Morphologie lithologique : Le Modelé des Roches Magmatiques A

Morphologie lithologique :
Le Modelé des Roches Magmatiques
A - Reliefs associés aux roches plutoniques
Comme pour les roches carbonatées, composition chimique et structure vont guider
les formes du relief réalisées dans les pays cristallins-cristallophylliens, ce type de
roches affleurant sur les grandes surfaces correspondant aux racines
érodées (pénéplanées) des anciennes chaînes de montagne. Elles sont d'âge paléozoïque
(chaîne hercynienne) pour le sol français métropolitain et il s'agît de la Chaîne
hercynienne.
Les processus de météorisation dont découle la morphologie lithologique dépendent
directement de la composition chimique des matériaux. Les roches magmatiques étant
des roches résultant de l'association de minéraux silicatés de natures diverses [quartz,
feldspaths alcalins et/ou calco-sodiques, ferro-magnésiens divers (biotite, amphiboles, pyroxènes)], le
mécanisme de météorisation majeur sera bien évidemment l'hydrolyse. L'action de
cette hydrolyse sera bien évidemment différentielle, l'altérabilité des différentes
espèces minérales silicatées n'étant pas la même face au processus de météorisation.
En outre, au sein d'un complexe de roches magmatiques, les proportions relatives des
différentes espèces minérales ne sont pas constantes et une zone plus riche en
minéraux ferro-magnésiens (biotite, par exemple) sera météorisée nettement plus vite
qu'une zone essentiellement quartzo-feldspathique.
Pour ce qui relève de la morphologie structurale, c'est à la fracturation, au sens
large, que reviendra le rôle majeur. Deux types de fractures peuvent être envisagées :
 failles, plans de perte de cohésion s'accompagnant d'un glissement des volumes
rocheux l'un par rapport à l'autre (faille : fracture avec déplacement) ;
 diaclases (ou joints), plans de perte de cohésion sans déplacement (diaclase : fracture
sans déplacement).
Les failles joueront un rôle essentiellement à l'échelle du paysage (macromodelé) ; les
diaclases, plus nombreuses et plus denses, auront un rôle fondamental à l'échelle de
l'affleurement (micromodelé).
Front de carrière dans une exploitation de granite (granulats)
Granite du Sidobre (Massif Central, Tarn, France)
Diaclases parcourant le massif rocheux
De loin, on croit lire une stratification.... et on peut penser avoir affaire à une roche
sédimentaire....
Photographie P. Elouard
Front de carrière dans une exploitation de granite (granulats)
Granite du Sidobre (Massif Central, Tarn, France)
L'interprétation de la photographie ci-dessus met en relief les différentes
familles de plan de fracture (diaclases) affectant le massif rocheux. Leurs
géométries d'orientation différentes individualisent des polyèdres, empilés
les uns sur les autres. Le massif rocheux est structuré comme une "boîte de
sucres", chaque polyèdre correspondant à un "morceau de sucre".
Photographie P. Elouard
L'importance de la fracturation dans la météorisation des calcaires et des roches
endogènes découle du fait qu'il s'agit dans les deux cas de roches cohérentes,
imperméables en petit. C'est la fracturation qui va développer une perméabilité en
grand dont la conséquence est une multiplication des surfaces soumises à l'action
agressive du solvant qu'est l'eau.
Importance de la fracturation dans la météorisation des granites. Elle favorise la multiplication des voies de pénétration et
l'augmentation des surface de "corrosion". Cette "corrosion" par l'eau est évidemment plus intense à l'intersection des plans de fracturation.
Le mécanisme de météorisation est l'hydrolyse (voir plus loin). Les produits dérivant de cette altération, après transport, donnent naissance
aux roches détritiques terrigènes (roches silico-clastiques). In Eléments de Géologie (1989), Pomerol C. et Renard M. Armand Colin
édit., Paris, 9ème édit., 616 p.
A.1. Rappel sur l'hydrolyse (voir ANNEXE 1)
Les roches plutoniques (granites et roches apparentées)
peuvent être pris comme exemple
de roches à fort résidu d'altération. Ces roches sont soumises à l'hydrolyse,
mécanisme chimique fondamental de la dégradation des roches formées de silicates
(péridots, pyroxènes, amphiboles, micas, feldspaths, quartz).
