chap.-6

LES AGENTS D’EROSION ET LES FORMES DE RELIEF
13 août 2014
Chap. 6
1
LES PROCESSUS ET TYPES D’EROSION
- Décrire et expliquer les phases et mécanismes généraux d’érosion
- Présenter les types d’érosion.
INTRODUCTION
L’érosion peut être entendue comme la perte graduelle de substance (d'un élément du relief
terrestre). Au sens strict, éroder désigne l'action de ronger, d'user. C’est aussi l’ensemble des
actions externes des agents atmosphériques, des eaux, des glaciers qui provoquent la
dégradation du relief. L’érosion est l’une des manifestations de l’activité externe de la Terre.
De manière générale, elle est responsable de l’aplanissement des reliefs au cours du temps,
engendrant parfois des transformations de paysage spectaculaires.
I- PHASES ET MECANISMES GENERAUX DE L’EROSION
L'efficacité de l'érosion dépend des facteurs suivants:
•
granulométrie1 du matériel (les blocs sont moins facilement érodés que les sables) ;
•
dynamisme de l'agent érosif (un vent fort érode davantage qu'une brise calme) ;
•
topographie (les pentes raides s'érodent plus rapidement que les pentes douces sous
l'effet du ruissellement) ;
•
présence de végétation (une couverture végétale
L’érosion comporte trois phases étroitement liées : destruction du matériel rocheux (l'ablation
du matériel), le transport et l'accumulation des débris (dépôt du sédiment).
L'érosion se manifeste par l'enlèvement, l'arrachement, la mise en solution, puis le dépôt, de
particules détachées de la surface du sol et des roches. Le résultat est une ablation qui se
traduit par un modelé d'érosion (par exemple le ravin ou l'auge). Sous l'action de la pesanteur,
seule (éboulis, éboulement) ou assistée par les agents d'érosion que sont l'eau, la glace, les
vagues et le vent, les débris sont déplacés. Ce transport à plus ou moins longue distance
aboutit à des accumulations créatrices de modelés construits (cône de déjection, cordon
littoral, dune, moraine) ou fournit la matière première des sédiments lorsque ceux-ci se
déposent au fond d'un lac ou d'un océan. L'érosion implique que les constituants des substrats
rocheux puissent être mobiles. Son action s'exerce immédiatement sur tous les matériaux
meubles (sable, argile, limon, sol, dépôt caillouteux) dès l'instant qu'ils sont exposés à l'air
libre, sans protection du couvert végétal. Il n'en est pas de même pour les roches
1
Étude des dimensions des granulats de diverses compositions (farines, sables, aérosols, etc.). La granulométrie
permet au final de fournir des fréquences statistiques des différentes tailles d’un échantillon de grains.
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mécaniquement dures (granite, calcaire, grès) pour lesquelles une transformation préalable, la
météorisation, s'impose.
A- L’ablation2 (altération)
La destruction du matériel rocheux se fait par altération3 des roches, c’est-à-dire la séparation
des éléments d'une roche par l'action de phénomènes physiques et chimiques. L’altération est
donc l'ensemble des processus qui décomposent et désagrègent 4 les roches produisant les
grains sédimentaires et des constituants dissous. Elle transforme donc les roches en particules
appelés sédiments.
Il existe trois familles de processus d'altération :

Les processus chimiques entraînent une modification de la composition chimique ou une
dissolution des minéraux de la roche. Ils nécessitent la présence d'eau et sont de loin les
plus importants.
 Les processus physiques provoquent une fragmentation mécanique de la roche sans
affecter la composition des minéraux.
 Les processus biologiques conduisent également à une fragmentation ou à une
détérioration chimique des roches par l'action d'organismes vivants (animaux, plantes,
bactéries).
1) L'altération physique
Elle se traduit par la fragmentation de la roche (sans modification de sa constitution). Elle
provient essentiellement des variations de température (une chaleur intense par exemple), de
l'action de l'eau gelant dans les fissures de la roche, et d'organismes vivants, tels que racines
d'arbres et animaux fouisseurs. Les roches se dilatent ou se contractent suivant la température,
provoquant l'émiettement, la desquamation et l'exfoliation des couches superficielles. Le gel
et les organismes agrandissent les fissures, exposant les couches plus profondes à l'altération
chimique. L'ensemble des processus de la désagrégation mécanique produit une pellicule de
débris, qui constitue le régolite.
La désagrégation mécanique, qui brise les roches, est le processus dominant dans les régions
froides et les régions sèches. Divers phénomènes y contribuent selon les climats. Dans les
déserts, la thermoclastie craquelle ou dissocie les minéraux des roches grenues lorsque de
grands contrastes thermiques font alterner dilatation et contraction à la surface des
affleurements rocheux. Plus répandue, l'hydroclastie débite en écailles ou en copeaux les
argiles et les schistes affectés de grandes variations de volume quand ils sont tour à tour
saturés en eau puis soumis à une forte dessiccation. Dans les milieux froids (les hautes
latitudes et les hautes montagnes) ou à hiver froid, la gélifraction, ou cryoclastie, fissure et fait
éclater les roches dans lesquelles les eaux infiltrées ont été congelées. Dans les régions
soumises à une forte évaporation (les déserts et les littoraux), des sels précipitent dans les
interstices des roches ; l'hydratation des cristaux (pluie, rosée, embruns) s'accompagne d'une
2
Perte du matériel rocheux subi par un relief.
L'altération regroupe l'ensemble des processus qui décomposent et désagrègent les roches produisant les grains
sédimentaires et des constituants dissous.
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En géologie la désagrégation est la fragmentation (d'une roche) sous l'action d'agents physiques
3
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augmentation de volume et de pression ayant pour conséquence un émiettement des roches :
c'est l'haloclastie.
Les processus mis en œuvre dans l'altération physique sont les suivants:
-
La gélifraction est un processus d'altération physique correspondant à une
fragmentation de la roche liée à l'action du gel et du dégel.
La gélifraction correspond à la fragmentation d'une masse rocheuse en réponse aux pressions
exercées par le gel et le dégel de l'eau qu'elle contient : en effet, une même quantité d'eau
occupe un volume plus grand (d'environ 9%) à l'état solide qu'à l'état liquide. En gelant dans
les vides d'une roche, l'eau tend à les agrandir, créant ainsi des fractures. Les fragments ainsi
créés se désagrègent lors du dégel. De nombreuses répétitions du cycle gel-dégel sont
cependant nécessaires pour réduire une roche en morceaux. Les roches riches en fissures sont
généralement débitées en blocs anguleux par ce processus. Les roches homogènes mais
poreuses, se désagrègent grain par grain.
