L'altération des roches : influence des facteurs exogènes
- Fiche de cours
- Quiz et exercices
- Vidéos et podcasts
- Définir la notion d’altération.
- Distinguer deux types d’altération : physique et chimique.
- Connaitre les agents d’altération physique et chimique.
- Savoir que l’altération chimique par l’eau d’une roche dépend de la composition minéralogique et chimique de cette dernière.
- L’altération se définit comme l’ensemble des processus physiques, chimiques et biologiques qui provoquent la dégradation des roches situées à la surface du sol.
- L’altération génère des ions solubles et des morceaux solides de tailles variées.
- L’altération physique, causée par les variations brutales de température, par l’eau gelée et par les racines des végétaux, et le vent provoquent la désagrégation de la roche, ce qui permet sa fragmentation.
- L’altération chimique, causée par l’eau de pluie, affecte la composition minéralogique et chimique de la roche.
- L’altération des roches varie selon le climat.
- Le relief d’un paysage évolue en fonction des roches qui le constituent et du processus d’altération.
- Une roche est constituée de minéraux qui subissent une altération différenciée.
- Facteur exogène : qui provient de l’extérieur comme le climat, l’eau de pluie et la végétation.
Elle est à l’origine de la création d’ions solubes et de morceaux solides de roches de tailles variées. En fonction des climats, l’altération sur une même roche peut être plus ou moins importante.
Les variations de température en climat froid et
sec (gel/dégel) peuvent affecter la structure
physique de la roche.
L’eau, contenue dans les diaclases (fractures)
des roches, peut geler et augmenter de volume
(10 % de volume en plus). Cela peut provoquer
l’élargissement des diaclases et
l’éclatement de la roche. L’eau
participe donc à l’altération
physique.
Doc. 1 :
Schéma illustrant le phénomène de
gel/dégel à l'origine de
l'altération physique des roches
À l’échelle de l’échantillon de roche, les minéraux qui la composent peuvent aussi se séparer, entrainant une perte de cohérence de la roche.
L’altération physique existe aussi en
climat chaud et sec.
Sous l’effet des variations de température
dans le Sahara par exemple (40-50 °C
d’amplitude journalière), les roches se
fragilisent et des fissures apparaissent.
Doc. 2 : Sol
argileux fissuré sous climat chaud et sec
Les racines des végétaux leur permettent
de puiser l’eau et les sels minéraux
indispensables à leur développement.
En se développant, elles sont capables de
fissurer les roches du sous-sol. Leur croissance
provoque l’agrandissement de ces fissures et la
désagrégation progressive de la roche.
Doc. 3 : Bloc
granitique érodé en partie par les
végétaux
Les forts vents peuvent également provoquer la fracturation des roches et leur désagrégation.
L’altération physique, dite aussi
mécanique, provoque donc la fragmentation et la
désagrégation de la roche.
L’altération physique facilite
l’altération chimique, en augmentant la
surface de contact entre la roche et l’eau de
pluie.
Les climats plutôt secs sont davantage propices
à l’altération physique.
L’altération chimique affecte la
composition minéralogique et chimique de la
roche.
C’est l’eau de pluie qui en est le
principal agent. Celle-ci est enrichie en dioxyde de
carbone (qui provient de
l’atmosphère).
Elle peut être responsable de la
dissolution de certains minéraux
de la roche par des phénomènes chimiques
comme l’hydrolyse,
par exemple.
En fonction de la composition minéralogique de la roche, celle-ci sera plus ou moins affectée par l’altération chimique. De plus, en fonction de la roche initiale, les produits d’altération formés sont différents.
Prenons l’exemple de l’altération
chimique du calcaire :
Le calcaire est essentiellement constitué de
carbonate de calcium de formule chimique
CaCO3.
Une expérience permet de vérifier la
solubilité du carbonate de calcium
en présence d’eau distillée (sans
dioxyde de carbone) ou en présence d’eau
enrichie en dioxyde de carbone(qui représente
l’eau de pluie).
La craie sera utilisée pour représenter
le carbonate de calcium.
On dispose dans 2 tubes à essai de la
poudre de craie et de l’eau distillée ou
de l’eau enrichie en dioxyde de carbone. On
agite.
