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Comprendre les phénomènes à l'origine de l'altération d'une roche ainsi que les conséquences sur les paysages.

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L'érosion et les cycles sédimentaires

Les roches et l'Homme

Littoral

Les processus sédimentaires

Massif granitique

Massif calcaire

ALTéRATIon DES ROCHES

éROSION DES roches

sédimentation

TRANSPORT DES SEDIMENTS

@JGorgues

Massif granitique

Littoral

ALTéRATIon DES ROCHES

C'est la dégradation d'une roche par certains mécanismes.

Physiques

L’ALTÉRATION PHYSIQUE - L'alternance du gel-dégel fragmente la roche. L'eau en gelant augmente son volume de près de 10% et élargit les fissures et les fractures. - Les fortes variations de température entrainent des dilatation différentes entre les minéraux d'une roche et provoquent des fractures. - La cristallisation de minéraux par évaporation de l'eau. - La décompression des roches lorsque des masses au dessus d'elles sont enlevées. - L'usure par des grains transportés par le vent, l'eau ou la glace. A : altération d'un basalte (gel-dégel), Islande B : altération d'un schiste (gel-dégel ), Belgique C : décompression dans un massif granitique, Ploumanach D : glace chargée de sable et de graviers, Pyrénées. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Chimiques

L’ALTÉRATION CHIMIQUE L'altération chimique agit de deux façons: certains minéraux sont dissous totalement dans l'eau apportée (pluies, courant d'eau, ...) et sont évacués en solution. D'autres minéraux sont transformés en d'autres espèces minérales souvent de taille plus fine et plus facilement transportables. La plupart des réactions impliquées dans l'altération nécessitent la présence d'eau et d'air. A: en climat tempéré, Habay, Belgique. Un sol très peu épais surmonte des sables et argiles. B: en climat tropical, Broome, Australie. La coloration rouge du sol est due à l'accumulation des oxydes-hydroxydes de fer; rm: roche-mère ; s: zone d'altération. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Biologiques

L’ALTÉRATION BIOLOGIQUE On distingue l'altération provoquée par l'action chimique d'éléments produits par des organismes (plantes, microbes,...) de l'action purement mécanique de plantes ou d'animaux (par exemple: dilatation progressive des racines jouant le rôle de coin dans des fractures de roches). L'ingestion de matériaux par des animaux vivant dans les sols est un processus faisant intervenir en même temps les deux types de mécanismes cités. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

ALTéRATIon DES ROCHES

éROSION DES roches

Massif calcaire

sédimentation

TRANSPORT DES SEDIMENTS

Les processus sédimentaires

Massif calcaire

Massif granitique

Glace

ÉROSION GLACIAIRE L'érosion glaciaire se manifeste surtout lorsque la température à la base du glacier est suffisamment élevée pour qu'un film d'eau se forme au contact du substrat (glacier à base tempérée). Ce film favorise le glissement du glacier et l'incorporation de débris dans la glace. Dans le cas contraire (glacier à base froide), le glacier ne se déplace que par déformation et l'érosion est minimale. Les formes remarquables de l'érosion glaciaire sont visibles à deux échelles: à grande échelle, on observe des vallées caractéristiques, dites en "U". Cette forme caractéristique s'explique par une érosion latérale plus importante que l'érosion verticale. En amont des vallées glaciaires s'observent les cirques glaciaires. A petite échelle, l'érosion glaciaire se manifeste par des surfaces polies et arrondies (roches moutonnées), souvent striées par des blocs durs enchâssés dans la glace (stries glaciaires). A: stries glaciaires sur une roche usée par l'action d'un glacier, vallée du Marcadeau; B: roches moutonnées, Pont d'Espagne (France). Le réseau de lignes correspond à des veines de quartz, mises en relief par la dissolution plus rapide du granite. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Courant d'eau

