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Au Grand Canyon du fleuve Colorado lérosion détruit les roches sédimentaires quelle a contribué à créer autrefois.

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1 Au Grand Canyon du fleuve Colorado lérosion détruit les roches sédimentaires quelle a contribué à créer autrefois.

2 La météorisation Les roches se dégradent au contact de latmosphère (les gaz), de lhydrosphère (leau) et de la biosphère (la vie). On appelle météorisation (on y reconnaît le mot «météo») ce processus de géodynamique externe dont le moteur est le rayonnement du Soleil. Les produits de la météorisation sont des débris rocheux, des minéraux et des ions en solution dans leau. Ces produits, après un transport plus ou moins long, saccumulent dans des bassins et servent de matière première à la fabrication de roches sédimentaires. Gravier arraché à la montagne par un glacier et déposé par un torrent

3 On distingue souvent des strates dans ces roches sédimentaires, c.-à-d. des dépôts successifs qui diffèrent les uns des autres par leur couleur, leur granulométrie, leur composition, etc. On dit que la météorisation résulte de deux processus, la désagrégation physique et laltération chimique. En pratique, les deux processus sont intimement liés. Météorisation de la péridotite du mont Saint-Bruno

4 La désagrégation physique On appelle désagrégation physique le fait de détacher un grain minéral dune roche sans lattaquer chimiquement. Leau qui gèle dans les pores de la roche, un éboulement, les changements de volume causés par les variations de température ou dhumidité, la corrosion chimique des minéraux voisins, etc. sont des causes de désagrégation. La désagrégation progressive dun bloc de granite qui «pourrit» donne une boule et du sable.

5 Désagrégation : par le gel en montagne (a), par la corrosion chimique de certains minéraux (b), par labrasion de leau chargée de sable et de gravier (c). a b c

6 Un grand pluton, qui a cristallisé sous le poids de quelques kilomètres de roche, se dilate lors de lenlèvement de ce recouvrement par météorisation et par transport des produits ailleurs (météorisation + transport = érosion). On le voit alors sécailler ou développer une structure en pelure doignon. Les joints ainsi créés favorisent la circulation de leau et accélèrent la désagrégation du massif.

7 La falaise de grès du canyon Bryce (Utah) subit une intense désagrégation mécanique. Pendant 8 mois de lannée, la température moyenne est inférieure à 0 °C la nuit et supérieure à 0 °C le jour. Quel rôle cela joue-t-il dans la désagrégation ? Réponse : Cela signifie que leau gèle dans les fissures des roches de 200 à 300 fois par année. Cela fissure la roche encore plus et en détache des éclats. Question

8 Laltération chimique Les minéraux qui se trouvent à la surface dune roche réagissent chimiquement avec leau qui entre en contact avec eux. La présence dans leau doxygène, de CO 2 ou de substances acides la rend plus corrosive. Comme les réactions chimiques sont plus rapides à haute température, laltération est dautant plus rapide que le climat est chaud et pluvieux. Trous de météorisation

9 Laltération des silicates Comme les silicates saltèrent dans cet ordre : Quartz Muscovite Feldspath K Plagioclase Na Biotite Amphiboles Pyroxènes Plagioclases Ca Olivine le granite résiste mieux que le basalte ; le quartz, à peu près inaltérable, est le principal constituant des grains de sable. On peut diviser les produits des réactions chimiques en 3 groupes : –Les substances dissoutes, notamment des ions enlevés aux minéraux (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ …). –Les divers nouveaux silicates, notamment les argiles. –Les minéraux de la famille des oxydes (O) et des hydroxydes (OH) daluminium et de fer. Les silicates foncés (olivine, pyroxène, amphibole et biotite) contiennent du fer et « rouillent ». Vitesse croissante

10 Altération de la surface du basalte sombre de cette falaise.

11 Minéral primaire, hérité ou secondaire Considérons un granite, formé des minéraux initiaux ou primaires quartz, biotite et feldspath K, soumis à laction de leau et de lair. Laltération du feldspath K et de la biotite libère des ions en solution et conduit à la formation de nouveaux minéraux, des argiles, quon qualifie donc de secondaires. La biotite peut aussi rouiller et donner des oxydes de fer comme minéraux secondaires. Granite en train de saltérer Grain de quartz détaché Le quartz, qui résiste à laltération, se détache intact du granite à cause du pourrissement de ses voisins. On parle de lui comme dun minéral hérité de la roche dorigine ou roche mère.

