l'altération des roches
TRANSCRIPT
-
7/23/2019 L'altration des roches
1/151
1. I ntroduction : le cyclegologique.
Pdolog ie :Le cyc le golog ique ou
de la roche saine au so l
-
7/23/2019 L'altration des roches
2/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
3/151
2. Principaux aspects de
l 'rosion continentaleActions mcaniques donnant des
fragments de rochesActions chimiques donnant de
nouveaux minrauxActions des organismes et tres
vivants donnant les sols
-
7/23/2019 L'altration des roches
4/151
3. Les actions mcaniques
On ajoutera : 1. Cristallisations des minraux dans les fissures des roches
2. Le choc des transports par leau
Types daltration Description
DsagrgationLes variations de temprature entre le jour et la nuit est suffisant
pour faire dilater et contracter la roche, ce qui la fissure et la casse
Glifraction
Semblable la dsagrgation, leau joue ici un rle primordial.Lorsquelle est prsente dans les fissures, leau qui gle augmente
son volume et fait clater la roche
Actions des plantes
Les racines qui sinsinuent dans les fissures avancent et grossissentau fur et mesure que la plante croit. Cela largit les fentes et casse
la roche.
Action du vent
En poussant de la poussire et dautres dbris, le vent arrache desmorceaux de roche.
-
7/23/2019 L'altration des roches
5/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
6/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
7/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
8/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
9/151
Altration depuis 1800 ans
Sous un mme climat et pour
une dure gale, laltration des
roches dpend de leur lithologie.
Le thtre romain de la ville
dOrange (Sud de la France) en
fournit un exemple.
La statue de lempereur Auguste,
taille dans le marbre, conserve
encore parfaitement les dtails
sculpts il y a 1800 ans.
Par contre, les blocs ayant servi
difier les murs du thtre sontfortement altrs. On y observe
diffrents phnomnes: une
patine gris bleu sur les surfaces
initiales, de petits taffonis
aligns le long dun plan de
stratification, des bandes
oxydes (couleur orange) dans la
masse de la roche.
-
7/23/2019 L'altration des roches
10/151
Helsinki
roche polie et strie
Le poli glaciaire de cette surface rocheuse
remonte la dernire glaciation.
La surface est expose lair depuis 11000
ans et na subi, depuis ce temps, que peu
daltration : stries (S) et cannelures (C)
sont encore bien conserves.
Seules les diaclases (d) sont largies.
C
d
S
-
7/23/2019 L'altration des roches
11/151
Glifracts
Laltration physique des roches produit des fragments
de blocs et de cailloux anguleux, souvent bords
tranchants. En contrebas de parois raides, ce matriel
saccumule en talus dboulis.
Talus dboulis de Mont-Saint-Pierre (Gaspsie)
-
7/23/2019 L'altration des roches
12/151
ArnisationCollines dOka
La roche - de lOkate - a t altre sur plus dun
mtre de profondeur. Le manteau daltration tant
domin par des fragments de la taille des sables (des
arnes) on parle ici darnisation de la roche.
Ce terme dsigne donc le rsultat dune altration et
non le processus qui en est responsable.
Dans la partie droite de la coupe, les arnes ont gliss
sur la pente; cette couche dune cinquantaine de
centimtres dpaisseur, nappartient plus au manteau
daltration; il sagit dun dpt de colluvions (C).
C
-
7/23/2019 L'altration des roches
13/151
Alrration : le rle de la permabilit
Dans cette coupe du Mont-Brme, laltration a progress en profondeur selon le diaclasage, donc la
permabilit, de la roche, laissant des masses rocheuses, gnralement en forme de boule, non altres.
-
7/23/2019 L'altration des roches
14/151
ExfoliationBurkina Faso
Au premier plan, des
plaques de roches (a, b, c, d,
e) sont en train de se
dtacher de la surface
rocheuse couverte dune
patine noire.
Ce processus dexfoliation
est guid parles diaclases
courbes de la masse
rocheuse.
a
b
c
d
e
-
7/23/2019 L'altration des roches
15/151
Patines et desquamation
La desquamation consiste en un
dtachement de fines cailles dune
surface rocheuse. Lorsque ces
cailles atteignent quelques
centimtres dpaisseur, on parle
dexfoliation.
Tassili-nAjjer- Tin-Tazarift. Personnage la main appuye sur la
croupe dun grand bovid .
Chronologie relative:
La peinture a-t-elle t endommage
par la desquamation? Non . Le dessin
de la tte du personnage implique la
succession suivante:
1. Desquamation;2. Patine;
3. Dessins prhistorique
4. Taches vertes sur le dessin
Seule la croupe du bovid, et non pas
lanimal en entier, a t dessine par
lartiste.
-
7/23/2019 L'altration des roches
16/151
Classes granulomtriques
argile 2 microns (ambigut avec argiles minralogiques)
limon (silt) 2-63 microns
sable 63-2000 micronsgravillons 2 mm -2 cm
galets 2 cm - 6 cm
blocs 6 cm
NB. Le micron est la millime partie du millimtre
Rsultats de laltration mcanique :
fragmentation selon des classesgranulomtriques
-
7/23/2019 L'altration des roches
17/151
Rsultats de laltration mcanique :
cration de porosit
-
7/23/2019 L'altration des roches
18/151
4. Laltration chimique
-
7/23/2019 L'altration des roches
19/151
4. Laltration chimique
Le rle de leau dans laltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
20/151
Les ractions chimiques :
exemple dun profil daltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
21/151
Les ractions chimiques : la
dissolution
Ce processus physique simple
implique les roches salines: sel
gemme, potasse et gypse.
