CHAPITRE 4 : LA DISPARITION DES RELIEFS

Sciences de la Vie et de la Terre Classe de Terminale S Thème 1B : LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE CHAPITRE 4 : LA DISPARITION DES RELIEFS Les reliefs en surface et les paysages évoluent au cours du temps, notamment sous l action de l eau. L eau érode les roches, transporte les matériaux issus de l érosion puis les dépose : ces dépôts sont à l origine des roches sédimentaires. Ces phénomènes nous permettent d observer des chaînes de montagnes récentes et des chaînes de montagnes anciennes. Problématique : Quels sont les processus d altération des reliefs et que deviennent les produits issus du démantèlement? I/ L aplanissement des chaînes de montagnes A) La comparaison entre montagnes anciennes et montagnes récentes Les géologues distinguent des massifs anciens et des chaînes de montagnes récentes. Par exemple, le massif armoricain, le massif central et les Vosges sont des massifs anciens alors que les Pyrénées et les Alpes, en revanche, sont des chaînes de montagnes récents. Chaînes de montagnes et chaînes récentes se distinguent par une variété de paysages et de reliefs. En particulier, les plus hauts sommets des massifs anciens dépassent rarement 1000m d altitude alors que, dans les Alpes, plusieurs dizaines de sommets dépassent 4000m. Ces différences d altitude s expliquent par la longue érosion subie par les massifs anciens. Sur tous les continents on trouve d anciennes chaînes de montagnes nivelées par l érosion. Des soulèvements locaux et récents redonnent parfois un certain relief. La profondeur du Moho est de 25 à 30 km et correspond à une épaisseur de croûte continentale normale. Elles sont souvent recouvertes de roches sédimentaires récentes. On peut y observer à l affleurement, grâce à l érosion et à l isostasie, une forte proportion de roches plutoniques et métamorphiques formées en profondeur qui informent sur la constitution des racines crustales des chaînes plus récentes. Si l on compare la représentation des roches à l affleurement, on relève une abondance de granite (roche plutonique) et de gneiss (roche métamorphique) dans le cas des chaînes anciennes. Dans le cas des chaînes récentes, la proportion de ces roches d origine profonde est plus modeste et ce sont surtout les roches sédimentaires qui affleurent. 1

Tableau synthétique de comparaison B) Une estimation de la vitesse d érosion L estimation de la vitesse d érosion d une chaîne de montagnes est complexe. Elle peut se fonder sur une estimation de la masse des matériaux transportés puis déposés par tous les cours d eau issus de cette chaîne de montagnes. Elle peut aussi être réalisée par thermochronologie. Cette technique consiste à estimer la vitesse de remontée vers la surface des roches profondes en se fondant sur des traces présentes dans certains minéraux qui sont dépendantes de la température de la roche. Par ailleurs, un calcul simple permet alors d estimer la vitesse d érosion. Les résultats montrent par exemple que, dans les Alpes centrales, une épaisseur de roches de 24km a été enlevée depuis -38 Ma BILAN : Les massifs anciens (Massif central, Massif armoricain et Vosges) sont les vestiges d anciennes chaînes de montagnes dont les reliefs étaient comparables à ceux d une chaîne récente (Alpes, Pyrénées). Ces différences d altitude actuelles s expliquent par la longue érosion subie par les massifs anciens. Différentes méthodes permettent d estimer la vitesse d érosion d une chaîne de montagnes. II/ L altération des roches Sous l action des facteurs climatiques et biologiques les roches en surface sont altérées et érodées. L eau est un agent essentiel de ces mécanismes. Les roches subissent une altération physique et une altération chimique puis sont déblayées par l eau de ruissellement, les glaciers ou le vent. Ainsi l érosion enlève une quantité importante de roches aux chaînes de montagnes et modifie le relief. v Altération : Ensemble des phénomènes qui regroupent les processus physiques, chimiques et biologiques qui conduisent de la roche saine à se produits de décomposition v Erosion : Ensemble des phénomènes qui altèrent, enlèvent les débris et particules issues de l altération et modifient le relief A) Une altération physique Un certain nombre d agents sont responsables de la désagrégation mécanique des roches et donc d une modification du relief. Les principaux agents sont le gel, la glace, les variations de température et les végétaux. Dans les régions où l eau subit des phénomènes de gel-dégel, elle peut entraîner la fracturation des roches. En effet, en se solidifiant, l eau augmente de volume d environ 10%. 2

