L'action géologique de l'eau et du vent Canyon creusé par l’eau

Érosion des îles de la Madeleine Les agents d’érosion L’érosion est la destruction des reliefs au fur et à mesure de leur apparition par météorisation (désagrégation et altération) et par transport des produits (débris rocheux, minéraux et substances solubles) vers des bassins de sédimentation. Examinons de plus près l’action de trois agents d’érosion : l’eau, le vent et la glace. Dans le cas de l’eau, puisque nous avons déjà parlé de sa place centrale dans la météorisation, nous allons nous concentrer sur son rôle dans le transport. Érosion des îles de la Madeleine

Partie interne du cycle Le cycle de l’eau On trouve de l’eau dans l’hydrosphère (cours d’eau, lacs, océans, neige et glace), dans l’atmosphère (vapeur et nuages), dans la biosphère (animaux et plantes), dans la croûte (eau souterraine) et dans le manteau (minéraux hydratés). Les échanges d’eau entre ces divers réservoirs forment le cycle de l’eau. Partie interne du cycle

Partie externe du cycle de l’eau Adaptation d’une figure de la Commission géologique du Canada http://sts.gsc.nrcan.gc.ca/geoscape/fortfraser_main_fr.asp

Évaporation de l’eau chauffée par un réservoir de magma. L’évaporation L’eau passe d’un cours d’eau, d’un plan d’eau ou du sol à l’atmosphère par évaporation. Ce passage de l’état liquide à l’état gazeux est rendu possible par l’énergie fournie par le Soleil ou par toute autre source. L’énergie permet aux molécules H2O de briser les liens qui les unissent dans l’eau et de se séparer les unes des autres. Évaporation de l’eau chauffée par un réservoir de magma.

Le mécanisme de l’évaporation liquide gaz H2O Le mécanisme de l’évaporation lien énergie

Sublimation, transpiration Grâce à l’énergie du Soleil, la neige ou la glace peuvent fondre et l’eau de fonte peut ensuite s’évaporer et passer dans l’atmosphère. L’eau à l’état solide, dans la neige ou la glace, peut aussi passer directement à l’état gazeux. On parle alors de sublimation. glacier Eau de fonte d’un glacier

Une plante a besoin de pores pour prendre dans l’atmosphère le CO2 dont elle a besoin et pour y relâcher l’oxygène qu’elle produit. Elle perd une partie de son eau chaque fois qu’elle ouvre ses pores. Le résultat net est que la plante puise l’eau souterraine dans le sol avec ses racines et la rejette sous forme de vapeur dans l’air. C’est le mécanisme de transpiration. Adaptation d’une image de : http://www.sciencescope.co.uk/plant_transpiration.htm

Question Vous créez un banc de neige en dégageant l’entrée de votre maison. À la tempête suivante, vous notez que le banc de neige a beaucoup baissé même s’il a toujours fait très froid depuis la première tempête. Nommez les deux processus étudiés dans le cours qui sont responsables de ce changement. Réponse : Il y a d’abord la sublimation qui fait que même sans fondre les cristaux de neige perdent leurs belles branches. Il y a aussi la compaction qui fait qu’il y a de moins en moins d’espace vide entre les cristaux en évolution. On assiste donc au début d’un processus de diagenèse, qui conduit à la formation de la glace des glaciers quand l’accumulation de neige se poursuit année après année.

Précipitation Les molécules H2O isolées de la vapeur d’eau reforment des liens les unes avec les autres quand la température baisse et en présence des cristaux microscopiques présents dans l’air (argile, sels, minéraux…) auxquels elles adhèrent. On obtient ainsi les gouttelettes d’eau et les cristaux de glace qui forment les nuages. Dans certaines conditions, cette eau liquide ou solide se dépose à la surface de la Terre sous forme de pluie, de neige, de grêle… On appelle précipitation toute forme d’eau atmosphérique qui se dépose au sol.