-
7/23/2019 L'altration des roches
22/151
Les ractions chimiques :
loxydation et la rduction
Les oxydations intressent surtout
le fer qui passe de l'tat ferreux
l'tat ferrique. olivine + oxygne --------->oxyde ferrique + silice ; Fe2 Si O 4 + 1/2 O 2 --------> Fe2
O 3 + Si O 2
Les rductions sont rares : le fer
qui passe de l'tat ferrique l'tat
ferreux.
-
7/23/2019 L'altration des roches
23/151
Les ractions chimiques :
lhydratation
C'est une incorporation de molcules
d'eau certains minraux peuhydrats contenus dans la roche
comme les oxydes de fer; elle produit
un gonflement du minral et doncfavorise la destruction de la roche.
-
7/23/2019 L'altration des roches
24/151
Les ractions chimiques : la
dcarbonatation
Elle produit la solubilisation des
calcaires et des dolomies gnralementsous l'action du CO2 dissous dans
l'eau:
Ca CO 3 + CO 2 + H 2 O -------> Ca (CO 3 H) 2 soluble
-
7/23/2019 L'altration des roches
25/151
Les ractions chimiques : les
hydrolysesLes hydrolyses, c'est dire la destruction
des minraux par l'eau, sont les principales
ractions d'altration.
L'hydrolyse est totale lorsque le minral
est dtruit en plus petits composs
possibles (hydroxydes, ions).
Cas d'un feldspath sodique, l'albite:Na Al Si 3 O 8 + 8 H 2 O -------> Al (OH) 3 + 3 H 4 SiO 4 + Na+ OH -
albite + eau ----> gibbsite + acide silicique
+ ions prcipit +solution de lessivage
-
7/23/2019 L'altration des roches
26/151
Les ractions chimiques : les
hydrolyses
L'hydrolyse est partielle lorsque la
dgradation est incomplte et
donne directement des composssilicats (argiles). Ces composs
diffrent selon les conditions de
milieu. L'hydrolyse partielle de
l'albite donne soit de la kaolinite,
soit des smectites.
-
7/23/2019 L'altration des roches
27/151
Les ractions chimiques : les
hydrolyses
Formation de kaolinite:
Na Al Si 3 O 8 + 11 H 2 O ----> Si 2 O 5 Al
2 (OH) 4 + 4 H 4SiO 4 + 2 ( Na+, OH -)
albite + eau -----> kaolinite + ac.silicique
+ ions
-
7/23/2019 L'altration des roches
28/151
Les ractions chimiques : les
hydrolyses
Formation de smecti te
2,3 Na Al Si 3 O 8 + H 2 O ------> Si 3,7 Al0,3 O 10 Al 2 (OH) 2 Na 0,3 +3,2 H 4 SiO
4 + 2 ( Na+, OH- )
Cette 2me raction reste assez thorique
car d'autres ions y participent, en
particul ier le Fer (Fe 3+).
-
7/23/2019 L'altration des roches
29/151
Les minraux forms
Les nouveaux minraux forms sont en
gnral des phyllosil icates. Ces minraux
proviennent soit de la transformation d'unphyllosi l icate pr-existant, soit d' une
noformation partir d'un sil icate non en
feui l let dont la structure est compltementdtruite. Les ractions ont l ieu surtout
dans le sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
30/151
Les minraux forms
Lorsque les nouveaux minraux argileux
sont forms partir des micas
(muscovi tes, biotites et chlor ites), le rseau
cr istal l in est plus ou moins conserv, on
par le de transformation. Lorsqu' i ls sont
forms partir de sil icates qui ne sont pas
en feui l lets (feldspaths, amphiboles,ol ivine...), le rseau cr istal l in du minral
d' or igine est compltement dtruit, on
par le de noformation.
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
31/151
Les minraux forms
* Muscovite
Elle est assez stable. Sa fragmentation
donne des peti tes pail lettes de mme
composition chimique appeles srici te.
Son altration chimique se fait par perte
progressive d' ion K+; elle donne de l ' i l l i te,
puis des argi les de 2 types selon lesconditions de drainage du mil ieu: la
kaol inite en mil ieu lessiv, les smectites en
mil ieu confin. Trs schmatiquement:
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
32/151
Les minraux forms
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
33/151
Les minraux forms
Corrlativement, la distance inter-rticulaire,
qui spare les feui l lets d'argi les, change etpasse de 10 A(muscovi te, i l l i te) 14 A
(smectite) ou 7 A(kaol inite). Les ions K+
assurent la cohsion des feui l lets argi leux.L 'altration se manifeste par l 'exfoliation des
feui l lets, bien visibles au microscope
lectronique, qui produit des particules de pluspeti tes tai l les (0,1 microns), et augmente la
sur face de contact du minral et la capacit
d'change des cations avec les solutions du
milieu.
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
34/151
Les minraux forms
Feldspaths
Bien qu'il s'agissent detectosilicates, leur altration est
comparable celle de lamuscovite.
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
35/151
Les minraux forms* Biotite
Sa rsistance l'altration dpend de lateneur de Fe++dans le cr istal ; son tat
d'al tration est expr ime par la quantit
de K+
extrai te du rseau. La biotite peuoxyde (surtout Fe++) est trs altrable et
se comportent comme les autres minraux
ferro-magnsiens (pyroxnes...); elledonne en particul ier des vermicul ites et
smectites et de l 'oxyde ferr ique qui
pr cipi te.
