l'altération des roches

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  • 7/23/2019 L'altration des roches

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    1. I ntroduction : le cyclegologique.

    Pdolog ie :Le cyc le golog ique ou

    de la roche saine au so l

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    2. Principaux aspects de

    l 'rosion continentaleActions mcaniques donnant des

    fragments de rochesActions chimiques donnant de

    nouveaux minrauxActions des organismes et tres

    vivants donnant les sols

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    3. Les actions mcaniques

    On ajoutera : 1. Cristallisations des minraux dans les fissures des roches

    2. Le choc des transports par leau

    Types daltration Description

    DsagrgationLes variations de temprature entre le jour et la nuit est suffisant

    pour faire dilater et contracter la roche, ce qui la fissure et la casse

    Glifraction

    Semblable la dsagrgation, leau joue ici un rle primordial.Lorsquelle est prsente dans les fissures, leau qui gle augmente

    son volume et fait clater la roche

    Actions des plantes

    Les racines qui sinsinuent dans les fissures avancent et grossissentau fur et mesure que la plante croit. Cela largit les fentes et casse

    la roche.

    Action du vent

    En poussant de la poussire et dautres dbris, le vent arrache desmorceaux de roche.

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    Altration depuis 1800 ans

    Sous un mme climat et pour

    une dure gale, laltration des

    roches dpend de leur lithologie.

    Le thtre romain de la ville

    dOrange (Sud de la France) en

    fournit un exemple.

    La statue de lempereur Auguste,

    taille dans le marbre, conserve

    encore parfaitement les dtails

    sculpts il y a 1800 ans.

    Par contre, les blocs ayant servi

    difier les murs du thtre sontfortement altrs. On y observe

    diffrents phnomnes: une

    patine gris bleu sur les surfaces

    initiales, de petits taffonis

    aligns le long dun plan de

    stratification, des bandes

    oxydes (couleur orange) dans la

    masse de la roche.

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    Helsinki

    roche polie et strie

    Le poli glaciaire de cette surface rocheuse

    remonte la dernire glaciation.

    La surface est expose lair depuis 11000

    ans et na subi, depuis ce temps, que peu

    daltration : stries (S) et cannelures (C)

    sont encore bien conserves.

    Seules les diaclases (d) sont largies.

    C

    d

    S

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    Glifracts

    Laltration physique des roches produit des fragments

    de blocs et de cailloux anguleux, souvent bords

    tranchants. En contrebas de parois raides, ce matriel

    saccumule en talus dboulis.

    Talus dboulis de Mont-Saint-Pierre (Gaspsie)

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    ArnisationCollines dOka

    La roche - de lOkate - a t altre sur plus dun

    mtre de profondeur. Le manteau daltration tant

    domin par des fragments de la taille des sables (des

    arnes) on parle ici darnisation de la roche.

    Ce terme dsigne donc le rsultat dune altration et

    non le processus qui en est responsable.

    Dans la partie droite de la coupe, les arnes ont gliss

    sur la pente; cette couche dune cinquantaine de

    centimtres dpaisseur, nappartient plus au manteau

    daltration; il sagit dun dpt de colluvions (C).

    C

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    Alrration : le rle de la permabilit

    Dans cette coupe du Mont-Brme, laltration a progress en profondeur selon le diaclasage, donc la

    permabilit, de la roche, laissant des masses rocheuses, gnralement en forme de boule, non altres.

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    ExfoliationBurkina Faso

    Au premier plan, des

    plaques de roches (a, b, c, d,

    e) sont en train de se

    dtacher de la surface

    rocheuse couverte dune

    patine noire.

    Ce processus dexfoliation

    est guid parles diaclases

    courbes de la masse

    rocheuse.

    a

    b

    c

    d

    e

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    Patines et desquamation

    La desquamation consiste en un

    dtachement de fines cailles dune

    surface rocheuse. Lorsque ces

    cailles atteignent quelques

    centimtres dpaisseur, on parle

    dexfoliation.

    Tassili-nAjjer- Tin-Tazarift. Personnage la main appuye sur la

    croupe dun grand bovid .

    Chronologie relative:

    La peinture a-t-elle t endommage

    par la desquamation? Non . Le dessin

    de la tte du personnage implique la

    succession suivante:

    1. Desquamation;2. Patine;

    3. Dessins prhistorique

    4. Taches vertes sur le dessin

    Seule la croupe du bovid, et non pas

    lanimal en entier, a t dessine par

    lartiste.

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    Classes granulomtriques

    argile 2 microns (ambigut avec argiles minralogiques)

    limon (silt) 2-63 microns

    sable 63-2000 micronsgravillons 2 mm -2 cm

    galets 2 cm - 6 cm

    blocs 6 cm

    NB. Le micron est la millime partie du millimtre

    Rsultats de laltration mcanique :

    fragmentation selon des classesgranulomtriques

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    Rsultats de laltration mcanique :

    cration de porosit

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    4. Laltration chimique

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    4. Laltration chimique

    Le rle de leau dans laltration

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    Les ractions chimiques :

    exemple dun profil daltration

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    Les ractions chimiques : la

    dissolution

    Ce processus physique simple

    implique les roches salines: sel

    gemme, potasse et gypse.