Ruissellement et chenaux L’eau de précipitation peut s’infiltrer dans le sol ou ruisseler à la surface et s’incorporer à un cours d’eau. Un cours d’eau est constitué d’un ou plusieurs chenaux que l’eau emprunte pour s’écouler sur un terrain. L’eau s’écoule vers les points les plus bas sous l’influence de l’attraction de la Terre. Un tronçon d’un cours d’eau est à chenal rectiligne si l’eau s’écoule dans un seul chenal droit. Cela arrive quand une particularité du terrain force l’eau à s’écouler ainsi. En général, le contact entre un fluide et un solide meuble tend à prendre une forme sinueuse : le vent qui souffle sur le sable forme des dunes, l’eau qui quitte une plage après l’arrivée d’une vague y laisse des rides, etc. Un tronçon d’un cours d’eau à chenal unique a donc en général une forme sinueuse et on parle de chenal à méandres.

Chenal rectiligne imposé par la forte pente. Note : Un chenal n’est pas droit si la distance entre deux points du chenal en canot est au moins 1,5 fois plus grande que la distance en ligne droite. La sinuosité est la règle. Chenal rectiligne imposé par la forte pente.

Chenal à méandres Chenal à méandres du Colorado dans le Grand Canyon. Méandre est le nom d’une rivière de Turquie. Ce terme désigne la sinuosité d’une rivière et aussi chacune des boucles de la rivière.

À chacune des courbes d’un chenal à méandres, l’eau érode la rive concave vers le bas, vers l’extérieur et vers l’aval (a-val = vers la vallée = dans le sens du courant) et construit la rive convexe en y déposant des sédiments. L’avancée de la rive concave d’un méandre se fait aux dépens de la rive convexe du méandre suivant. Il arrive donc régulièrement que le chenal court-circuite un méandre et que celui-ci soit abandonné. On appelle alluvions (un mot féminin) les sédiments déposés par un cours d’eau. Il y a alluvionnement de la rive convexe d’un méandre.

Rivière du Diable près de Mont-Tremblant Alluvionnement de la rive convexe Méandre abandonné (alimenté en eau par infiltration depuis le chenal) Photo ci-dessus : http://www.chez.com/canada99/theme-photo/photographies-04/tremblant-photos.htm

Chenaux en tresse Un cours d’eau qui coule sur une faible pente et qui transporte une grosse charge de sédiments tend à avoir, pour ce tronçon, un lit large et peu profond découpé par des traînées d’alluvions en forme d’îlots. On parle alors de chenaux en tresse. Les îlots sont en continuelle migration, l’eau érodant ici et déposant là. Ces migrations sont particulièrement rapides en période de crue quand l’eau recouvre ces bancs d’alluvions (gravier, sable et boue). Comme dans «banc de neige», banc désigne un amas de quelque chose.

Question La forme de ce méandre, dans un cours d’eau qui traverse une plage pour se jeter dans la mer, changeait de minute en minute. Décrivez un signe de cette évolution rapide. Réponse : On voit que le sable sur la rive concave, que l’eau ronge à sa base, s’est écroulé plusieurs fois.

Plaine alluviale Une plaine alluviale ou d’inondation est une plaine recouverte par les alluvions d’un cours d’eau. Ces plaines sont importantes en hydrogéologie puisque ces alluvions contiennent souvent beaucoup d’eau souterraine. Ces plaines se forment de diverses manières. Prenons un cours d’eau qui méandre dans une vallée. Son chenal se déplace avec le temps un peu comme le fait un serpent : il érode ainsi et couvre de ses sédiments une bande plus large que le chenal. Cette bande elle-même ondule comme un serpent et le cours d’eau attaque ainsi les flancs de la vallée. Cela finit par former un fond plat et large couvert d’alluvions. Lors d’une crue, le cours d’eau tend à recouvrir toute cette plaine et à y laisser, en se retirant, d’autres alluvions.

Exemples de plaines alluviales pour un cours d’eau à chenaux en tresse et à chenal à méandres, d’après des figures de : http://www.uow.edu.au/science/geosciences/staff/gn/floodplain_evolution.htm

Cône alluvial canyon Cône d’alluvions Quand un cours d’eau débouche soudainement d’un canyon ou d’une vallée encaissée, sa capacité de transport baisse brusquement et il dépose les alluvions qu’il transporte. Au fil du temps, parce que les sédiments le forcent à changer de direction sans cesse, le cours d’eau construit un dépôt en forme d’éventail appelé cône alluvial.

Canyon et cône alluvial miniatures au pied d’une falaise de sable et de gravier. Notez les trajets récents de l’eau.