L i f
-
7/23/2019 L'altration des roches
36/151
Les minraux forms
Autres ferromagnsiens
Leur altration est semblable cellede la bioti te peu oxyde; i ls donnent
des vermicul i tes, des smecti tes, des
chlor i tes ou des argi les magnsiennessi le mil ieu est trs confin.
L l l
-
7/23/2019 L'altration des roches
37/151
La complexolyse
C'est une var iante de l 'hydrolyse en prsencede matire organique. Elle se produit sous
cl imat froid (boral) et tempr. Les composs
organiques de l'humus extraient les cations
mtall iques des rseaux cr istal l ins. Lesminraux sont dtruits; les cations sont f ixs
sur les composs organiques en donnant des
complexes organo-mtal l iques.Les cations se liant aux grosses molculesorganiques de l'humus sont surtout les ions
Al3+
, Fe2+
et Fe3+
.
-
7/23/2019 L'altration des roches
38/151
5. Facteurs contrlant
laltration
5.1. La rsistance des minraux
-
7/23/2019 L'altration des roches
39/151
L'nergie de liaison varie selon le type
d'ions concerns. Le K+ est faiblement li l'oxygne, le Fe++ et le Mg++ le sont
moyennement; le Si 4+ tablit au
contraire des liaisons trs fortes.
-
7/23/2019 L'altration des roches
40/151
On comprend ainsi que le quartz,
tectosilicate ne comportant que des
liaisons fortes entre le silicium etl'oxygne, rsiste mieux l'altration;
l'olivine en revanche, contenant des
cations moins lis (Fe++ et Mg++) a unrseau cristallin plus fragile.
-
7/23/2019 L'altration des roches
41/151
GOLDICH (1938) : ordre de rsistance desminraux l'altration:
Labile Olivine (plagioclases Ca)
Augite (plagioclases Ca-Na)
Hornblende (plagioclase Na-Ca)
Biotite
plagioclases Na
feldspaths Kmuscovite
Rsistant quartz
-
7/23/2019 L'altration des roches
42/151
On remarque que cet ordre voque les
suites de BOWEN: ce n'est pas unhasard. Dans un magma, l'olivine
cristallise haute temprature, elle est
donc particulirement instable dans les
conditions de surface; elle est la plus
labile. Le quartz, en revanche est form
une temprature moins leve, il est plus
stable.
-
7/23/2019 L'altration des roches
43/151
Le type de rseau cristallin intervientdans la stabilit du minral en surface.
Les phyllosilicates, comme la muscovite,
rsistent mieux l'altration. Destravaux rcents ont permis d'valuer la
vitesse d'hydrolyse d'un minral silicat
en mesurant la vitesse de libration de lasilice issue du minral dans le milieu.
-
7/23/2019 L'altration des roches
44/151
Cette vitesse est fonction de la surface de
contact du minral, du pH et d'uneconstante de vitesse de libration "K"
propre au minral qui est mesure en
mole/m2/an; voici quelques valeurs de K:anorthite : 1,76 10-1
feldspath K : 5,26 10-5
muscovite : 8,09 10-6quartz : 1,29 10-7
On retrouve l'ordre de GOLDICH.
5 2 L bi l i t d i
-
7/23/2019 L'altration des roches
45/151
5.2. La mobi l i tdes ions
La mobilit d'un ion dpend de son
rayon et de sa charge ionique.
* Rayon ionique:
Si 4 + : r = 0,42 A
Al
3+
: r = 0,51 A0 2- : r = 1,4 A
-
7/23/2019 L'altration des roches
46/151
-
7/23/2019 L'altration des roches
47/151
* Rayon ionique:
La taille des ions dtermine leur
arrangement cristallin; le nombre de
coordination d'un ion par rapport
l'oxygne est le nombre d'ions oxygne
qui peuvent se disposer autour de l'ion
considr:
- Silicium : nombre de coordination 4,
l'arrangement est un ttradre;
- Aluminium: nombre de coordination 6,
l'arrangement est un octadre.
-
7/23/2019 L'altration des roches
48/151
* Charge ionique :La charge Z d'un ion est gale 1+, 2+,
3+...
-
7/23/2019 L'altration des roches
49/151
* Potentiel ionique:
C'est le rapport Z/r; il dtermine lecomportement des ions.
La classification de GOLDSCHMIDT :
* Z/r < ou = 3 : les cations solubles, grosions faiblement chargs;
* 3 < Z/r < 10 : les hydrolysats,
hydroxydes insolubles;* Z/r > 10 : les oxyanions solubles, anions
complexes avec oxygne.
-
7/23/2019 L'altration des roches
50/151
La rpartition des charges lectriques la surface de l'ion explique son
comportement vis--vis de l'eau.
-
7/23/2019 L'altration des roches
51/151
* oxyanions solubles: leur potentielionique est grand, leur surface est
fortement charge. Ces ions dissocient les
H+
des molcules d'eau et s'associent avecles O -- : les ions soufre donnent des ions
sulfates (SO4)2-, les ions carbone des
carbonates (CO3)2-
, les ions phosphoredes phosphates (PO4)
3-...
-
7/23/2019 L'altration des roches
52/151
* hydrolysats :la dissociation de l'eau est
partielle en H+ et OH-. Les cations
s'unissent aux OH- et forment des
hydroxydes insolubles (Fe2O3, Al2O 3...)
-
7/23/2019 L'altration des roches
53/151
* cations solubles: leur potentiel ionique
et leur densit de charge de surface sont
faibles. Ils n'ont pas d'action sur la
molcule d'eau et restent disperss.