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    Les ractions chimiques :

    loxydation et la rduction

    Les oxydations intressent surtout

    le fer qui passe de l'tat ferreux

    l'tat ferrique. olivine + oxygne --------->oxyde ferrique + silice ; Fe2 Si O 4 + 1/2 O 2 --------> Fe2

    O 3 + Si O 2

    Les rductions sont rares : le fer

    qui passe de l'tat ferrique l'tat

    ferreux.

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    Les ractions chimiques :

    lhydratation

    C'est une incorporation de molcules

    d'eau certains minraux peuhydrats contenus dans la roche

    comme les oxydes de fer; elle produit

    un gonflement du minral et doncfavorise la destruction de la roche.

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    Les ractions chimiques : la

    dcarbonatation

    Elle produit la solubilisation des

    calcaires et des dolomies gnralementsous l'action du CO2 dissous dans

    l'eau:

    Ca CO 3 + CO 2 + H 2 O -------> Ca (CO 3 H) 2 soluble

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    Les ractions chimiques : les

    hydrolysesLes hydrolyses, c'est dire la destruction

    des minraux par l'eau, sont les principales

    ractions d'altration.

    L'hydrolyse est totale lorsque le minral

    est dtruit en plus petits composs

    possibles (hydroxydes, ions).

    Cas d'un feldspath sodique, l'albite:Na Al Si 3 O 8 + 8 H 2 O -------> Al (OH) 3 + 3 H 4 SiO 4 + Na+ OH -

    albite + eau ----> gibbsite + acide silicique

    + ions prcipit +solution de lessivage

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    Les ractions chimiques : les

    hydrolyses

    L'hydrolyse est partielle lorsque la

    dgradation est incomplte et

    donne directement des composssilicats (argiles). Ces composs

    diffrent selon les conditions de

    milieu. L'hydrolyse partielle de

    l'albite donne soit de la kaolinite,

    soit des smectites.

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    Les ractions chimiques : les

    hydrolyses

    Formation de kaolinite:

    Na Al Si 3 O 8 + 11 H 2 O ----> Si 2 O 5 Al

    2 (OH) 4 + 4 H 4SiO 4 + 2 ( Na+, OH -)

    albite + eau -----> kaolinite + ac.silicique

    + ions

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    Les ractions chimiques : les

    hydrolyses

    Formation de smecti te

    2,3 Na Al Si 3 O 8 + H 2 O ------> Si 3,7 Al0,3 O 10 Al 2 (OH) 2 Na 0,3 +3,2 H 4 SiO

    4 + 2 ( Na+, OH- )

    Cette 2me raction reste assez thorique

    car d'autres ions y participent, en

    particul ier le Fer (Fe 3+).

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    Les minraux forms

    Les nouveaux minraux forms sont en

    gnral des phyllosil icates. Ces minraux

    proviennent soit de la transformation d'unphyllosi l icate pr-existant, soit d' une

    noformation partir d'un sil icate non en

    feui l let dont la structure est compltementdtruite. Les ractions ont l ieu surtout

    dans le sol.

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    Les minraux forms

    Lorsque les nouveaux minraux argileux

    sont forms partir des micas

    (muscovi tes, biotites et chlor ites), le rseau

    cr istal l in est plus ou moins conserv, on

    par le de transformation. Lorsqu' i ls sont

    forms partir de sil icates qui ne sont pas

    en feui l lets (feldspaths, amphiboles,ol ivine...), le rseau cr istal l in du minral

    d' or igine est compltement dtruit, on

    par le de noformation.

    L i f

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    Les minraux forms

    * Muscovite

    Elle est assez stable. Sa fragmentation

    donne des peti tes pail lettes de mme

    composition chimique appeles srici te.

    Son altration chimique se fait par perte

    progressive d' ion K+; elle donne de l ' i l l i te,

    puis des argi les de 2 types selon lesconditions de drainage du mil ieu: la

    kaol inite en mil ieu lessiv, les smectites en

    mil ieu confin. Trs schmatiquement:

    L i f

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    Les minraux forms

    L i f

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    Les minraux forms

    Corrlativement, la distance inter-rticulaire,

    qui spare les feui l lets d'argi les, change etpasse de 10 A(muscovi te, i l l i te) 14 A

    (smectite) ou 7 A(kaol inite). Les ions K+

    assurent la cohsion des feui l lets argi leux.L 'altration se manifeste par l 'exfoliation des

    feui l lets, bien visibles au microscope

    lectronique, qui produit des particules de pluspeti tes tai l les (0,1 microns), et augmente la

    sur face de contact du minral et la capacit

    d'change des cations avec les solutions du

    milieu.

    L i f

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    Les minraux forms

    Feldspaths

    Bien qu'il s'agissent detectosilicates, leur altration est

    comparable celle de lamuscovite.

    L i f

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    Les minraux forms* Biotite

    Sa rsistance l'altration dpend de lateneur de Fe++dans le cr istal ; son tat

    d'al tration est expr ime par la quantit

    de K+

    extrai te du rseau. La biotite peuoxyde (surtout Fe++) est trs altrable et

    se comportent comme les autres minraux

    ferro-magnsiens (pyroxnes...); elledonne en particul ier des vermicul ites et

    smectites et de l 'oxyde ferr ique qui

    pr cipi te.