La gélifraction est un phénomène important dans les endroits où la température avoisine 0
degrés à certaines périodes de l'année, comme en haute montagne et dans les régions polaires.
-
L'haloclastie est un processus d'altération physique. La fragmentation de la
roche est causée par la formation de cristaux de sels suite à l'évaporation de l'eau
qu'elle contient.
L'haloclastie correspond à la fragmentation d'une masse rocheuse par des cristaux de sels
formés lors de l'évaporation de l'eau qu'elle contient. Lorsque de l'eau riche en sels dissous
contenue dans une roche s'évapore, des cristaux de sels se forment. En grandissant, ils
exercent des pressions au sein de la roche, comme la glace dans le cas de la gélifraction. Ces
pressions conduisent peu à peu à une fragmentation de la roche.
L'haloclastie est particulièrement efficace dans les roches sédimentaires poreuses. C'est un
phénomène fréquent le long des littoraux et dans les régions semi-arides. Il peut même avoir
lieu dans les déserts où les rosées et les rares pluies fournissent l'humidité nécessaire.
-
La thermoclastie est un processus d'altération physique. La fragmentation de la
roche est causée par des changements marqués de la température extérieure.
La thermoclastie correspond à la fragmentation d'une masse rocheuse en réponse à de fortes
variations de la température extérieure. Les variations de température que subit une roche
provoquent des épisodes de dilatation (chaud) et de contraction (froid) sur une certaine
épaisseur. A la longue, des fractures se forment entre la zone externe qui réagit aux
changements de température et la zone interne qui est inerte. Ces fractures délimitent des
feuillets rocheux qui peuvent être enlevés. Par ailleurs, les variations de température ont
tendance à désagréger les roches composées de différents
La thermoclastie est fréquente dans les déserts tropicaux où l'écart entre les températures
diurnes et nocturnes peut dépasser 50 degrés.
-
L'exfoliation et la desquamation sont des phénomènes par lesquels une masse
rocheuse compacte et homogène se fracture en feuillets.
L'exfoliation est un processus d'altération qui délite les roches massives et homogènes en
grandes dalles courbes, épaisses de quelques décimètres et parallèles à la topographie. Ce type
de fracturation semble lié à la diminution de pression lorsque des roches d'origine profonde
(magmatiques ou métamorphiques) sont mises à jour par l'érosion (c.à.d. l'enlèvement) des
couches superficielles.
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Le terme desquamation (synonymes : altération en pelure d'oignon, altération sphéroïdale) est
utilisé lorsque les feuillets rocheux ont une épaisseur millimétrique ou centimétrique. Ce
phénomène est encore mal compris actuellement. Il produit parfois des morphologies
similaires à celles résultant de l'hydrolyse de roches cristallines fracturées (altération en
boules).
2) L'altération chimique
L'eau est l'agent des altérations physico-chimiques qui transforment la roche initiale en un
produit différent par son aspect et sa composition. L'eau dissout les roches salines et,
lorsqu'elle contient du dioxyde de carbone (CO2), les roches carbonatées. Dans ce dernier cas,
elle façonne le karst. Elle se comporte aussi comme un acide qui dissocie les molécules
(hydrolyse) dont les ions sont entraînés en solution ou se recombinent pour former d'autres
minéraux. Par exemple, l'altération des feldspaths aboutit au terme de réactions complexes à
la formation d'un minéral argileux, la kaolinite. Les particules insolubles et les nouveaux
minéraux forment un manteau d'altération, ou altérite, qui recouvre les substrats rocheux. Les
processus d'altération sont accélérés et intensifiés avec l'élévation de la température ; ils sont
l'apanage des régions chaudes et humides.
Elle décompose la roche en modifiant lentement la nature des minéraux constitutifs. Elle se
fait de nombreuses façons : par dissolution des minéraux par l'eau et les acides faibles du sol ;
par oxydation ; réaction chimique avec le dioxyde de carbone ; et par hydratation
(combinaison de l'eau et de minéraux produisant une réaction chimique). Les plantes, telles
que les lichens, décomposent également certaines roches en extrayant des substances
nutritives solubles et du fer des minéraux. La respiration des plantes au niveau des racines
produit en outre du gaz carbonique qui acidifie les eaux environnantes et favorise les
processus chimiques d'altération (hydrolyse, dissolution).
- La dissolution5 est un processus d'altération chimique correspondant à la dissociation
d'une substance solide dans un liquide. Certains minéraux peuvent être dissous par
l'eau.
Processus d'altération chimique le plus simple, la dissolution peut être définie comme la mise
en solution d'une substance solide dans un liquide que l'on appelle le solvant. Dans la nature,
le solvant est en général l'eau douce ou l'eau de mer.
Les minéraux les plus sensibles à la dissolution sont la halite (NaCl) et le
Les gaz aussi peuvent être dissous dans l'eau. Le gaz carbonique atmosphérique est par
exemple dissout dans l'eau de pluie produisant un acide faible, l'acide carbonique. Ce même
acide peut être formé dans les eaux de ruissellement qui incorporent le gaz carbonique produit
par la respiration des plantes. La présence de gaz carbonique dans l'eau augmente son pouvoir
dissolvant.
-
5
L'oxydation est un processus d'altération chimique qui affecte particulièrement
les minéraux riches en fer.
Dilution (d'un corps quelconque) dans un liquide Exemple : la dissolution des morceaux de sucre
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L'oxydation se définit comme la perte d'un électron par un atome ou une molécule. Dans le
cas du fer, l'ion ferreux (Fe2+) s'oxyde en ion ferrique (Fe3+) par la perte d'un électron.
Lorsqu'un minéral contenant du fer (ou du manganèse ou du soufre) entre en contact avec de
l'oxygène, il s'oxyde en produisant un autre minéral. Cette réaction se déroule aussi bien à la
surface de la terre que dans les profondeurs océaniques. La présence d'eau douce ou marine
accélère le processus d'oxydation.
