ÉROSION

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" On ne peut dissocier l'érosion des autres phénomènes géologiques. En effet au fur et à mesure de leur apparition en surface, les roches endogènes sont soumises aux conditions climatiques. Ces dernières sont responsables de leur altération. Les phénomènes d'érosions peuvent ainsi aplanir totalement une chaîne de montagne en quelques millions d'années. "

DE LA ROCHE AU SENTIMENT

Les roches les plus dégradables sont celles qui contiennent des minéraux altérables. Ce peuvent-être des minéraux facilement solubles ou instables à la surface du globe. En effet les minéraux les plus stables sont ceux qui se forment dans des conditions de faibles températures et pression voisines des conditions de la surface. Ceux formés en profondeur seront donc moins stables.

LES PHÉNOMÈNES D’ALTÉRATIONS

Le climat, la végétation et les êtres vivants vont agir physiquement et chimiquement sur les roches superficielles. Différents processus vont les dégrader, les transporter et former des sédiments détritiques.

LA DÉSAGRÉGATION PHYSIQUE

Les roches présentent des discontinuités qui permettent la formation d'accidents sous l'effet de différents facteurs.

Les différents accidents :

Rares sont les roches formant un bloc parfaitement uni. De nombreuses discontinuités parsèment généralement les roches.
Ce sont :

  • des diaclases, cassures dues à des déformations profondes.

  • des failles, cassures accompagnées d'un déplacement.

  • des joints, discontinuités entre deux strates dues à des variations lors la formation d'une roche sédimentaire.

  • porosité, les minéraux ou particules ne forment pas un bloc homogène mais laissent des pores entre eux.

L'altération va agir principalement au niveau de ces surfaces de discontinuité.

On peut distinguer :

  • Les variations de températures : elles entraînent des phénomènes de dilatation-contraction importants des minéraux (Thermoclastie).

  • Le rôle du gel à travers les fissures ou les pores (Cryoclastie) n'est pas à négliger non plus.

  • La circulation d'eau dans les fissures et les pores :

    • l'évaporation déstabilise la structure des roches poreuses en diminuant la pression à l'intérieur de la roche.

    • après évaporation, la recristallisation de minéraux dissous, transportés par l'eau, fait pression sur les parois des fissures (haloclastie).

 

Ces phénomènes vont aboutir à la fragmentation du bloc rocheux. La gravité va entraîner de nouveaux accidents :

  • les éboulis : les blocs tombent un à un ou en petits nombre, et se classent selon la taille et le poids des blocs,

  • les éboulements : écroulements de pans de falaise. Il n'y a pas de vrai classement des roches,

  • les glissements : une roche profonde change de comportement et devient instable, elle entraîne les couches sus-jacentes. C'est le cas avec l'argile, qui sèche, est solide mais mouillée est plastique. C'est le cas aussi avec le gypse qui est dissous par l'eau.

  • les disjonctions : les blocs se fragmentent mais reste sur place. Citons le cas particulier des prismes basaltiques (comme la chaussée des géants en Islande) formés lors du refroidissement de la lave.

On retrouve au niveau du talus continental (zone de transition entre la croûte continentale et océanique) la plupart de ces accidents (écroulements = Rock-fall, glissement = sliding, glissements et déformations = slumping). D'autres, comme les courants en masse (= mass-flow) et les turbidites, sont propres au talus.

LES FACTEURS INTERVENANTS

Le vent qui intervient particulièrement dans les régions dénudées provoque :

  • déflation par action de balayage (qui peut aboutir à des dépressions du sol telles que les chotts et sebkhars qui constituent des lacs en milieu désertiques),

  • corrasion et abrasion par l'action des particules transportées (les ronds, mats sont les grains de sables transportés par le vent, les dreikanters sont des cailloux à 2 faces exposés au vent, l'une servant de base).

