Géologie: Altération des Roches et Formation Sédimentaire

L'Altération des Roches

Définition et Types d'Altération

L'altération est le processus de transformations chimiques et physiques des roches mères et des minéraux primaires, donnant naissance à des minéraux secondaires tels que les argiles qui forment le sol. L'altération implique un ensemble de réactions chimiques où les produits peuvent devenir des réactifs utiles pour des synthèses ultérieures. Si le processus d'altération se produit à la surface du sol, il est appelé altération édafochimique, et s'il se produit dans les couches plus profondes que l'horizon C, il est appelé altération géochimique.

L'Esquistosité

L'esquistosité est un changement physique qui se manifeste par une séparation en couches presque parallèles de roches métamorphiques, par exemple, divers schistes (phyllites) et gneiss.

Altération Mécanique et Chimique

L'altération est la modification des matériaux rocheux exposés à l'air, à l'humidité et à l'effet de la matière organique. Elle peut être une désintégration mécanique ou une décomposition chimique, mais les deux processus interagissent généralement. Les variations de température et d'humidité affectent ces deux formes d'altération, car elles agissent sur la roche du point de vue mécanique et que l'eau et la chaleur favorisent les réactions chimiques qui l'altèrent.

Altération Physique

L'altération physique est causée par des processus physiques. Elle a lieu principalement dans les déserts et les environnements périglaciaires. Les climats désertiques présentent de grandes différences de température entre le jour et la nuit, et l'absence de végétation permet aux rayons du soleil de tomber directement sur les rochers. Dans les environnements périglaciaires, les températures varient au-dessus et en dessous du point de fusion de la glace, quotidiennement ou saisonnièrement.

Altération Chimique

L'altération chimique résulte de la désagrégation des roches et des minéraux lorsque ceux-ci réagissent avec certaines substances de l'environnement, principalement dissoutes dans l'eau, pour former d'autres minéraux de compositions chimiques différentes et plus stables dans les conditions de surface. Les minéraux sont généralement plus sensibles à l'altération lorsque leurs liaisons sont plus faibles et qu'ils sont plus éloignés de leurs conditions de formation initiales par rapport à l'environnement de surface terrestre.

Facteurs de l'Altération Mécanique

Les facteurs de l'altération mécanique sont :

• Le choc thermique
• La gélifraction
• L'abrasion
• L'exfoliation
• L'action des racines
• La croissance des cristaux

Les Roches Sédimentaires

Généralités sur les Roches Sédimentaires

Origine des Roches Sédimentaires

Les produits d'altération peuvent être transportés par les courants (en faisant glisser, rouler ou par saltation) ou sous forme liquide (en suspension, en solution ou en flottant).

Abondance dans la Croûte Terrestre

Dans les projets d'ingénierie, les roches sédimentaires sont courantes. Les roches sédimentaires représentent environ 5% du volume des 15 premiers kilomètres de la croûte terrestre, tandis que 95% sont des roches ignées et métamorphiques, ces dernières dominant les environnements profonds.

La Diagenèse et la Lithification

La formation des roches sédimentaires à partir des sédiments implique l'existence d'une série de processus qui, en général, tendent à réduire la porosité et à augmenter la compacité des matériaux. Ces processus sont regroupés sous le nom de la diagenèse.

Processus Clés de la Lithification

Les principaux processus diagénétiques sont le scellement (cimentation), la consolidation, le séchage et la cristallisation. Le terme lithification peut être compris comme le processus par lequel les roches se forment, dans ce cas, comme la consolidation des sédiments.

• Le Scellement (Cimentation)

  Les principaux agents de cimentation sont la calcite et la dolomite, qui arrivent dissous dans l'eau, formant une solution qui occupe les interstices du dépôt. Cela exige des matériaux poreux et perméables, de sorte que ce processus domine la formation de grès, de calcaire et de dolomie.

• La Consolidation et le Séchage

  Deux procédés généralement liés, car la consolidation implique l'expulsion de l'eau. Toutefois, dans le cas des dépôts de sable transportés par le vent, l'évaporation peut se produire après la lithification. Ce processus nécessite un matériau pas nécessairement poreux et perméable. Les argiles, à un kilomètre de profondeur, sous l'effet de la pression de confinement, perdent 60% de leur volume et donnent naissance à la formation de schistes.

Caractéristiques des Roches Sédimentaires

Les principales caractéristiques des roches sédimentaires sont la stratification, les faciès et la couleur.

La Stratification

C'est la caractéristique la plus importante. Chaque couche marque l'achèvement d'un événement. On s'intéresse à la géométrie interne de chaque couche et à la géométrie globale des couches, car ces structures renseignent sur l'environnement de formation. Les couches peuvent être :

• Horizontales : si l'environnement de formation est calme (lac).
• Ondulées : si elles se forment dans un environnement de dunes.
• En pistes (ou litages obliques) : si l'environnement est détritique.
• Frisées (ripple marks) : lorsqu'elles sont des marques de l'environnement de plage.
• Croisées : si l'environnement est un marécage.
• Structures géodiques : si elles présentent des couches sphériques concentriques, un phénomène expliqué par la différence de salinité osmotique.

Les Faciès Sédimentaires

Le terme se réfère à l'accumulation de caractéristiques spécifiques qui varient latéralement par rapport à d'autres dépôts sédimentaires, formés simultanément, mais qui présentent des caractéristiques différentes.

Sédiments Organiques

Les composés organiques se décomposent rapidement sous l'action de bactéries anaérobies (ou de putréfaction). Au contact de l'air, ils sont oxydés par l'action de bactéries aérobies (qui consomment de l'oxygène). Si les matériaux sont recouverts d'eaux pauvres en oxygène, ils sont fermentés sous l'action anaérobie, ce qui augmente le pourcentage de carbone libre.

Synthèse sur l'Altération

Altération et Formation des Sols

L'altération est le processus de transformation chimique des roches dans le sol ; on dit que la formation des sols est synonyme de vieillissement. Les altérations des roches ignées et métamorphiques transforment les matériaux solides et denses en particules plus tendres et poreuses, dont la composition chimique et la structure diffèrent des minéraux d'origine. Une altération moins intense entraîne également des changements dans les roches sédimentaires.

Impact des Conditions de Surface

Lorsque les roches sont exposées aux conditions physiques de surface (érosion, gélifraction, cycles de gel/dégel, chauffage et refroidissement), elles se désagrègent lentement. Cependant, les changements les plus importants sont provoqués par les altérations chimiques sous l'action de l'eau, de l'oxygène, du dioxyde de carbone et des composés organiques.