Les minéraux silicatés riches en fer (pyroxènes, amphiboles) sont fréquents dans la nature. Par
oxydation, ils se transforment en oxydes de fer aux teintes brun-rouge caractéristiques (voir
exemple ci-contre).
L'hydratation6 est une altération chimique qui affecte les roches composées
d'éléments capables de fixer une molécule d'eau.
L'hydratation est une réaction chimique qui affecte les minéraux capables de fixer une
molécule d'eau dans leur structure, se transformant ainsi en un minéral différent. L'hématite
(Fe2O3), par exemple, s'altère en goethite (FeOOH) tandis l'anhydrite donne du
Cette réaction implique généralement une augmentation de volume qui conduit à la
fracturation de la roche. Dans le cas de l'anhydrite et du gypse, l'augmentation de volume
atteint environ 30%. La réaction chimique inverse (déshydratation) est moins commune car
les milieux d'altération sont généralement imprégnés d'eau.
-
La géomorphologie, étude des formes du relief, explique comment la désagrégation, l'érosion
et autres processus ont donné naissance aux différents paysages.
Ces deux processus ont toujours lieu simultanément et produisent des débris qui sont ensuite
transportés mécaniquement ou en solution, par l'érosion.
3- Processus biologiques d’altération
Plantes, animaux et protistes jouent un rôle important dans l'altération des roches.
Les animaux, les plantes mais également les protistes7 (p. ex. les microbes et les bactéries)
jouent un rôle important dans l'altération des roches.
L'action des animaux est essentiellement mécanique (creusement de terriers) et concerne les
couches rocheuses peu consolidées.
Les racines des plantes peuvent pénétrer dans les anfractuosités8 des roches consolidées et
conduire à la fragmentation de celles-ci. La respiration des plantes au niveau des racines
produit en outre du gaz carbonique qui acidifie les eaux environnantes et favorise les
processus chimiques d'altération (hydrolyse, dissolution).
Les êtres vivants interviennent aussi dans la transformation des roches. Les racines des arbres,
en élargissant joints et fissures, participent à leur dislocation ; des micro-organismes (algues,
bactéries, lichens), en prélevant leur nutriment directement sur les minéraux frais, contribuent
à leur altération. Une foule d'animaux (taupe, renard, vers, insectes, etc.), en creusant des
galeries et des terriers, accroissent la porosité des formations meubles, facilitant la percolation
de l'eau. Sur les estrans (espace du littoral situé entre les niveaux de haute et de basse mer),
les oursins et les pholades perforent les roches les plus dures.
6
Combinaison chimique (d'un corps) avec l'eau formant un nouveau corps stable.
Organisme vivant constitué d'une seule cellule, qui peut avoir des affinités avec le règne animal ou végétal
8
Cavité profonde et sinueuse Exemple : l'anfractuosité d'un rocher
7
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4) Les agents agissant sur l’altération
Quatre facteurs déterminent l'importance de l'altération : la nature de la roche, le climat,
l'absence ou la présence d'un sol et le temps.
1.
La nature de la roche : une masse rocheuse s'altère d'autant plus vite qu'elle est
constituée de
2.
Le climat (T° et humidité) : les processus chimiques d'altération (hydrolyse,
dissolution, oxydation) sont accélérés dans les climats chauds et humides. En outre, certains
processus physiques ne peuvent se dérouler que dans des conditions de température et
d'humidité bien précises (voisinage du 0°C pour la gélifraction; écarts de température
importants pour la thermoclastie; aridité pour l'haloclastie).
3.
Présence ou absence d'un sol : la présence d'un sol renforce l'efficacité des processus
chimiques et physiques d'altération, principalement par l'action des organismes (plantes,
bactéries, microbes) qu'il contient. L'eau s'infiltrant à travers un sol s'acidifie en incorporant
du gaz carbonique et altère plus rapidement la roche sous-jacente.
4.
Le temps : pour un climat et une composition minéralogique donnée, le degré
d'altération d'un ensemble rocheux est fonction du temps d'exposition aux processus
d'altération.
La désagrégation des roches contribue également à la constitution du sol9.
Les sols
Les sols résultent de l'altération des roches. L'épaisseur et le type de sol varient suivant
le climat sous lequel ils se forment.
Un régolite est une couche de sédiment qui provient de l'altération d'un ensemble rocheux et
qui n'a pas été transportée, c'est-à-dire un mélange d'argile et de minéraux altérés. Des films
microbiens puis des végétaux s'y développent. C'est ainsi que se forme un sol (= régolite
contenant une certaine proportion de matière organique principalement d'origine végétale.
L'épaisseur des sols est beaucoup plus grande dans les pays chauds et humides, car ces climats
favorisent l'altération chimique. On observe des sols d'une épaisseur allant de 50 à 100 m
d'épaisseur sous l'équateur.
9
Les sols résultent de l'altération des roches. L'épaisseur et le type de sol varient suivant le climat sous lequel ils
se forment.
Un régolite est une couche de sédiment qui provient de l'altération d'un ensemble rocheux et qui n'a pas été
transportée, c'est-à-dire un mélange d'argile et de minéraux altérés. Des films microbiens puis des végétaux s'y
développent. C'est ainsi que se forme un sol (= régolite contenant une certaine proportion de matière organique
principalement d'origine vég
L'épaisseur des sols est beaucoup plus grande dans les pays chauds et humides, car ces climats favorisent
l'altération chimique. On observe des sols d'une épaisseur allant de 50 à 100 m d'épaisseur sous l'équateur.
Cette épaisseur impressionnante découle également du fait que ces sols sont très anciens : cela fait plusieurs
millions d'années qu'ils se développent.
En Europe du nord, ce n'est que depuis la fin de la dernière glaciation (environ 10000 ans) que les sols ont pu se
développer. Ce sont des sols jeunes.
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Cette épaisseur impressionnante découle également du fait que ces sols sont très anciens : cela
fait plusieurs millions d'années qu'ils se développent.
En Europe du nord, ce n'est que depuis la fin de la dernière glaciation (environ 10000 ans) que
les sols ont pu se développer. Ce sont des sols jeunes.
Il existe différents types de sols, suivant le milieu et le climat dans lequel ils se développent.
La science qui les étudie est la pédologie.