L'hydrolyse consiste en un échange de cations entre l'eau et le réseau cristallin des
silicates. En fonction de la structure et de la composition chimique de ces derniers, il y
a une altérabilité différentielle des silicates.
Séquence d'altérabilité des silicates les plus courants des roches endogènes. En présence d'eau, le comportement des différents
cations dépend essentiellement du rapport valence/charge ionique (potentiel ionique). Les cations solubles sont principalement K, Na,
Ca, Mg. Par contre, Fe3+ , Al sont très peu solubles et vont précipiter en milieu aqueux. InGéomorphologie structurale (2001), Peulvast
J.-P. et Vanney J.-R. Gordon and Breach Sciences Publishers, Paris, 505 p.
Surface naturelle d'un granite soumis à l'hydrolyse
Les divers composants minéralogiques ne présentant pas la
même susceptibilité face au phénomène d'altération, il y a
une mise en relief des minéraux les moins sensibles (quartz,
feldspaths potassiques) alors que les zones riches en ferromagnésiens (biotite) en en feldspaths plagioclases sont
altérées plus vite, correspondant aux zones en creux.
Surface naturelle d'un
granite soumis à l'hydrolyse
Certains quartz sont à la limite
du déchaussement, prêts à
alimenter le gore s'accumulant
au pied de l'affleurement. Les
feldspaths, altérables plus
lentement que les feldspaths
plagioclases, sont également en
relief. Les zones entourées d'un
pointillé jaune sont des zones
riches en biotite et feldspaths
plagioclases de petite taille.
Altérés plus rapidement, ces
minéraux y ont été transformés
en argiles, facilement évacuées
par les eaux de ruissellement
(zones en creux).
Les conditions favorisant l'hydrolyse sont :
 une importante fracturation ;
 des températures élevées et des précipitations abondantes ;
 un couvert végétal bien développé, produisant acides humiques et
CO2 augmentant le pouvoir hydrolysant de l'eau).
En raison de ces conditions, la qualité érosive de l'hydrolyse va dépendre des
climats.
Hydrolyse et climats : nature minéralogique (intensité de l'hydrolyse) et épaisseur du manteau d'altération en fonction de la latitude
(température, pluviométrie, végétation). In Eléments de Géologie (1989), Pomerol C. et Renard M. Armand Colin édit.,Paris, 9ème édit., 616
p.
A.2. Reliefs des roches plutoniques selon les zones climatiques
A.2. a - Micromodelés (échelle de l'affleurement)
En climat tempéré humide (Massif central, Vosges), le quartz et la muscovite du
granite sont inaltérables. La biotite et les feldspaths s'hydrolysent en une série de
minéraux argileux (dont l'illite). Le granite hydrolysé s'effrite ainsi en un sable argileux (=
gore, puis arène granitique). Même si l'altération des silicates reste peu poussée, l'action de
cette hydrolyse demeure prépondérante dans le démantèlement du granite : elle
favorise la désagrégation mécanique et le déchaussement des minéraux résistants en
fragilisant la cohésion des cristaux entre eux.
Granite de Royat (Puy-de-Dôme, France)
Substratum du plateau arverne, horst supportant la Chaîne volcanique des
Puys.
Massif rocheux présentant différentes familles de diaclases, surfaces de
fracturation propices à la pénétration de l'eau et facilitant le travail d'altération
de l'hydrolyse.
Photographie J-P Bourseau
Granite de Royat (Puy-de-Dôme, France)
Substratum du plateau arverne, horst supportant la Chaîne volcanique des
Puys.
Le coeur des polyèdres définis par les surfaces de diaclases présente une roche
encore saine. Certains commencent à acquérir la forme d'une boule. L'auréole
plus brune qui ceinture la boule de droite est une zone fortement hydrolysée.
Faiblement cohérente, mécaniquement désagrégeable, le ruissellement peut
aisément la démanteler en ses dives constituants : agrégats polycristallins, grains
de quartz détritiques, feldspaths en voie d'altération,
Photographie J-P Bourseau
Granite de Royat (Puy-de-Dôme, France) :Substratum du plateau arverne,
horst supportant la Chaîne volcanique des Puys.
Le ruissellement actif dans ce secteur provoque l'ablation des argiles, donc la
désagrégation mécanique de la zone hydrolysée, l'exportation des grains qui
compose, leur transport vers une zone de sédimentation. Ce ruissellement
permet égalementla poursuite du processus d'altération.