RUISSELLEMENT ET ÉROSION FLUVIALE Le ruissellement se déclenche si les précipitations sont supérieures à la capacité d'infiltration. C'est le cas général des terrains imperméables, comme les terrains argileux ou schisteux, où, après une forte pluie, les eaux empruntent les fissures du sol, les élargissent progressivement en chenaux parallèles. Formation de "bad lands" par érosion régressive dans un versant; Piau Engaly, Pyrénées, France. En terrain calcaire, l'usure et la dissolution par les eaux de ruissellement forment les lapiez, structures verticales suivant les lignes de plus grande pente. Formes de dissolution par les eaux courantes et de ruissellement. A: vue générale de la paroi calcaire surplombant la rivière Fitzroy (Australie); la partie inférieure (blanche) est régulièrement inondée par les crues de la rivière, alors que la partie supérieure ne l'est pas. Des formes de dissolution différentes en résultent: lapiez (B) verticaux dans la partie supérieure de la paroi et cupules (C) dans la partie inférieure. Demoiselles coiffées dans une moraine à Théus, près de Gap (France). A: formation d'un chaos granitique; Ile Grande, Bretagne; B: évacuation de l'arène (sable issu de l'érosion) et basculement des blocs ainsi dégagés, avec formation d'un chaos; Trégastel, Bretagne. Exemple d'un paysage ruiniforme: le cirque dolomitique de Mourèze (Jurassique), Larzac, France. Un autre exemple célèbre de paysage ruiniforme: Bryce Canyon, Utah, USA. Il s'agit de grès et d'argiles tertiaires. Cuestas Des successions sédimentaires faiblement inclinées, formées d'alternances de couches tendres et de couches résistantes à l'érosion peuvent donner naissance à un relief en cuestas (Fig. III.1). La cuesta comprend un front, plus ou moins abrupt, dû à la couche résistante, une dépression creusée dans les couches tendres et un revers qui correspond à peu près au dos de la couche résistante inclinée. Figure III.1: schéma montrant la disposition théorique des cuestas et de leur réseau hydrographique. Cuesta formée par les grès de la Formation de Wingate (Jurassique) reposant sur les argilites et siltites rouges plus tendres de la Formation de Chinle (Trias). Bitter Springs, Arizona, USA. Une cuesta vue d'avion (Utah, USA). Remarquer le réseau conséquent qui entaille profondément le front de la cuesta. Torrents Les torrents forment la partie amont des systèmes fluviatiles, localisés dans des régions fortement déclives. Un torrent comprend trois parties: le bassin de réception, sorte de cirque où se rassemblent les eaux de ruissellement et où dominent les processus d'érosion; le chenal d'écoulement, souvent étroit et à pente forte; le cône de déjection où sont déposés une partie des matériaux mobilisés (Fig. III.2). Fig. III.2: les différentes composantes d'un torrent. Les composantes de la partie amont d'un système fluviatile (Vignemalle); A: bassin de réception=glacier; B: torrent glaciaire; C: plaine d'épandage avec chenaux en tresses. Rivières et fleuves Érosion verticale L'eau des rivières et des fleuves provient d'une part des nappes aquifères dont la surface supérieure correspond au lit des cours d'eau (alimentation permanente) et d'autre part du ruissellement sur les versants (alimentation occasionnelle par les précipitations). En s'enfonçant par érosion, les cours d'eau creusent des vallées qui possèdent un profil caractéristique en "V". En terrain massif et dur (granite), la tendance est à l'enfoncement vertical (gorges). Dans la plupart des cas, le lit des cours d'eau est délimité par des berges, définissant le lit mineur. Au-delà des berges se situe la plaine d'inondation ou lit majeur. Dans certains cas, un chenal d'étiage apparaît dans le lit mineur. Lit majeur et lit mineur révélés suite à une inondation. Le lit mineur est encore visible par les arbres qui le bordent. Vue d'avion, USA. Une terrasse se forme chaque fois que le cours d'eau s'encaisse dans ses propres alluvions (reprise d'érosion): la surface du lit majeur est alors suspendue au-dessus du cours d'eau. Si le phénomène se reproduit à plusieurs reprises, on a formation de terrasses étagées ou emboîtées (Fig. III.4). La terrasse la plus basse est toujours la plus récente. Figure III.4: terrasses étagées et terrasses emboîtées. A: les chutes du niveau de base provoquent un encaissement successif avec des terrasses de plus en plus jeunes vers le bas; B: la première chute du niveau de base est très accentuée, provoquant un profond encaissement; par la suite, les chutes du niveau de base ne sont plus aussi fortes et n'entament plus que la terrasse la plus ancienne. Nombreuses terrasses étagées à Pokhara (Népal). La terrasse t1 est la plus ancienne et la terrasse t5 est la plus récente. Autre exemple de terrasse dans la vallée de la Snake river, Wyoming, USA. Érosion latérale En plus de l'érosion verticale, se produit dans les rivières une érosion latérale, conduisant à la formation d'une plaine alluviale. Une fois formés, les méandres ont tendance à se déplacer vers l'extérieur et vers l'aval du cours d'eau par érosion sur la rive concave (où la vitesse du courant est la plus forte) et dépôt sur la rive convexe (où la vitesse est la plus faible). L'accumulation des sédiments se fait sous la forme de point bars ou lobes de méandre. Le recoupement des méandres génère des méandres abandonnés (Fig. III.5). Figure III.5: formation des méandres par érosion de la rive concave et sédimentation sur la rive convexe. L'ensemble se déplace vers l'aval. Recoupement de méandre et développement d'un méandre abandonné. Développement d'un point bar par dépôt de sédiment le long de la rive convexe; de petites rides de courant se forment au sommet; La Chevratte, Lahage, Lorraine belge. Exemple de méandre recoupé: le Cirque de Navacelle, Hérault, Causse du Larzac, France. Le cours actuel de la rivière est figuré en trait plein; le cours parcourant l'ancien méandre en tiretés. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Littoral