    L i f

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    Les minraux forms

    Autres ferromagnsiens

    Leur altration est semblable cellede la bioti te peu oxyde; i ls donnent

    des vermicul i tes, des smecti tes, des

    chlor i tes ou des argi les magnsiennessi le mil ieu est trs confin.

    L l l

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    La complexolyse

    C'est une var iante de l 'hydrolyse en prsencede matire organique. Elle se produit sous

    cl imat froid (boral) et tempr. Les composs

    organiques de l'humus extraient les cations

    mtall iques des rseaux cr istal l ins. Lesminraux sont dtruits; les cations sont f ixs

    sur les composs organiques en donnant des

    complexes organo-mtal l iques.Les cations se liant aux grosses molculesorganiques de l'humus sont surtout les ions

    Al3+

    , Fe2+

    et Fe3+

    .

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    5. Facteurs contrlant

    laltration

    5.1. La rsistance des minraux

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    L'nergie de liaison varie selon le type

    d'ions concerns. Le K+ est faiblement li l'oxygne, le Fe++ et le Mg++ le sont

    moyennement; le Si 4+ tablit au

    contraire des liaisons trs fortes.

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    On comprend ainsi que le quartz,

    tectosilicate ne comportant que des

    liaisons fortes entre le silicium etl'oxygne, rsiste mieux l'altration;

    l'olivine en revanche, contenant des

    cations moins lis (Fe++ et Mg++) a unrseau cristallin plus fragile.

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    GOLDICH (1938) : ordre de rsistance desminraux l'altration:

    Labile Olivine (plagioclases Ca)

    Augite (plagioclases Ca-Na)

    Hornblende (plagioclase Na-Ca)

    Biotite

    plagioclases Na

    feldspaths Kmuscovite

    Rsistant quartz

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    On remarque que cet ordre voque les

    suites de BOWEN: ce n'est pas unhasard. Dans un magma, l'olivine

    cristallise haute temprature, elle est

    donc particulirement instable dans les

    conditions de surface; elle est la plus

    labile. Le quartz, en revanche est form

    une temprature moins leve, il est plus

    stable.

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    Le type de rseau cristallin intervientdans la stabilit du minral en surface.

    Les phyllosilicates, comme la muscovite,

    rsistent mieux l'altration. Destravaux rcents ont permis d'valuer la

    vitesse d'hydrolyse d'un minral silicat

    en mesurant la vitesse de libration de lasilice issue du minral dans le milieu.

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    Cette vitesse est fonction de la surface de

    contact du minral, du pH et d'uneconstante de vitesse de libration "K"

    propre au minral qui est mesure en

    mole/m2/an; voici quelques valeurs de K:anorthite : 1,76 10-1

    feldspath K : 5,26 10-5

    muscovite : 8,09 10-6quartz : 1,29 10-7

    On retrouve l'ordre de GOLDICH.

    5 2 L bi l i t d i

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    5.2. La mobi l i tdes ions

    La mobilit d'un ion dpend de son

    rayon et de sa charge ionique.

    * Rayon ionique:

    Si 4 + : r = 0,42 A

    Al

    3+

    : r = 0,51 A0 2- : r = 1,4 A

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    * Rayon ionique:

    La taille des ions dtermine leur

    arrangement cristallin; le nombre de

    coordination d'un ion par rapport

    l'oxygne est le nombre d'ions oxygne

    qui peuvent se disposer autour de l'ion

    considr:

    - Silicium : nombre de coordination 4,

    l'arrangement est un ttradre;

    - Aluminium: nombre de coordination 6,

    l'arrangement est un octadre.

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    * Charge ionique :La charge Z d'un ion est gale 1+, 2+,

    3+...

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    * Potentiel ionique:

    C'est le rapport Z/r; il dtermine lecomportement des ions.

    La classification de GOLDSCHMIDT :

    * Z/r < ou = 3 : les cations solubles, grosions faiblement chargs;

    * 3 < Z/r < 10 : les hydrolysats,

    hydroxydes insolubles;* Z/r > 10 : les oxyanions solubles, anions

    complexes avec oxygne.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

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    La rpartition des charges lectriques la surface de l'ion explique son

    comportement vis--vis de l'eau.

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    * oxyanions solubles: leur potentielionique est grand, leur surface est

    fortement charge. Ces ions dissocient les

    H+

    des molcules d'eau et s'associent avecles O -- : les ions soufre donnent des ions

    sulfates (SO4)2-, les ions carbone des

    carbonates (CO3)2-

    , les ions phosphoredes phosphates (PO4)

    3-...

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    * hydrolysats :la dissociation de l'eau est

    partielle en H+ et OH-. Les cations

    s'unissent aux OH- et forment des

    hydroxydes insolubles (Fe2O3, Al2O 3...)

  • 7/23/2019 L'altration des roches

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    * cations solubles: leur potentiel ionique

    et leur densit de charge de surface sont

    faibles. Ils n'ont pas d'action sur la

    molcule d'eau et restent disperss.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

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    La valeur du potentiel ionique permet

    donc d'expliquer l'association de certains

    mtaux dans les minralisations (par

    exemple la paragnse plomb-zinc), le

    lessivage des cations solubles et des

    oxyanions comme le potassium, les

    sulfates, l'immobilit relative des

    hydrolysats comme l'Al (OH)3 (gibbsite).

