L'altération des roches : influence des facteurs exogènes - Maxicours

L'altération des roches : influence des facteurs exogènes

Objectifs
  • Définir la notion d’altération.
  • Distinguer deux types d’altération : physique et chimique.
  • Connaitre les agents d’altération physique et chimique.
  • Savoir que l’altération chimique par l’eau d’une roche dépend de la composition minéralogique et chimique de cette dernière.
Points clés
  • L’altération se définit comme l’ensemble des processus physiques, chimiques et biologiques qui provoquent la dégradation des roches situées à la surface du sol.
  • L’altération génère des ions solubles et des morceaux solides de tailles variées.
  • L’altération physique, causée par les variations brutales de température, par l’eau gelée et par les racines des végétaux, et le vent provoquent la désagrégation de la roche, ce qui permet sa fragmentation.
  • L’altération chimique, causée par l’eau de pluie, affecte la composition minéralogique et chimique de la roche.
  • L’altération des roches varie selon le climat.
Pour bien comprendre
  • Le relief d’un paysage évolue en fonction des roches qui le constituent et du processus d’altération.
  • Une roche est constituée de minéraux qui subissent une altération différenciée.
  • Facteur exogène : qui provient de l’extérieur comme le climat, l’eau de pluie et la végétation.
1. Les phénomènes d’altération des roches
L’altération se définit comme l’ensemble des processus physiques et chimiques qui provoquent la dégradation des roches situées à la surface du sol.

Elle est à l’origine de la création d’ions solubes et de morceaux solides de roches de tailles variées. En fonction des climats, l’altération sur une même roche peut être plus ou moins importante.

a. Les facteurs d’altération physique des roches
1. Le rôle des variations de température et de l’eau dans l’altération physique

Les variations de température en climat froid et sec (gel/dégel) peuvent affecter la structure physique de la roche.
L’eau, contenue dans les diaclases (fractures) des roches, peut geler et augmenter de volume (10 % de volume en plus). Cela peut provoquer l’élargissement des diaclases et l’éclatement de la roche. L’eau participe donc à l’altération physique.

Doc. 1 : Schéma illustrant le phénomène de gel/dégel à l'origine de l'altération physique des roches
Remarque
À l’échelle de l’échantillon de roche, les minéraux qui la composent peuvent aussi se séparer, entrainant une perte de cohérence de la roche.

L’altération physique existe aussi en climat chaud et sec.
Sous l’effet des variations de température dans le Sahara par exemple (40-50 °C d’amplitude journalière), les roches se fragilisent et des fissures apparaissent.

Doc. 2 : Sol argileux fissuré sous climat chaud et sec
2. Le rôle des végétaux dans l’altération physique des roches

Les racines des végétaux leur permettent de puiser l’eau et les sels minéraux indispensables à leur développement.
En se développant, elles sont capables de fissurer les roches du sous-sol. Leur croissance provoque l’agrandissement de ces fissures et la désagrégation progressive de la roche.

Doc. 3 : Bloc granitique érodé en partie par les végétaux
Remarque : des molécules acides secrétées par les végétaux contribuent aussi à l’altération des roches.
3. Le rôle du vent dans l’altération physique des roche.

Les forts vents peuvent également provoquer la fracturation des roches et leur désagrégation.

L’altération physique, dite aussi mécanique, provoque donc la fragmentation et la désagrégation de la roche. L’altération physique facilite l’altération chimique, en augmentant la surface de contact entre la roche et l’eau de pluie.
Les climats plutôt secs sont davantage propices à l’altération physique.

b. L’altération chimique des roches

L’altération chimique affecte la composition minéralogique et chimique de la roche.
C’est l’eau de pluie qui en est le principal agent. Celle-ci est enrichie en dioxyde de carbone (qui provient de l’atmosphère).
Elle peut être responsable de la dissolution de certains minéraux de la roche par des phénomènes chimiques comme l’hydrolyse, par exemple.

En fonction de la composition minéralogique de la roche, celle-ci sera plus ou moins affectée par l’altération chimique. De plus, en fonction de la roche initiale, les produits d’altération formés sont différents.

Prenons l’exemple de l’altération chimique du calcaire :
Le calcaire est essentiellement constitué de carbonate de calcium de formule chimique CaCO3.
Une expérience permet de vérifier la solubilité du carbonate de calcium en présence d’eau distillée (sans dioxyde de carbone) ou en présence d’eau enrichie en dioxyde de carbone(qui représente l’eau de pluie).