B- Le transport des sédiments
C’est la mobilisation des produits de l'altération. Pour certains c’est là que commence le
processus d’érosion proprement dit10. Les particules sédimentaires produites par les processus
d'altération sont, dans la plupart des cas, transportées de leur lieu de formation vers un bassin
d'accumulation (par exemple : un lac ou un océan). La manière dont les particules sont
transportées dans un fluide11 dépend de leur taille, de la turbulence12 du fluide et de sa
viscosité13.
1. Les moteurs ou agents de transport : vent, eau et glace
L'air, l'eau et la glace sont des fluides qui peuvent entraîner du sédiment. Une fois libérés, ces
produits sont transportés par l'air, l'eau, la glace.
Transport par le vent
L'air est un fluide de faible densité et de faible viscosité. En conséquence, il ne peut
transporter que des particules fines (argiles et silts) en suspension et des sables (taille
maximale 0.5 mm) par traction et saltation. Les sédiments éoliens peuvent être charriés sur de
très grandes distances. Chaque année, par exemple, plusieurs millions de tonnes de poussières
du Sahara sont dirigées vers l'Europe.
Transport par l'eau
10
Puisque c’est lui qui fait perdre au relief ses matériaux.
Substance (liquide ou gaz) déformable sous l’action de forces très faibles. Du point de vue microscopique, un
fluide est un corps dont les molécules glissent facilement les unes sur les autres (voir liquides) ou se déplacent
librement les unes par rapport aux autres (voir gaz).
12
La capacité d'un fluide à déplacer du sédiment dépend du mode d'écoulement qui peut être laminaire
ou turbulent.
La turbulence d'un écoulement est proportionnelle à sa vitesse et inversement proportionnelle à la viscosité du
fluide. L'air et l'eau montrent le plus souvent des écoulements turbulents alors que la glace, beaucoup plus
visqueuse, s'écoule de manière laminaire.
La turbulence d'un écoulement peut être quantifiée par le nombre de Reynolds (Re) dont la formule est présentée
ci-contre. La valeur critique de Re à partir de laquelle un écoulement laminaire devient turbulent est
généralement comprise entre 500 et 2000.
13
Propriété d'un fluide qui tend à empêcher son écoulement lorsqu'il est soumis à l'application d'une force. Les
fluides de grande viscosité résistent à l'écoulement et les fluides de faible viscosité s'écoulent facilement. La
viscosité est déterminée par la capacité d'entraînement que possède une couche en mouvement sur les autres
couches adjacentes. Elle est mesurée par un viscosimètre, récipient dont le fond comporte un orifice de taille
standardisée. La vitesse à laquelle le fluide s'écoule par cet orifice permet de déterminer la viscosité du fluide.
11
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L'eau est un fluide de densité et de viscosité moyenne qui peut charrier des particules dont la
taille varie des galets aux argiles. L'eau est l'agent de transport
Transport par la glace
La glace des glaciers est un fluide très visqueux qui s'écoule de manière laminaire à des
vitesses pouvant atteindre quelques dizaines de mètres par an. Le matériel charrié par les
glaciers est très hétérogène (des blocs aux argiles). Les blocs peuvent être transportés sur des
centaines de kilomètres de distance. Par exemple, des blocs métriques de roches vertes
provenant du soubassement du Cervin ont été amenés par le glacier du Rhône dans la région
genevoise.
3. Les modes de transport
Le transport des matériaux issus de la désagrégation de la roche s'effectue soit sous forme
dissoute dans la circulation des eaux continentales, soit sous forme solide. Dans ce dernier
cas, les particules sédimentaires peuvent être entraînées par l'effet d'un fluide (vent, eau,
glace) ou encore être déplacées en masse ou sous l'action prédominante de la gravité.
Le transport des sédiments s'effectue généralement en plusieurs phases (transport, dépôt,
transport, etc.) et les moteurs de transport (eau, vent, glace, gravité) peuvent se succéder dans
le temps et/ou combiner leur action.
3.1.- Glissements en masse en l'absence de fluides : déplacement en masse
Dans ce cas, les sédiments ne sont pas transportés par le mouvement d'un fluide, mais en
masse par l'action de la gravité. Les fluides, principalement l'eau, sont souvent présents dans
ce type de transport, mais ils ne servent qu'à lubrifier le sédiment. Le déplacement en masse
(par exemple : un éboulement) s'observe aussi bien dans l'air que dans l'eau et tend à déplacer
les particules principalement dans le plan vertical.
On distingue les processus suivants classés selon la présence croissante d'un fluide : la
reptation (mouvement lent des sols selon la pente) ; les éboulements (chute libre de blocs à
partir de reliefs escarpés) ; les glissements (déplacement d'une masse de roches ou de
sédiments selon une surface de rupture) ; les écoulements gravitaires (par exemple : coulées
de boues).
Ces processus déplacent des masses considérables de sols et débris rocheux sur des distances
courtes (de l'ordre du km). Leur impact sédimentaire est pourtant important, car ils mettent les
matériaux mobilisés à la disposition du système fluviatile. Un exemple classique d'avalanche
de débris est la catastrophe qui a affecté le village suisse de Elm en 1881: environ 106 m3 de
roches se sont détachés d'une paroi, formant après une chute de 450 m un manteau de débris
de 10 à 20 m d'épaisseur sur 3 km2. La vitesse de déplacement de ces débris a atteint 155
km/h et 115 personnes ont perdu la vie dans la catastrophe.
Ecoulements gravitaires
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Dans ces phénomènes, les particules sédimentaires sont en suspension dans un fluide, mais
leur mouvement est dû à la gravité, non au déplacement du fluide lui-même (à la différence
d'un écoulement liquide conventionnel). On distingue quatre types d'écoulements gravitaires:
(1) les "grain flows", (2) les "debris flows", (3) les "fluidised sediment flows" et (4) les
courants de turbidité (="turbidity currents")
a) Les grain flows se déclenchent lorsque la pente d'un dépôt est supérieure à la pente
d'équilibre. Les particules sont maintenues en mouvement par des forces dispersives dues aux
multiples collisions entre les grains. L'air (l'eau) n'agit que comme un lubrifiant mais ne
propulse pas les grains. De grandes stratifications entrecroisées peuvent être produites, mais
chaque unité est homogène et ne présente pas de structure interne (Fig. IV.2). L'exemple le
plus connu de grain flow est l'avalanche de sable provoquée au revers d'une dune devenue
trop raide.