Vagues

EROSION MARINE Les mécanismes de l'érosion marine Les principaux agents de l'érosion marine sont les vagues et les courants, auxquels on peut ajouter l'action des embruns salés emportés par le vent. Formation de cavités sur une falaise de basalte, par l'action corrosive des embruns. Cap d'Agde, France. L'action érosive des vagues résulte des facteurs suivants:

  • un mitraillage par le sable et gravier transportés;
  • la pression de l'eau contre les parois (elle peut atteindre 30 tonnes/m2);
  • une succion lorsque les vagues se retirent (déplacement de blocs de plusieurs milliers de tonnes);
  • des vibrations par suite de chocs successifs (phénomènes de résonance).
Le matériel fin est emporté vers le large ou déposé dans des zones calmes alors que le matériel grossier s'accumule à proximité de la côte. Les sédiments mis en suspension par les vagues peuvent être également transportés par les courants. Les grains de sable qui subissent l'action des vagues et des courants prennent un aspect luisant . Force des vagues; le gardien de phare donne l'échelle. A: sable suite à une érosion éolienne dont les grains ont un aspect rond-mat (Cervantès, Australie). B: sable suite à une érosion marine dont les grains ont un aspect émoussé-luisant (Kalbarri, Australie). Ces différences reflètent la nature différente de l'agent de transport. Formes d'érosion et d'accumulation littorales La principale forme d'érosion littorale est la falaise. On distingue les falaises vives, encore battues par la mer et les falaises mortes, séparées de la mer par une zone de dépôt. Les falaises se forment par sapement à la base et éboulements par pans. Falaise vive: e: encoche d'érosion; b: blocs tombés de la falaise; g: cordon de galets de craie formés par usure du matériel de la falaise. CapBlanc Nez, France. Encoche d'érosion marine dans des calcaires, Baie d'Upi, Nouvelle-Calédonie. Le matériel érodé peut s'accumuler dans les zones les plus calmes (Fig. III.8) et un rivage dentelé où les zones les plus résistantes forment des caps peut évoluer vers une certaine régularisation par érosion-accumulation. Figure III.8: formes d'érosion et accumulation littorale. A: Direction de la houle autour d'un cap et naissance d'une zone d'eau plus calme où l'énergie est dispersée et où se forme une plage de fond de baie. B: exemple de la côte près d'Erquy, Bretagne Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

