Pétrographie et processus d`érosion

PÉTROGRAPHIE ET PROCESSUS D’ÉROSION
La pétrographie est la science des roches, la lithologie la science de la dureté des
roches et la minéralogie la science des minéraux. Pour le géographe l’étude de la
pétrographie permet de mieux comprendre la genèse des paysages car les roches
réagissent différemment aux agressions, aux agents érosifs.
Une roche est un assemblage plus ou moins homogène d’un ou plusieurs minéraux.
Selon leur composition, leur genèse on distingue 3 familles de roches ; les roches
sédimentaires, les roches métamorphiques ou cristallophylliennes et les roches éruptives.
Une roche a une dureté variable, le diamant étant la plus dure mais il existe aussi des
roches liquides comme le pétrole.
I – Les roches métamorphiques
Le métamorphisme est dans la majorité des cas un processus endogène (c’est-à-dire
qui se produit à l'intérieur du globe terrestre). Le métamorphisme agit sur des roches à
l'état solide. Il consiste à l'explication des modifications structurales, minéralogiques et
chimiques d'une roche lorsque celle-ci est soumis à des condition physico-chimique
(essentiellement pression et température) différentes de celle de sa formation. Le
métamorphisme se situe entre les processus sédimentaires (faible pression/faible
température) et magmatique. En effet si une roche métamorphique fond elle devient une
roche magmatique.
L'une des conséquences les plus directes du métamorphisme est la transformation
minéralogique et parfois chimique de la roche, par recristallisation. S'y ajoute le plus
souvent la déformation, avec le développement d'une schistosité ou d'une foliation. C'est
l'ensemble de ces transformations minéralogiques, structurales et chimiques, dans les
profondeurs de la Terre, qui constitue le métamorphisme. On parle d'anatexie lorsque les
températures deviennent suffisantes pour provoquer la fusion partielle d'une roche
métamorphique.
1) Les facteurs du métamorphisme
a. L’élévation de température
Il s’agit de roches conduites en profondeur à proximité du magma à la faveur de
faits tectoniques (orogenèse, plissement).
b. Élévation de pression
Même cas de figure que précédemment avec cependant la nécessité d’une grande
durée. La pression provoque la foliation des minéraux (transformation en feuilles) et la
schistosité c’est-à-dire la construction de plans de clivage dans la roche.
c. Les apports
Apports de gaz, d’eau thermales, de magma qui modifient la composition chimique
d’une roche tout en la laissant solide. On est dans ce cas en présence d’un phénomène de
métasomatose.
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d. L’orogenèse
C’est la naissance des chaînes de montagne. Intervient alors des augmentations de
pression et de chaleur mais aussi des échanges de minéraux. A ces phénomènes se rajoute
le plissement qui transforme aussi la nature des roches.
2) Les types de métamorphisme
a. Le métamorphisme de contact ou local
Il est lié à une déformation dû à de fortes pressions ou à de fortes températures qui
peuvent être liées à des fractures par où passe le magma. De part et d’autre de cette
remontée d’un filon (masse éruptive intrusive), les roches sont transformées en roches
métamorphiques, en roches cornéennes, il s’agit d’une auréole de métamorphisme.
b. Le métamorphisme régional
Il s’agit du phénomène évoqué ci-dessus sur une plus grande surface. Les roches de
départ sont enfouis, la température et la pression augmentent, elles sont imbibées par les
granits qui les supportent. Dans les géosynclinaux plusieurs séries métamorphiques
peuvent se former au contact des roches cristallines. On note ainsi, selon l’éloignement, des
recompositions de minéraux et la création de nouvelles roches.
Ce métamorphisme transforme tantôt d’anciennes roches éruptives (roches ortho),
tantôt d’anciennes roches sédimentaires (roches para).
Comme dans le Massif Central on trouve un centre granitique entouré d’auréoles
métamorphiques. On a donc au centre un granit d’anatexie puis les migmatites c’est-à-dire
les roches résultant d’un enrichissement de la roche originelle à partir du granit d’anatexie.
Cet enrichissement se termine par un front de migmatisation. Au-dessus on a les ectinites,
donc plus éloignées du magma et qui n’ont pas subi d’enrichissement, seulement une
tension et une cristallisation sans modification de leur composition chimique.