Les ruissèlements d'eau aboutissent à des ravinements, des lapiez en régions calcaires (sillons issus de l'usure et des actions de dissolution de l'eau), des cheminées de fées dans les dépôts morainiques, des chaos granitiques par entraînement de l'arène sableuse.
Les glaciers ont 2 types possibles d'actions. Sur un terrain résistant (granitique) c'est le poids du glacier sur le fond de la vallée qui prédomine, cela aboutit aux vallées en auge. En terrain plus friable l'action va se faire plutôt sur les parois et donner des vallées en V.
Les vagues agissent sur la côte par mitraillage de sables (grains émoussés, luisants et ovoïdes) et de galets, par pression contre les parois (pressions de l'eau mais aussi de l'air piégé dans les fissures), par succion (ressac), par vibrations.

le flux et le reflux des marées créent des courants, flot et jusant, qui érodent le fond et les berges par un intense balayage. Pour des courants moins forts on aboutit à des sols durs ou Hard-ground.

Le recul des falaises correspond à un éboulement de la paroi (surtout dû à des actions continentales et non marines) puis un déblaiement du matériel érodé ou soliflué par la mer.

L’ALTÉRATION BIOCHIMIQUE

L'eau en est le principal facteurs, mais il en existe d'autres.

L'eau

C'est l'eau qui est le principal agent d'altération. C'est un acide faible, elle a donc une action de dissolution sur les roches. Cette action est renforcée par le fait que l'eau ruisselle, entretenant et amplifiant le phénomène. C'est le lessivage.
L'eau agit également par hydratation. Les minéraux hydratés augmentent de volume par rapport à leur forme anhydre. Ils déstabilisent les roches (surtout les anhydrites comme le gypse).
Selon la nature des éléments chimiques (rapport charge/rayon) situés dans la roche, l'eau a une action de solubilisation différente :

-Le rapport est inférieur à 3 : cela signifie des atomes peu chargés. En présence d'eau les cations vont entrer en solution (Na, Ca, Mg). Pour K, où le rapport est inférieur à 1 (très peu chargé), l'hydratation est plus faible car les atomes ont moins d'affinité pour l'eau. Ceci explique qu'ils entrent préférentiellement dans les structures minérales.

-Le rapport est compris entre 3 et 10, les cations sont plus attractifs et "cassent" le dipôle d'eau. Ils sont hydratés mais peu ionisés, il y a alors précipitation (Fe, Al, Mn). Ce phénomène est à l'origine de la formation de certains minerais (bauxite pour l'aluminium par exemple).

-Le rapport est supérieur à 10, le potentiel ionique est donc élevé et cela va aboutir à la rupture du dipôle d'eau par une forte attraction de O=". Il y a solubilisation de l'ion car il est hydraté et ionisé. C'est le cas pour la silice et le carbonate, composés majoritaires dans les roches.

 

 

 

LES AUTRES AGENTS D'ALTERATIONS
  • L'oxygène : il agit par oxydation sur le fer et le manganèse. C'est lui qui donne la couleur rouille aux roches riches en fer ou qui est responsable des empreintes ramifiées de manganèse. Il transforme aussi les sulfures en sulfates. Ces modifications peuvent affaiblir la roche.

  • Le CO2 : sous forme de carbonates il favorise la dissolution de certains atomes.

  • Les acides organiques végétaux et animaux (Oursins, mollusques, éponges)

  • L'activité racinaire

  • La température (sous un climat chaud les réactions peuvent être 100 fois plus rapide).

"Il faut distinguer l'altération des roches sédimentaires préexistantes de celle des roches cristallines magmatiques et métamorphiques."

SÉDIMENTATION ET ROCHES SÉDIMENTAIRES

Les reliefs karstiques des paysages calcaires proviennent de la circulation d'eau riche en CO2 qui va dissoudre le calcaire de la roche :

Les calcaires siliceux peuvent subir une dissolution de leurs parties siliceuses. Les meulières qui en résultent sont ainsi fortement "trouées"
Le lehm est un loess (voir Région continentale) décalcifié par lessivage, les poupées du loess correspondent aux zones plus profondes où s'est concentré le calcaire.
Les roses des sables résultent de la remontée par capillarité de solutions riches en sels gypseux.
La terra rossa serait le résidu argileux de la dissolution de calcaire.