EXAMEN 2 : Présentations 4,5 et 6 CONFÉRENCE On a organisé pour vous une conférence qui aura lieu mardi le 16 octobre à 13:00 dans la salle Le Trac, B1346. Des élèves de d’autres cours vont assister à cette conférence dont le sujet a été choisi pour vous. Un géologue de l’École Polytechnique va expliquer les dommages causés aux maisons par la présence du minéral pyrite dans les granulats posés sous les fondations. Pour vous motiver à venir, un boni de 2 points sera ajouté à votre note si vous assistez à la conférence. Par souci d’équité, vous pourrez aussi gagner ce boni en faisant un TP supplémentaire vendredi le 7 décembre. EXAMEN 2 : Présentations 4,5 et 6 Vendredi de la semaine prochaine au laboratoire.

Transport fluvial Un cours d’eau est à la fois un agent d’érosion, qui use son lit, et un agent de sédimentation, qui dépose des alluvions dans son lit. Dans un cas comme dans l’autre, cela n’est possible que si le cours d’eau peut transporter les produits de la météorisation des roches. Qu’il s’agisse d’un ruisseau ou d’un fleuve, on parle de transport fluvial. Le transport en solution est le transport des ions et des autres substances solubles libérés par l’altération chimique des roches. Il ne dépend que du débit du cours d’eau, c’est-à-dire du nombre de mètres cubes d’eau qui passent à un endroit du cours d’eau, sous un pont disons, à chaque seconde. Chaque m3 d’eau d’un petit ruisseau transporte aussi bien les ions qu’un m3 d’eau d’une rivière, mais moins de m3 passent sous un pont à chaque seconde.

Transport de la fraction détritique Le transport des particules solides est plus complexe parce qu’il dépend de la vitesse de l’eau et de la taille des particules. Pour une vitesse donnée, l’eau transporte les particules minérales dont la taille est inférieure à une certaine valeur et il dépose toutes celles qui sont plus grosses. Le transport se fait de trois façons : La turbulence de l’eau empêche les particules fines de tomber au fond et les garde en suspension : elles se déplacent donc dans la masse d’eau. Les particules de taille intermédiaire se déplacent par sauts, sans réussir à rester en suspension ou à rester au fond de l’eau. C’est le transport par saltation. Les particules plus grosses restent au fond de l’eau où le courant les tire ou les roule : c’est le transport par traction et roulement.

Le vent transporte les particules solides exactement de la même façon que l’eau. Les processus illustrés ci-dessous s’appliquent aussi bien au transport du sable, de la poussière et du gravier qu’à celui de la neige.

Les cailloux roulaient sur le fond sableux de ce cours d’eau à forte pente. Saltation dans un tunnel à vent. Université Kansas State. (Film)

Question Voici un exemple du transport par le vent de poussières en suspension de l’Afrique du Nord vers l’Atlantique. D’où viennent toutes ces poussières ? (Photo NASA, Visible Earth) Notez les volcans des îles Canaries. Réponse : Du vaste désert du Sahara.

Delta de la Volga en mer Caspienne Les deltas L’eau d’un cours d’eau qui débouche dans un lac ou un océan perd de la vitesse et elle dépose sa charge alluviale. Un dépôt ou delta se forme si l’érosion par les courants et les vagues est plus lente que la sédimentation. Certains deltas ont la forme générale d’un triangle, comme la lettre grecque delta majuscule D, dont ils portent le nom. D’autres ont des formes nettement plus complexes. Delta de la Volga en mer Caspienne Photo NASA : http://earthobservatory.nasa.gov

Nous avons déjà parlé de stratification entrecroisée Nous avons déjà parlé de stratification entrecroisée. C’est le type de stratification qu’on retrouve dans un delta qui se forme dans un lac, sans influence majeure des vagues, des courants et des marées. Les alluvions s’y déposent de trois façons : En avant du delta, des alluvions fines se déposent à plat sur le plancher du lac. Ce sont les couches basales. Au front du delta, les sédiments plus grossiers se déposent en strates inclinées, les couches frontales, qui avancent sur les couches basales. Un vernis d’alluvions, prolongeant celui de la plaine d’inondation, se dépose ensuite au sommet du delta. Ce sont les couches sommitales.

Pourquoi peut-on penser que ce dépôt de sable et de gravier (près de Radium Hot Springs en Colombie-Britannique) est d’origine deltaïque ? Question Réponse : Parce que les strates sont disposées comme les couches frontales d’un delta.