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    En rsum, on peut dire:

    les gros ions peu chargs sont mobiles

    (K+, Ca++, Fe++ ...)

    les petits ions trs chargs se combinent

    avec O et sont mobiles (Si, S, P...)

    les ions de taille et charge moyenne se

    combinent avec OH et sont immobiles

    (Fe+++, Al+++...)

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    5 3 Les facteurs externes

  • 7/23/2019 L'altration des roches

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    5.3. Les facteurs externes

    contrlant lhydrolyse

    Ce sont les facteurs physico-chimiques

    qui participent notamment la

    dfinition du climat:

    * la concentration en SiO2 exprime en

    concentration d'acide silicique H4

    SiO4,

    * la concentration en cations basiques

    (Na+, Ca++, K+),

    5 3 Les facteurs externes

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    5.3. Les facteurs externes

    contrlant lhydrolyse* le pH dtermin en particulier par les

    acides organiques,

    * la temprature dont l'augmentation

    rgit la vitesse des ractions et la

    dissolution des ions dans l'eau,

    * la vitesse de circulation de l'eau dans le

    milieu (drainage) exprimant les

    conditions de confinement ou de

    lessivage.

    5 4 La solubil i tdu fer

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    5.4. La solubil i tdu fer

    La solubilit du Fer dpend de la

    stabilit du systme Fe 2+ / Fe 3+. De plus,

    l'hydroxyde ferrique, hydrolysat

    insoluble, peut tre solubilis par

    ionisation en pH acide.

    5 4 La solubil i tdu fer

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    5.4. La solubil i tdu fer

    Exemple de la f ig 1 : stabil i tdu systme

    Fe2+ / Fe3+ en fonction de l 'Eh et du pH

    pour une solution dilue temprature de

    25C et pression atmosphrique.

    Exemple de la Fig 2. solubi l i tdu Fe3+ en

    fonction du pH de la solution.

    5 4 La solubil i tdu fer

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    5.4. La solubil i tdu fer

    5 4 La solubil i tdu fer

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    5.4. La solubil i tdu fer

    5 4 La solubil i tdu fer

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    63/151

    5.4. La solubil i tdu fer

    On voit que dans les conditions naturelles,

    l'tat d'oxydation du fer dpend du pH: le fer

    ferreux est stable pH acide, le fer ferrique

    pH basique. Dans les milieux l'abris de l'air

    (sol, fond de marcage...) le fer est l'tatferreux ; il passe l'tat ferrique au cours de

    l'altration l'air. Il est lessiv en partie par

    l'eau de pluie lgrement acide et transportpar les rivires. Arriv dans l'eau de mer pH

    basique, sa solubilit diminue fortement et il

    prcipite.

    5 5 La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    64/151

    5.5. La solubil i tde la si l ice

    Elle est principalement sous forme

    d'acide silicique H4SiO4; l'eau de rivire

    en contient environ 13 mg/l. Le pH a peu

    d'action sur sa solubilit dans lesconditions normales (la solubilit de la

    silice augmente au del de pH = 9 ). Il y a

    en fait relativement peu de silicetransporte car les ions Al3+ ragissent

    sur elle pour donner des amas collodaux

    silico-alumineux peu mobiles.

    5 5 La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    65/151

    5.5. La solubil i tde la si l ice

    Exemple : la solubilit du quartz en

    fonction du pH et de la temprature.

    5 5 La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    66/151

    5.5. La solubil i tde la si l iceL'axe des ordonnes indique la quantit de

    silice passant en solution. Elle est presquemultiplie par 10 entre 0 et 60C

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    67/151

    5.5. La solubil i tde la si l ice

    L'action du pH (axe des abscisses) ne se fait

    sentir qu'au del de pH = 9.

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    68/151

    5.5. La solubil i tde la si l ice

    Lesfigures suivantes montrent les champs

    de stabilit de quelques minraux, dans lesconditions de surface (t = 25C, pression

    atmosphrique), en fonction de la

    concentration en silice et en cations.

    5 5 La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    69/151

    5.5. La solubil i tde la si l iceOn voit que l'albite (plagioclase sodique)

    est stable pour des concentrations enNa+ et silice leve

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    70/151

    5.5. La solubil i tde la si l icePour des concentrations faibles, l'albite est

    totalement hydrolyse en gibbsite, hydroxyded'aluminium [ Al(OH)3 (ou Al2 O3, 3 H 2 0)]

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    71/151

    5.5. La solubil i tde la si l icePour des teneurs moyennes, elle se

    transforme en kaolinite ou en smectitesodique selon la teneur en ion Na+.

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    72/151

    5.5. La solubil i tde la si l ice

    Le mme schma est observ pour

    l'anorthite (plagioclase calcique)

    5.5. La solubil i tde la si l ice

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    73/151

    5.5. La solubil i tde la si l iceLa smectite calcique est plus stable; ce

    minral sera plus commun dans lesproduits d'altration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    74/151

    6. Les mcanismes delrosion

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    75/151

    Des expriences temprature et pressionleve, et dans les conditions de surface ont

    portsur 3 tectosi l icates, quartz, albite,

    anorthite. Dans les 3 cas, les auteurs ontobtenu des fragments de cristaux de tail le

    collodale, de gros fragments (de l 'ordre du

    micron) et des ions.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    76/151

    Les auteurs en concluent que la structure

    d'un cristal ressemble une mosaque: des

    portions sont bien cristallises et rsistent

    mieux l'altration; elles sont runies par

    des zones moins bien cristallises qui sont

    plus altrables et librent leurs ions.