12 Question La formation de lamiante a lieu à quelques km de profondeur. Ce processus a cependant en commun avec la météorisation le fait quil sagit dune altération chimique, de la péridotite du manteau, au contact de leau. Pourquoi lamiante se présente- t-elle en veines qui traversent la roche ? Réponse : Leau ne peut entrer en contact avec la péridotite quen suivant les fissures qui traversent la roche. La formation de lamiante se limite donc aux fissures et cela donne un réseau de veines. Veine damiante (le trait fin)

13 Les argiles On appelle argile un minéral du groupe des silicates (à base de Si et O) qui se forme uniquement par laltération des roches. Ces minéraux sont infimes et, au microscope, ils ont un aspect voisin des micas. Un dépôt dargile, au sens minéralogique, est formé à 100 % de minéraux argileux. Il se présente sous forme dune masse terreuse fine et tendre quon peut modeler quand elle est humide. Voir la diapositive suivante. Par extension, un dépôt dargile, au sens granulométrique, est un dépôt de «farine» de roche. La farine de roche résulte de laltération et de la désagrégation des roches. Elle contient donc des minéraux argileux, mais aussi du quartz, des feldspaths, etc. Elle nest pas formée à 100 % de minéraux argileux. Argile kaolinite au microscope électronique th/facilities/sem.html

14 La photo montre un dépôt formé à 100 % de minéraux argileux. Cest un dépôt dargile au sens minéralogique. Ces dépôts ont une grande importance économique. Par exemple, la kaolinite (Kao-ling en Chine), généralement blanche, sert à fabriquer la porcelaine et le papier glacé notamment. De même, la montmorillonite (Montmorillon en France), généralement blanche, grise ou rose, absorbe beaucoup deau et gonfle. À cause de cela, on lutilise en agriculture pour travailler le sol, comme boue de forage, comme litière agglomérante pour chat, etc. La montmorillonite gonfle à leau et développe une peau déléphant en sasséchant.

15 Voici une argile au sens granulométrique. Cest une terre très fine quon peut façonner quand elle est mouillée. Mais sa belle couleur rouge nous indique quelle est riche en oxydes de fer, qui ne sont pas des minéraux argileux.

16 La surface spécifique Laltération des minéraux les affaiblit ou les fait gonfler, ce qui favorise leur désagrégation mécanique. De même, la désagrégation physique favorise laltération en augmentant la surface de la roche qui peut être mouillée et qui peut réagir avec leau. Quand on désagrège de plus en plus finement un bloc de roche, sa masse reste la même, mais sa surface augmente progressivement. On dit que la surface spécifique des débris augmente, la surface spécifique étant la surface de 1 gramme de matière. Surface spécifique augmente

17 Question Si la désagrégation mécanique découpe un cube de roche en 5 x 5 x 5 = 125 petits cubes, de combien la surface spécifique augmente-t-elle ? Nous verrons que la surface spécifique joue aussi un rôle dans la circulation de leau dans un dépôt meuble. En effet, la pellicule deau qui mouille la surface de la roche ne circule pas, mais lui reste collée. Les argiles, à cause de leur finesse, piègent ainsi beaucoup deau. Réponse : Puisque la masse ne change pas, il suffit de trouver de combien augmente la surface. Or, le fractionnement multiplie chaque face du cube initial par 5. La surface spécifique est donc 5 fois plus grande. Ex. : 800 m 2 /g pour la montmorillonite !

18 Les altérites Quand les produits de la météorisation dune roche saccumulent plus vite quils ne sont transportés au loin, la roche se couvre de dépôts meubles daltérites (fragments rocheux, minéraux hérités et minéraux secondaires - les argiles et les oxy-hydroxydes de Fe et dAl notamment). Nous verrons que, comme tous les dépôts de surface, les altérites servent de support minéral au développement de sols organiques, où peuvent pousser les plantes. Roche mère altérite

19 Altérite pierreuse Altérite argileuse (Caroline du Nord) et la roche mère

20 Latérite Sous climat tropical humide, avec une végétation dense qui stabilise les produits de la météorisation, laltération chimique est poussée jusquà son stade ultime. Elle donne une altérite appelée latérite. Il sagit dune couche dargile rouge ou brune riche en hydroxydes de fer ou daluminium. La bauxite est une latérite riche en aluminium. Cest le principal minerai daluminium. Latérite dHawaii avec des blocs de roche saine