Marnage et dérive littorale Nous n’étudierons pas les divers types de deltas. Nous allons nous contenter de faire la liste des divers agents qui façonnent les deltas. Il y a d’abord l’eau du cours d’eau qui transporte et dépose les sédiments. Il y a ensuite les vagues qui remanient les sédiments jusqu’à une certaine profondeur. De plus, quand elles frappent une plage avec une direction oblique, elles déplacent les sédiments le long de la plage. Ce transport latéral du sable et du gravier se nomme la dérive littorale. Il y a aussi le marnage, la différence entre le niveau de la haute et de la basse mer. Si le marnage est important, les mouvements d’avancée et de recul de l’eau associés aux marées redistribuent les sédiments.

Ce jour là, la dérive littorale transportait le sable et le gravier vers le bout de la Pointe-Pelée (Ontario). grain qui descend la pente grain poussé par la vague

Déflation et abrasion Journée d’abrasion aux îles de la Madeleine Comme l’eau, le vent érode les terrains, transporte les débris de cette érosion et les dépose. Le transport des particules se fait par suspension, traction, roulement et saltation, comme pour l’eau. L’érosion se fait de deux façons : par déflation, en soulevant les particules d’argile, de silt et de sable qui jonchent le sol ; par abrasion, en sablant les rochers avec les particules en suspension et en saltation. Région du Sahara nettoyée par déflation (il ne reste que le gravier)

Les dunes Le vent sépare les particules fines en suspension, qu’il transporte au loin et qu’on retrouve dans les argiles des grands fonds océaniques, du sable qu’il transporte à la surface par traction, roulement et saltation. Les accumulations de sable déposé et constamment remanié par le vent forment les dunes. On en retrouve partout où il y a une source de sable : ancien delta, plage, cône alluvial, dépôts volcaniques, etc. Une dune parabolique se forme quand le vent doit sécher un sable humide pour le déplacer. Cela donne un creux, une cuvette de déflation, là où le sable est prélevé et un bourrelet qui avance dans la direction du vent. La face au vent du bourrelet a une pente plus douce que la face sous le vent qui est une pente d’avalanche. Les côtés du bourrelet, que la végétation stabilise, forment des bras qui pointent dans la direction opposée à celle du vent. La dune a donc une forme en U.

sous le vent : avalanche Dune parabolique au vent : pente douce sous le vent : avalanche Cuvette de déflation

Barkhanes Quand le sable de la source est sec, le vent forme divers types de dunes selon sa régularité, l’abondance du sable, le couvert végétal et le relief. Un vent de direction constante qui déplace une quantité limitée de sable tend à créer des barkhanes en forme de croissant. Contrairement aux dunes paraboliques, les bras pointent dans la direction du vent (photo ci-dessous). Celui-ci a plus de facilité à déplacer le sable sur les côtés de la dune et les bras avancent donc plus rapidement que le centre. Photo de Yoshi Ogasawara : Geology of Western United States : http://www.earth.edu.waseda.ac.jp/photogeology/

Voici une dune de la région de Kuujjuaq (Nunavik au nord du Québec) Voici une dune de la région de Kuujjuaq (Nunavik au nord du Québec). Dans quel sens le vent qui déplace cette dune souffle-t-il ? Comment le savez-vous ? De quel type de dune s’agit-il ? Question Réponse : La pente plus douce indique que le vent vient de la gauche. Les bras de la dune pointent donc dans la direction opposée au vent. C’est une dune parabolique. Photo de Jean-Marie Dubois, © Le Québec en images, CCDMD

Loess Nous avons dit que le vent sépare les fines poussières et le sable. Il dépose les poussières dans les océans et aussi partout où le relief fait que la vitesse du vent chute. Le loess est un dépôt poreux de silt, jaune ou beige, avec un peu d’argile et de sable. Le vent en dépose une fine couche chaque année et la végétation stabilise le dépôt au fur et à mesure. Les sources de silt sont les déserts et les régions qui étaient au front des grands glaciers continentaux qui ont recouvert le nord de l’Amérique et de l’Eurasie. Ces glaciers étaient des sources de farine de roche que l’eau de fonte déposait à leur front. Les dépôts de loess sont donc abondants chez nos voisins américains.

Transport du silt depuis la vallée du glacier Kaskawulsh (Yukon) et dépôt de loess résultant.