Photographie J-P Bourseau
__________________
Nota Bene : pour certains auteurs, gore et arène granitique sont synonymes. Ils décrivent les produits de
démantèlement, par hydrolyse et désagrégation mécanique, d'une roche endogène, qu'elle soit d'origine
métamorphique ou magmatique plutonique. Il s'agit donc d'une association d'agrégats polycristallins (petits fragments
de roche), de grains plus ou moins usés de quartz et/ou de fragments de cristaux de feldspaths en voie d'altération,
emballés dans une matrice argileuse issue de cette altération.
Pour d'autres, le terme d'arène est réservé aux produits de l'altération et de la désagrégation mécanique des
roches magmatiques plutoniques. Elles sont plutôt claires et à dominante sableuse. Celui de gore est utilisé, quant à
lui, pour décrire les produits d'altération des roches endogènes métamorphiques. Les gores se distinguent des
précédentes par une plus grande richesse en phase argileuse secondaire qui résulte :
 d'une part d'une plus grande abondance en biotite dans ce type de roche ;
 d'autre part d'une faculté d'altération plus importante en raison de la présence de surfaces d'anisotropies
(plans de foliation, schistosité) qui favorisent une meilleure pénétration de l'eau.
Enfin, pour une dernière catégorie d'auteurs, l'arène granitique est un produit d'altération de roches endogènes
(quelle que soit leur nature) débarassé de sa fraction argileuse par le ruissellement [gore = arène
granitique + argiles héritées de l'hydrolyse]. Ce sera notre façon de concevoir ces deux termes.
Massif granitique en voie de démantèlement - Un gore grossier empâte la surface météorisée du massif. Il
en émerge localement de petites boules. En bas de pente, au pied de la surface météorisée (altération et
désagrégation mécanique), un talus de fins éboulis se constitue. Le lessivage de cet ensemble, en extrayant les
particules argiles, donnera une arène granitique. Photographie E. Debard
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Les masses de granite encore sain dégagées du gore par les eaux de ruissellement
donnent des boules (altération en boules) à l'origine de chaos granitiques et des tors.
Micromodelés en pays granitiques - Tor : relief ruiniformes réalisé par un empilement géométriques d'énormes blocs aux arètes
émoussées. Ils résultent de l'altération de roches cristallines préferentiellement selon leurs diaclases. Ils reposent sur la roche saine de "dos
de baleine". Chaos granitiques : ils correspondent à des amas de blocs arrondis (boules) déplacés par la gravité le long de versants,
accumulés dans les points bas de la surface topographique et dégagés de leurs arènes par le ruissellement, principal agent
d'altération. In Géomorphologie structurale (2001), Peulvast J.-P. et Vanney J.-R. Gordon and Breach Sciences Publishers, Paris, 505 p.
Tor granitique littoral
Ploumanac'h (Côtes d'Armor, Bretagne, France)
Tor peu démantelé pour lequel les polyèdres du massif
rocheux ont encore des faces assez planes.
In Découvrir le patrimoine géologique de la France
(2008). Géosciences, BRGM édit., Orléans, n° 7/8, 252
p.
Tor granitique du Signal d'Uchon (Saône-et-Loire,
Morvan, Massif Central, France) : tor fortement
démantelé présentant simultanément des blocs rocheux
polyédriques et des blocs aux formes plus arrondies,
tendant vers le volume sphérique .
In Découvrir le patrimoine géologique de la France
(2008). Géosciences, BRGM édit., Orléans, n° 7/8, 252
p.
Ce petit massif qu'il culmine à681 m est surnommé la
« perle du Morvan ».
Chaos de boules granitiques lavées, sans doute
accumulées sur un point bas.
In Histoire d'un grain de
sable (1980). SERMAP édit.,Paris, diffusion Hatier.
A.2. b - Macromodelés (échelle du paysage)
C'est principalement le cas des pays à climat tempéré qui sera envisagé ici.
A l'exception des formations volcaniques meubles, souvent très poreuses et de ce
fait rebelles à la dissection (érosion linéaire), les roches magmatiques(silicatées) sont
habituellement très peu perméables en petit.