    Ces derniers peuvent polymriser et

    former des amas collodaux et des chanes

    silicates.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    77/151

    Frederikson a propos d'expliquer l'action

    de l'eau sur un cristal silicat comme unfeldspath :

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    78/151

    La surface du cristal est charge

    ngativement car les ttradres SiO4qui lecomposent ne sont pas saturs la surface.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    79/151

    Les diples d'eau se disposent la surfacedu cristal du cot de leur charge positive

    (H+), les protons H+ pntrent dans le

    rseau cristallin o ils entrent encomptition avec les cations comme Na+,

    K+, Ca++ qui sont faiblement lis aux ions

    oxygne alors que les H+ tablissent desliaisons fortes.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    80/151

    Les gros cations sont dplacs et passenten solution; le rseau cristallin est

    dstabilis, certains oxygnes non

    coordonns se repoussent et le cristal sefragmente en tronons.

    7 Le rle des organismes

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    81/151

    7. Le rle des organismes

    7.1. les principaux effets destres vivants sur les roches

    7.1. les principaux effets des

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    82/151

    p p

    tres vivants sur les roches

    Les tudes ont portnotamment sur l'effet

    des organismes adhrant une roche:

    algues vertes, diatomes, l ichens,champignons, bactries. Ceux-ci adhrent

    la surface grce en particulier des

    organes appropr is qui pntrent dans lesf issures et exfol ient les minraux

    lamellaires (hyphes de lichen exfoliant la

    biotite).

    7.1. les principaux effets des

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    83/151

    p p

    tres vivants sur les roches

    Ils produisent une dsagrgation et une

    micro division de la surface de la roche

    ainsi qu'une attaque chimique parscrtion d'acide oxalique produit par les

    lichens comme par les racines des

    vgtaux suprieurs. Les cations desminraux sont extraits par complexolyse.

    7.1. les principaux effets des

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    84/151

    p p

    tres vivants sur les roches

    Sous les lichens adhrant la roche est

    mise en vidence la formation de compossmal cristalliss base de Si, Al et Fe, de

    nombreux composs base de Ca et des

    gels organo-minraux , rsultats de lacomplexolyse et prcurseurs du sol.

    7.2. le rle de la matire

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    85/151

    organique

    Intervient dans la complexolyse

    Nous y reviendrons aussi dans le chapitresur le sol

    Rappel sur la complexolyse

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    86/151

    pp p y

    C'est une var iante de l 'hydrolyse en prsencede matire organique. Elle se produit sous

    cl imat froid (boral) et tempr. Les composs

    organiques de l'humus extraient les cations

    mtall iques des rseaux cr istal l ins. Lesminraux sont dtruits; les cations sont f ixs

    sur les composs organiques en donnant des

    complexes organo-mtal l iques.Les cations se liant aux grosses molculesorganiques de l'humus sont surtout les ions

    Al3+, Fe2+et Fe3+.

    8. Bilan de lAltration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    87/151

    8. Bilan de l Altration

    8 Bilan de lAltration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    88/151

    8. Bilan de l Altration

    La destruction des dif ices cr istal l inssil icats produit des fragments de chanes

    si l icates qui, au moins dans un premier

    temps, restent sur place, et des ions solublesqui sont emports par l 'eau ou lessivs.

    L ' impor tance respective de l'hritage, les

    transformations et les no-formations esttroitement l ie l' intensitde l 'altration

    et au lessivage.

    8 Bilan de lAltration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    89/151

    8. Bilan de l Altration

    Pour une altration et un lessivage faible ,les argiles 2/1 de type il l i te sont en majeure

    partie hrites. Avec l'augmentation de

    l ' intensitde l'al tration, ce sont dessmectites ou de la kaolinite, plus pauvres en

    sil ice, qui sont synthtises en fonction de

    l ' importance du lessivage et des ionsdisponibles (sols mditerranens, podzols).

    8 Bilan de lAltration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    90/151

    8. Bilan de l Altration

    Pour un fort lessivage, les cations solubles

    sont entrans et les phyllosilicates nepeuvent plus se former: il reste sur place le

    quartz et les oxydes de fer et d'aluminium

    (sols latritiques).

    8. Bilan de lAltration

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    91/151

    8. Bilan de l Altration

    9 Formation des sols

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    92/151

    9. Formation des sols

    9. Quelques dfinitions

    9.1. Quelques dfinitions

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    93/151

    Q q

    Un sol est une pell icule d'altration

    recouvrant une roche; i l est formd'une

    fraction minrale et de matire organique(humus). Un sol prend naissance parti r de

    la roche puis il volue sous l 'action des

    facteurs du mil ieu, essentiel lement le climatet la vgtation.

    9.1. Quelques dfinitions

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    94/151

    Q q

    La pdologie est l 'tude des sols.