éROSIon DES ROCHES

C'est le processus de transformation du relief par certains agents.

VENT

ÉROSION ÉOLIENNE Le vent n'est un agent efficace que dans les régions arides sans couverture végétale. Il ne peut déplacer que des éléments fins. Le vent soufflant sur une surface désertique balaie les particules les plus fines et peut faire apparaître la surface rocheuse, laissant parfois sur place un désert pavé de cailloux (reg). A: surface désertique ayant subi une érosionéolienne, responsable de la concentration des éléments les plus grossiers (reg); B: détail montrant la coloration noirâtre et l'aspect brillant des cailloux: cette patine est le "vernis du désert". Hmar Laghdad, Anti-Atlas, Maroc. Les grains de quartz transportés par le vent polissent les cailloux résiduels. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Pluies

ÉROSION KARSTIQUE Les formes d'érosion qui résultent de la dissolution de roches (surtout calcaires mais pas uniquement) par les eaux douces sont très particulières: elles reçoivent le nom de morphologie karstique d'après une région de la Croatie. Les différents éléments d'un paysage karstique sont schématisés à la Figure III.6. Figure III.6: Eléments géomorphologiques d'un paysage karstique. (1) terrains non karstiques; (2) canyon; (3) reculée; (4) vallée sèche; (5) résurgence de rivière; (6) perte; (7) doline; (8) ouvala; (9) lapiez; (10); aven; (11) grotte; (12) source vauclusienne; (13) rivière souterraine. On distingue des morphologies souterraines et des morphologies aériennes: - Le réseau souterrain avec des cassures, diaclases, failles du massif calcaire. On distingue la partie fossile du réseau, l'eau s'est retirée, de la partie active où s'écoulent les rivières souterraines. C'est là où on observe les les stalactites, les stalagmites, les draperies, etc. Toutes ces concrétions résultent du dégazage du CO2, provoquant la précipitation de CaCO3. A: draperies dans la grotte du Père Noël à Han-sur-Lesse; B: gours, rivière souterraine, Canning Basin, Australie; C: pisolithes, carrière souterraine de Mazy. - Les formes aériennes comprennent les canyon et avens, résultant de l'effondrement du toit de galeries et de salles proches de la surface. Exemples. A: poljé le long de la côte dalmate (Croatie). B: aven près de Imotsky (Croatie). C: doline d'effondrement à Amostrène (près de Esneux, Belgique). D: mogotes près de Yangshuo, Guangxi (Chine). Les relations entre les formes aériennes et souterraines sont souvent très complexes. On peut prendre en exemple l'évolution d'une grotte (Fig. III.7). Figure III.7: évolution d'une grotte. A: développement d'un conduit souterrain en zone noyée. B: baisse du niveau de l'eau et passage au stade de "rivière souterraine". D: le toit de la grotte s'est effondré et donne naissance à un gouffre. Des coulées de boue peuvent se mettre en place. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

