Transport et sédimentation des produits de l'altération - Maxicours

Transport et sédimentation des produits de l'altération

Objectifs
  • Savoir que l’eau est le principal agent de transport des particules issues de l’altération des roches.
  • Comprendre comment se déroule le transport et le dépôt des particules le long des cours d’eau.
  • Savoir définir et expliquer le processus de sédimentation.
  • Connaitre le mode de formation des certaines roches calcaires.
Points clés
  • L’eau joue un rôle important dans le transport des particules le long des cours d’eau.
  • Le transport des particules dépend de leur taille et de la vitesse du courant : un tri granulométrique des particules se réalise.
  • Lorsque la vitesse du courant est insuffisante les particules solides se déposent.
  • Les particules solubles se précipitent au fond des océans, en fonction des températures de l’eau pour former des roches calcaires.
  • Le processus de sédimentation se déroule en plusieurs étapes : le dépôt, la déshydratation, la compaction puis la cimentation.
  • Le processus de sédimentation permet la formation de roches sédimentaires.
Pour bien comprendre
  • L’érosion se définit comme la dégradation naturelle d’un paysage, qui comprend l’altération de la roche et le transport des particules solides et/ou solubles.
  • Produits de l’altération : particules de tailles différentes et ions solubles
1. Le transport des particules issues de l'altération des roches
a. L'eau : principal agent de transport des produits de l'altération

Les produits de l’altération des roches de tailles variées (du bloc rocheux aux particules fines) et les ions dissous, restent rarement sur place.
Ce transport est une étape du processus d’érosion.
L’eau est le principal agent de transport des particules le long des torrents, rivières, fleuves... jusqu’à la mer.

Doc. 1 : Vue en coupe d'une rivière
Doc. 2 : Vue aérienne d'un bassin versant
b. Transport et tri granulométrique

Le transport des produits de l’altération se fait de l’amont d’un cours d’eau vers l’aval.
Le transport dépend de la taille des particules solides et de la vitesse du courant de l’eau.
La vitesse du courant est élevée dans les torrents des montagnes en amont par exemple, puis diminue le long des rivières et fleuves jusqu’à leur embouchure en aval.
Lorsque la vitesse du courant devient insuffisante par rapport à la taille de l'élément solide, celui-ci se dépose.

Le diagramme de Hjulström illustre le comportement des grains, par exemple en fonction de leur taille et de la vitesse du courant.

Doc. 3 : Diagramme de Hjulsöm

Pour des vitesses fortes de l’eau, dans les torrents par exemple, les particules sont arrachées du fond et transportées.

Pour des vitesses plus faibles, les particules en suspension dans l’eau ayant un faible diamètre sont transportées. Elles se déposent quand le courant est insuffisant pour les transporter ou si le diamètre de ces dernières est trop important.

Prenons l’exemple des particules de 1 mm de diamètre.

  • Lorsque la vitesse de l’eau est importante (> 60 cm/s), le courant est assez puissant pour altérer la roche et transporter les particules (point 1 sur le graphique).
  • Lorsque la vitesse de l’eau est comprise environ entre 8 cm/s et 60 cm/s, les particules sont transportées (point 2 sur le graphique).
  • Lorsque la vitesse de l’eau est plus faible (< 8 cm/s), les particules ne se déplacent plus et se déposent sur place : elles sédimentent (point 3 sur le graphique).

Ce tri des particules le long des cours d’eau en fonction de leur taille s’appelle le tri granulométrique.

c. La forme des produits de l'altération : un indice sur leur durée de transport

Lors du transport par l’eau, les particules solides de grosses tailles poursuivent leur désagrégation si le courant de l’eau est fort. Elles se fragmentent.
Les plus petites particules, comme les grains de sable, changent de forme au cours de leur transport dans les cours d’eau.

Doc. 4 : Croquis présentant deux grains de sable ayant subi une durée de transport différent

Les grains anguleux sont non usés. Cela signifie qu’ils ont été peu transportés par l’eau. Ils se sont vite déposés.
Les grains ou galets arrondis et émoussés sont usés. Cela signifie que le transport par l’eau a été plus long.