Ainsi, quand l eau infiltrée dans les fissures d une roche gèle, elle provoque l éclatement de la roche (d où l expression «geler à pierre fendre»). Des pans entiers de roches peuvent alors se détacher laissant en place des reliefs aux arêtes anguleuses. Les blocs qui se sont détachés seront entraînés par les glaciers et les torrents. La pression et les frottements exercés sur les roches par le déplacement des glaciers peuvent les transformer en matériaux très fins (limons, poussières etc.) : on parle de farine glaciaire. Les variations brutales de température (par exemple entre le jour et la nuit) peuvent entraîner la désagrégation d une roche, surtout si celle-ci est composée de minéraux n ayant pas le même coefficient de dilatation. Ce phénomène est particulièrement important en haute montagne et dans les déserts. Enfin les racines des végétaux en se développant, agrandissent des fissures et contribuent à la désagrégation des roches B) Une altération chimique La principale réaction chimique responsable d une altération est l hydrolyse, c est à la dire la destruction des minéraux par l eau. Dans le cas d un granite soumis à l action de l eau, on constate des auréoles d altération autour des micas et des feldspaths. A l'échelle de l'échantillon, et en fonction de l'altération : Des auréoles de couleur rouille entourent les cristaux de biotite, les feldspaths sont ternes, La roche présente en surface une couleur marron ocre, les cristaux de biotite ne sont plus reconnaissables, les feldspaths sont ocres, une très fine pellicule poudreuse recouvre l'échantillon qui est friable. 3

Granite altéré Ces minéraux appartiennent à la famille des silicates, c est à dire qu ils présentent une charpente formée par des molécules SiO 4 entre lesquelles se trouvent différents cations (K +, Na + ). Sous l action de l eau, ces cations vont être mis en solution de façon plus ou moins importante. Ainsi la structure du minéral est modifiée avec formation de nouveaux minéraux et lessivage de certains ions. Dans les différents cristaux, les ions ne réagissent pas tous de la même façon au cours du phénomène d hydrolyse. : Certains cations sont solubles (Ca 2+ ; Mg 2+ ), ils peuvent être évacués vers les océans et constituer des calcaires par exemple. D autres cations sont insolubles (Al 3+ ) et précipitent sous la forme d hydroxydes (ils sont à l origine de gisements métallifères par exemple de bauxite) 3- Enfin certains anions sont solubles (PO 4 ; SO 2-4 etc.) et peuvent être évacués vers les océans où ils réagiront avec les cations solubles permettant ainsi la formation de carbonates, sulfates ou phosphates par exemple. Dans un massif calcaire, l eau chargée de CO 2 transforme les carbonates insolubles en hydrogénocarbonates solubles : CaCO 3 (carbonate de calcium) + CO 2 + H 2 O ßà Ca 2+ + 2HCO 3- (hydrogénocarbonate de calcium) C est ainsi que se forment des fissures, des gouffres etc. caractéristiques des paysages calcaires karstiques 4

Ainsi le bilan général d une réaction d hydrolyse, durant l altération chimique, peut s écrire : MINERAL d origine + EAU <-> MINERAL nouvellement formé + SOLUTION DE LESSIVAGE La roche, comme le granite, perd alors sa cohérence et forme un sable grossier ou arène granitique. L enlèvement des matériaux ou érosion dépend de la pesanteur des courants qui les transportent. Ce processus est d autant plus intense que les reliefs sont importants. BILAN : Les roches subissent une désagrégation physique et une altération chimique. Différents agents sont responsables de la désagrégation mécanique des roches et donc d une modification du relief : les principaux sont le gel, la glace, les variations de température et les végétaux. Le principal agent de l altération chimique des roches est l eau : de nombreux minéraux subissent une hydrolyse. La structure des minéraux (par exemple des feldspaths et des micas) est modifiée avec formation de nouveaux minéraux et libération d ions qui peuvent être lessivés. III/ Transport et dépôt des produits issus de l altération A) Le transport par les eaux courantes L eau est le principal agent de transport des éléments issus de l altération des roches. Les ions sont transportés en solution, et les particules peuvent rester en suspension tant que la force du courant est suffisante. On définit la charge sédimentaire d un cours d eau comme l ensemble des matières en suspension et des matières dissoutes qu il peut transporter. Par l analyse d échantillons d eaux sur de longues périodes, il est possible de dresser un bilan d érosion sur l ensemble du bassin d un cours d eau. B) Des processus de sédimentation v Sédimentation : Ensemble des étapes conduisant à la formation et à l accumulation des sédiments. Si la zone de dépôt est de grande étendue et que les sédiments se déposent durant une longue période, il s agit d un bassin sédimentaire. Il est alors possible de mesurer la vitesse de sédimentation. 5

Les eaux en mouvement, les torrents, les rivières transportent les produits de l altération et de l érosion, soit sous forme de particules solides, soit sous forme d ions en solution. Les particules solides peuvent être transportées, sédimentées ou remises en suspension en fonction de leur taille et de la vitesse du courant. Il en résulte un tri granulométrique avec une sédimentation plus ou moins du lieu de l érosion. Le vent et les glaciers participent également au transport des sédiments. Les éléments dissous transportés dépendant surtout de la nature des roches rencontrées. Le plus souvent la sédimentation est d origine biochimique. Les êtres vivants utilisent les substances dissoutes dans l eau (hydrogénocarbonates de calcium ou de silice) pour fabriquer leur coquille ou leur squelette. Les récifs coralliens constituent des zones importantes de sédimentation calcaire. Leur développement dépend de la température, de la salinité et de la clarté de l eau. La sédimentation purement chimique est plus rare. La grande majorité des matériaux détritiques (roche formée par accumulation puis consolidation de sédiments d origine continentale) prélevés sur les continents et transportés par les fleuves se déposent dans les océans en particulier au niveau de la plate-forme continentale mais ils peuvent dévaler le talus en formant des courants boueux ou courants de turbidité avant de s accumuler à la base du talus. C) Des flux sédimentaires très variables Finalement, la charge sédimentaire résiduelle d un cours d eau rejoint un bassin océanique où elle se dépose. On appelle flux sédimentaire la quantité de sédiments déposés dans un bassin en fonction du temps : par exemple, 1 à 2 milliards de tonnes de sédiments sont déposés annuellement par le Gange, dans le golfe de Bengale. Ces sédiments sont à l origine de roches sédimentaires. 6