Ecoulement (grain flow) de sable au flanc d'une dune.
b) Fluidised
sediment flows. Ce type d'écoulement gravitaire est constitué de grains maintenus
en suspension par un excès de pression du fluide intergranulaire. Les fluidised sediment flows
demeurent en mouvement aussi longtemps que cet excès de pression est maintenu. De
nombreuses structures sédimentaires caractéristiques sont produites: figures de charge (="load
casts"), "convolute laminations", volcans de sable (="sand volcanoes"), figures en assiettes
(="dish structures"), structures d'échappement de fluide (="fluid escape structures") (Fig.
IV.2). L'exemple le plus connu de ce phénomène est les sables mouvants (="quick sand"): ces
sables saturés en eau (par exemple suite à un dépôt rapide) perdent leur cohésion lors de
l'application d'une pression extérieure. A l'échelle géologique, cette pression extérieure est
souvent le fait d'une onde sismique.
c) Debris flows et mudflows. Les mudflows sont des écoulements de boue sous l'action de la
gravité. Si cette boue contient de gros éléments (galets, blocs), on parle alors de debris flow.
Ces écoulements ont l'aspect du béton frais et se mettent en mouvement lorsque de fortes
pluies ont saturé d'eau leur fraction fine. Leur vitesse de propagation peut atteindre une
centaine de km/h et ils provoquent le déplacement de blocs de taille parfois considérable. Le
maintien en suspension de ces gros éléments est dû à la rigidité de la matrice et à sa densité
relativement forte. Lorsque les forces de gravité deviennent moins fortes que les forces de
frottement (internes et sur le fond), la coulée s'arrête: on dit qu'elle gèle.
d) Les courants de turbidité. Un courant de turbidité est un écoulement gravitaire lié à la
différence de densité entre deux masses d'eau. Cette différence de densité est due à la
présence de sédiment en suspension dans l'un des deux fluides. Le fluide le plus dense
s'écoule sous le fluide le moins dense.
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Les courants de turbidité se produisent notamment à l'embouchure des rivières dans les lacs.
La première observation de ce type de déplacement en masse a été faite par F.A. Forel dans le
Lac Léman en 1885. Les courants de turbidité les plus importants affectent cependant le
rebord des continents (la pente continentale) où des masses considérables de sédiments
peuvent être remis en suspension principalement à la suite de tremblements de terre.
Les courants de turbidité transportent de grandes quantités de matériaux dans les fonds
océaniques. Ces dépôts ont reçu le nom de turbidités.
Figure IV.3: naissance d'une turbidité: un glissement de terrain dans la partie supérieure du talus continental
mobilise une grande masse de sédiment; au début du glissement, le sédiment est à peine déstructuré et on
retrouve des structures de slumps; progressivement, la masse de sédiment va se comporter comme un débris flow
en descendant le talus continental; par ailleurs, en érodant et incorporant les sédiments rencontrés sur son
chemin, sa densité et sa vitesse augmentent; ensuite, par incorporation d'eau, la cohésion entre les particules de
sédiment diminue et des tourbillons commencent à se former: le courant de turbidité se développe; à un certain
moment, le débris flow "gèle" et le courant de turbidité continue seul à se déplacer.
3.2.- Ecoulements de fluides
Le transport par l'écoulement d'un fluide (par exemple : une tempête de sable ou une rivière)
peut déplacer les particules sédimentaires sur de grandes distances dans le plan horizontal.
a- La mécanique des fluides : La capacité d'un fluide à déplacer du sédiment dépend du mode
d'écoulement qui peut être laminaire ou turbulent.
La capacité d'un fluide à mobiliser et transporter des sédiments dépend de nombreux facteurs
dont les principaux sont sa masse volumique, sa viscosité14 et sa vitesse. Pour mémoire, la
masse volumique de l'eau de mer est d'environ 1,03 g/cm3, celle de l'eau douce de 1 g/cm3,
celle de la glace de 0,9 g/cm3. Par contre, la masse volumique de l'air est très faible, de l'ordre
de 0,001 g/cm3. En ce qui concerne la viscosité, celle de l'air est très faible, celle de la glace
est élevée et celle de l'eau est intermédiaire. Les principales différences entre sédiments
éoliens (sable fin et silt), glaciaires (galets, sable, boue) et alluviaux sont la conséquence de
ces masses volumiques et viscosités distinctes.
14
Propriété d'un fluide qui tend à empêcher son écoulement lorsqu'il est soumis à l'application d'une force. Les
fluides de grande viscosité résistent à l'écoulement et les fluides de faible viscosité s'écoulent facilement. La
viscosité est déterminée par la capacité d'entraînement que possède une couche en mouvement sur les autres
couches adjacentes. Elle est mesurée par un viscosimètre, récipient dont le fond comporte un orifice de taille
standardisée. La vitesse à laquelle le fluide s'écoule par cet orifice permet de déterminer la viscosité du fluide.
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La vitesse de l'agent de transport détermine largement le type d'écoulement, soit laminaire,
soit turbulent. Dans un écoulement laminaire, les filets d'eau restent parallèles entre eux: ce
régime tranquille est réalisé par exemple pour un écoulement d'eau étalé sur de grandes
surfaces ainsi que pour des fluides visqueux comme les coulées boueuses. Dans un régime
turbulent, les filets d'eau se mélangent, forment des tourbillons et ne restent plus parallèles
entre eux et parallèles au fond. Ceci a une conséquence importante quant à la capacité
d'érosion et de transport du fluide: la composante ascendante des tourbillons et filets d'eau
maintient les sédiments en suspension ou favorise leur érosion.
b) Modes de transport des sédiments par les fluides
Dans un fluide en mouvement les particules peuvent être déplacées de trois manières : par
traction, par saltation et en suspension. La manière dont les particules sont transportées dans
un fluide dépend de leur taille, de la turbulence du fluide et de sa viscosité. Trois modes ont
été reconnus :
•
Transport par traction ou roulement : les grains restent toujours en contact avec le fond
et se déplacent en roulant et en glissant.
•
Transport par saltation : les grains se déplacent en rebondissant sur le fond.
•
Transport en suspension : les particules ne sont jamais en contact avec le fond.
