Altération et érosion

Dans cette page :

• L'altération : définition et types d'altération
• L'érosion : définition et facteurs d'érosion
• Références

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L'altération : définition et types d'altération

L’altération des roches conduit à leur désagrégation. Elle intervient à la surface de la Terre, et constitue la première étape conduisant à la formation d’une roche sédimentaire (le ‘cycle des roches’).

Elle se définit comme l’ensemble des mécanismes qui libèrent les particules des roches et soustraient les éléments dissous à la surface du globe, avant qu’interviennent les processus d’érosion, de transport et de sédimentation.

L’aptitude d'une roche à l'altération (on parle d'altérabilité) dépend de divers facteurs parmi lesquels le climat (température, degré d’humidité), la nature de la roche ou encore son degré de fracturation.

Par exemple, un grès poreux est beaucoup plus sensible à l’altération qu’un grès recristallisé.

Il existe différents modes d’altération des roches :

1- L’altération mécanique (= physique) :

Elle prédomine dans les régions marquées par des variations importantes de température et/ou d’humidité, en particulier dans les zones de montagne et en périphérie des régions froides. Elle s’opère principalement par cristallisation d’eau ou de sels dans les fissures et les pores. Elle domine également dans les zones désertiques.

• L’alternance gel-dégel (= gélifraction ou cryoclastie) conduit à dissocier les roches quand la glace se forme. Les aiguilles de glace se développent préférentiellement de façon perpendiculaire à la surface des fissures, ce qui détermine de fortes pressions orientées, auxquelles s’ajoute l’augmentation de volume (10 % environ).
• La cristallisation de sels (= haloclastie), comme la halite apportée par les embruns marins, est aussi accompagnée de phénomènes d’expansion et provoque la dissociation des roches poreuses ou fissurées. Ce phénomène est particulièrement actif sur les côtes : associé à des actions chimiques, il provoque la formation d’alvéoles et de taffonis.
• Dans les déserts, l’alternance de températures élevées et relativement froides (= thermoclastie) peut également être responsable d’un éclatement des roches (alternances de dilatation / contraction). Une croûte superficielle peut se détacher (desquamation ou exfoliation).
• Dans les couches argileuses, les phénomènes d’imbibition / dessication sont efficaces, et permettent, par évaporation préférentielle de l’eau sur les bordures des polygones de dessication (les mud cracks), la formation de ‘copeaux’ d’argile sèche qui sont alors soumis à l’érosion.
• L’action des impacts peut jouer également un rôle d’altération, surtout dans les roches meubles (gouttes de pluies sur des marnes) mais aussi dans les roches compactes (formation de cupules).

2- L’altération chimique :

Elle est beaucoup plus répandue à la surface du globe que l’altération physique. Elle peut intervenir avant, en même temps, ou après celle-ci.

L’altération chimique correspond à une mise en équilibre des roches formées en profondeur avec les conditions climatiques et écologiques de surface. Cette mise à l’équilibre entraîne le développement d’un matériau situé à l’interface entre la lithosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère. Il s’agit d’un complexe d’altération qui deviendra un sol suite à la pédogenèse, qui est composé de différents horizons dont les minéraux se rapprochent de la stabilité à la surface. L’évolution qui a lieu peut être schématisée comme suit :

Minéral primaire (roche mère)

+     solution d’attaque (eau plus ou moins chargée)

->

Minéral secondaire     + (complexe d’altération, sol)

solution de lessivage (eau de drainage)

L’hydrolyse est le phénomène le plus courant et le mieux connu. C’est l’attaque des roches à pH moyen par des eaux plus ou moins pures et chargées en CO₂, qui provoque une soustraction progressive des ions des minéraux. Les modalités de l’hydrolyse dépendent de la nature de la roche-mère, des réactifs présents dans la solution, du climat ainsi que du relief. Elle est favorisée par :

• La prépondérance de minéraux solubles 
• L’abondance des minéraux de petite taille (avec une surface spécifique élevée, donc beaucoup de points d’attaque pour l’altération)
• L’activité bactérienne favorisant la production d’acides organiques
• Une température et humidité élevée (accélération des réactions)
• Un bon drainage (pente) permettant une bonne évacuation des ions soustraits aux minéraux et la conservation de conditions chimiques sous-saturées.

Les produits de l’altération chimique, et notamment de l’hydrolyse, sont variés. Les minéraux les plus communs sont les argiles, souvent associées à des oxydes de fer, d’aluminium …

En plus de l’altération par hydrolyse, dominante, d’autres types d’action peuvent être observées : phénomènes de dissolution (des roches salines notamment), réactions d’oxydation et de réduction (qui concernent le fer), réactions d’hydratation (incorporation de molécules d’eau à des minéraux peu hydratés, ce qui provoque un gonflement du minéral et peut favoriser la destruction de la roche), ou encore réactions de décarbonatation (responsables de la solubilisation du calcaire par l’attaque d’eaux chargées en CO₂).