-
7/23/2019 L'altration des roches
54/151
La valeur du potentiel ionique permet
donc d'expliquer l'association de certains
mtaux dans les minralisations (par
exemple la paragnse plomb-zinc), le
lessivage des cations solubles et des
oxyanions comme le potassium, les
sulfates, l'immobilit relative des
hydrolysats comme l'Al (OH)3 (gibbsite).
-
7/23/2019 L'altration des roches
55/151
En rsum, on peut dire:
les gros ions peu chargs sont mobiles
(K+, Ca++, Fe++ ...)
les petits ions trs chargs se combinent
avec O et sont mobiles (Si, S, P...)
les ions de taille et charge moyenne se
combinent avec OH et sont immobiles
(Fe+++, Al+++...)
-
7/23/2019 L'altration des roches
56/151
5 3 Les facteurs externes
-
7/23/2019 L'altration des roches
57/151
5.3. Les facteurs externes
contrlant lhydrolyse
Ce sont les facteurs physico-chimiques
qui participent notamment la
dfinition du climat:
* la concentration en SiO2 exprime en
concentration d'acide silicique H4
SiO4,
* la concentration en cations basiques
(Na+, Ca++, K+),
5 3 Les facteurs externes
-
7/23/2019 L'altration des roches
58/151
5.3. Les facteurs externes
contrlant lhydrolyse* le pH dtermin en particulier par les
acides organiques,
* la temprature dont l'augmentation
rgit la vitesse des ractions et la
dissolution des ions dans l'eau,
* la vitesse de circulation de l'eau dans le
milieu (drainage) exprimant les
conditions de confinement ou de
lessivage.
5 4 La solubil i tdu fer
-
7/23/2019 L'altration des roches
59/151
5.4. La solubil i tdu fer
La solubilit du Fer dpend de la
stabilit du systme Fe 2+ / Fe 3+. De plus,
l'hydroxyde ferrique, hydrolysat
insoluble, peut tre solubilis par
ionisation en pH acide.
5 4 La solubil i tdu fer
-
7/23/2019 L'altration des roches
60/151
5.4. La solubil i tdu fer
Exemple de la f ig 1 : stabil i tdu systme
Fe2+ / Fe3+ en fonction de l 'Eh et du pH
pour une solution dilue temprature de
25C et pression atmosphrique.
Exemple de la Fig 2. solubi l i tdu Fe3+ en
fonction du pH de la solution.
5 4 La solubil i tdu fer
-
7/23/2019 L'altration des roches
61/151
5.4. La solubil i tdu fer
5 4 La solubil i tdu fer
-
7/23/2019 L'altration des roches
62/151
5.4. La solubil i tdu fer
5 4 La solubil i tdu fer
-
7/23/2019 L'altration des roches
63/151
5.4. La solubil i tdu fer
On voit que dans les conditions naturelles,
l'tat d'oxydation du fer dpend du pH: le fer
ferreux est stable pH acide, le fer ferrique
pH basique. Dans les milieux l'abris de l'air
(sol, fond de marcage...) le fer est l'tatferreux ; il passe l'tat ferrique au cours de
l'altration l'air. Il est lessiv en partie par
l'eau de pluie lgrement acide et transportpar les rivires. Arriv dans l'eau de mer pH
basique, sa solubilit diminue fortement et il
prcipite.
5 5 La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
64/151
5.5. La solubil i tde la si l ice
Elle est principalement sous forme
d'acide silicique H4SiO4; l'eau de rivire
en contient environ 13 mg/l. Le pH a peu
d'action sur sa solubilit dans lesconditions normales (la solubilit de la
silice augmente au del de pH = 9 ). Il y a
en fait relativement peu de silicetransporte car les ions Al3+ ragissent
sur elle pour donner des amas collodaux
silico-alumineux peu mobiles.
5 5 La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
65/151
5.5. La solubil i tde la si l ice
Exemple : la solubilit du quartz en
fonction du pH et de la temprature.
5 5 La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
66/151
5.5. La solubil i tde la si l iceL'axe des ordonnes indique la quantit de
silice passant en solution. Elle est presquemultiplie par 10 entre 0 et 60C
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
67/151
5.5. La solubil i tde la si l ice
L'action du pH (axe des abscisses) ne se fait
sentir qu'au del de pH = 9.
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
68/151
5.5. La solubil i tde la si l ice
Lesfigures suivantes montrent les champs
de stabilit de quelques minraux, dans lesconditions de surface (t = 25C, pression
atmosphrique), en fonction de la
concentration en silice et en cations.
5 5 La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
69/151
5.5. La solubil i tde la si l iceOn voit que l'albite (plagioclase sodique)
est stable pour des concentrations enNa+ et silice leve
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
70/151
5.5. La solubil i tde la si l icePour des concentrations faibles, l'albite est
totalement hydrolyse en gibbsite, hydroxyded'aluminium [ Al(OH)3 (ou Al2 O3, 3 H 2 0)]
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
71/151
5.5. La solubil i tde la si l icePour des teneurs moyennes, elle se
transforme en kaolinite ou en smectitesodique selon la teneur en ion Na+.
