Au Grand Canyon du fleuve Colorado l'érosion détruit les roches ...

Au Grand Canyon du fleuve
Colorado l’érosion détruit
les roches sédimentaires
qu’elle a contribué à créer
autrefois.

La météorisation
• Les roches se dégradent au contact de l’atmosphère (les
gaz), de l’hydrosphère (l’eau) 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 l’eau.
• Ces produits, après un
transport plus ou moins long,
s’accumulent 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

• 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 l’altération chimique.
En pratique, les deux
processus sont
intimement liés.
Météorisation de la péridotite du
mont Saint-Bruno

La désagrégation physique
• On appelle désagrégation physique le fait de détacher un
grain minéral d’une roche sans l’attaquer chimiquement.
• L’eau qui gèle dans les pores de la roche, un éboulement,
les changements de volume causés par les variations de
température ou d’humidité, la corrosion chimique des
minéraux voisins, etc. sont des causes de désagrégation.
La désagrégation
progressive d’un
bloc de granite qui
«pourrit» donne une
boule et du sable.

Désagrégation : par le gel en
montagne (a), par la corrosion
chimique de certains minéraux (b),
par l’abrasion de l’eau chargée de
sable et de gravier (c).
a
b
c

• Un grand pluton, qui a cristallisé sous le poids de quelques
kilomètres de roche, se dilate lors de l’enlèvement de ce
recouvrement par météorisation et par transport des produits
ailleurs (météorisation + transport = érosion).
• On le voit alors s’écailler ou développer une structure en
pelure d’oignon. Les joints ainsi créés favorisent la circulation
de l’eau et accélèrent la désagrégation du massif.

La falaise de grès du canyon Bryce (Utah) subit une intense
désagrégation mécanique. Pendant 8 mois de l’année, 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 ?
Question
Réponse : Cela signifie que l’eau gèle dans les fissures des
roches de 200 à 300 fois par année. Cela fissure la roche
encore plus et en détache des éclats.

L’altération
chimique
• Les minéraux qui se trouvent à la
surface d’une roche réagissent
chimiquement avec l’eau qui
entre en contact avec eux.
• La présence dans l’eau
d’oxygène, de CO 2 ou de
substances acides la rend plus
corrosive.
• Comme les réactions chimiques
sont plus rapides à haute
température, l’altération est
d’autant plus rapide que le climat
est chaud et pluvieux.
Trous de météorisation

L’altération des silicates
• Comme les silicates s’altèrent dans cet ordre :
Quartz Muscovite Feldspath K Plagioclase Na Biotite Amphiboles Pyroxènes Plagioclases Ca Olivine
Vitesse croissante
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)
d’aluminium et de fer. Les silicates foncés (olivine, pyroxène,
amphibole et biotite) contiennent du fer et « rouillent ».

Altération de la surface
du basalte sombre de
cette falaise.

Minéral primaire, hérité ou secondaire
• Considérons un granite, formé des minéraux initiaux ou
primaires quartz, biotite et feldspath K, soumis à l’action de
l’eau et de l’air.
• L’altération du feldspath K et de la biotite libère des ions en
solution et conduit à la formation de nouveaux minéraux,
des argiles, qu’on qualifie donc de secondaires. La biotite
peut aussi rouiller et donner des oxydes de fer comme
minéraux secondaires.
• Le quartz, qui résiste à
l’altération, se détache intact
du granite à cause du
pourrissement de ses voisins.
On parle de lui comme d’un
minéral hérité de la roche
d’origine ou roche mère.
Granite en train de s’altérer
Grain de quartz détaché

Question
La formation de l’amiante a lieu
à quelques km de profondeur.
Ce processus a cependant en
commun avec la météorisation
le fait qu’il s’agit d’une altération
chimique, de la péridotite du
manteau, au contact de l’eau.
Pourquoi l’amiante se présentet-elle
en veines qui traversent la
roche ?
Veine d’amiante (le trait fin)
Réponse : L’eau ne peut entrer en contact avec la péridotite
qu’en suivant les fissures qui traversent la roche. La formation
de l’amiante se limite donc aux fissures et cela donne un
réseau de veines.