3- Le rôle des êtres vivants :

L’activité biologique participe également activement à la dissociation des formations affleurantes : terriers d’animaux fouisseurs, croissances des racines, développement de lichens, de mousses ou de bactéries. Elle joue un rôle plutôt mécanique (animaux fouisseurs, croissance des racines) ou chimique (développement de lichens ou de bactéries, qui produisent des acides organiques à même de décomposer les roches).

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L'érosion : définition et facteurs d'érosion

L’érosion se définit comme l’ensemble des phénomènes externes qui, à la surface du sol ou à faible profondeur, enlèvent tout ou partie des terrains existants et modifient ainsi le relief. Les facteurs d’érosion (et de transport) sont l’eau (par l’intermédiaire du ruissellement, des cours d’eau), le vent, et, dans une moindre mesure, la gravité et la glace.

1- L’érosion glaciaire

En se déplaçant, un glacier génère des formes d’accumulation (les moraines), mais également des phénomènes d’érosion. On pourra observer des formes d’érosion à grande échelle, avec le modelage de vallées caractéristiques en forme de "U" ou "en auges" (à parois verticales et fond plat), mais aussi à petite échelle, avec la formation de surfaces polies et arrondies (les roches moutonnées), souvent striées par des blocs durs inclus dans la glace (stries glaciaires).

2- L’érosion par la gravité

C’est un facteur mineur, surtout important dans les zones montagneuses, là où le relief est fort.

Les chutes se produisent quand la pente naturelle est supérieure à la pente limite d’équilibre. Les dépôts de gravité sont constitués essentiellement de matériel grossier, de forme anguleuse, ce qui est dû à l’absence de transport : on parle d’éboulis ou d’éboulements.

Les glissements peuvent se produire sur des pentes plus faibles, du fait de la présence d’eau ou de glace : on parle par exemple de décollements, de coulées de solifluxion.

Les tassements et les effondrements sont provoqués par exemple par le poids excessif des constructions (ex : Tour de Pise en Italie) ou par la chute du toit de cavités, comme des grottes ou des carrières

3- L’érosion éolienne (par le vent)

Elle se manifeste surtout dans les régions marquées par un faible couvert végétal, comme les déserts et les littoraux. C'est un facteur important. Le vent ne peut déplacer que des éléments fins (limons entraînés à partir 3 m/s et sables à partir de 10 m/s). Il agit de deux manières :

• Par déflation, en éliminant les éléments les plus fins : il peut engendrer la formation de déserts de roches (reg, hamada, yardang), ou de dépressions (formation des chotts, appelés aussi salars ou playas).
• Par corrasion, en entraînant une érosion différentielle liée aux chocs répétés entre les grains de sable transportés par le vent et les roches (formations des ‘dreikanters’, des rochers-champignons).

4- L’érosion par l’eau

C’est un facteur très important, qui peut se manifester de différentes manières :

• Le ruissellement affecte la surface du sol. Il se déclenche si les précipitations sont supérieures à la capacité d'infiltration. Ses conséquences sont différentes selon la nature des roches, et les différences éventuelles de résistance entre les couches sédimentaires. Dans le cas d’un terrain homogène, avec des roches de nature argileuse (ou marneuse), des ravinements ou badlands peuvent se former ; tandis que des roches de nature carbonatée seront marquées par la formation de lapiez. Dans le cas d’un terrain hétérogène, une érosion différentielle se met en place, avec évacuation par l’eau des éléments les plus fins, les plus solubles ou les plus fragiles, entraînant l’apparition de paysages ruiniformes, de cheminées de fée ou encore de chaos rocheux.
• Les cours d’eau sont le plus souvent des agents de transport des sédiments. L’érosion peut être verticale (le cours d’eau s’enfonce dans son lit), ce qui modèle les vallées qui acquièrent un profil caractéristique en forme de "V", et engendre la formation des terrasses alluviales, trouvées de part et d’autre du lit du cours d’eau, et à une altitude plus élevée. L’érosion peut aussi être horizontale (le cours d’eau se déplace latéralement) : elle varie considérablement en fonction de la nature des roches. Le mécanisme de l'érosion latérale est lié principalement au développement des méandres. 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’infiltration des eaux de pluie dans le sous-sol engendre une érosion importante appelée érosion karstique. Ces formes d'érosion, qui résultent de la dissolution des roches, surtout de nature calcaire, engendrent la formation de structures d’érosion souterraines (endokarst : grottes, galeries souterraines), mais aussi de structures d’érosion visibles en surface (exokarst / épikarst : avens, dolines, lapiez). 

Références et pour en savoir plus ...

• CHAMLEY H. : Sédimentologie, Edition Dunod, 1987, 175 p.
• CHAMLEY H. et DECONINCK J.F. : Bases de Sédimentologie, Edition Dunod, 3^ème édition, 2011, 222 p.
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(page initialement créée en août 2021)