    9.1. Quelques dfinitions

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    95/151

    Q q

    La pdogense est la formation et

    l 'volution des sols. Le sol apparat,

    s'approfondit et se diffrencie en stratessuperposes, les horizons pdologiques, qui

    forment le profi l pdologique. I l atteint

    f inalement un tat d'quil ibre avec lavgtation et le cl imat.

    9.1. Quelques dfinitions

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    96/151

    Les principaux horizons sont les suivants:

    * Horizon A: horizon de surface matireorganique (dbris de vgtaux)

    * Horizon C: roche peu altre

    * Horizons B: horizons intermdiairesapparaissants dans les sols volus.

    Les sols peu volus ont un prof i l AC, les

    sols volus ont un prof i l ABC. Leshor izons B sont forms par l 'al tration de la

    roche ou par les mouvements de matire

    depuis A.

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    97/151

    La destruction des roches se fait (1) par

    dsagrgation mcanique qui donne desfragments et (2) par altration chimique qui

    produit des ions solubles (cations, acide

    si l icique...), des gels col lodaux parhydratation et polymrisation des cations

    comme le fer et l 'aluminium avec la matire

    organique (complexolyse) et des argiles,consti tuants fondamentaux du sol.

    L 'ensemble consti tue le complexe

    d'al t ration.

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    98/151

    9.2. La fraction minrale

    Elle se fait par hydrolyse pour les roches

    silicates (voir ci-dessus), par

    dcarbonatation pour les roches calcaires

    (solubilisation du carbonate par le CO2

    contenu dans l'eau). La dsagrgation

    mcanique caractrise les climats froids ou

    dsertiques.

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    99/151

    9.2. La fraction minrale

    Le complexe d'altration comprend la

    fraction argileuse hrite, transforme ou

    noforme et d'autres constituants,

    cryptocristallins ou amorphes, comme les

    oxyhydroxydes de Fe, Al, Mn, Si, associs

    aux argiles et complexs avec l'humus.

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    100/151

    9.2. La fraction minrale

    Les oxyhydroxydes de Fer sont en particulier

    la goethite de couleur ocre (Fe OOH) en

    climat humide, l'hmatite rouge (Fe2 03) en

    sol fersialitique. Ils assurent les liaisons entre

    argiles et humus. Les formes complexes

    voluent vers des formes cryptocristalline

    puis cristalline

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    101/151

    9.2. La fraction minrale

    L'aluminium est sous forme d'ion Al+++

    hydrat responsable de l'acidit du sol.

    Comme le fer, ils assurent les liaisons

    argiles-matire organique et peuvent se fixer

    sur les feuillets de vermiculite pour donner

    une chlorite. Les formes cristallines de

    l'aluminium comme la gibbsite (Al OH3) et la

    bohmite (Al OOH) sont rares dans les sols

    des climats temprs

    9.2. La fraction minrale

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    102/151

    9.2. La fraction minrale

    Le silicium est sous forme soluble (H4 Si 04)ou sous forme de silice amorphe de 2

    origines possibles : - la bioopale des

    phytolithes (diamtre de 2 50 m) ; - lapolymrisation de l'acide silicique adsorb

    sur des gels base d'Al ou de Fe qui voluent

    ensuite en argiles de noformation (kaolinite,smectites).

    9. 3. volution de la fraction

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    103/151

    9. 3. volution de la fraction

    minrale selon le cl imatCLIMAT CHAUD & HUMIDE

    En climat chaud et humide, l'hydrolyse est

    totale, elle se fait pH neutre; les silicates

    sont hydrolyss en Gibbsite; l'acide

    silicique et les cations solubles sont

    lessivs, il reste sur place le fer et

    l'aluminium qui constituent un sol

    ferralitique ou latritique

    CLIMAT CHAUD & HUMIDE

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    104/151

    Les oxydes de fer peuvent se concentrer en

    surface et constituer une crote

    ferrugineuse, la crote latritique. La

    matire organique, oxyde, intervient peu.

    Les latrites en place ou remobilises sont

    susceptibles d'tre exploites comme

    minerai de fer ou d'aluminium (bauxite).

    CLIMAT CHAUD & HUMIDE

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    105/151

    Les minraux no-forms partir des ions

    librs sont la kaolinite et les smectites

    selon la qualit du drainage. Les lessivage,

    en liminant les cations, augmente l'acidit

    du sol.

    CLIMAT CHAUD A SAISON HUMIDE

    & SECHE ALTERNANT

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    106/151

    & SECHE ALTERNANT

    le lessivage et le confinement alternent, lessolutions remontent la surface en saison

    sche, la matire organique est minralise

    rapidement et a peu d'action, des smectitesse forment, la silice reste sur place. Le sol

    contient l'association Fe, Si et Al, c'est le

    sol fersialitique des pays tropicaux etmditerranens. La concentration en

    surface des oxydes de fer produit le

    phnomne de rubfaction

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    107/151

    CLIMAT TEMPERE

    les hydrolyses sont partielles. Les

    minraux argileux sont hrits de la roche-

    mre (chlorites par exemple) outransforms progressivement. Lorsque

    l'hydrolyse est neutre, comme sur roches

    calcaires, l'illite est dgrade en smectites(K+ remplace par Ca++, Mg++).

