CHAPITRE 9 : LA DISPARITION DES RELIEFS
Introduction L étude comparée de plusieurs chaînes de montagnes montre que les caractéristiques de ces dernières évoluent au cours du temps et permet de comprendre les processus responsables de la disparition des reliefs et les modalités de recyclage de la lithosphère continentale. On trouve ainsi, sur tous les continents, des vestiges d anciennes chaines de montagne datant de plusieurs centaines de millions d années. Un cycle orogénique se décompose de la façon suivante : surrection (mise en place) - érosion - pénéplanation (disparition totale jusqu'au stade plaine). On peut estimer à 100 à 150 millions d'années la durée moyenne d'un cycle orogénique. Problèmes : Comment l altération et l érosion participent-elles à l effacement des reliefs? Que deviennent les produits issus de l érosion du relief? Comment les phénomènes tectoniques contribuent-ils à l effacement des reliefs? Comment est recyclée la lithosphère continentale?
1. Comparaison chaînes de montagnes anciennes et récentes Paysage des Alpes Début de formation -30 Ma Paysage des Pyrénées Début de formation -80 Ma Paysage du Massif Central Début de formation -350 Ma Paysage du Massif Armoricain Début de formation dès -600 Ma mais accélérée vers 360 Ma
Une chaine de montagne récente est caractérisée par des hauts reliefs et par une racine crustale profonde. A l affleurement, les montagnes récentes présentent une quantité modérée de roches formées en profondeur (granit et roches métamorphiques (gneiss, micaschiste)) et on y observe la présence de roches sédimentaires formées en milieu marin, c est l inverse dans le cas des chaines de montagnes anciennes.
Chaines de montagnes Caractéristiques Âge du début de la collision Reliefs Racine crustale Proportion de roches d origine profonde à l affleurement Alpes Himalaya Pyrénées Oligocène (ère tertiaire) Alpes Pyrénées : ~40 Ma / 70 Ma Himalaya : 70 Ma Arêtes saillantes, aiguilles, fortes pentes Alpes française : Mont Blanc : 4810 m Himalaya : 14 des plus grands sommets du monde (Everest : 8 848m) Présente et profonde Alpes : 56 km Himalaya : 70 km Modérée dans certains massifs Présence de roches sédimentaires déposées en milieu marin Massif Central Massif armoricain Paléozoïque (ère primaire) : ~300 Ma Relief adouci, arrondi (mamelons) voire absence de relief Plomb du Cantal : 1855m Les Monts d Arrée : 385m Absente ou peu profonde Massif central : 25 à 30 km Forte dans certains massifs L'érosion a déblayé les terrains sédimentaires susjacents.
2. Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs A. Des processus mécaniques et chimiques Erosion : ensemble des phénomènes mécaniques qui altèrent, enlèvent les débris et particules issus de l altération et modifient le relief. Action de l'eau Exemples d'érosion Dans de nombreuses régions, les pluies ont des effets dévastateurs. Le ruissellement provoque une dénudation des terrains. Dans des cas extrêmes, cela peut aboutir à un véritable ravinement (photo).
Exemples d'érosion Action du gel Dans les régions où l eau subit des phénomènes de gel dégel, elle peut entraîner la fracturation des roches. En effet, en passant de l état liquide à l état solide, le volume de l eau augmente d environ 10%. Ainsi, quand l eau infiltrée dans les fissures (diaclases) d une roche gèle, l augmentation du volume d eau provoque l éclatement de la roche Face ouest des Drus (3 764 m, massif du Mont Blanc)
Exemples d'érosion Action des végétaux Erosion physico-chimique due aux racines (Angkor temple de Wat Siem Reap)
Exemples d'érosion Action du vent Des "rochers champignons" (désert de Lybie) Ce sont des figures caractéristiques des zones arides soumises à l érosion éolienne. En effet, sous l action abrasive des grains de sable transportés par le vent, les roches sont usées. L efficacité maximale de l usure se situe vers 1 à 1,50 m de hauteur, zone où la plus grande partie des grains de sable qui se déplacent vient frapper le rocher. Plus haut d une part, au ras du sol d autre part, l action érosive est moins importante. Ce sont des formations géologiques remarquables. En effet, on peut y voir des figures d érosion spectaculaires et uniques au monde, comme «La Vague». Il s agit de fines couches de grès (datées de 190 Ma), plus ou moins dures, usées par l action du vent et de la pluie.
2. Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs A. Des processus mécaniques et chimiques Altération : modification chimique d une roche sous l action d un agent naturel de surface comme l eau. Exemples d'altération Correction TP 16 1 ère partie : exemple de l'altération du granit A l'œil nu, on observe un changement de couleur quand le bloc s'altère : la couleur rouille apparaît et montre qu'il existe donc de l'oxyde de fer dans le granite. Peu à peu le granite altéré s'effrite et devient de l'arène granitique (roches dégradées). L'arène granitique contient des petits morceaux de granite, du sable et de l'argile. Elle est meuble.
Au microscope LPA Mica noir Feldspath Quartz LPA Feldspath Microfissure Mica Aspect «propre», minéraux bien visibles, jointifs Aspect «sale», minéraux plus ou moins fragmentés
Un massif granitique présente de nombreuses fissures : les diaclases par lesquelles l'eau de pluie va s'infiltrer. L altération d un Feldspath Plagioclase : NaAlSi 3 O 8 + 11 H 2 O ------------> Si 2 O 5 Al 2 (OH) 4 + 4 H 4 SiO 4 + 2 (Na +, OH - ) (Kaolinite) L altération de la biotite : 2K(Fe,Mg) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 + 17 H 2 O Si 2 O 5 Al 2 (OH) 4 + 6FeO(OH) + 4Si(OH) 4 + 2K + + 2OH- (Kaolinite) L'eau provoque alors une transformation chimique des minéraux qui composent le granite. Les minéraux les plus fragiles comme les feldspaths et les micas vont s'altérer et se transformer en minéraux argileux (ex : Kaolinite) responsables de la couleur rouille de l' arène granitique. L'altération des minéraux du granite est ainsi responsable du passage d'une roche cohérente (le granite sain) à une roche friable, puis à une roche meuble (l'arène granitique).
L'eau a une autre action, elle est responsable de la réaction d hydrolyse c est à dire la destruction des minéraux par l eau. En effet, l eau, acide car chargée de CO 2 dissous et d acides humiques, attaque les roches silicatées comme le granite. Il y a substitution partielle de certains cations des minéraux par des ions H + et donc mise en solution de ces cations dans l'eau. RRQ. les racines ont tendance à acidifier le milieu. Ce rejet d ions H + peut interférer avec des cations qui constituent les minéraux des roches environnantes et, ainsi, favoriser l altération chimique. Les molécules organiques issues de la décomposition des végétaux participent également à l altération chimique. Or certains cations sont très solubles : K+, Na+, Ca2+, Fe2+, ce sont les ions que l'on trouve dans les feldspath et les micas. Ces minéraux vont donc perdre ces cations et être fragilisés. Ce qui n'est pas exporté, principalement l'aluminium, le fer +++ et une partie de la silice se réorganise pour former un nouveau réseau cristallin stable aux conditions de la surface, le plus souvent pour former des phyllosilicates hydratés, dont les plus connus sont les argiles
Erosion par l'eau, le gel, le vent, les végétaux qui créent des fissures dans le granit (diaclases) Altération : Hydrolyse des minéraux : feldspaths, mica puis formation de nouveaux minéraux argileux et libération d ions qui sont lessivés
L'altération du calcaire Exemples d'altération L eau de pluie, chargée de dioxyde de carbone, s écoule dans les failles ou fissures du massif de calcaire. CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca 2+ + 2 HCO 3 - Sous l effet de l altération chimique de la roche, les fissures s élargissent et forment des paysages de type karstique. Les paysages karstiques sont caractérisés par des formes de corrosion de surface, mais aussi par le développement de cavités creusées par les circulations d'eaux souterraines Massif de la Chartreuse Montpellier le vieux
Correction TP 16 2 ème partie : estimation du taux d'érosion d'une chaîne de montagnes 5000 m On a donc une perte de 5000 m en 50 Ma, soit 100 m/ma T= 100 m/ma 50 Ma
L'épaisseur moyenne des sédiments est de 5 km sur une surface de 215 353 Km 2 et 98 437 Km 2. Soit (215 353 + 98 437) x 5 = 1 568 950 Km 3 Sachant que la surface des Alpes est de 179 666 Km 2, l'épaisseur des roches supprimées par l'érosion est de 1 568 950 / 179 666 = 8.73 km L'érosion moyenne est donc de 8730 m en 50 Ma soit 174.6 m/ma R = 174.6 m/ma Soit un taux d'érosion de 0.1746 mm/an
On observe une nette différence entre la valeur théorique T :100 m/ma et la valeur réelle R : 174.6 m/ma A quoi est due cette différence? On observe que lors de l'érosion, les roches de la croûte continentale remontent par rééquilibrage isostasique. Ainsi, le volume a éroder augmente, ce qui explique la différence de résultat entre T et R.