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
72/151
5.5. La solubil i tde la si l ice
Le mme schma est observ pour
l'anorthite (plagioclase calcique)
5.5. La solubil i tde la si l ice
-
7/23/2019 L'altration des roches
73/151
5.5. La solubil i tde la si l iceLa smectite calcique est plus stable; ce
minral sera plus commun dans lesproduits d'altration
-
7/23/2019 L'altration des roches
74/151
6. Les mcanismes delrosion
-
7/23/2019 L'altration des roches
75/151
Des expriences temprature et pressionleve, et dans les conditions de surface ont
portsur 3 tectosi l icates, quartz, albite,
anorthite. Dans les 3 cas, les auteurs ontobtenu des fragments de cristaux de tail le
collodale, de gros fragments (de l 'ordre du
micron) et des ions.
-
7/23/2019 L'altration des roches
76/151
Les auteurs en concluent que la structure
d'un cristal ressemble une mosaque: des
portions sont bien cristallises et rsistent
mieux l'altration; elles sont runies par
des zones moins bien cristallises qui sont
plus altrables et librent leurs ions.
Ces derniers peuvent polymriser et
former des amas collodaux et des chanes
silicates.
-
7/23/2019 L'altration des roches
77/151
Frederikson a propos d'expliquer l'action
de l'eau sur un cristal silicat comme unfeldspath :
-
7/23/2019 L'altration des roches
78/151
La surface du cristal est charge
ngativement car les ttradres SiO4qui lecomposent ne sont pas saturs la surface.
-
7/23/2019 L'altration des roches
79/151
Les diples d'eau se disposent la surfacedu cristal du cot de leur charge positive
(H+), les protons H+ pntrent dans le
rseau cristallin o ils entrent encomptition avec les cations comme Na+,
K+, Ca++ qui sont faiblement lis aux ions
oxygne alors que les H+ tablissent desliaisons fortes.
-
7/23/2019 L'altration des roches
80/151
Les gros cations sont dplacs et passenten solution; le rseau cristallin est
dstabilis, certains oxygnes non
coordonns se repoussent et le cristal sefragmente en tronons.
7 Le rle des organismes
-
7/23/2019 L'altration des roches
81/151
7. Le rle des organismes
7.1. les principaux effets destres vivants sur les roches
7.1. les principaux effets des
-
7/23/2019 L'altration des roches
82/151
p p
tres vivants sur les roches
Les tudes ont portnotamment sur l'effet
des organismes adhrant une roche:
algues vertes, diatomes, l ichens,champignons, bactries. Ceux-ci adhrent
la surface grce en particulier des
organes appropr is qui pntrent dans lesf issures et exfol ient les minraux
lamellaires (hyphes de lichen exfoliant la
biotite).
7.1. les principaux effets des
-
7/23/2019 L'altration des roches
83/151
p p
tres vivants sur les roches
Ils produisent une dsagrgation et une
micro division de la surface de la roche
ainsi qu'une attaque chimique parscrtion d'acide oxalique produit par les
lichens comme par les racines des
vgtaux suprieurs. Les cations desminraux sont extraits par complexolyse.
7.1. les principaux effets des
-
7/23/2019 L'altration des roches
84/151
p p
tres vivants sur les roches
Sous les lichens adhrant la roche est
mise en vidence la formation de compossmal cristalliss base de Si, Al et Fe, de
nombreux composs base de Ca et des
gels organo-minraux , rsultats de lacomplexolyse et prcurseurs du sol.
7.2. le rle de la matire
-
7/23/2019 L'altration des roches
85/151
organique
Intervient dans la complexolyse
Nous y reviendrons aussi dans le chapitresur le sol
Rappel sur la complexolyse
-
7/23/2019 L'altration des roches
86/151
pp p y
C'est une var iante de l 'hydrolyse en prsencede matire organique. Elle se produit sous
cl imat froid (boral) et tempr. Les composs
organiques de l'humus extraient les cations
mtall iques des rseaux cr istal l ins. Lesminraux sont dtruits; les cations sont f ixs
sur les composs organiques en donnant des
complexes organo-mtal l iques.Les cations se liant aux grosses molculesorganiques de l'humus sont surtout les ions
Al3+, Fe2+et Fe3+.
8. Bilan de lAltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
87/151
8. Bilan de l Altration
8 Bilan de lAltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
88/151
8. Bilan de l Altration
La destruction des dif ices cr istal l inssil icats produit des fragments de chanes
si l icates qui, au moins dans un premier
temps, restent sur place, et des ions solublesqui sont emports par l 'eau ou lessivs.
L ' impor tance respective de l'hritage, les
transformations et les no-formations esttroitement l ie l' intensitde l 'altration
et au lessivage.
8 Bilan de lAltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
89/151
8. Bilan de l Altration
Pour une altration et un lessivage faible ,les argiles 2/1 de type il l i te sont en majeure
partie hrites. Avec l'augmentation de
l ' intensitde l'al tration, ce sont dessmectites ou de la kaolinite, plus pauvres en
sil ice, qui sont synthtises en fonction de
l ' importance du lessivage et des ionsdisponibles (sols mditerranens, podzols).
8 Bilan de lAltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
90/151
8. Bilan de l Altration
Pour un fort lessivage, les cations solubles
sont entrans et les phyllosilicates nepeuvent plus se former: il reste sur place le
quartz et les oxydes de fer et d'aluminium
(sols latritiques).
8. Bilan de lAltration
-
7/23/2019 L'altration des roches
91/151
8. Bilan de l Altration
9 Formation des sols
-
7/23/2019 L'altration des roches
92/151
9. Formation des sols
9. Quelques dfinitions
9.1. Quelques dfinitions
-
7/23/2019 L'altration des roches
93/151
Q q
Un sol est une pell icule d'altration
recouvrant une roche; i l est formd'une
fraction minrale et de matire organique(humus). Un sol prend naissance parti r de
la roche puis il volue sous l 'action des
facteurs du mil ieu, essentiel lement le climatet la vgtation.