Au début de l’expérience, dans les
2 tubes à essai, l’eau a une couleur
blanchâtre.
Doc. 4 :
Résultats de l'expérience après
quelques heures
L’eau enrichie en dioxyde de carbone a dissout la poudre de craie.
L’équation chimique suivante explique ce phénomène :
| CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3- |
avec :
|
L’eau riche en CO2 a donc
altéré chimiquement le carbonate de
calcium. Il s’agit d’un
phénomène de dissolution.
Cela a entraîné la création de deux
ions dissous :
- Ca2+ (ion calcium) ;
- HCO3- (ion hydrogénocarbonate).
Sur le terrain, l’eau de pluie, enrichie en
dioxyde de carbone, ronge donc progressivement le
calcaire par une action de dissolution du carbonate de
calcium.
Ce phénomène fait partie de
l’altération chimique.
Les climats chauds et humides sont davantage propices
à l’altération chimique.
L'altération des roches induit la formation de
paysages particuliers, avec des plateaux calcaires et
des gorges. Ces paysages sont qualifiés de
paysages karstique, on y retrouve des structures
spécifiques, les lapiaz.
Dans d’autres cas, l’altération chimique modifie la structure de certains minéraux, entraine la formation de nouveaux composés, etc.
Doc. 5 :
Schéma bilan présentant les facteurs
exogènes d'altération des roches
Doc. 6 :
Schéma présentant l'évolution d'un
bloc de granite sain sous l'effet de
l'altération
Le granite sain est une roche cohérente. Sous
l’effet des variations de température, du
phénomène de gel et de dégel de
l’eau, du vent et des végétaux, le
massif granitique sain subit
l’altération physique.
Le granite sain se fissure : des diaclases
apparaissent. Cette fragmentation de la roche augmente
l’exposition aux facteurs de
l’altération. Sous l’action de
l’eau de pluie, l’altération
chimique va alors débuter.
La présence de fissures favorise la circulation
de l’eau de pluie au contact des minéraux
du granite. L’altération chimique se
renforce. Un sable grossier appelé
arène granitique apparait.
Le granite altéré devient friable.
Plus l’altération physique et chimique se poursuit, plus le granite se désagrège. Des blocs arrondis de granite prennent naissance. L’arène granitique s’accumule dans les diaclases et au pied du massif granitique. On appelle cette structure un chaos granitique.
Les altérations physiques et chimiques ont donc entraîné au cours des temps la désagrégation du massif granitique.
Doc. 7 :
Croquis présentant l'évolution de la
composition minéralogique d'un granite sain sous
l'effet de l'altération
Le granite sain est une roche entièrement cristallisée, de couleur souvent grise. Les cristaux sont soudés et bien visibles à l'œil nu. C’est une roche cohérente.
On distingue trois types de minéraux :
- un minéral noir brillant, la biotite appelée aussi mica noir ;
- un minéral blanc, le feldspath ;
- un minéral transparent d'aspect gris, le quartz.
Un granite altéré est friable et présente une couleur marron ocre. Les minéraux de biotite et les feldspaths sont altérés. Le quartz est intact. Une poudre formée d’argiles s’est crée.
C’est l’eau de pluie qui est
responsable de cette transformation à
l’échelle des minéraux.
Elle les a altérés chimiquement :
- les micas se sont transformés en oxydes de fer (d’où la couleur marron ocre de la roche) et en argiles ;
- les feldspaths se sont transformés en argiles.
Les quartz, eux, restent intacts, car ils sont inaltérables.
Une solution de lessivage résulte aussi de cette altération chimique. Les cours d’eau se charge de ce fait en éléments minéraux. La composition chimique des cours d’eau est différente en fonction des roches traversées.
L’arène granitique est meuble. Elle
est formée de poudre argileuse et de quartz
inaltérables. Quelques minéraux
très altérés de feldspaths et de
micas peuvent encore être présents.
L’arène granitique est donc le
résultat final de l’altération
physique et chimique du granite par l’eau de
pluie.
Doc. 8 :
Schéma résumant l'altération du
granite en arène granitique par l'eau de pluie
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