Schéma bilan A l'échelle continentale, l'érosion par les eaux de ruissellement,la glace et le vent tend à aplanir les reliefs (diminution d'altitude). Selon le principe de l'isostasie, l'érosion de matériaux à la surface d'un continent entraîne un rééquilibrage des masses : il y a remontée de l'ensemble de la lithosphère continentale. Ainsi, cette remontée permet, dans le cas des massifs anciens, l'apparition en surface des roches métamorphiques (gneiss) tandis que dans les massifs récents on observe en surface principalement les roches magmatiques (granit) De cette manière, la croûte continentale s'amincit progressivement : on tend vers la pénéplaine. Les volumes érodés sont transportés par les cours d'eau, jusqu'à l'océan ou ils sédimenteront et deviendront des roches sédimentaires (sables, argiles )
2. Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs B. Le transport et la sédimentation des particules Outre le vent et la glace, 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. Pour des particules de taille importante, le transport s effectue en roulant ou en glissant au fond de l eau : lors des crues, c est la pression exercée par le courant qui fait rouler les blocs.
Les particules sont transportées par les réseaux hydrographiques dans des bassins sédimentaires continentaux ou océaniques associés à la chaîne de montagnes. Torrent dans l Himalaya
L épaisseur des sédiments déposés par Le Gange, transportant les matériaux issus de l érosion de l Himalaya. (sédimentation de type delta)
Les ions dissous arrivant dans la mer ou l'océan y précipitent et forment d autres types de roches sédimentaires : les calcaires par la réaction inverse de l altération : Ca 2+ + 2 HCO 3 - CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Les coraux peuvent utiliser les éléments dissous pour se construire un squelette en carbonate de calcium (CaCO 3 ).
3. Des processus tectoniques participent à la disparition des reliefs. Lorsqu'on observe une carte de la sismicité actuelle des Alpes, on constate que les séismes de la zone centrale sont des séismes d'extension. Les séismes de compression ont lieu à la périphérie du massif. Les séismes d'extension sont dus essentiellement à l'effondrement du massif. Comme les terrains situés autour ne subissent pas cet effondrement, ils résistent, créant ainsi une tectonique de compression.
Dans un premier temps, le mouvement de convergence des plaques engendre des forces compressives horizontales sur les roches : F L qui tendent à créer un relief et une racine crustale. Dans le même temps, les roches sont soumises à des forces verticales liées au poids des reliefs et à la poussée d Archimède s exerçant sur la racine. Les forces de volume : F v sont d autant plus intenses que la croûte est épaisse. Dans un second temps, l intensité des Fv finit par égaler les F L, il apparait alors les premiers signes d une extension au cœur de la chaîne. Cette étape peut durer, si les forces compressives se poursuivent, c est ainsi que l Himalaya poursuit encore aujourd hui sa croissance. Si ce n est pas le cas (la collision cesse), les Fv deviennent supérieures aux F L, la chaîne s effondre, la croûte s amincit et la racine crustale remonte (rebond isostasique) remontant les roches formées en profondeur.
4. Le recyclage de la lithosphère continentale