Le phénomène sédimentaire, recyclage des matériaux à la surface du globe
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- Anne Lamothe
- il y a 6 ans
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1 Le phénomène sédimentaire, recyclage des matériaux à la surface du globe BCPST1A Lycée Faidherbe
2 Des roches continentales aux sédiments océaniques
3 Les différentes origines des roches sédimentaires Dépôt de sédiments Diagenèse Roche sédimentaire Tests et squelettes d organismes vivants Précipitations Roche biogènes Roche chimique Dépôts de particules (grains de sables, argiles ) Roche détritique Dépôts horizontaux
4 Diversité des natures chimiques CaCO 3 Roches carbonatées = calcaires C organique Roches carbonées Nature chimique Si, Al minéraux silicatés Roches siliceuses Sels minéraux Roches salines = évaporites
5 I. Altération des continents : origine des particules sédimentaires
6 Un exemple d altération d une roche : le granite Granite de Flamanville Différents stades d altération de gauche à droite, - granite sain parcouru de diaclases fines délimitant des blocs anguleux, - granite «pourri», en voie de désagrégation, aux diaclases élargies et aux surfaces molles, - arène granitique d où émergent quelques boules de granite. Lithothèque de Normandie
7 Le granite, une roche homogène massive mais traversée par des fissures Granite de Flamanville Granite sain parcouru de diaclases fines délimitant des blocs anguleux Lithothèque de Normandie
8 Le granite, une roche homogène massive mais traversée par des fissures Granite de Flamanville Les fissures et diaclases sont liées à des joints acquis lors de l expansion magmatique et lors du refroidissement du magma. Lithothèque de Normandie
9 L altération commence au niveau des zones de fissures Granite de Flamanville Relations entre diaclases et zones d altération en «boules» Lithothèque de Normandie
10 Un exemple d altération d une roche : le granite Granite de Flamanville Boules de granite dans de l arène Lithothèque de Normandie
11 Un exemple d altération d une roche : le granite Par contre, au cours de l altération, le granite «pourri» perd sa cohésion car les cristaux altérés et fragmentés (biotite et plagioclases) se désolidarisent les uns des autres et se détachent ; à la surface, les plus gros cristaux, des cristaux clairs de feldspaths potassiques, deviennent proéminents à la suite de la disparition des cristaux voisins. La teinte verdâtre du granite pourri est due à de nombreux petits cristaux verts de chlorite qui résultent de l altération des biotites (noires). La teinte ocre est due à la présence d hydroxyde de fer. Granite de Flamanville Comparaison granite sain granite pourri Lithothèque de Normandie
12 Un exemple d altération d une roche : le granite Granite de Flamanville Arène granitique Une arène granitique s est accumulée au pied d un bloc de granite encore sain. Roche meuble, hétérométrique, l arène granitique résulte de la désagrégation complète des minéraux du granite à la suite de la fracturation et de l hydrolyse plus ou moins poussée des plagioclases et des biotites ; elle est formée de petits cristaux millimétriques de quartz, non altérés, et de feldspaths encore peu altérés (surtout l orthose, plus résistante que les plagioclases), sous forme de cristaux millimétriques ou centimétriques blancs ou roses. Lithothèque de Normandie
13 Une fois l arène dégagée : le chaos granitique Chaos granitique de Ploumanac h (Côtes d Armor)
14 Profil d altération du granite en milieu continental tempéré Boule de granite en cours de dégagement arène granitique arène granitique dans les zones de diaclases Boule de granite en cours de formation «boule» de granite granite non altéré
15 Carte géologique de France et chaos granitique Ploumanac h (22) Tanet (68) Sidobre (81) Aiguille du Midi (74) Margeride (48) Targassonne (66) Bonifacio (2A)
16 Profil d altération du granite en milieu continental tropical Sols à concrétions Cuirasse latéritique 4 Lithomarge Argile tâchetée Argile blanche 3 Granite altéré en «boules» 2 Granite sain (non altéré) 1
17 Profil d altération du granite en milieu continental tropical cuirasse latéritique lithomarge
18 Profil d altération du granite en milieu continental tropical sol cuirasse latéritique lithomarge Latérisation sur gneiss
19 Altération mécanique d autres roches massives filon de dolérite Altération en boules d un filon de dolérite (Presqu île de Crozon, 29)
20 Altération mécanique d autres roches massives structure en pelures d oignon Altération en boules de coulées basaltiques (Madère)
21 Altération chimique du granite en milieu continental tempéré : analyse minéralogique représentation isoquartz
22 Altération chimique du granite en milieu continental tempéré : analyse chimique Masse (en g) dans 100 cm 3 Si Al Fe Mg Ca Na K H O Granite 85,0 21,0 5,2 1,8 2,9 7,5 10,3 0,3 125,6 Arène 84,9 21,0 traces traces 0,1 0,8 5,2 1,2 126,9 Analyses chimiques comparées d un granite sain et de son arène Eau de pluie Eau de la Moselotte Concentration (mg.l -1 ) Na + K + Ca 2+ Mg 2+ HCO 3-1,9 0,3 1,4 0,3 traces 7,1 1,9 5,9 0,8 21,3 SO 4 2-2,1 5,1 Analyses chimiques comparées de l eau de pluie et de l eau d une rivière en région granitique
23 Altération chimique du granite en milieu continental tropical : analyses minéralogique et chimique La composition chimique, répertoriée en oxydes, est exprimée en gramme pour 100 cm 3. La composition minéralogique est exprimée en pourcentage.