 

 

 

POUR LES ROCHES MAGMATIQUES ET METAMORPHIQUES

Ce sont des roches profondes. Arrivées en surface la stabilité des minéraux est affaiblie en raison des faibles pressions et température. La vulnérabilité des minéraux constitutifs de ces roches suit le même ordre que la suite de Bowen :

  • Les olivines et péridots sont facilement altérables en serpentine en présence d'eau,

  • les pyroxènes donnent une amphibole verte fibreuse, l'ouralite,

  • les amphiboles donnent parfois de l'asbeste (amiante),

  • la biotite donne des chlorites.

  • Pour les feldspaths cela est variable selon la composition : l'orthose est peu altérable, les plagioclases sont plus vulnérables au pôle anorthite.

  • Selon les climats, l'altération des feldspaths peut être plus ou moins poussée :

    • Dans des climats peu pluvieux, où le lessivage est donc faible, l'orthose en présence d'eau va perdre de la silice, du K et donner une argile, l'illite ou la montmorillonite (ce sont des smectites). Selon l'intensité du drainage, on a formation d'une arène (Seuls les cristaux inaltérables comme le quartz restent sur place et forment un sable). On parle de Bisiallitisation car le rapport silice/aluminium de l'orthose normalement également à 3 est ici égal à 2. Les argiles formées permettent la rétention d'alcalin entre les feuillets chargés.

    • Sous un climat plus fort, où le lessivage est moyen, la silice est solubilisée en plus grande quantité, l'orthose donne alors de la Kaolinite. Cette argile ne peut retenir les bases qui sont alors entièrement éliminées (2 couches à feuillets non chargés).C'est un cas de monosiallitisation.
      Sous un climat tropical, le lessivage fort entraîne toute la silice, il ne reste qu'un hydroxyde d'aluminium, la gibbsite (constituant de la bauxite). C'est l'allitisation ou latéritisation en raison de la richesse en fer.

    • Les bauxites sont ainsi issues de couches latéritiques érodées, dont les produits ont été piégés dans les poches karstiques des plateaux calcaires provençaux. Elles ont la composition suivante : Gibbsite (également boehmite et diaspore), Goethite, sidérite (Oxydes de fer) et oxyde de titane.

  • Le quartz lui est quasiment inaltérable, comme la muscovite.

LES PHÉNOMÈNES DE TRANSPORT

Les roches altérées produisent de nombreux blocs et particules qui vont être déplacés et participer à la formation des sédiments. L'eau intervient pour une grande part dans le déplacement des particules mais ce n'est pas le seul moyen.
En ce qui concerne le transport proprement dit, on distingue le transport indéfini (qui concerne les ions en solution, les particules en suspensions, et même de grosses particules (charriage)) du transport fini. Le transport indéfini correspond à un courant qui est plus fort que la gravité. Le transport fini est temporaire par dépôts des particules au bout d'un certain temps qui est généralement prévisible (écoulement laminaire et turbulent, turbidites).

PAR L'EAU

Pour entraîner les particules dissoutes, la force du courant doit être plus grande que les forces de rétention exercées par la roche.
Sur les particules plus grosses, le type d'écoulement a une influence directe dans le transport et l'érosion. On peut noter ainsi :

  • l'écoulement en nappe. Il correspond au déplacement de l'eau sur une surface dure et presque plane. Seuls les éléments les plus fins (poussières) seront transportés par flottaison ou suspension.

  • les ruissellements : l'eau a un peu plus de force, elle peut former de petits sillons dans le sol. C'est le cas des lapiez dans les roches calcaires et des ravinements. Ce sont également les ruissellements qui sont à l'origine des cheminées de fée ou des chaos granitiques. Ils déplacent les petites particules mais laissent sur place les gros blocs.