EAU

ALTéRATIon DES ROCHES

éROSION DES roches

sédimentation

TRANSPORT DES SEDIMENTS

Les processus sédimentaires

Massif calcaire

Massif granitique

Courant d'eau

Transport des sédiments Plusieurs modes de transport ont été observés (Fig. IV.7): il s'agit du roulement et de la traction le long du fond ou du substrat, de la saltation (transport par bonds, suite à des chocs successifs) et du transport en suspension. Les particules en mouvement par roulement, traction et saltation correspondent généralement aux galets et au sable. La charge en suspension est surtout constituée d'argile et de silt. Figure IV.7: modes de transport des particules dans un courant. La grosseur des particules sédimentaires a donc une influence majeure sur leur transport (et sur leur vitesse de sédimentation). Ces relations sont synthétisées par le diagramme de Hjulström (Fig. IV.8). Ce graphe (essentiellement basé sur des expériences en laboratoire) montre la vitesse minimale d'un courant nécessaire pour mobiliser, transporter et déposer des grains de quartz de granulométrie variable. Figure IV.8: diagramme de Hjulström. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

Littoral

Glissement de terrain et écroulements de débris

GLISSEMENTS EN MASSE ET ÉCROULEMENTS EN L'ABSENCE DE FLUIDES Les écroulements ou avalanches de roches affectent des versants rocheux raides. L'instabilité peut être provoquée par la décompression, par une modification de la pente (érosion, sape par la mer, travaux) ou encore par un changement des propriétés mécaniques (saturation en eau, fonte du permafrost ). Les glissements en masse correspondent au déplacement de matériel (Fig. IV.1). Ces phénomènes 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. Figure IV.1: différences entre glissement de terrain et écoulement de débris (cf. §2.1). A: écroulement de débris concentré dans un vallon; Piau Engaly, Pyrénées, France. B: glissement en masse le long d'un talus. Villers-le-Temple. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm

TRANSPORT DES SéDIMENTS

Transport de la zone source jusqu'à la zone de dépôt.

Débris et Boues

Écoulements de débris et écoulements de boue Cette boue peut contenir de gros éléments (galets, blocs). 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. 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. Les plus gros blocs se situent à l'avant de la coulée et forment des levées sur le côté (Fig. IV.4). Figure IV.4: répartition des débris dans une coulée de boue. Tiré et résumé du site : http://www.geolsed.ulg.ac.be/processus/processus.htm Debris calcaire; flysch éocène, Kotli, Istrie (Croatie).

TRANSPORT

ALTéRATIon DES ROCHES

éROSION DES roches

sédimentation

TRANSPORT DES SEDIMENTS

Les processus sédimentaires

Massif calcaire

Massif granitique

Littoral

SéDIMENTATION

C'est l'accumulation de sédiments d'origine minérale ou organique.

ALTéRATIon DES ROCHES

éROSION DES roches

sédimentation

TRANSPORT DES SEDIMENTS

Les principes de superposition et de continuité

Roche sédimentaire et fossilisation

Les processus sédimentaires

  • Le principe de superposition. Les sédiments se déposent toujours en recouvrant les sédiments anciens. S’il n’y a pas eu de fortes déformations du terrain depuis le dépôt, on peut alors dire que toute strate est plus récente que celle qu’elle recouvre.
  • Le principe de continuité. L’érosion peut altérer la continuité des strates rocheuses sur de courtes ou longues distances. En analysant la composition d’une strate, son faciès, le géologue doit toujours étudier la strate du dessous (le mur) et la strate du dessus (le toit). Si plusieurs strates de mêmes compositions sont encadrées par un même mur et un même toit, alors les strates ont le même âge.
Tiré et résumé du site : https://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelaterreaulycee/contenu/geochrono1.htm Stratifications planes sur une plage, mises en évidence le long de la berge d'un chenal. Actuel, Santa Cruz, Californie

L'accumulation de sédiments va entraîner des phénomènes de consolidation et de durcissement. Les traces ou les restes d'êtres vivants sont alors piégés dans les sédiments puis dans la roche sédimentaire formée. Les roches sédimentaires sont de véritables archives géologiques car les nombreux fossiles qu'elles contiennent permettent de reconstituer des paysages anciens et de connaître les espèces qui existaient à différentes périodes.