En raison de la pluviométrie et de l'imperméabilité évoquée précédemment, le
ruissellement favorise une densité de drainage élevée. Cette caractéristique est
partagée avec les roches endogènes métamorphiques (à l'exception des marbres et de certains
quartzites qui présentent les comportements des roches sédimentaires carbonatées ou détritiques) . A titre
d'exemple, pour ce qui concerne les granites, le rapport entre leur densité de drainage
et celle des plateaux calcaires voisins peut varier de 4 à 1.
Sous nos climats, ces fortes densités de drainage favorisent une érosion linéaire et
un modelé de dissection qui se caractérise par une multiplication des vallons séparant
des croupes modestes où l'érosion aréolaire va développer peu à peu les demioranges et ballons. Il existe cependant des nuances entre les différents types de
granite et selon les caractères de leurs altérites : la densité est plus forte sur les faciès
les plus altérables que sur les faciès les plus résistants pour les ensembles
magmatiques du Bas-Léon (Bretagne).
L'arène s'accumule dans les points bas, empâtant les vallées principales ; les
sommets, quant à eux, sont adoucis. On obtient un relief mammelonné, à versants
convexes vers le haut (coupoles, demi-orange, ballons ou dos-de-baleine lorsque le
relief adouci s'allonge selon une direction privilégiée ; exemples : ballons des Vosges,
Margeride dans le Massif central).
L'exploitation de lignes de failles et de fractures contribue souvent à
l'individualisation des dômes.
Néanmoins, les vallées peuvent être étroites, encaissées surtout s'il y a reprise de
l'érosion (prépondérance de l'érosion linéaire) dans le cas d'un rajeunissement des formes du
relief (cas du bord oriental du Massif central à la suite du contre-coup tectonique de la
mise en place des Alpes).
Bloc-diagramme schématique montrant les associations de macromodelés (échelle régionale) caractéristiques des pays
granitiques. C'est sous les climats tropicaux humides que coupoles et pains-de-sucre s'exprimeront morphologiquement le mieux. En
climat tempéré, le macromodelé reste plus tenu. Ce bloc-diagramme souligne également l'importance de fracturation dans la structuration
du paysage à l'échelle régionale. L'exploitation de lignes de failles et de fractures contribue souvent à l'individualisation des dômes. Les
zones où les produits de démantèlement s'accumulent présenteront, quant à elles, les modelés observables dans les régions où affleurent les
roches meubles et perméables. In Géomorphologie structurale (2001), Peulvast J.-P. et Vanney J.-R. Gordon and Breach
Sciences Publishers, Paris, 505 p.
Carte topographique de l'IGN à 1/50 000, Gérardmer (feuille n° XXXVI-18) : région des "ballons d'Alsace" (Vosges,
France) - Les Têtes des Immerlins, celle des Faux sont des coupoles (des ballons, des demi-oranges) jalonnant un dos-de-baleine
de forme complexe. La Ruine (Re)-du-Corbeau est un dos-de-baleine de faible extension.
Paysage du Vivarais (Ardèche, France) - Haute-Ardèche, bordure orientale du Massif central. La ligne d'horizon correspond à la
surface d'aplanissement tardi-hercynienne (Voir ci-dessous). Cette pénéplaine, en cours de rajeunissement suite au contre-coup tectonique
résultant de la mise en place de la Chaîne alpine, présente des modelés d'échelle moyenne en dos-de-baleines et/ou demi-oranges
(coupoles) assez caractéristiques. Une partie de l'érosion linéaire des cours d'eau est sous le contrôle des grandes fractures régionales. La
trame de ces dernières favorise, puis met en valeur ce modelé de croupes multi-concaves. Photographie P. Elouard.
S'il n'y a pas de réactivation du relief, on aboutit à la pénéplanation.
Pénéplaine rajeunie (vue aérienne oblique) : Bordure orientale du Massif central (Sud-Est d'Aubenas, Ardèche, France).
Il s'agit de la pénéplaine post-hercynienne individualisée à la fin de l'érosion de la chaîne paléozoïque hercynienne. Cette
pénéplaine correspond à la surface plane qui constitue le plateau observable sur cette vue. Cette plénéplaine a été portée
en altitude lors de la mise en place de la chaîne alpine (c'est la raison pour laquelle elle correspond actuellemement à
un plateau dont l'altitude est de 800-900 m). Suite à ce contre-coup tectonique, il y a eu une reprise de l'érosion. Il s'en suit
donc un rajeunissement des formes du relief, principalement lié à l'érosion linéaire active des cours d'eau descendant en
direction de la vallée du Rhône. Sur cette vue, il s'agit du Chassezac. Photo IGN.