Le long d’un cours d’eau, de l’amont vers l’aval, la quantité de grains anguleux sera donc de moins en moins importante, tandis que la quantité de grains arrondis sera de plus en plus importante.

2. Le processus de sédimentation : les étapes de la formation d'une roche sédimentaire détritique

La sédimentation est un processus géologique qui permet la formation des roches sédimentaires de nature variée.

Les roches sédimentaires résultent de l’accumulation de sédiments variés (morceaux de roches, particules, débris de coquilles, etc.) et/ou de précipitations à partir d’ions dissous.

Par exemple, une roche sédimentaire détritique est une roche composée d’au moins 50 % de débris solides issus de l’altération d’autres roches.
Il est possible de distinguer les brèches et les poudingues, qui sont des conglomérats formés de sédiments ayant un diamètre important. Au contraire, les grès et les pélites sont formés de sédiments plus petits.

Doc. 5 : Photographie d'un fragment de grès
Doc. 6 : Photographie d'un conglomérat
a. Le dépôt des éléments solides de l'altération

À leur dépôt, les éléments solides de l’altération forment des sédiments, qui s’accumulent sous forme de couches au fond des cours d’eau ou de la mer.

Doc. 7 : Schéma représentant le dépôt des particules le long d'un cours d'eau

Certains lieux sont plus propices à ce phénomène de dépôt sédimentaire : c’est le cas des deltas.

Doc. 8 : Photo aérienne du delta du Mississippi

La couleur beige sur la photo du delta montre les dépôts sédimentaires importants de type sable fin.
Le courant devenant très faible dans le delta, les particules les plus fines ayant été transportées se déposent.
Plus de 500 millions de tonnes de particules fines solides se déposent dans le delta par an.

b. La déshydratation et la compaction

Sous l’effet du poids des couches sédimentaires qui s’accumulent, l’eau présente est chassée : c’est l’étape de déshydratation.

Le poids important des couches sédimentaires a aussi pour conséquence une augmentation de pression qui participe à l’étape de compaction.

Le vide entre les particules des couches de sédiments est alors réduit.

Doc. 9 : Croquis illustrant le processus de compaction des sédiments
c. La cimentation

Le reste d’eau, qui circule encore au sein des couches sédimentaires, dépose des substances minérales qui constituent un ciment. Ce phénomène porte le nom de cimentation.

Cela va donner une cohérence aux sédiments.

Doc. 10 : Croquis illustrant le processus de cimentation

Après déshydratation, compaction et cimentation, on obtient alors des couches sédimentaires horizontales, appelées aussi strates, qui se superposent dans un ordre chronologique.

La déshydratation, la compaction et la cimentation permet de former une nouvelle roche. L’ensemble des processus permettant la formation d’une roche se nomme la diagenèse.

Doc. 11 : Croquis présentant la transformation des sédiments en couches sédimentaires
d. Bilan résumant le processus de sédimentation
Doc. 12 : Schéma résumant les principales étapes de la formation des roches sédimentaires détritiques

Les phénomènes de sédimentation, de compaction et de cimentation permettent la formation de roches sédimentaires, qui peuvent être de nature détritique. Ce processus, permettant la formation d'une nouvelle roche, se nomme la diagenèse.

e. Le devenir des particules solubles

Certaines particules solubles issues de l’altération, en précipitant, contribuent à la formation d’un ciment qui permet de lier les débris sédimentaires et rendre les couches de sédiments plus cohérentes.

Dans d’autres cas, certaines particules solubles peuvent précipiter au fond des océans et participer à la formation des roches sédimentaires de type calcaire (riche en carbonate de calcium).

Ces particules solubles qui précipitent pour former du carbonate de calcium sont les ions Ca2+ et HCO3-.

L’équation suivante résume la réaction chimique de précipitation :

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

La précipitation de ces ions varie en fonction de la température de l’eau.

La formation du carbonate de calcium est favorisée dans les eaux chaudes et peu profondes. Les zones les plus propices à la formation de roches calcaires se trouvent donc en bordure de continents, surtout en zone tropicale et équatoriale.

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