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intensité croissante du métamorphisme
Nature des roches selon l’intensité du métamorphisme
Roches sédimentaire
Roches éruptives
Série argileuse
Argile
Phyllade
Schiste sériciteux
Séricite schisté
Chloritoschiste
Micaschiste à 2 micas
Gneiss à 2 micas
Gneiss à biotite
Leptynite
Coroliérite
Série siliceuse
Grès
Quartzite ou
quartzite micassé
Série carbonaté
Calcaire ou dolomie
Cipolin ou marbre
Série argilo-calcaire Série granitique
Marne
Granit
Série gabbro-diorite
Gabbros
Micaschiste et
schiste lustré
Chloritoschiste
Orthogneiss
Ortoleptynite
Leptinite (arkose)
Serpentine
Eclogite
Amphibolite
Amphibolites
Pyroxenite
3) La décomposition des roches métamorphiques
Le comportement des roches métamorphiques est semblable de celui des roches
éruptives mais la résistance à l’érosion est moindre en raison de leur texture. Deux modes
de désagrégation attaquent ces roches.
L’érosion chimique par altération des minéraux. L’oxydation par divers acides
comme ceux de l’humus, la dissolution de certains minéraux par l’eau conduisent à un
déchaussement de la roche, donc à une hétérogénéité, donc une fragilité accrue.
L’érosion mécanique par le vent, l’action du gel et dégel, l’action des racines…
fragilisent aussi la roche.
Ces processus d’érosion sont, selon le milieu bio-climatique plus ou moins intenses.
a. Comportement des roches métamorphiques sous climat
tempéré
Les roches ont été préparées par de longues phases climatiques, en particulier lors
des grandes périodes glaciaires du Quaternaire. Selon que la roche sera plus ou moins
litée, la résistance sera plus ou moins importante. Un gneiss, moins lité qu’un schiste sera
plus résistant. Les plans de schistosité sont des régions où l’homogénéité est rompue et
donc des zones de faiblesse des roches.
b. Comportement des roches métamorphiques sous les
autres climats
Sous le climat froid, lors du dégel du sol il peut y avoir solifluxion le long des
pentes. Les roches dures se desquament en raison de l’alternance gel/dégel. Sur les
surfaces planes, l’eau contenue dans le sol peut geler et provoquer une boursouflure en
raison du gonflement du volume de la glace. Le pingo, cette lentille de glace lors de sa
fonte laisse place à une cuvette (mardelles de la région de Tours ou de la forêt d’Othe).
Sous climat aride, l’érosion est très peu intense, à cause de l’absence d’eau. Le gel et
le dégel, la chaleur, le vent sont les agents érosifs.
Le climat chaud et humide est le plus agressif. Les acides humiques dissolvent
certains minéraux et tout particulièrement le quartz et altèrent les roches. Les roches sont
rongées, mangées par ce processus d’érosion sur une centaine de mètre d’épaisseur là où
en France il n’érode que sur 1,50 m.
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II - Les roches éruptives
Il s’agit des roches constituées à l’intérieur de l’écorce terrestre
1) Les principaux minéraux des roches éruptives
L'échelle de dureté de Mohs fut inventée en 1812 par le minéralogiste allemand
Friedrich Mohs afin de mesurer la dureté des minéraux. Elle est basée sur dix minéraux
facilement disponibles.
Comme c'est une échelle ordinale, on doit procéder par comparaison (capacité de
l'un à rayer l'autre) avec deux autres minéraux dont on connaît déjà la dureté. Cette échelle
n'est ni linéaire ni logarithmique.
Dureté Minéral
Composition chimique
1
Talc, friable sous l'ongle
Mg3Si4O10(OH)2
2
Gypse, rayable avec l'ongle
CaSO4·2H2O
3
Calcite, rayable avec une pièce en cuivre
CaCO3
4
Fluorite, rayable (légèrement) avec un couteau CaF2
5
Apatite, rayable au couteau
Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
6
Orthose, rayable à la lime, par le sable
KAlSi3O8
7
Quartz, raye une vitre
SiO2
8
Topaze, rayable par le carbure de tungstène
Al2SiO4(OH-,F-)2
9
Corindon, rayable au carbure de silicium
Al2O3
10
Diamant, rayable avec un autre diamant
C
 Le quartz pure est le cristal de roche, les impuretés colorent le quartz.