La charge de fond regroupe l'ensemble des grains transportés par traction et saltation. Dans le
cas d'un cours d'eau, ce sont principalement les sables et les graviers. La charge en suspension
est constituée uniquement des particules déplacées de cette manière, généralement les silts et
les argiles. Il faut noter que, dans un cours d'eau, de nombreuses substances sont également
transportées sous forme dissoute (p. ex.: le calcium qui provient, entre autres, de la dissolution
du calcaire).
Figure IV.5: modes de transport des particules dans un courant.
4- Les effets du transport
Le transport prolongé d'une masse de sédiments conduit généralement à une réduction de la
taille des grains, à un tri du matériel (c'est à dire à un classement du sédiment en fonction de
la taille des grains) et à une augmentation de l'arrondi des particules. L'ampleur de ces effets
dépend cependant de la taille et de la nature des grains transportés, ainsi que de la viscosité et
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de la vitesse du fluide en mouvement. L'eau et le vent ont par exemple une bonne capacité à
trier du sédiment, mais ce n'est pas le cas de la glace.
Les galets sont rapidement arrondis lors d'un transport fluviatile (10 km pour un galet calcaire
; 300 km pour un galet siliceux), alors que les sables, qui sont souvent constitués de
C- Le dépôt : la sédimentation
Ce processus de dépôt est appelé sédimentation. La sédimentation aboutit à la formation des
roches sédimentaires. La granulométrie15 des particules, la texture16 des sédiments, la
géométrie des dépôts sont d'importants indices sur l'agent de transport, sa vitesse au moment
du dépôt, sa direction, etc.
1- Définition de la sédimentation
La sédimentation correspond à l'accumulation de sédiments après le transport. C’est encore le
processus naturel de formation de dépôt de matières minérales, dû à l'action des eaux, des
glaciers, du vent ou d'autres agents physiques.
2- Les facteurs d’accumulation des dépôts
Le dépôt des sédiments a lieu lorsque la vitesse de l'agent de transport diminue ou lorsque cet
agent de transport disparaît (fonte de la glace).
Les particules transportées par un fluide en mouvement (vent, rivière, courant marin) se
déposent quand celui-ci ralentit ou s'arrête.
Les sédiments charriés par les glaciers s'accumulent lorsque la glace fond.
Le matériel déplacé en masse sous l'action principale de la gravité (éboulement, glissement)
se sédimente quand un nouvel état d'équilibre est atteint.
Les substances transportées en solution dans un lac ou dans une mer précipitent et
s'accumulent sur le fond lorsque les conditions physico-chimiques sont favorables.
Les sédiments déposés forment des couches (ou strates) d'épaisseur et d'extension variables au
fond des bassins sédimentaires.
3- Les couches sédimentaires
Une couche, ou strate, est une unité sédimentaire comprise entre deux surfaces
généralement parallèles et présentant des caractéristiques distinctes.
Une strate, ou couche, est un ensemble sédimentaire (roche ou sédiment) compris entre deux
surfaces et présentant des caractéristiques spécifiques (couleur, composition, aspect). Les
surfaces entre les couches, ou joints de stratification, peuvent être parallèles, convergents,
15
Étude des dimensions des granulats de diverses compositions (farines, sables, aérosols, etc.).
La granulométrie permet au final de fournir des fréquences statistiques des différentes tailles d’un échantillon de
grains.
16
En géologie agencement interne (d'une roche) Exemple : une texture feuilletée
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courbes ou encore ondulés. L'extension latérale d'une couche varie du m au km. Une couche
se termine latéralement soit par la convergence des surfaces limites soit par un changement de
composition.
Une couche correspond à un ensemble de sédiments déposés dans des conditions relativement
uniformes. Les joints de stratification marquent soit un changement brutal des conditions de
dépôt, soit une phase d'érosion, soit une lacune de
Un banc est une couche de roche dure qui ressort morphologiquement à l'affleurement. Un lit
est une couche de faible épaisseur (cm au dm). Une lamine est une subdivision millimétrique
au sein d'une couche correspondant par exemple à un changement de la taille ou de la
composition des grains.
4- Les différents types de dépôts sédimentaires
Les dépôts sédimentaires peuvent être classés en quatre catégories principales d'après le
processus qui a transporté les particules :
Les dépôts de courant de traction. Formés de graviers et de sables transportés par roulement et
saltation, ils présentent des lamines obliques aux limites des couches (voir la page «
stratifications obliques »). Les dépôts accumulés aux fonds des rivières sont des dépôts de
courant de traction.
Les dépôts de décantation sont formés de sédiments fins (argiles, silts,
Les dépôts gravitaires sont des sédiments très mal classés (mélange de particules fines et
grossières) issus de déplacements en masse (coulée de boue, coulée de débris). Cas particulier
des dépôts gravitaires, les dépôts de courant de turbidité contiennent du matériel transporté
par traction, saltation et en suspension et montrent souvent un granoclassement (les particules
les plus grossières se trouvent à la base de la couche, les plus fines à son sommet). Les dépôts
issus des courants de turbidité sont les turbidités (voir page sur les turbidités).
Les dépôts glaciaires, ou diamictites, s'accumulent après la fonte d'un glacier. Très mal classés
et chaotiques (pas de tri), ils ressemblent aux dépôts gravitaires.
5- Le lieu de dépôt des particules ou sédiments : les bassins sédimentaires
Les sédiments se déposent dans des dépressions qui prennent alors le nom de bassins
sédimentaires. Un bassin sédimentaire est donc une dépression à fond plat ou concave17
qui est, ou fut, un lieu de sédimentation. La surface d'un bassin sédimentaire varie de
quelques mètres carrés (par exemple : un étang) à des milliers de kilomètres carrés (par
exemple : un océan). De même sa profondeur peut être comprise entre le mètre et la dizaine
de kilomètres.
17
Qui forme un creux
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Le fond d‘un bassin sédimentaire peut s'enfoncer, par exemple en raison du poids des
sédiments qui s'y accumulent. En raison de ce phénomène appelé subsidence, un bassin
sédimentaire peut contenir une épaisseur de sédiments supérieure à sa profondeur initiale.
Tous ces processus érosifs sont fonction de différents agents.
II- LES TYPES ET AGENTS D’EROSION
Il existe différents agents et différents types d’érosion dont les principaux sont : l’érosion
éolienne, glaciaire, marine et par les eaux de ruissellement18.