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    108/151

    CLIMAT TEMPERE

    Pour une hydrolyse pH acide, sous

    l'action des acides organiques (oxalique,

    citrique), l'illite est transforme plutt envermiculite par perte de K+ et ouverture

    des feuillets; la transformation en chlorite

    est galement possible; des complexesorgano-mtalliques se forment par

    complexolyse. Les sols sont des sols bruns.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    109/151

    CLIMAT FROID & HUMIDE

    Sous climat froid et humide, milieu de

    formation des podzols, les acides

    organiques attaquent les illites etvermiculites et les dgradent en smectites;

    la kaolinite peut tre noforme

    9. 4. volution de la fraction

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    110/151

    minrale selon La nature de la

    roche mre

    la nature de la roche-mre intervient sur

    les caractres de la fraction minrale. En

    climat quatorial, les granites altrs

    donnent de la kaolinite, alors que les

    roches basiques, plus riches en cations,

    donnent de prfrence des smectites.

    9. 5. volution de la fraction

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    111/151

    minrale selon la topographie

    La topographie a galement un rle

    important sur la qualit du drainage. Surroches calcaires, se forme un type de sol

    particulier , les Rendzines.

    Climat et type de sol : rsum1

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    112/151

    Pdogense suivant la lati tude

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    113/151

    9. 6. La fraction organique

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    114/151

    g q

    La vgtation fournit des dbris vgtauxqui constituent la litire de l'horizon Ao.

    Sa dcomposition se fait sous l'action des

    microorganismes et produit l'humus et lescomposs minraux de l'horizon A1. Les

    matires organiques sont d'abord

    dpolymrises.

    9. 6. La fraction organique

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    115/151

    g q

    Les monomres rsultants peuvent suivre2 voies :

    - La minralisation qui produit des

    composs minraux comme le CO2, leNH3, les nitrates, les carbonates ;

    - l'humification qui est une

    repolymrisation en composs organiquesamorphes qui se lient aux argiles.

    9. 6. La fraction organique

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    116/151

    g q

    Son type dpend des caractres de lavgtation et du climat. En climat froid

    (boral) et tempr, il est riche en acides

    organiques trs agressifs qui produisent

    une complexolyse intense; en climat

    quatorial, il est trs volu et peu actif.

    9. 6. La fraction organique

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    117/151

    g q

    La vitesse d'humification dpend del'activit biologique conditionne par la

    temprature.

    - En milieu peu actif la dcomposition des

    litires est lente, l'horizon organique Ao

    brun noir, fibreux et acide est biendistinct, c'est un mor(ou terre de

    bruyre).

    - En milieu biologiquement plus actif,

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    118/151

    En milieu biologiquement plus actif,

    l'horizon Ao est moins pais et constitue

    un moder.

    - En milieu trs actif, la dcomposition est

    trs rapide, l'horizon Ao disparait,l'humus est incorpor dans la fraction

    minrale en complexes organo-minraux

    formant un horizon A1 (un mull) agrgats argilo-humiques Fe et Al.

    9.7. Structure et volution des

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    119/151

    solsa. Cadre gnral

    En climat tempr, lorsqu'une roche

    affleure, elle est progressivement altre et

    colonise par la vgtation: vgtaux

    infrieurs, plantes herbaces puis arbres;

    le sol se forme. Il s'tablit d'abord unhorizon d'humus sur la roche altre

    (profil AC, sol jeune), puis un horizon de

    type B (profil ABC)

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    120/151

    a. Cadre gnral

    La profondeur augmente et le profil

    pdologique devient de plus en plus volu

    jusqu' atteindre un tat d'quilibre avec

    le climat et la vgtation.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    121/151

    a. Cadre gnral

    Les matires circulent dans le sol dans lesens descendant, par infiltration des

    solutions, et dans les sens ascendant, par

    remonte capillaire et remonte biologique(lombrics, termites en climat tropical,

    racines).

    b. La texture du sol

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    122/151

    La texture du sol est dfinie par la

    grosseur des particules qui le composent :% graviers, sable, limon, argile.

    b. La texture du solLa composition minralogique des

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    123/151

    La composition minralogique des

    particules est d'ailleurs en relation avec

    leur taille (les grossires sont surtout

    base de quartz, les fines base de

    phyllosilicates).

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    124/151

    Elle est conditionne par les collodes :

    argiles, substances humiques &

    hydroxydes.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    125/151

    Les argiles favorisent la fragmentation du

    sol en produisant des fentes de retrait la

    dessiccation. Elles peuvent enrober les

    autres particules et colmater les

    pores. Elles peuvent fixer des composs

    organiques par adsorption sur leurs

    feuillets par l'intermdiaire des

    oxyhydroxydes d'Al et de Fer qui forment

    un revtement pelliculaire.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    126/151

    Ces complexes organo-minraux (ou

    argilo-humiques) sont aglomrs en

    agrgats incorporant des filamentsmycliens et des bactries

    polysaccharides.

    d. La structure est l'organisation du sol.

    F i ti d i l l il

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    127/151

    F ixation des ions sur le complexe argilo-

    humique.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    128/151

    On distingue 3 grands types de structures

    - particulaire : sol trs meuble

    - massives : lments lis par un ciment

    - fragmentaire : en agrgat (mm),grumeaux (cm) ou polydrique, trs

    favorable aux cultures .

    d. La structure est l'organisation du sol.