 Le feldspath : silicate double d’aluminium (couleur rouge) et de potassium ou de
sodium ou de calcium (couleur blanche ou grise). Ils se dégradent par hydrolyse
(dissolution par l’eau) et donnent des argiles. Une des argiles les plus fines est la
kaolinite qui est une argile blanche qui sert en particulier à fabriquer la porcelaine
comme à Limoges (mais le gisement y est maintenant épuisé). Sinon
montmorillonite, l’illite (la plus répandue pour fabriquer des objets en terre cuite).
 Le mica : les micas blancs sont composés d’alumine et de potasse tandis que le mica
noir du fer et/ou du magnésium.
 Les autres minéraux : nombreux et forts variés, souvent en petite quantité.
2) Les modes de gisement des roches éruptives
a. Les roches de profondeur ou de massif, les batholites
Il s’agit d’une consolidation en profondeur de grandes masses de roches éruptives.
Les batholites de Flamanville (Manche) ou de Thouars (Deux-Sèvres) sont les plus
représentatifs en France.
b. Les roches de demi-profondeur, les filons
Il s’agit d’un magma plus fluide ce qui lui a permis de parcourir une distance plus
importante, le refroidissement donne une roche dure qui peut être parallèle ou
perpendiculaire aux couches sédimentaires.
c. Les roches de surface ou d’épanchement volcanique
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Il s’agit d’une sortie de roches magmatiques en un point localisé qui sont souvent
des volcans. Les roches volcaniques sont composées de laves et de projections (blocs,
bombes, lapillis, cendres). Un neck est le reste d’un volcan où il ne reste que la cheminée,
la cône ayant été détruit. Un dyke est un mur de lave. Les laves peuvent être acides
(rhyolites, coulées rares car la lave est visqueuse, le Massif de l’Esterel, massif volcanique
d’âge Permien) ou basique (basaltes, coulées abondantes, lave fluide).
Il existe 5 types d’édifices volcaniques :
 volcan de type hawaïen avec des coulées très fluides de basalte. Le lac de lave
permanent déborde régulièrement, il n’y a donc pas de projection.
 volcan de type strombolien avec de la lave moins fluide. Il produit des émissions
de gaz et des projections.
 volcan de type vulcanien avec une lave plus visqueuse d’où la possibilité de
bouchon. La poussée des laves peut provoquer une explosion du bouchon ou des
écoulements à partir des flancs.
 volcan de type peléen avec des laves très visqueuses qui forment des aiguilles
d’extrusion. Les nuées ardentes sont à redouter dans ces cas.
 volcan de type mixte avec une alternance entre plusieurs types d’éruption comme
le Vésuve ou l’Etna.
En plus de ces 5 types d’édifices volcaniques, il existe un volcanisme fissural avec
des épanchements de laves fluides comme dans le Massif Central avec la planèze de
St-Flour.
Les roches éruptives se distinguent par leur structure (aspect, architecture général)
et par leur structure (dimension et arrangement des cristaux, des minéraux).
Minéraux essentiels
Acide
Basique
Texture
Quartz
Orthose
Microlitique
Granite
Microgranite
Rhyolit
Vitreuse
Pechslein
Granodiorite
Syénite
MicroMicrogranodiorite
syénite
Dacite
Trachyte
(Domite)
Obsidienne, ponce, scories
Grenue
Microgrenue
Amphibole,
plagioclase
Diorite
Gabbro
Micro-diorite Microgabbro
Andésite
Basalte
Pyroxène,
olivine
Péridotite
III - Les roches sédimentaires
Il s’agit d’une famille de roches exogènes, c’est-à-dire ne provenant pas du sous-sol
mais formées à la surface de la Terre avec 3 origines possibles soit par l’action des agents
d’érosion et de transport, soit par l’activité des êtres vivants, soit par des phénomènes
chimiques (dépôts de sel ou de pétrole).
La plupart des roches sédimentaires sont déposées en lits successifs, les strates, on a
donc des roches litées ou stratifiées. Il y a donc 2 phénomènes, d’abord transport du
sédiment et stratification lors des dépôts. Il peut y avoir ensuite diagenèse à savoir
modification totale comme lors de la silicification du bois en pierre.
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1) Les caractères des roches sédimentaires
Les minéraux de ces roches peuvent avoir une origine chimique liée à des
changements climatiques comme lors de la fin du Jurassique avec un climat chaud, une
origine biologique avec des débris d’animaux ou de végétaux, une origine détritique avec
des minéraux qui ont été pas ou peu transformés.
La couleur des roches sédimentaires est un indicateur de la composition de la roche
(rouge violacé montre la présence d’alumine pour la latérite, noir la présence d’oxyde de
manganèse, blanc l’importance de l’argile et de minéraux détritiques).