Plus spécialement sous climat désertique, la pénéplaine reste parsemée de reliefs
isolés (montinsule ou inselberg), parfois aux flancs abrupts, émergeant soit
d'un glacis d'érosion, soit d'un glacis d'épandage.
Algérie (Sahara, bordure occidentale du Hoggar, en limite du Tanezrouft). Inselberg (= montinsule) dans des gneiss du
Précambrien - On noter la présence, sur certains secteurs de la partie basse des montinsules, d'un éboulis constitué de matériaux de
granulométrie assez fine. Ces éboulis sont probablement alimenté par les produits de la désagrégation mécanique résultant de la
thermoclastie. Au pied des reliefs résiduels s'étend un glacis d'accumulation (glacis d'épandage) réalisé par les écoulements d'eau
aréolaires qu'engendrent les pluies exceptionnnelles de ces régions. Ce glacis peut être également soumis à la déflation (entraînement par
le vent des matériaux fins... lorsqu'ils sont secs) qui ne laissera sur place que les blocs les plus gros. Il s'y installera alors un reg
! Photographie P. Elouard
Sous les climats équatoriaux et tropicaux humides, l'hydrolyse sera plus importante
(voir ANNEXE 1). Pour ces climats à fort drainage et en milieu acide, la transformation des
minéraux argileux se poursuit jusqu'à la kaolinite (la plus alumineuse des argiles) et
aux hydrates d'alumine (gibbsite) et de fer (goethite). La totalité de la silice est
solubilisée (voir ANNEXE 1). Les manteaux d'altérites peuvent atteindre plus de 100 m
d'épaisseur. On leur donne le nom général de latérite.
En climat de haute montagne, la morphologie des granites des chaînes de
montagne récentes est totalement différente. L'eau étant souvent gelée,
lacryoclastie l'emporte sur l'hydrolyse. On obtient des reliefs déchiquetés, en aiguilles
(Mont Blanc, Pelvoux), dont le débit en faces (et facettes) est contrôlé par les directions
des plans de fractures principaux. La thermoclastie, par le biais de dilatations
différentielles qui engendrent une microfracturation de la roche, participe également de
façon active à la désagrégation mécanique du massif rocheux.
Au-dessus : aiguille-de-la-République
A droite : aiguille-du-Grépon
(Mont-Blanc, aiguilles de Chamonix, Massifs cristallins externes,
Alpes)
La photographie montre les plans de fractures verticaux favorisant
la pénétration de l'eau et facilitant le débit en grandes lames.
Sur cette photographie, on peut observer trois directions de
diaclases (une est horizontale) favorisant un débit du massif
rocheux en polyèdres.
Les produits de démantèlement de la cryoclastie et de la thermoclastie s'accumulent
au pied des relief en d'importants talus d'éboulis (modelés d'accumulation)... que les glaciers
pourront évacuer vers l'aval !
Effets conjugués de la désagrégation mécanique (réalisée par la thermoclastie et la cryoclastie) et de la gravité : éboulis de pied
de pente (modelé d'accumulation). Alpes du Briançonnais (France) - Photographie P. Elouard
Effets conjugués de la désagrégation mécanique (réalisée
par la thermoclastie et la cryoclastie) et de la gravité :
Le bord droit de la vallée glaciaire est bordé par une
succession d'éboulis de pied de pente (modelé
d'accumulation). Leur forme générale est celle de surfaces
triangulaires, courbes (on parle de "cônes") qui empâtent la
partie basse des falaises (vallée en U) qui leur donnent
partiellement naissance.
Massif de Belledonne (Alpes, France)
Photographie P. Elouard
A.3. Comportement des granites intrusifs
Les granites intrusifs (ou batholites), en contact franc avec les matériaux
encaissants, représentent un cas favorable à une nette manifestation de l'érosion
différentielle. Ils se présentent aussi bien en positions culminantes que déprimées,
sous toutes les latitudes.