A partir de l estimation des flux sédimentaires pour les grands bassins fluviaux de la planète il est possible d estimer le volume de roches enlevé chaque année aux continents. BILAN : L eau est le principal agent de transport des éléments issus de l altération des roches. Les ions sont transportés en solution, les particules en suspension. On définit la charge sédimentaire d un cours d eau comme l ensemble des matières en suspension et des matières dissoutes qu il peut transporter. Les matériaux transportés rejoignent finalement un bassin océanique où ils se déposent. On appelle flux sédimentaire la quantité de sédiments déposés dans un bassin en fonction du temps. A partir de l estimation des flux sédimentaires pour les grands bassins fluviaux de la planète, il est possible d évaluer approximativement le volume de roches enlevé chaque année aux continents. IV/ L intervention de phénomènes tectoniques A) Des réajustements isostatiques Dans les massifs anciens tels que le Massif central ou le Massif armoricain affleurent des granites âgés de plus de 300 Ma et qui se sont formés à des profondeurs allant de 10 à 15 km. Cette mise à l affleurement des roches formées en profondeur n est pas le seul fait de l érosion. En effet, l allègement des masses rocheuses en surface dû à l érosion entraîne une remontée de croûte continentale profonde pour rétablir l équilibre isostatique : on parle de rebond isostatique. On estime que, pour 100m d érosion, il y a une remontée de la chaîne de 80m. 7

B) Un effondrement gravitaire de la chaine de montagnes Les chaînes de montagnes se forment par épaississement crustal, suite à une collision continentale, avec une compression importante des terrains. Paradoxalement, une extension est constatée au cœur de certaines chaînes de montagnes récentes. Ainsi, dans la zone axiale des Alpes, on observe de très nombreuses failles normales récentes qui traduisent une extension des terrains. En effet lorsque les mouvements de convergence et la poussée d Archimède ne sont plus suffisants pour soutenir les reliefs, la croûte s étire et s amincit. Les géologues expliquent ces observations de la manière suivante : Vers la fin de la phase active de collision, l épaississement de la croûte et de la lithosphère aboutit à un équilibre entre les forces tectoniques et les forces gravitaires (la croûte épaisse et légère est en équilibre sur le manteau plus dense). L érosion perturbe cet équilibre en enlevant de la matière et entraine un soulèvement par réajustement isostatique A la fin du processus de convergence, la compression étant très réduite, un «effondrement» de la chaîne dans sa région centrale se produit sous l effet du poids des reliefs L ensemble de ces processus crée des conditions favorables à la réalisation de l aplanissement final de la chaîne 8

C) Le recyclage de la croûte continentale Les roches quelle que soit leur origine, dés qu elles arrivent en surface sont soumises à l altération et à l érosion. Les produits continentaux qui en résultent peuvent soir s accumuler dans des bassins sédimentaires proches, soit plus souvent être transportés jusqu à la mer par les rivières et se déposer dans les deltas et sur les plateaux continentaux. Lors de la formation d une chaîne de montagnes, les roches de la croûte continentale et celles de la croûte océanique subissent un métamorphisme plus ou moins intense aboutissent dans certains cas à la formation de roches métamorphiques ou à une fusion partielle avec formation de roches volcaniques ou plutoniques. Ces roches amenées en surface par l isostasie et la tectonique seront érodées et altérées. L ensemble de ces phénomènes constitue un vaste recyclage de la croûte continentale et actuellement, on considère que création et destruction de la croûte continentale s équilibrent à peu près. Les chaînes de montagnes se forment en 30 à 50 Ma, mais dés leur formation, elles sont soumises à l érosion. Les parties superficielles des reliefs tendent alors à disparaître. Des processus tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs. 9

Ainsi la création de croûte continentale dans les zones de convergence compense actuellement sa destruction, la lithosphère continentale est recyclée en permanence, plutôt en superficie contrairement à la lithosphère océanique qui est quasiment recyclée exclusivement dans le manteau. Le recyclage de la lithosphère Lithosphère continentale Très grande proportion recyclée superficiellement Très faible proportion recyclée dans le manteau Quasi-totalité recyclée dans le manteau Lithosphère océanique AGE JUSQU'A 5 MILLIARDS D ANNEES AGE INFERIEUR A 200 MILLIONS D ANNEES 10

SCHEMA : LE CYCLE DES ROCHES 11