9.1. Quelques dfinitions
-
7/23/2019 L'altration des roches
94/151
Q q
La pdologie est l 'tude des sols.
9.1. Quelques dfinitions
-
7/23/2019 L'altration des roches
95/151
Q q
La pdogense est la formation et
l 'volution des sols. Le sol apparat,
s'approfondit et se diffrencie en stratessuperposes, les horizons pdologiques, qui
forment le profi l pdologique. I l atteint
f inalement un tat d'quil ibre avec lavgtation et le cl imat.
9.1. Quelques dfinitions
-
7/23/2019 L'altration des roches
96/151
Les principaux horizons sont les suivants:
* Horizon A: horizon de surface matireorganique (dbris de vgtaux)
* Horizon C: roche peu altre
* Horizons B: horizons intermdiairesapparaissants dans les sols volus.
Les sols peu volus ont un prof i l AC, les
sols volus ont un prof i l ABC. Leshor izons B sont forms par l 'al tration de la
roche ou par les mouvements de matire
depuis A.
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
97/151
La destruction des roches se fait (1) par
dsagrgation mcanique qui donne desfragments et (2) par altration chimique qui
produit des ions solubles (cations, acide
si l icique...), des gels col lodaux parhydratation et polymrisation des cations
comme le fer et l 'aluminium avec la matire
organique (complexolyse) et des argiles,consti tuants fondamentaux du sol.
L 'ensemble consti tue le complexe
d'al t ration.
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
98/151
9.2. La fraction minrale
Elle se fait par hydrolyse pour les roches
silicates (voir ci-dessus), par
dcarbonatation pour les roches calcaires
(solubilisation du carbonate par le CO2
contenu dans l'eau). La dsagrgation
mcanique caractrise les climats froids ou
dsertiques.
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
99/151
9.2. La fraction minrale
Le complexe d'altration comprend la
fraction argileuse hrite, transforme ou
noforme et d'autres constituants,
cryptocristallins ou amorphes, comme les
oxyhydroxydes de Fe, Al, Mn, Si, associs
aux argiles et complexs avec l'humus.
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
100/151
9.2. La fraction minrale
Les oxyhydroxydes de Fer sont en particulier
la goethite de couleur ocre (Fe OOH) en
climat humide, l'hmatite rouge (Fe2 03) en
sol fersialitique. Ils assurent les liaisons entre
argiles et humus. Les formes complexes
voluent vers des formes cryptocristalline
puis cristalline
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
101/151
9.2. La fraction minrale
L'aluminium est sous forme d'ion Al+++
hydrat responsable de l'acidit du sol.
Comme le fer, ils assurent les liaisons
argiles-matire organique et peuvent se fixer
sur les feuillets de vermiculite pour donner
une chlorite. Les formes cristallines de
l'aluminium comme la gibbsite (Al OH3) et la
bohmite (Al OOH) sont rares dans les sols
des climats temprs
9.2. La fraction minrale
-
7/23/2019 L'altration des roches
102/151
9.2. La fraction minrale
Le silicium est sous forme soluble (H4 Si 04)ou sous forme de silice amorphe de 2
origines possibles : - la bioopale des
phytolithes (diamtre de 2 50 m) ; - lapolymrisation de l'acide silicique adsorb
sur des gels base d'Al ou de Fe qui voluent
ensuite en argiles de noformation (kaolinite,smectites).
9. 3. volution de la fraction
-
7/23/2019 L'altration des roches
103/151
9. 3. volution de la fraction
minrale selon le cl imatCLIMAT CHAUD & HUMIDE
En climat chaud et humide, l'hydrolyse est
totale, elle se fait pH neutre; les silicates
sont hydrolyss en Gibbsite; l'acide
silicique et les cations solubles sont
lessivs, il reste sur place le fer et
l'aluminium qui constituent un sol
ferralitique ou latritique
CLIMAT CHAUD & HUMIDE
-
7/23/2019 L'altration des roches
104/151
Les oxydes de fer peuvent se concentrer en
surface et constituer une crote
ferrugineuse, la crote latritique. La
matire organique, oxyde, intervient peu.
Les latrites en place ou remobilises sont
susceptibles d'tre exploites comme
minerai de fer ou d'aluminium (bauxite).
CLIMAT CHAUD & HUMIDE
-
7/23/2019 L'altration des roches
105/151
Les minraux no-forms partir des ions
librs sont la kaolinite et les smectites
selon la qualit du drainage. Les lessivage,
en liminant les cations, augmente l'acidit
du sol.
CLIMAT CHAUD A SAISON HUMIDE
& SECHE ALTERNANT
-
7/23/2019 L'altration des roches
106/151
& SECHE ALTERNANT
le lessivage et le confinement alternent, lessolutions remontent la surface en saison
sche, la matire organique est minralise
rapidement et a peu d'action, des smectitesse forment, la silice reste sur place. Le sol
contient l'association Fe, Si et Al, c'est le
sol fersialitique des pays tropicaux etmditerranens. La concentration en
surface des oxydes de fer produit le
phnomne de rubfaction
-
7/23/2019 L'altration des roches
107/151
CLIMAT TEMPERE
les hydrolyses sont partielles. Les
minraux argileux sont hrits de la roche-
mre (chlorites par exemple) outransforms progressivement. Lorsque
l'hydrolyse est neutre, comme sur roches
calcaires, l'illite est dgrade en smectites(K+ remplace par Ca++, Mg++).