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

• La photo montre un dépôt formé à
100 % de minéraux argileux. C’est
un dépôt d’argile 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 d’eau et
gonfle. À cause de cela, on l’utilise
en agriculture pour travailler le sol,
comme boue de forage, comme
litière agglomérante pour chat, etc.
La montmorillonite gonfle à l’eau et
développe une peau d’éléphant en
s’asséchant.

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

La surface spécifique
• L’altération des minéraux les affaiblit ou les fait gonfler, ce
qui favorise leur désagrégation mécanique.
• De même, la désagrégation physique favorise l’altération
en augmentant la surface de la roche qui peut être mouillée
et qui peut réagir avec l’eau.
• 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

• Nous verrons que la surface spécifique joue aussi un rôle
dans la circulation de l’eau dans un dépôt meuble. En effet,
la pellicule d’eau qui mouille la surface de la roche ne
circule pas, mais lui reste collée. Les argiles, à cause de
leur finesse, piègent ainsi beaucoup d’eau.
Ex. : 800 m2 /g pour la
montmorillonite !
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 ?
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.

• Quand les produits de la
météorisation d’une roche
s’accumulent plus vite qu’ils ne
sont transportés au loin, la roche
se couvre de dépôts meubles
d’altérites (fragments rocheux,
minéraux hérités et minéraux
secondaires - les argiles et les
oxy-hydroxydes de Fe et d’Al
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.
Les altérites
Roche mère altérite

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

• Sous climat tropical
humide, avec une
végétation dense qui
stabilise les produits de la
météorisation, l’altération
chimique est poussée
jusqu’à son stade ultime.
• Elle donne une altérite
appelée latérite. Il s’agit
d’une couche d’argile
rouge ou brune riche en
hydroxydes de fer ou
d’aluminium.
• La bauxite est une latérite
riche en aluminium. C’est
le principal minerai
d’aluminium.
Latérite
Latérite d’Hawaii avec des
blocs de roche saine

Transport et dépôt (action de déposer)
• La naissance d’une 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.
La fraction chimique = les ions
Roche mère
Eau de surface Ions Na, K, Organismes qui
Ca, Mg… utilisent les ions
Eau souterraine
Calcite, gypse, dolomite… qui précipite dans un
marais maritime saturé
Enveloppes de calcite ou de silice = tests

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

minéralogie
Maturité d’un sédiment
• On appelle sédiment un dépôt qui est encore meuble,
qui n’a pas encore été transformé en roche solide.
• La maturité d’un 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 s’éloigne de ce sédiment
hypothétique, plus il est mature :
texture
Immature Mature
•Fragments anguleux •Fragments sphériques
•Particules de diverses tailles
•Composition minéralogique
originale
•Particules de même taille
•Proportions des minéraux
primaires modifiées,
minéraux secondaires

Quel est le degré de maturité de texture de ce sable prélevé
sur la plage d’Oka ?
Photo au
microscope de
Richard Granger
Question
Réponse : Le fait d’être 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.

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 : l’eau chargée d’ions ou d’argile 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
l’argile, le quartz (ou silice) et la calcite.

Un exemple de cimentation : la roche est un grès formé d’un
sable de quartz cimenté par de plus petits cristaux de quartz.
Le sable était mature (bien trié et formé de grains arrondis).
Tiré de Rocks of NW Scotland de Simon Lamb, Dave Waters et Richard
McAvoy : http://www.earth.ox.ac.uk/~oesis/nws/nws-home.html
Affleurement Échantillon
Ciment
Grains de sable *
*
*
*
*
Au microscope
(fausses couleurs)

Autre exemple : Cristaux microscopiques d’argile servant de
ciment (en brun) entre les grains de sable (en blanc) d’un
grès. Notez que le sable ayant donné ce grès avait une
texture immature : les grains sont anguleux et de diverses
tailles (mal triés).
Source : http://edafologia.ugr.es/iluv/argillw.htm

Structures des dépôts sédimentaires
• Les sédiments déposés durant un certain intervalle de temps
forment souvent une strate. Ces strates sont importantes en
hydrogéologie parce qu’elles guident la fracturation d’un
massif rocheux et ont donc une influence sur la circulation de
l’eau 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 l’eau 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.

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

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

• Les fentes de dessiccation, elles, sont des fissures qui se
forment à la surface d’une strate d’argile 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)