Chapitre 9 : la disparition des reliefs

Chapitre 9 : la disparition des reliefs
L’étude comparée de plusieurs chaînes de montagnes montre que les caractéristiques de ces
dernières évoluent au cours du temps. On trouve ainsi, sur tous les continents, des vestiges
d’anciennes chaines de montagne datant de plusieurs centaines de millions d’années.
L’étude comparée de ces chaînes permet de comprendre les processus responsables de la
disparition des reliefs et les modalités de recyclage de la lithosphère continentale.
Problèmes :
• Comment l’altération et l’érosion participent-elles à l’effacement des reliefs ?
• Que deviennent les produits issus de l’érosion du relief ?
• Comment les phénomènes tectoniques contribuent-ils à l’effacement des reliefs ?
• Comment est recyclée la lithosphère continentale ?
1. Comparaison chaines de montagnes anciennes et récentes.
En France, il y a des chaînes de montagnes anciennes, comme le Massif central, et des
chaines de montagnes plus récentes, comme les Alpes et les Pyrénées.
L’étude comparée de plusieurs chaînes de montagnes (ou orogenèse) montre que les
caractéristiques de ces dernières évolue au cours des temps géologiques. Le massif Alpin et
les Pyrénées sont des exemples d’orogenèse récente : leur formation a débuté il y a
quelques dizaines de millions d’années (entre -30 et -80 Ma).
Le massif central et le massif armoricain appartiennent à la chaîne hercynienne, qui est une
orogenèse ancienne : leur formation a débuté il y a plusieurs centaines de millions d’années
(entre -360 et -250 Ma pour le Massif central et le Massif armoricain)
Une chaine de montagne récente est caractérisée par des hauts reliefs et par une racine
crustale profonde.
A l’affleurement, les montagnes récentes présentent une quantité modérée de roches
formées en profondeur (granit et roches métamorphiques (gneiss, micaschiste)) et on y
observe la présence de roches sédimentaires formées en milieu marin, c’est l’inverse dans le
cas des chaines de montagnes anciennes.
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Tableau de comparaison des massifs montagneux récents et anciens complété en cours
TP 16 : Erosion d’un massif montagneux
2. Altération et érosion contribuent à l’effacement des reliefs.
A. Des processus mécaniques et chimiques
Dans le cade de la dégradation des roches, on parle souvent d’érosion et/ou d’altération.
Afin de préciser ce vocabulaire :
• Erosion : ensemble des phénomènes mécaniques qui altèrent, enlèvent les débris et
particules issus de l’altération et modifient le relief.
• Altération : modification chimique d’une roche sous l’action d’un agent naturel de
surface comme l’eau.
Tout relief à la surface de la Terre est soumis aux phénomènes d’érosion et d’altération qui
tendent à le démanteler.
Les glaciers, les eaux de ruissellement sont des acteurs efficaces de la disparition des reliefs.
En effet, les glaciers réduisent les roches en débris, l’eau de pluie en s’infiltrant dans les
fissures (diaclases) des massifs granitiques favorise la séparation de blocs entier de roches,
l’alternance des phases de gel et de dégel éclate la roche.
Ces phénomènes d’érosion, dont l’agent principal est l’eau, favorisent ainsi l’altération des
minéraux par l’hydrolyse.
L’altération chimique est importante, elle s’attaque à la structure des minéraux sous
l’action, à encore, de l’eau.
De manière générale, une réaction d’hydrolyse des minéraux peut se résumer de la manière
suivante :
Minéral d’origine + Eau
Nouveau minéral + Solution de lessivage.
 Dans un granite, l’eau s’attaque, par hydrolyse, particulièrement aux micas et aux
feldspaths qui sont alors
transformés en nouveaux
minéraux : argiles (riche en
Aluminium, Fe3+ et silice (car ils
ne sont pas ou peu solubles) )
et en solution de lessivage :
particules solubles (ions
calcium, magnésium, sodium,
potassium, Fe2+)
Rq. Lors de ces réactions, il y a donc substitution partielle de certains cations (K+, Ca2+, Na+,
Fe2+, Mg+) contenus dans les minéraux par des ions H+.
La roche se retrouve ainsi fragilisée, elle devient moins
cohérente et friable, elle change de couleur (couleur
rouille car altération en oxyde de fer), elle forme alors un
sable grossier ou arène granitique.
Si l’érosion mobilise ce sable, il reste sur place des blocs
arrondis ou chaos granitique. (cf. Photo ci-contre)
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 Dans un massif calcaire, l’eau chargée en dioxyde de carbone transforme les
carbonates insolubles en hydrogénocarbonates solubles
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca2+ + 2 HCO3-
Sur la roche calcaires apparaissent d’abord des fissures
qui s’agrandissent et qui finissent par donner des lapiez
(ou lapiaz) puis carrément des gouffres caractéristiques
de paysages karstiques.
B. Le transport et la sédimentation des particules.
Les eaux en mouvement, les torrents, les
rivières transportent les produits de l’érosion
et de l’altération, soit sous forme de particules
solides, soit sous forme d’ions en solution.
Les particules solides peuvent être
transportées, sédimentées (déposées) ou
remises en suspension en fonction de leur taille
et de la vitesse du courant. Il en résulte un tri
granulométrique avec une sédimentation plus
ou moins loin du lieu de l’érosion.