24 Altérabilité des minéraux : le diagramme de Goldschmidt
25 Bilan : le devenir des éléments ioniques
26 Altérabilité des minéraux les séries de Bowen à l envers
27 Altérabilité des minéraux : rappel sur la structure des minéraux silicatés
28 Altérabilité des minéraux : rappel sur la structure des minéraux silicatés Structure de la muscovite (mica blanc) Structure du quartz
29 Altérabilité des minéraux : rappel sur la structure des minéraux silicatés Structure des feldspaths Contrairement au cas du quartz, il y a ici formation d'anneaux contenant quatre et huit tétraèdres
30 Modèle d hydrolyse d un minéral silicaté
31 Altération chimique : 1 er degré Orthose Illite orthose + eau illite + silice + potassium 3 KAlSi 3 O H 2 O + 2 H + K [Si 3 Al]Al 2 O 10 (OH) Si(OH) K + Rapport Si/Al = 2 BISIALLITISATION
32 Les argiles, des phyllosilicates
33 Les argiles, des phyllosilicates tétraèdre octaèdre
34 Les argiles, des phyllosilicates Illite = K [Si 3 Al]Al 2 O 10 (OH) 2 K+ = cation compensateur [Si 3 Al] = couche tétraédrique Al 2 O 10 (OH) 2 = couche octaédrique
35 Altération chimique du granite en milieu continental tempéré : évolution minéralogique MEB Minéraux argileux Structure en feuillets (phyllosilicates) LPA mica blanc corrodé LPA feldspath corrodé
36 Altération chimique : 1 er degré Orthose Illite orthose + eau illite + silice + potassium 3 KAlSi 3 O H 2 O + 2 H + K [Si 3 Al]Al 2 O 10 (OH) Si(OH) K + hydrolyse en milieu acide Rapport Si/Al = 2 BISIALLITISATION La même équation en prenant en compte le CO 2 CO 2 + H 2 O HCO 3- + H + 3 KAlSi 3 O H 2 O + 2 CO 2 KAl 2 [Si 3 Al]O 10 (OH) Si(OH) K HCO 3 - ALTERATION des SILICATES = POMPE à CO2 libération d hydrogénocarbonates
37 Altération chimique : 2 e degré Orthose kaolinite orthose + eau kaolinite + silice + potassium KAlSi 3 O H 2 O + 2 H + Si 2 O 5 Al 2 (OH) Si(OH) K + solution de lessivage hydrolyse en milieu acide Rapport Si/Al = 1 MONOSIALLITISATION La même équation en prenant en compte le CO 2 CO 2 + H 2 O HCO 3- + H + KAlSi 3 O H 2 O + 2 CO 2 Si 2 O 5 Al 2 (OH) Si(OH) K HCO - 3 ALTERATION des SILICATES = POMPE à CO2 libération d hydrogénocarbonates
38 Un exemple d argile : le kaolin Fragments de leucogranite altérés (leucogranite = Qz, Fd, muscovite) Carrière de kaolin à Ploemeur (56)
39 Un exemple d argile : le kaolin Qz Kaolin formé à partir des minéraux altérés Carrière de kaolin à Ploemeur (56)
40 Altération chimique : 3 e degré Orthose gibbsite orthose + eau gibbsite + silice + potassium KAlSi 3 O H 2 O + H + Al(OH) Si(OH) 4 + K + solution de lessivage Rapport Si/Al = 0 ALLITISATION
41 Altération chimique poussée : formation d oxydes Les ocres de Roussillon (Vaucluse, 84) cuirasse siliceuse sables jaunes à goethite sables ocreux à goethite et hématite La roche-mère est un sable glauconieux déposé en milieu marin.