-
7/23/2019 L'altration des roches
108/151
CLIMAT TEMPERE
Pour une hydrolyse pH acide, sous
l'action des acides organiques (oxalique,
citrique), l'illite est transforme plutt envermiculite par perte de K+ et ouverture
des feuillets; la transformation en chlorite
est galement possible; des complexesorgano-mtalliques se forment par
complexolyse. Les sols sont des sols bruns.
-
7/23/2019 L'altration des roches
109/151
CLIMAT FROID & HUMIDE
Sous climat froid et humide, milieu de
formation des podzols, les acides
organiques attaquent les illites etvermiculites et les dgradent en smectites;
la kaolinite peut tre noforme
9. 4. volution de la fraction
-
7/23/2019 L'altration des roches
110/151
minrale selon La nature de la
roche mre
la nature de la roche-mre intervient sur
les caractres de la fraction minrale. En
climat quatorial, les granites altrs
donnent de la kaolinite, alors que les
roches basiques, plus riches en cations,
donnent de prfrence des smectites.
9. 5. volution de la fraction
-
7/23/2019 L'altration des roches
111/151
minrale selon la topographie
La topographie a galement un rle
important sur la qualit du drainage. Surroches calcaires, se forme un type de sol
particulier , les Rendzines.
Climat et type de sol : rsum1
-
7/23/2019 L'altration des roches
112/151
Pdogense suivant la lati tude
-
7/23/2019 L'altration des roches
113/151
9. 6. La fraction organique
-
7/23/2019 L'altration des roches
114/151
g q
La vgtation fournit des dbris vgtauxqui constituent la litire de l'horizon Ao.
Sa dcomposition se fait sous l'action des
microorganismes et produit l'humus et lescomposs minraux de l'horizon A1. Les
matires organiques sont d'abord
dpolymrises.
9. 6. La fraction organique
-
7/23/2019 L'altration des roches
115/151
g q
Les monomres rsultants peuvent suivre2 voies :
- La minralisation qui produit des
composs minraux comme le CO2, leNH3, les nitrates, les carbonates ;
- l'humification qui est une
repolymrisation en composs organiquesamorphes qui se lient aux argiles.
9. 6. La fraction organique
-
7/23/2019 L'altration des roches
116/151
g q
Son type dpend des caractres de lavgtation et du climat. En climat froid
(boral) et tempr, il est riche en acides
organiques trs agressifs qui produisent
une complexolyse intense; en climat
quatorial, il est trs volu et peu actif.
9. 6. La fraction organique
-
7/23/2019 L'altration des roches
117/151
g q
La vitesse d'humification dpend del'activit biologique conditionne par la
temprature.
- En milieu peu actif la dcomposition des
litires est lente, l'horizon organique Ao
brun noir, fibreux et acide est biendistinct, c'est un mor(ou terre de
bruyre).
- En milieu biologiquement plus actif,
-
7/23/2019 L'altration des roches
118/151
En milieu biologiquement plus actif,
l'horizon Ao est moins pais et constitue
un moder.
- En milieu trs actif, la dcomposition est
trs rapide, l'horizon Ao disparait,l'humus est incorpor dans la fraction
minrale en complexes organo-minraux
formant un horizon A1 (un mull) agrgats argilo-humiques Fe et Al.
9.7. Structure et volution des
-
7/23/2019 L'altration des roches
119/151
solsa. Cadre gnral
En climat tempr, lorsqu'une roche
affleure, elle est progressivement altre et
colonise par la vgtation: vgtaux
infrieurs, plantes herbaces puis arbres;
le sol se forme. Il s'tablit d'abord unhorizon d'humus sur la roche altre
(profil AC, sol jeune), puis un horizon de
type B (profil ABC)
-
7/23/2019 L'altration des roches
120/151
a. Cadre gnral
La profondeur augmente et le profil
pdologique devient de plus en plus volu
jusqu' atteindre un tat d'quilibre avec
le climat et la vgtation.
-
7/23/2019 L'altration des roches
121/151
a. Cadre gnral
Les matires circulent dans le sol dans lesens descendant, par infiltration des
solutions, et dans les sens ascendant, par
remonte capillaire et remonte biologique(lombrics, termites en climat tropical,
racines).
b. La texture du sol
-
7/23/2019 L'altration des roches
122/151
La texture du sol est dfinie par la
grosseur des particules qui le composent :% graviers, sable, limon, argile.
b. La texture du solLa composition minralogique des
-
7/23/2019 L'altration des roches
123/151
La composition minralogique des
particules est d'ailleurs en relation avec
leur taille (les grossires sont surtout
base de quartz, les fines base de
phyllosilicates).
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
124/151
Elle est conditionne par les collodes :
argiles, substances humiques &
hydroxydes.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
125/151
Les argiles favorisent la fragmentation du
sol en produisant des fentes de retrait la
dessiccation. Elles peuvent enrober les
autres particules et colmater les
pores. Elles peuvent fixer des composs
organiques par adsorption sur leurs
feuillets par l'intermdiaire des
oxyhydroxydes d'Al et de Fer qui forment
un revtement pelliculaire.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
126/151
Ces complexes organo-minraux (ou
argilo-humiques) sont aglomrs en
agrgats incorporant des filamentsmycliens et des bactries
polysaccharides.
d. La structure est l'organisation du sol.