Les particules sont transportées par les réseaux hydrographiques dans des bassins
sédimentaires continentaux ou océaniques associés à la chaîne de montagnes.
Les sédiments s’y déposent et forment, après consolidation, des roches sédimentaires
détritiques (ex. grès)
Les ions dissous y précipitent et forment d’autres types de roches sédimentaires : les
calcaires par la réaction inverse de l’altération :
Ca2+ + 2 HCO3-
CaCO3 + CO2 + H2O
Les êtres vivants peuvent utiliser les substances dissoutes (HCO3- ou silice) pour fabriquer
leur coquille ou leur squelette. Ainsi, les récifs coralliens constituent des zones importantes
de sédimentation calcaire.
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RQ. Pour info….
Lors des grandes phases d’orogenèse de l’histoire de la Terre, celles-ci s’accompagnent d’une altération importante, que l’on peut
résumer par des réactions chimiques suivantes :
CaAl2Si2O8
Feldspath calcique
+ 2 CO2
CaSiO3
Pyroxène calcique
+
+ 3H2O  Ca2+ + Si2O5Al2(OH) 4 + 2 HCO3-H2O + 2 CO2  Ca2+ + 2HCO3-- + SiO2
L’ion HCO3-, en arrivant dans la mer, est alors consommé pour la précipitation des carbonates :
Ca2+ + 2 HCO3CaCO3 + CO2 + H2O
Remarquez que d’un point de vue du CO2, les réactions d’altération consomment 2 moles de CO2 quand les réactions de précipitation en
carbonate n’en fabrique qu’une.
Ce déséquilibre est à l’origine d’une baisse globale du CO2 atmosphérique et d’une modification du climat global (baisse des
températures) lors des grandes phases d’orogenèse.
3. Des processus tectoniques participent à la disparition des reliefs.
Ces processus d’érosion et d’altération à l’origine de la disparition des reliefs débutent dès la
formation de la chaîne de montagnes, la vitesse d’érosion est de l’ordre de quelques
dixièmes de mm/an.
Or l’érosion des reliefs n’est pas le seul phénomène à l’origine de la disparition des reliefs
car, si c’était le cas, il faudrait non pas quelques dizaines de Ma pour que la croûte retrouve
une épaisseur normale, mais plusieurs centaines de Ma.
De plus, les volumes de sédiments déposés dans les bassins liés à la destruction des reliefs
sont généralement insuffisants pour retrouver le volume initial de la chaîne de montagnes.
Il y a donc d’autres mécanismes qui participent à la disparition des reliefs.
La carte ci-dessus montre qu’il existe dans l’axe de la chaîne (zone interne) des déformations
de type extensive caractérisées par des séismes peu profonds et des failles normales.
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La photo ci-dessous prise dans le secteur de la Tête d’Oréac montre l’établissement de ce
système de failles normales (caractéristique d’un étirement) qui vient recouper le
chevauchement basal et qui lui est donc postérieur.
Les données GPS confirment ces déplacements opposés caractérisant des mouvements
d’extension mais indiquent aussi un effondrement.
Les mouvements d’extension entraînent l’effondrement de la chaîne dans sa partie axiale et
donc conduisent à la disparition des reliefs.
Dans le schéma ci-dessous FL correspond aux forces aux limites des plaques, et Fv aux forces
de volume vertical.
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Dans un premier temps, le mouvement de convergence des plaques engendre des forces
compressives horizontales sur les roches : FL qui tendent à créer un relief et une racine
crustale. Dans le même temps, les roches sont soumises à des forces verticales liées au
poids des reliefs et à la poussée d’Archimède s’exerçant sur la racine.
Les forces de volume : Fv sont d’autant plus intenses que la croûte est épaisse.
Dans un second temps, l’intensité des Fv finit par égaler les FL, il apparait alors les premiers
signes d’une extension au cœur de la chaîne. Cette étape peut durer, si les forces
compressives se poursuivent, c’est ainsi que l’Himalaya poursuit encore aujourd’hui sa
croissance.
Si ce n’est pas le cas (la collision cesse), les Fv deviennent supérieures aux FL, la chaîne
s’effondre, la croûte s’amincit et la racine crustale remonte (rebond isostasique) remontant
les roches formées en profondeur.
4. Le recyclage de la lithosphère continentale.
L’âge des roches les plus anciennes de la lithosphère océanique n’excède pas 200 Ma, tandis
que la lithosphère continentale comprend les roches les plus anciennes de la Terre, âgées de
plus de 4Ga.
Par les processus d’érosion/altération puis par sédimentation, on retrouve alors une partie
des produits de la croûte continentale (sédiments, roches sédimentaires) sur un fond
océanique, par le
passage en
subduction, seule
une très faible
proportion de
lithosphère
continentale est
recyclée en
profondeur dans le
manteau sous-jacent,
où elle disparaît.
Cette caractéristique
du recyclage de la
lithosphère
continentale explique
pourquoi elle a
conservé les roches
les plus anciennes de
la Terre.
Ce n’est pas le cas de
la lithosphère
océanique, dont la
quasi-totalité
disparaît dans le
manteau sous-jacent
au niveau des zones
de subduction.
Le recyclage de la lithosphère continentale a lieu pour l’essentiel au sein même de cette
lithosphère où, lors des cycles orogéniques successifs, les roches sont transformées par des
processus sédimentaires, tectoniques, métamorphiques et magmatiques.
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