42 Altération chimique poussée : formation d oxydes Les ocres de Roussillon (Vaucluse, 84) La roche-mère est un sable glauconieux déposé en milieu marin. L altération continentale des sables en milieu tropical a conduit à la formation d argiles (kaolinite) puis d oxydes.
43 Altération chimique poussée : formation d oxydes Les ocres de Roussillon (Vaucluse, 84) sables ocreux sables blancs (kaolinite autour des grains de quartz) L altération continentale des sables en milieu tropical a conduit à la formation d argiles (kaolinite) puis d oxydes.
44 Les différents produits d altération de l orthose KAOLINITE SMECTITE GIBBSITE 10 µm
45 La dissolution : exemple des carbonates Equilibre de dissolution du CO 2 dans l eau CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + CO H + CO2 : acidifiant des eaux de pluie [CO2] atm = 350 ppm ph = 5,5 Equilibre dissolution précipitation des carbonates CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3 - ALTERATION des CARBONATES = POMPE à CO 2
46 Bilan : altération et zonation climatique MILIEU TEMPÉRÉ MILIEU TROPICAL dans la lithomarge dans la cuirasse Hydrolyse incomplète incomplète complète Désilicification incomplète incomplète complète Désalcalinisation incomplète complète complète Minéraux argiles TOT argiles TO oxydes et hydroxydes formés (illite, smectite) (kaolinite)
47 Bilan : combinaison des deux modalités d altérations
48 Bilan : altération et zonation climatique BISIALLITISATION ALLITISATION MONOSIALL ITISATION
49 L altération chimique, une pompe à dioxyde de carbone
50 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de la gravité EBOULEMENTS
51 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de la gravité ECROULEMENTS
52 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de la gravité ECROULEMENTS Cap Blanc-Nez (62)
53 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de la gravité ECROULEMENTS Cap Blanc-Nez (62) volume de roches écroulé
54 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de la gravité GLISSEMENT de TERRAIN
55 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets du vent déflation Désert du Wadi Rum (Jordanie) REG ou désert de pierre
56 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets du vent déflation Adrar (Mauritanie) REG ou désert de pierre
57 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets du vent corrasion Grains de sable rond mat transport éolien
58 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau ruissellement/ravinement Jbel Til Maroc
59 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau ruissellement/ravinement Paysage de Bad Lands Marnes dites «Terres Noires», Oxfordien, Alpes
60 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau ruissellement/ravinement Cheminée de Fée Demoiselle Coiffée Queyras, Alpes
61 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau érosion verticale alluvionnement érosion
62 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau érosion verticale
63 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau érosion verticale Terrasses étagées, Népal
64 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau érosion latérale
65 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : effets de l eau érosion latérale Méandre encaissé de la Meuse Rive convexe Rive concave
66 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : érosion glaciaire (et sédimentation)
67 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : érosion glaciaire (et sédimentation) Relief moutonné lié à l érosion glaciaire (Alpes italiennes, Val d Aoste, Bard)
68 Mobilisation et érosion des particules sédimentaires : érosion glaciaire (et sédimentation) Stries liées à l érosion glaciaire (Alpes italiennes, Val d Aoste, Bard)
69 Formations résiduelles : cuirasses latéritiques cuirasse latéritique lithomarge
70 Formations résiduelles : cuirasses latéritiques remaniées les bauxites Carrière de bauxite Carlencas (34) bauxite calcaire dolomitique
71 Formations résiduelles : relief karstique
72 Formations résiduelles : relief karstique lapiez
73 gouffre Formations résiduelles : relief karstique
74 doline Formations résiduelles : relief karstique
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