La craie sera utilisée pour représenter le carbonate de calcium.
On dispose dans 2 tubes à essai de la poudre de craie et de l’eau distillée ou de l’eau enrichie en dioxyde de carbone. On agite.
Au début de l’expérience, dans les 2 tubes à essai, l’eau a une couleur blanchâtre.

Doc. 4 : Résultats de l'expérience après quelques heures

L’eau enrichie en dioxyde de carbone a dissout la poudre de craie.

L’équation chimique suivante explique ce phénomène :

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3- avec :
  • CO2 : dioxyde de carbone
  • H2O : eau
  • Ca2+ : ion calcium
  • HCO3- : ion hydrogénocarbonate

L’eau riche en CO2 a donc altéré chimiquement le carbonate de calcium. Il s’agit d’un phénomène de dissolution.
Cela a entraîné la création de deux ions dissous :

  • Ca2+ (ion calcium) ;
  • HCO3- (ion hydrogénocarbonate).

Sur le terrain, l’eau de pluie, enrichie en dioxyde de carbone, ronge donc progressivement le calcaire par une action de dissolution du carbonate de calcium.
Ce phénomène fait partie de l’altération chimique.
Les climats chauds et humides sont davantage propices à l’altération chimique.
L'altération des roches induit la formation de paysages particuliers, avec des plateaux calcaires et des gorges. Ces paysages sont qualifiés de paysages karstique, on y retrouve des structures spécifiques, les lapiaz.

Remarque
Dans d’autres cas, l’altération chimique modifie la structure de certains minéraux, entraine la formation de nouveaux composés, etc.
c. Bilan
Doc. 5 : Schéma bilan présentant les facteurs exogènes d'altération des roches
2. Un exemple d’altération physique et chimique d’une roche : le granite
a. Présentation de l’altération à l’échelle de la roche
Doc. 6 : Schéma présentant l'évolution d'un bloc de granite sain sous l'effet de l'altération
Etape A : du granit sain au granit fissuré

Le granite sain est une roche cohérente. Sous l’effet des variations de température, du phénomène de gel et de dégel de l’eau, du vent et des végétaux, le massif granitique sain subit l’altération physique.
Le granite sain se fissure : des diaclases apparaissent. Cette fragmentation de la roche augmente l’exposition aux facteurs de l’altération. Sous l’action de l’eau de pluie, l’altération chimique va alors débuter.

Etape B : du granit fissuré au granit altéré

La présence de fissures favorise la circulation de l’eau de pluie au contact des minéraux du granite. L’altération chimique se renforce. Un sable grossier appelé arène granitique apparait.
Le granite altéré devient friable.

Etape C : vers le chaos granitique

Plus l’altération physique et chimique se poursuit, plus le granite se désagrège. Des blocs arrondis de granite prennent naissance. L’arène granitique s’accumule dans les diaclases et au pied du massif granitique. On appelle cette structure un chaos granitique.

Les altérations physiques et chimiques ont donc entraîné au cours des temps la désagrégation du massif granitique.

b. Présentation de l’altération à l’échelle des minéraux qui constituent la roche
Doc. 7 : Croquis présentant l'évolution de la composition minéralogique d'un granite sain sous l'effet de l'altération
Le granite sain

Le granite sain est une roche entièrement cristallisée, de couleur souvent grise. Les cristaux sont soudés et bien visibles à l'œil nu. C’est une roche cohérente.

On distingue trois types de minéraux :

  • un minéral noir brillant, la biotite appelée aussi mica noir ;
  • un minéral blanc, le feldspath ;
  • un minéral transparent d'aspect gris, le quartz.
Le granite altéré

Un granite altéré est friable et présente une couleur marron ocre. Les minéraux de biotite et les feldspaths sont altérés. Le quartz est intact. Une poudre formée d’argiles s’est crée.

C’est l’eau de pluie qui est responsable de cette transformation à l’échelle des minéraux.
Elle les a altérés chimiquement :

  • les micas se sont transformés en oxydes de fer (d’où la couleur marron ocre de la roche) et en argiles ;
  • les feldspaths se sont transformés en argiles.

Les quartz, eux, restent intacts, car ils sont inaltérables.

Une solution de lessivage résulte aussi de cette altération chimique. Les cours d’eau se charge de ce fait en éléments minéraux. La composition chimique des cours d’eau est différente en fonction des roches traversées.

L'arène granitique

L’arène granitique est meuble. Elle est formée de poudre argileuse et de quartz inaltérables. Quelques minéraux très altérés de feldspaths et de micas peuvent encore être présents.
L’arène granitique est donc le résultat final de l’altération physique et chimique du granite par l’eau de pluie.

Doc. 8 : Schéma résumant l'altération du granite en arène granitique par l'eau de pluie

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