Le faciès est l’ensemble des caractères lithologiques (grain, structure, texture) d’une
roche. Le faciès continental est détritique dans une mer peu profonde, le faciès marin est
composé de fossiles comme la craie du Jurassique, le faciès lacustre est lui aussi composé
de fossiles marins mais de petits fossiles comme dans les calcaires de Beauce ou de Brie.
2) Les types de roches sédimentaires
a. Les roches calcaires
Elles sont composées de carbonate de calcium mais les « impuretés » permettent de
différencier les calcaires.
 La meulière est un calcaire très résistant capable de donner des plateaux à bords
raides et des buttes témoin comme dans les environs de Paris.
 La dolomie présente souvent une stratification rarement nette avec de nombreuses
diaclases. La porosité est importante ce qui facilite la constitution de reliefs
ruiniforme comme à Montpellier-le-Vieux dans les Grands-Causses.
 La craie est bien représentée dans le nord-ouest du Bassin Parisien. C’est un calcaire
au grain fin, poreux, léger et friable. Elle peut être très gélive si bien que les versants
sont souvent en pente douce, comme dans la Champagne crayeuse. Quand elle est
peu gélive comme dans le Boulonnais ou en Picardie, les versants des vallées sont
convexes.
 Le flysch, alternance de lits calcaires et de lits marneux, se démantèle facilement. Il
se présente en épaisses accumulations synchroniques de la formation de chaînes
alpines, constituées dans la mer où surgissait la montagne. Il constitue souvent de
hautes collines informes.
 La molasse provient de la destruction d’une chaîne de montagne (Alpes, Pyrénées)
peu après sa constitution. Elle se localise donc en bordure des chaînes. Les faciès
sont très variés d’où des reliefs eux aussi variés, parfois sur de courtes distances. La
molasse se distingue des flyschs selon la date de formation par rapport à la chaîne
montagneuse.
b. Les roches à grains cimentés
Elles se divisent en conglomérats et grès. On appelle conglomérat un ensemble
cimenté formé de grains de tailles très diverses. Un grès est au contraire formé de grains
de sable de composition granulométrique homogène englobés dans une matrice fine et liés
par un ciment. Brèches et poudingues sont des formes de conglomérats selon la forme des
blocs cimentés. Dans l’ensemble les grès sont de perméabilité moyenne et relativement
résistants mais les différences sont notables selon la nature du ciment et la composition
minérale.
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c. Les roches à grains non cimentés
Dans ces conditions la roche correspond au grain qui peuvent être de grosseur plus
ou moins importante (bloc, galet, gravier, sable grossier, sable fin, limon, argile).
 La résistance des sables est complexe car pris individuellement les grains de quartz
sont très solides mais les formations sableuses sont facilement érodables. Les sables
humides sont en général plus cohérent que des sables secs. Ruissellement, creeping
donnent des versants très convexes avec des interfluves plats et marécageux comme
dans les Landes de Gascogne, les sols sont très pauvres (sols podzoliques).
 L’argile est souvent présente dans de nombreuses roches. Les argiles peuvent
s’hydrater mais lentement ce qui la rend pratiquement imperméable. Lors de son
hydratation, elle devient plastique et parfois liquide. Cela facilite la solifluxion des
versants. Quand elle se dessèche, l’argile forme des mottes, se craquelle et même se
transformer en poussière que le vent peut prendre en charge. Les argiles peuvent
donc être très facilement ravinées par l’eau et ainsi donner des paysages de badlands si les précipitations sont violentes. Dans les pays tempérés, les différentes
phases de solifluxion conduisent à des croupes surbaissées, avec de longs versants
concaves et un chevelu hydrographique important.
 Les marnes sont des argiles qui contiennent des éléments de calcaire. Les argiles
durcies peuvent donner des schistes particulièrement lités comme certaines variétés
d’ardoises.
Quand ces roches à grains non cimentés sont composées de formations hétérogènes
cela peut donner des modelés particulier, les gros blocs protègent du ruissellement les
formations de granulométrie plus fine ; il s’agit des cheminées des fées ou demoiselles
coiffés.
On voit bien au total la formidable variété des roches qui composent notre Terre. A
cette variété, il faut associer l’extrême diversité climatique et tous les processus d’érosion ;
cela donne une infinie variété des modelés, support des paysages.
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