F i ti d i l l il
-
7/23/2019 L'altration des roches
127/151
F ixation des ions sur le complexe argilo-
humique.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
128/151
On distingue 3 grands types de structures
- particulaire : sol trs meuble
- massives : lments lis par un ciment
- fragmentaire : en agrgat (mm),grumeaux (cm) ou polydrique, trs
favorable aux cultures .
d. La structure est l'organisation du sol.
St t h ti d' t
-
7/23/2019 L'altration des roches
129/151
Structure schmatique d' un macro-agrgat
d. La structure est l'organisation du sol.
d t i l d' i t
-
7/23/2019 L'altration des roches
130/151
dtail d'un micro-agrgat
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
131/151
Ainsi, la vgtation fournit l'humus et
assure la circulation ascendante des
matires; elle protge ensuite la roche del'rosion. La destruction de la vgtation
entraine celle des sols volus, ou volution
rgressive du sol.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
132/151
Les cycles volution / rgression des sols se
succdent intervalles de temps courts
(cataclysmes, action de l'homme) ou longs(pulsations climatiques).
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
133/151
Le rle dterminant du climat dans
l'altration des roches et l'laboration des
sols a donn lieu la formulation de lathorie de la bio-rhxistasie par ERHART.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
134/151
En climat humide, les conditions sontfavorables l'altration des roches, au
dveloppement de la vgtation et la
formation des sols; la destruction desroches est limite aux phnomnes
chimiques qui librent essentiellement des
ions solubles: cette priode favorable lavie est la biostasie.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
135/151
En priode sche, les roches mises nu
sont soumises la dsagrgationmcanique qui produit des matriaux
dtritiques grossiers: c'est la rhxistasie.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
136/151
En climat tempr, il faut environ 1000
ans pour former un horizon A, plusieursmilliers d'annes pour un horizon B et
quelques heures un homme pour
dtruire un sol.
d. La structure est l'organisation du sol.
-
7/23/2019 L'altration des roches
137/151
9.8. Principaux types de sols
-
7/23/2019 L'altration des roches
138/151
* Sols peu volus- sols dsertiques (aridisols) : profil rduit
C ;
- sols gels (cryosols) ;
- sols alluviaux et colluviaux ;
- ranker sur roches siliceuses ; humus peu
actif (mor) profil AC.
9.8. Principaux types de sols
-
7/23/2019 L'altration des roches
139/151
* Sols calcimagnsiques :Rendzines sur roches calcaires, horizon A1humifre complexe argile - humus - Ca
C03, paisseur : 40 cm* Chernozem sous climat froid et sec(steppe); dfini en Ukraine; horizon A1
noir structure grumeleuse, jusqu' 60cm d'paisseur, B rduit : profil AC ; sol
trs fertile.
9.8. Principaux types de sols* Sols bruns : en climat tempr;
-
7/23/2019 L'altration des roches
140/151
* Sols bruns : en climat tempr;
profil ABC; humus actif (mull), horizon Bbrun (association oxydes de Fe - argiles)
* Podzols sols horizon cendreux dezones borales (Taga) et tempres
humides; Ao : mor noir A2 : cendreux,
surtout du quartz; trs lessiv sous l'action
des acides organiques de l'humus. B
color: accumulation de composs
organiques et minraux.
9.8. Principaux types de sols
-
7/23/2019 L'altration des roches
141/151
* Gleys sols hydromorphes, imbibsd'eau; le dficit d'oxygne ralentit
l'humidification et rduit le Fe (couleur
gris-vert), l'extrme, une gley peutdonner une tourbe.
* Sols rouges fersialitiques richesen oxydes de Fe; sous climats
mditerranens et subtropicaux.
9.8. Principaux types de solsE l d fil
-
7/23/2019 L'altration des roches
142/151
Exemple de profil
10. Conclusions
-
7/23/2019 L'altration des roches
143/151
Sur le continent, une roche est soumise
l'action des facteurs physiques, chimiqueset biologiques propres au climat. Elles est
dsagrge et transforme. Ses minraux
non modifis ou transforms, avec des
minraux nouvellement forms,
constituent la fraction minrale de la
pellicule d'altration. Les tres vivants
fournissent la matire organique qui
ragit sur certains composants minraux.
-
7/23/2019 L'altration des roches
144/151
L'ensemble fraction minrale et fraction
organique constituent un sol. Toutemodification de l'quilibre entre les
facteurs pourra entraner la modification
ou la destruction du sol; dans ce dernier
cas, ses constituants seront entrans et
contribueront la formation de nouveaux
sdiments.
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
145/151
pollutions des sols.Dgradation physique :
Artificialisation / impermabilisation
Compaction rosion
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
146/151
pollutions des sols.Consquences :
Pertes en rcoltes et terres agricoles,
pertes des fonctionnalits puratrices, baissede productivit agricole, pollution des cours
d'eau, modification de l'hydraulique, ...
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
147/151
pollutions des sols.Dgradation chimique :
Acidification d'origines industrielleou agricole
Salinisation
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
148/151
pollutions des sols.Consquences :
Modification des fonctionnalits du solet remobilisation des mtaux, pollutions des
eaux de surface et des aquifres, strilisation
des sols, risques pour la sant humaine,toxicit du sol et de ses produits, pertes en
terres agricoles, ...
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
149/151
pollutions des sols.Dgradation biologique :
Pesticides Perte de matire organique
11. Les dgradations et
-
7/23/2019 L'altration des roches
150/151
pollutions des sols.Consquences :
Perte de biodiversit, aggravation desdgradations chimiques et physiques, flux de
gaz effet de serre, ...
-
7/23/2019 L'altration des roches
151/151