ca partent avant le P La comparaison de la chimie des eaux et de la Terre reflète la capacité des cations à partir en solution. Voir diapo 21 TP sur les eaux : - Roches volcaniques = concentration en cations faibles (= eaux oligominérales) - Roches carbonatées (ex : Contrex Eaux très chargée en carbonates) C) Les produits d’altération a. Les argiles Héritage depuis une roche mère. Transformation à partir d’autres minéraux argileux ou bien peuvent être néoformée à partir d’ions transportés dans l’eau Les argiles sont formées de couches tétraédriques SiO4 et des couches octaédriques Al(OH)6 qui alternent et sont reliées entre elles par les atomes O et OH mis en commun. Les différents types d’argiles : - TO Ex : kaolinite La kaolinite est la forme la + simple des argiles et ses feuillets sont électriquement neutres. On la trouve essentiellement dans les zones bien drainées et chaudes (équateur) Distance interfoliaire = 7A° - TOT Ex : Ilite Les feuillets de l’ilites contiennent 3 couches T-O-T dans lesquelles il peut exister des substitutions de Si4+ par Al3+. Le déséquilibre des charges est composé par l’adsorption de cations dans l’espace interfoliaires. C’est un minéral ubiquite. Distance interfoliaire = 10A° - TOTO Ex : les smectites Les substitutions d’atomes sont importantes et permettent d’adsorption de cations et molécules variées (ex molécules d’eau). Famille des argiles gonflantes qui se forment dans des milieux mal drainés et plutôt alcalins. Ex : montmorillonite Les smectites sont faciles à reconnaitre aux rayons X car les distances interfolaires sont différentes si hydratés ou non (11A° et si hydratées 17A°). - O Ex : la Gibbsite Résultat de l’hydrolyse totale de la silice : ce n’est plus une argile car plus un silicate. Insoluble dans l’eau Forme les latérites ( et bauxite = latérites très alumineuses). Distribution des argiles dans les profils d’altération en fonction du climat : La concentration en types d’argiles dépend du climat. En climat tropical : on fabrique autant de kaolinite que de smectites / ilites. Permet d’étudier les variations climatiques en fonction du contenu en argiles. La distribultion des principales zones d’altération sur le globe terrestre : Monosiallitisation = formation des argiles TO et hydroxydes / oxydes de Fe et Al Allitisation = hydrolyse totale (bauxite, gibsites, latérites…) Les latérites en place ou remobilisées sont susceptibles d’être exploitées comme minerai de fer et/ou d’aluminium = bauxite La bauxite remplit les oches karstiques dans les dolomies Bajociennes. La topographie qui contrôle le drainage intervient dans le processus de formation des argiles. Entrainement latéral de long d’une pente et conséquence sur le type de sol (diapo 35) La stagnation de l’eau arrivant des sommets (enrichie en cations) laisse du temps au cations dissout pour interagir avec les minéraux en contact déjà présents ( possibilité de réintroduction des cations arrachés dans la pente dans les minéraux déjà existant). Sur les sommets, on atteint + facilement des stades d’hydrolyse total (climat chaud) et d’hydrolyse forte (kaolinite). Dans les cuvettes, on retrouve des argiles aux structures + compliquées Argiles gonflantes. L’altération produit des particules minérales (partiellement ou totalement transformées) qui forment un sol lorsqu’elles sont combinées avec la MO. Les particules produites sont disponibles pour l’érosion et le transport. Interpréter les variations du rapport Smectites / Kaolinite : - Si rapport Smectites / Kaolinite élevé = Kaolinite faible Climat froid - Si rapport Smectites / Kaolinite faible = kaolinite élevé Climat chaud La variations qui suivent ne sont plus corrélables avec le climat car l’homme à effectuer des modifications de bassins versant (ex : canaux et barrage hydraulique). 2- L’érosion Perte d’archives géologiques mais pas totale grâce aux sédiments. Permet d’accéder à des roches formées en profondeur (cas des chaines de montagnes, plutons granitiques) Les grandes discordances marquent souvent la fin d’un cycle orogénique (observation de variation de pendage). Point clé historique : Siccar point en Écosse L’érosion affecte environ 29% du globe terrestre. Site : Earth Null School Agents de transport : - Eau - Vent (transport de petites particules qui parcourent de longues distances Ex : pluies rouges du Siroco) - Gravité (transport de volumes importants de particules mais sur de courtes distances (ex : du haut de la falaise au bas)). Le déplacement de particules comprend : - Les déplacements gravitaires (éboulis, chute de pierre) - Les mouvements assistés - Les ruissèlements diffus - Les ruissèlements concentrés Échelle de particules : - Le « splash » : goutte d’eau sur du sable - D’une couche superficielle : reptation du sol (soil creep) : la partie qui glisse est la partie où la roche n’est plus cohérente (toujours la partie superficielle) Fauchage dû à la gravité et augmenté par l’altération. Solifluction : dégel des couches superficielles en été qui glissent (observation de bourrelets) Échelle du versant : o Chute de bloc o Glissements de terrain (nécessite de l’eau pour glisser) o Dissolution en surface = Lapiaz Les causes de glissements de terrain : ne se produisent dans les secteurs où plusieurs facteurs se conjuguent : - Géologique (ex : séismes) - Topographie - Météorologique - Changement climatique - Facteurs anthropiques Possible de faire des cartes paramétriques de glissements potentiels. Les processus chenalisés : Transport des particules : - Tractation - Roulement Charge de fond - Saltation - Suspension (donne la turbidité de l’eau) Diagramme de Hujlstrom Diapo 58 - Floculation des particules argileuses : masse + importante donc grain + gros donc dépôt C - Effet des processus de surface sur les paysages : Le profil longitudinal des systèmes fluviatiles résulte d’un équilibre à long terme entre la charge transportée et la pente. La pente d’équilibre n’est pas celle qui permet juste au cours d’eau de couler, mais bien celle qui lui permet de couler et de transporter (si l’énergie de la rivière n’est pas utilisée pour transport de la matière, la rivière érode). Le profil d’équilibre : forme hyperbolique tangent vers le bas au niveau de base. Équilibre conservé par érosion ou remblaiement ou changement de forme. Diapo 60 et 61 Les rivières s’adaptent en faisant des changements de formes (ex : méandres). Diapo 62 : Rivière à l’équilibre = équilibre des forces d’érosion et forces de résistance. Diapo 63 : SI forces d’érosion + forte : roches à l’équilibre avec une pente à 30° (flanc verticaux Glissement de terrains pour trouver l’équilibre) Valée en V Si trop de sédiments à transport par rapport à la vitesse : les sédiments sont abandonnés, les processus internes ont céssés de fonctionner et d’entretenir le reliefs.