A- L’érosion éolienne
Le vent est un agent important d'érosion dans les régions à végétation éparse. Il agit par
déflation19 (action de balayage) et par corrasion (abrasion éolienne).
L'action érosive du vent est particulièrement importante dans les déserts, les zones côtières et
les plaines à végétation éparse. Elle est proportionnelle à la vitesse du flux et comprend deux
processus : la déflation et la corrasion.
La déflation correspond à l'action de balayage du vent qui emporte les particules fines et
sèches en laissant sur place galets et cailloux. Ce processus contribue à la formation des
déserts rocheux ou regs et, à plus grande échelle, au creusement des grandes dépressions
fermées dans les régions désertiques (sebkhas).
La compétence du vent, c'est-à-dire sa capacité à soulever et à transporter des débris, se limite
aux particules fines : argile, limon20, sable, cendre, poussières. Les sables grossiers (0,5 mm à
1 mm) sont déplacés par roulage. Les sables moyens (0,1 mm à 0,5 mm) effectuent des bonds
successifs jusqu'à 2 m de hauteur (saltation). Les particules inférieures à 0,08 mm sont
emportées en suspension. Le vent agit là où la végétation est discontinue et les climats secs.
La rareté de la matière organique et la dessiccation privent les formations détritiques de liant
et de cohésion. Le vent opère un tri, le vannage21 soulevant les particules fines et laissant sur
place les débris grossiers qui forment un pavage22 ; dans les déserts, les regs23 en sont un bon
exemple. La déflation éolienne, ou arrachement de particules par le vent, est un processus
efficace susceptible d'évider des cuvettes dans les roches meubles (pans du désert du Kalahari
dans des limons) ou de creuser des sillons tels les yardangs dans les argiles en Asie centrale.
Le vent chargé de sable mitraille de milliers de chocs les affleurements de roches dures. Il en
résulte une usure, un polissage — une éolisation — qui s'exerce aussi bien sur des blocs que
sur des étendues rocheuses. Cette corrasion éolienne ne laisse subsister que les surfaces et les
éléments les plus résistants, les époussetant de toute particule meuble. Elle aboutit à une
érosion différentielle qui s'exprime à toutes les échelles : nids d'abeilles sur les parois,
sculpture en forme de champignon de rochers isolés, dégagement des surfaces planes des
hamadas.
18
Ecoulement (des eaux provenant de la pluie ou de la fonte des neiges) à la surface de la terre
Arrachement de particules par le vent,
20
Terre argileuse très fertile déposée par l'eau d'un fleuve sur ses rives
21
Action de séparer de la balle et des impuretés (les grains de céréales)
22
Assemblage (de pavés, de dalles ou de mosaïques) qui couvre un sol ou une chaussée Synonyme: pavement
23
Plaine désertique caillouteuse formée par la déflation
19
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La compétence du vent étant limitée, le moindre obstacle arrête net le transport des sables et
des poussières. Les dunes24 sont les formes de transit et d'accumulation de l'érosion éolienne.
Un dépôt de sable se produit derrière les touffes de végétation : ces micro-dunes sont les
nebkas. Les barkhanes sont des dunes mobiles plus importantes, en forme de croissant dont
les pointes s'allongent dans le sens du vent. Dans les épaisses couches de sable, le vent
modèle et remanie sur place des ensembles de dunes, les ergs25 ; les formes variées des dunes
et de leur assemblage (aklé, ghourd, etc.) dépendent de la direction des vents dominants.
Les dunes peuvent se former en dehors des déserts sur les espaces éventés que sont les hauts
de plages sableuses.
Paysage du massif du Hoggar (Algérie)
Ces formations rocheuses du massif du Hoggar, dans le sud de l'Algérie, ont été modelées par le vent et les
forts contrastes thermiques que connaît la région.
Sylvain Grandadam/Photo Researchers, Inc.
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B- L’érosion fluviatile
Les cours d'eau ont la capacité d'entailler le substrat rocheux aussi bien verticalement
(vallée en v, gorges) que latéralement (méandres).
Torrents, rivières et fleuves sont capables d'éroder leur substrat et de transporter et
d'accumuler des sédiments. L'érosion est d'autant plus importante que la vitesse, la turbulence
et la charge sédimentaire du cours d'eau sont élevées.
24
25
Colline de sable façonnée par le vent, que l'on trouve dans les déserts et sur les littoraux
Massif de forme et d'extension variables, constitué de divers types de dunes Exemple : les ergs du territoire
saharien
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Dans le cas des substrats peu consolidés, la turbulence du courant suffit à creuser le fond du
cours d'eau et à saper les berges. Pour entailler les formations rocheuses dures, le courant doit
transporter des sédiments grossiers (sables, graviers) qui jouent le rôle d'abrasif.
L'érosion fluviatile est particulièrement importante dans la partie haute d'un cours d'eau. Elle
produit des vallées en V dans les substrats meubles et des gorges à parois verticales dans les
roches consolidées.
Dans les sinuosités des cours d'eau, ou méandres, l'érosion a lieu sur la rive qui est à
l'extérieur du méandre, où la vitesse du courant est la plus élevée. Ce phénomène conduit à la
migration des méandres vers l'aval.
C- L’érosion marine
Les vagues et les courants sont les principaux agents érosifs en milieu côtier. Ils
produisent les falaises et les plateformes d'abrasion marine.
Les vagues et les courants marins sont des agents d'érosion qui contribuent au façonnement
des rivages, mais ces derniers sont également actifs en milieu marin profond.
Les vagues, les courants liés à leur déferlement ou encore les courants de marée érodent
facilement le sable des plages pour le transporter vers le large. Les côtes rocheuses sont plus
résistantes. Cependant, la répétition des chocs lors du déferlement et l'effet de succion lors du
retrait des vagues contribuent à la longue à miner la base des falaises. Les vagues chargées de
sédiments (sables, graviers) ont en outre un effet abrasif sur les rivages indurés (abrasion
marine).
Sur les littoraux, l'érosion marine produit les falaises, les encoches et les plates-formes
d'abrasion. En milieu marin profond, les courants peuvent creuser des chenaux, comme les
rivières sur les continents.