En position culminante : exemple des coupoles, des reliefs résiduels dressés au-dessus
des plaines désertiques (Sahara central), des savanes africaines (Nord Cameroun,
Ouganda) ou des forêts tropicales humides (Antilles, Gabon) ;
Mont-Lozère (Lozère, France) - Il correspond à un batholite granitique (30 à 35 km de long, 20 à 25 km de large) circonscrit dans les
schistes métamorphiques des Cévennes. Ce batolithe (dans lequel différents faciès ont été recensés) culmine au sommet de Finiels (1 966
m), alignant son dos-de-baleine selon une direction générale W-NW - E-SE. De part et d'autre du sommet de Finiels, la ligne de crète
sommitale décroît progressivement d'altitude conférant à l'ensemble ce modelé en "dos-de-baleine". A l'Est, cette crête sommitale est
tronquée par un acccident décrochant senestre (environs de la "Tête-de-Boeuf" ), d'orientation nord-sud : la faille de Villefort au
voisinage de laquelle sont situées les localités de Génolhac, Concoules et Villefort. Dans le compartiment oriental, le prolongement des
granites du Mont-Lozère correspond au ganite du massif de la Borne. L'encaissant de ce batholite correspond aux micaschistes des
Cévennes. Il s'agit de micaschistes à biotite-muscovite, à grenat, à amphiboles qui selon les moments peuvent être à dominante
phylliteuse ou quartzeuse. Ces micaschistes présentent des intercalations nombreuses de quartzites et des horizons gneissiques. Dans les
micaschistes, les reliefs sont accusés et plus heurtés que dans le batholite. Carte topographique de l'IGN à 1/100 000, Alès (feuille M20, équidistance des courbes de niveau 40 m). Voir ANNEXE 4.
: exemple des cuvettes d'érosion, parfois en chaudron des vieux
socles (Sahara - Hoggar, Canada, Ecosse).
Dans une même région, on peut avoir des morphologies granitiques contradictoires.
C'est le cas en France : les coupoles du Massif central (Mont Lozère, Forez)
s'opposent à la cuvette de Flamanville (presqu'ile du Cotentin, Manche, France, voir
ANNEXE 3).
En position déprimée
Le batholite de Flamanville : contexte géologique [extrait de la carte à 1/50 000, Cherbourg (feuille n° 72), BRGM
édit.]. L'auréole de métamorphisme de contact développée dans les assises du Paléozoïque est soulignée par une surcharge en
tiretés brun-rouge et l'attibution du suffixe (γ,e) à la formation sédimentaire métamorphisée. Assises duPaléozoïque ba : schistes et grès du Cambrien ; s2 : grès armoricains de l'Ordovicien inférieur ; s3 : schistes àCalymene tristani ; s4b-
a : schistes, schistes gréseux et grès de l'Ordovicien supérieur ; s5a : quartzites sombres du Silurien ; s5-a : schistes à
Graptolites du Silurien supérieur ; d2 : grés, schistes et calcaires du Dévonien. Granite de Flamanville : γ3, γ,e. Noter le
lambeau de Sénonien (Crétacé supérieur, C7-4) préservé par l'érosion sur le granite intrusif.
Montage des cartes topographiques de l'IGN à 1/50 000, Les Pieux (feuille XI-10) et Cherbourg (feuille XII-10). Le trait rouge
circonscrit la périphérie du batholite. Le tait rose donne, quant à lui, la limite d'extension de l'auréole de métamorphisme de contact. On
notera d'abord l'influence du batholite... sur la morphologie de la côte. On remarquera ensuite que ce sont les roches de l'auréole du
métamorphisme de contact qui portent les reliefs les plus importants. Elles sont plus résistantes que le granite lui-même qui s'observe à
l'affleurement dans une zone déprimée. Pour ce qui est des formations sédimentaires paléozoïques, le rôle morphologique majeur est joué
par les quartzites blanc, à grain fin, de l'Ordovicien inférieur ("Grès armoricains, s2) dont la position sur cette carte est soulignée par les
traits de couleur marron.
Nota Bene : observer que sur cette carte topographique ancienne, le quadrillage kilométrique lambert est reporté !
Ce comportement variable est lié à la composition minéralogique des granites, à
leur texture, à l'âge de leur mise en place et aux climats sous lesquels s'est effectuée
leur évolution morphologique