21 Transport et dépôt (action de déposer) La naissance dune roche sédimentaire résulte du transport et du dépôt des produits de la météorisation. Pour étudier ces choses, sur lesquelles nous reviendrons plus tard, on sépare ces produits en deux groupes : les substances solubles, comme les ions libérés, et les détritus (= résidus) solides, comme les minéraux hérités ou secondaires et les fragments de roche. Roche mère Eau souterraine Eau de surfaceIons Na, K, Ca, Mg… La fraction chimique = les ions Enveloppes de calcite ou de silice = tests Organismes qui utilisent les ions Calcite, gypse, dolomite… qui précipite dans un marais maritime saturé

22 La fraction détritique = les détritus Écroulement Roche - mère Vent Eau de surface Glace Dépôts de particules fines (argiles) en haute mer Dépôts de particules grossières (sable, gravier) sur le bord de mer

23 Maturité dun sédiment On appelle sédiment un dépôt qui est encore meuble, qui na pas encore été transformé en roche solide. La maturité dun sédiment fait référence à un sédiment hypothétique obtenu en cassant un massif rocheux à la masse pour obtenir un tas de fragments anguleux, allant de la poussière au bloc, formés des mêmes minéraux que la roche et dans les mêmes proportions. Plus le sédiment réel séloigne de ce sédiment hypothétique, plus il est mature : Fragments anguleux Particules de diverses tailles Composition minéralogique originale Fragments sphériques Particules de même taille Proportions des minéraux primaires modifiées, minéraux secondaires Immature Maturetexture minéralogie

24 Question Quel est le degré de maturité de texture de ce sable prélevé sur la plage dOka ? Photo au microscope de Richard Granger Réponse : Le fait dêtre un sable (sans farine de roche et sans gravier) montre déjà un certain tri et une certaine maturité. Comme sable, cependant, il est peu mature. Les cristaux sont usés, mais encore assez anguleux. Les plus gros cristaux ont 4-5 fois la taille des plus petits.

25 La diagenèse La diagenèse est le passage du sédiment, du dépôt meuble détritique ou chimique, à la roche cohérente qui se tient. Deux transformations vont avoir lieu simultanément : 1.La compaction : les particules minérales (grain de quartz, test, caillou, cristal…) qui se trouvent à la base du dépôt vont se placer, se rapprocher progressivement, se dissoudre parfois et les espaces vides vont diminuer. 2.La cimentation : leau chargée dions ou dargile qui circule dans le dépôt va permettre à des minéraux de se former entre les particules pour les coller les unes aux autres. Les ciments les plus courants sont largile, le quartz (ou silice) et la calcite.

26 Un exemple de cimentation : la roche est un grès formé dun sable de quartz cimenté par de plus petits cristaux de quartz. Le sable était mature (bien trié et formé de grains arrondis). AffleurementÉchantillon Au microscope (fausses couleurs) Grains de sable Tiré de Rocks of NW Scotland de Simon Lamb, Dave Waters et Richard McAvoy : * * * * * Ciment

27 Autre exemple : Cristaux microscopiques dargile servant de ciment (en brun) entre les grains de sable (en blanc) dun grès. Notez que le sable ayant donné ce grès avait une texture immature : les grains sont anguleux et de diverses tailles (mal triés). Source :

28 Structures des dépôts sédimentaires Les sédiments déposés durant un certain intervalle de temps forment souvent une strate. Ces strates sont importantes en hydrogéologie parce quelles guident la fracturation dun massif rocheux et ont donc une influence sur la circulation de leau souterraine. Les strates sont généralement parallèles. Mais on trouve aussi des stratifications entrecroisées, les strates étant inclinées à des angles différents, dans des sédiments déposés par le vent ou par de leau en mouvement. Stratification entrecroisée figée dans une roche. Elle résulte du déplacement par le vent des dunes de sable qui ont donné ces grès. Voir aussi le grès des îles de la Madeleine.

29 Stratification entrecroisée dans un dépôt de sable actuel (lac des Cyprès, parc du mont Tremblant).

30 La surface dune strate porte parfois des rides. Elles se forment dans le sable, celui dune plage que les vagues déplacent, celui du lit dune rivière que le courant façonne, celui dune dune modelé par le vent… On les retrouve ultérieurement dans les grès issus de ces sables. Rides actuelles (gauche) et dans la pierre (droite).

31 Les fentes de dessiccation, elles, sont des fissures qui se forment à la surface dune strate dargile qui se dessèche. Comme les rides, elles survivent quand une autre strate se dépose sur elles. On les retrouve donc quand on sépare de la roche le long des plans de stratification. Fentes actuelles (gauche) et dans la pierre (droite)


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