L'érosion marine s'exerce principalement sur les littoraux par l'action des vagues qui sont de
puissants agents de destruction. Le déferlement ou le ressac roulent les galets et le sable en un
mouvement de va-et-vient incessant, qui use les estrans rocheux. Les tempêtes projettent les
sédiments vers le haut de plage sur les côtes basses, et sur les côtes rocheuses les vagues
exercent de véritables coups de bélier accompagnés des rafales de mitraille des galets. Le
sapement de la base des falaises vives et les fissures par appel au vide à la partie supérieure
soumise aussi aux agents météoriques provoquent des écroulements de pans entiers et le recul
de ces falaises, laissant devant elles une plate-forme d'abrasion marine.
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17
Falaises d'Étretat (France)
Façonnées dans le même type de craie que les blanches falaises de Douvres (Angleterre), les falaises d'Étretat,
situées dans le pays de Caux, sont caractéristiques du littoral normand. Les arches résultent de l'action
dissolvante de l'eau et des coups de boutoir des vagues sur une partie moins résistante de la roche.
Alan Carr/Robert Harding Picture Library
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Les débris déplacés par les vagues sont repris par les courants de marées qui cheminent le
long des rivages. Leur étalement dans une baie occasionne le dépôt des sables et des galets à
l'origine des plages. Près d'un promontoire26, les sédiments se déposent en bancs allongés,
ancrés sur l'obstacle, formant lorsqu'ils émergent des cordons ou des flèches littorales
susceptibles de fermer l'entrée des estuaires et des baies ou de rattacher une île au continent.
D- L’érosion glaciaire
Le mouvement des glaciers provoque d'une part l'enlèvement de blocs du substrat
rocheux et contribue d'autre part à l'usure de celui-ci en raison du frottement des
particules de toutes tailles contenues dans la glace.
Certaines régions, comme les Alpes, ont été façonnées par l'érosion glaciaire qui procède de
deux manières : arrachement de blocs et abrasion du fond rocheux.
Arrachement de blocs : Dans ce premier cas, des blocs rocheux sont arrachés au substrat par
le mouvement lent de la glace et incorporés à celle-ci. Ces blocs sont généralement délimités
par des fissures d'origine tectonique et déstabilisés préalablement par l'effet du gel et du dégel.
Abrasion glaciaire : La glace d'un glacier contient des fragments rocheux de taille diverse
qui, lors du mouvement de celle-ci, ont une action de polissage (sables) et de raclage (blocs,
graviers, galets) sur le substrat. Le polissage tend à émousser les saillies du fond rocheux,
constituant ainsi les roches moutonnées. Selon la taille des éléments, le raclage produit des
sillons centimétriques (cannelures) ou millimétriques (stries), ces dernières se formant aussi
bien sur le substrat que sur les fragments rocheux transportés par la glace.
26
Pointe de terre au relief élevé, aux bords abrupts, qui s'avance dans la mer
LES AGENTS D’EROSION ET LES FORMES DE RELIEF
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L'eau, toujours présente au fond d'un glacier, contribue également à polir et à creuser le fond
rocheux. A grande échelle, l'érosion glaciaire conduit à la formation de vallées en U, de
cirques27, d'arêtes et de horns.
Les modelés associés à l'érosion glaciaire apparaissent après le recul ou la fonte des glaciers.
D- La bioérosion
De nombreux organismes vivants participent à l'érosion du substrat rocheux. Leur
action peut être mécanique ou chimique. Elle est particulièrement marquée en milieu
côtier.
La contribution des organismes et micro-organismes vivants à l'érosion du substrat rocheux
est peu importante, mais mérite d'être mentionnée. Leur action peut être mécanique
(rongement, perforation, broûtage) ou chimique (dissolution). Elle est particulièrement visible
au bord des mers et des océans. Les roches calcaires y sont particulièrement sensibles.
A titre d'exemple :

les oursins creusent des niches et des sillons irréguliers, larges de quelques centimètres

les mollusques (Pholades), éponges et annélides créent des perforations en forme de
tubes rectilignes millimétriques à centimétriques

des micro-organismes (algues, champignons) génèrent des cavités microscopiques
dans des fragments de coquilles

l'homme, enfin, par de nombreuses activités (exploitations minières, constructions
routières, déboisement), contribue parfois directement à l'érosion des reliefs.
À l'état naturel, le sol est le plus souvent protégé par le couvert végétal. Quand il pleut sur une
prairie ou sur une forêt, une partie des précipitations est interceptée et s'évapore avant d'avoir
atteint le sol. L'écoulement le long des arbres et des tiges retardent l'arrivée de la pluie au sol,
amortissant souvent le choc des gouttes, guidant l'eau vers le sous-sol (infiltration). Les
végétaux et leurs racines retiennent le sol, le protégeant à la fois du ruissellement et du vent.
L'agriculture, la sylviculture, l'extension des zones urbaines, le développement industriel et la
construction de routes portent atteinte aux modelés, aux formations superficielles et aux sols.
Dans certains cas, les pratiques agricoles, tout en modifiant la composition des sols,
respectent l'équilibre naturel. L'érosion est ainsi moins importante là où les cultures, telles que
le blé, couvrent uniformément le sol, à la différence des champs de maïs et des plantations de
tabac où elles sont disposées en rangées.
Dans les milieux fragiles, le surpâturage peut à terme transformer des terres de parcours en
désert, tout comme l'extension des cultures peut avoir des conséquences désastreuses. Ce fut
27
Dépression semi-circulaire d'origine glaciaire creusée dans le flanc d'un massif montagneux en contrebas de
crêtes souvent acérées et dominée par d'abruptes parois rocheuses
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le cas dans les régions affectées par le Dust Bowl aux États-Unis dans les années trente.
Certains historiens pensent que la dégradation du sol qui entraîne la sécheresse est un élément
déterminant dans l'ensemble des causes qui expliquent les mouvements de population et la
disparition de certaines civilisations. Les ruines de villes et de cités dans des régions
aujourd'hui arides, comme les déserts de Mésopotamie, témoignent de l'importance qu'avait
jadis l'agriculture dans ces régions.
CONCLUSION
En définitive, la surface de la Terre est constamment sculptée par l'érosion, qui façonne sans
cesse de nouveaux modelés. Ceux-ci sont différents selon que le climat est équatorial,
désertique, tropical, tempéré ou polaire.
SOURCES :
- « Erosion » in http://jabba.unil.ch/objectif-terre/index.php?id=2816
- "érosion." Microsoft® Encarta® 2009 [DVD]. Microsoft Corporation, 2008.