  • Les cours d'eau :

    • l'écoulement laminaire.

    • l'écoulement turbulent où divers obstacles créent des tourbillons. Les gros blocs, qui se déplacent uniquement lors des crues, créent des courants tourbillonnaires qui entraînent un déplacement turbulent des particules en suspensions. Des particules plus grosses avancent par saltation, les galets avancent par glissement et roulement.

    • l'écoulement par chute qui peut conférer à l'eau une rigidité voisine d'un solide.

  • Pour les torrents on peut définir 3 zones :

    • le bassin de réception : il reçoit les eaux d'écoulements. L'érosion est prédominante par ravinements et éboulements, elle ronge ainsi la montagne vers le haut. C'est une érosion régressive.

    • le chenal d'écoulement : c'est le torrent proprement dit, il transporte les éléments érodés.

    • le cône de déjection : c'est là où se déposent les éléments grossiers transportés par le torrent. On l'observe à la base du torrent dans le fond de la vallée. Les dépôts successifs détournent régulièrement le lit du torrent et forment ainsi un cône de plus en plus grand.

Torrent de boue et pierres, l'Illgraben en Suisse, 28 juillet 2014.

AUTRES MOYENS DE TRANSPORT

Le vent va transporter essentiellement des sables mais également de très grandes quantités de poussières (jusqu'à 200 millions de tonnes par ans uniquement pour le Sahara).

Les glaciers participent également au transport mais ici il n'y a pas de granoclassement. En effet les moraines sont caractérisées par l'absence de classement des blocs.


Le mouvement des glaciers se fait selon l'association de divers phénomènes :

  • le dégel de la glace sous l'effet de la pression suivi de son regel immédiat,

  • le glissement par cavitation (des dépressions sont remplies d'eau qui ne gèle pas en raison de la température voisine de 0 ),

  • l'existence d'un film liquide très fin entre la glace et le lit rocheux,

  • les propriétés de la glace basale (qui renferme une poudre de quartz et micas issus de l'abrasion mais renforçant celle-ci également),

  • la progression par saccades de la base du glacier.

Stries formées par le déplacement d'un glacier

Les turbidites peuvent transporter sur plusieurs kilomètres des matériaux fins, mais ici aussi il n'y a pas de granoclassement. La mise en place des turbidites est trop rapide pour pouvoir effectuer un tri fin des éléments. Toutefois on peut noter un tri grossier où les gros éléments côtoient quand même les éléments fins.
 

La plupart des phénomènes de transport vont donc aboutir à un tri, un classement des éléments lors de leurs dépôts. Ce tri va se faire principalement selon le poids, plus un élément est lourd plus il sera déposé rapidement. Le tri est horizontal et vertical. Des obstacles peuvent également freiner les particules et participer à leurs dépôts (Dunes). Durant le transport les phénomènes d'altérations continuent, une érosion s'y ajoute par usure mécanique.

A propos des turbidites

Une étudiante m'a posé une question intéressante qui mérite cette mise à jour.

" J'ai été assez surprise, dans la partie sur l'altération, j'ai trouvé "Les turbidites peuvent transporter sur plusieurs kilomètres des matériaux fins, mais ici aussi il n'y a pas de granoclassement. La mise en place des turbidites est trop rapide pour pouvoir effectuer un tri fin des éléments. Toutefois on peut noter un tri grossier où les gros éléments côtoient quand même les éléments fins." La séquence de Bouma n'est-elle pas un granoclassement ? "

Oui, la séquence de Bouma est une superposition caractéristique de structures sédimentaires héritée d'une mise en place des sédiments sous forme de turbidites de faible densité.*

Merci donc à Blandine C. prépa BCPST, future géologue.

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*Définition de Wikipédia

Vent de sable dans le désert, Mauritanie.

Travailler sérieusement sans se prendre au sérieux !

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