    St t h ti d' t

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    129/151

    Structure schmatique d' un macro-agrgat

    d. La structure est l'organisation du sol.

    d t i l d' i t

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    130/151

    dtail d'un micro-agrgat

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    131/151

    Ainsi, la vgtation fournit l'humus et

    assure la circulation ascendante des

    matires; elle protge ensuite la roche del'rosion. La destruction de la vgtation

    entraine celle des sols volus, ou volution

    rgressive du sol.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    132/151

    Les cycles volution / rgression des sols se

    succdent intervalles de temps courts

    (cataclysmes, action de l'homme) ou longs(pulsations climatiques).

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    133/151

    Le rle dterminant du climat dans

    l'altration des roches et l'laboration des

    sols a donn lieu la formulation de lathorie de la bio-rhxistasie par ERHART.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    134/151

    En climat humide, les conditions sontfavorables l'altration des roches, au

    dveloppement de la vgtation et la

    formation des sols; la destruction desroches est limite aux phnomnes

    chimiques qui librent essentiellement des

    ions solubles: cette priode favorable lavie est la biostasie.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    135/151

    En priode sche, les roches mises nu

    sont soumises la dsagrgationmcanique qui produit des matriaux

    dtritiques grossiers: c'est la rhxistasie.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    136/151

    En climat tempr, il faut environ 1000

    ans pour former un horizon A, plusieursmilliers d'annes pour un horizon B et

    quelques heures un homme pour

    dtruire un sol.

    d. La structure est l'organisation du sol.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    137/151

    9.8. Principaux types de sols

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    138/151

    * Sols peu volus- sols dsertiques (aridisols) : profil rduit

    C ;

    - sols gels (cryosols) ;

    - sols alluviaux et colluviaux ;

    - ranker sur roches siliceuses ; humus peu

    actif (mor) profil AC.

    9.8. Principaux types de sols

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    139/151

    * Sols calcimagnsiques :Rendzines sur roches calcaires, horizon A1humifre complexe argile - humus - Ca

    C03, paisseur : 40 cm* Chernozem sous climat froid et sec(steppe); dfini en Ukraine; horizon A1

    noir structure grumeleuse, jusqu' 60cm d'paisseur, B rduit : profil AC ; sol

    trs fertile.

    9.8. Principaux types de sols* Sols bruns : en climat tempr;

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    140/151

    * Sols bruns : en climat tempr;

    profil ABC; humus actif (mull), horizon Bbrun (association oxydes de Fe - argiles)

    * Podzols sols horizon cendreux dezones borales (Taga) et tempres

    humides; Ao : mor noir A2 : cendreux,

    surtout du quartz; trs lessiv sous l'action

    des acides organiques de l'humus. B

    color: accumulation de composs

    organiques et minraux.

    9.8. Principaux types de sols

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    141/151

    * Gleys sols hydromorphes, imbibsd'eau; le dficit d'oxygne ralentit

    l'humidification et rduit le Fe (couleur

    gris-vert), l'extrme, une gley peutdonner une tourbe.

    * Sols rouges fersialitiques richesen oxydes de Fe; sous climats

    mditerranens et subtropicaux.

    9.8. Principaux types de solsE l d fil

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    142/151

    Exemple de profil

    10. Conclusions

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    143/151

    Sur le continent, une roche est soumise

    l'action des facteurs physiques, chimiqueset biologiques propres au climat. Elles est

    dsagrge et transforme. Ses minraux

    non modifis ou transforms, avec des

    minraux nouvellement forms,

    constituent la fraction minrale de la

    pellicule d'altration. Les tres vivants

    fournissent la matire organique qui

    ragit sur certains composants minraux.

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    144/151

    L'ensemble fraction minrale et fraction

    organique constituent un sol. Toutemodification de l'quilibre entre les

    facteurs pourra entraner la modification

    ou la destruction du sol; dans ce dernier

    cas, ses constituants seront entrans et

    contribueront la formation de nouveaux

    sdiments.

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    145/151

    pollutions des sols.Dgradation physique :

    Artificialisation / impermabilisation

    Compaction rosion

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    146/151

    pollutions des sols.Consquences :

    Pertes en rcoltes et terres agricoles,

    pertes des fonctionnalits puratrices, baissede productivit agricole, pollution des cours

    d'eau, modification de l'hydraulique, ...

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    147/151

    pollutions des sols.Dgradation chimique :

    Acidification d'origines industrielleou agricole

    Salinisation

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    148/151

    pollutions des sols.Consquences :

    Modification des fonctionnalits du solet remobilisation des mtaux, pollutions des

    eaux de surface et des aquifres, strilisation

    des sols, risques pour la sant humaine,toxicit du sol et de ses produits, pertes en

    terres agricoles, ...

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    149/151

    pollutions des sols.Dgradation biologique :

    Pesticides Perte de matire organique

    11. Les dgradations et

  • 7/23/2019 L'altration des roches

    150/151

    pollutions des sols.Consquences :

    Perte de biodiversit, aggravation desdgradations chimiques et physiques, flux de

    gaz effet de serre, ...

  • 7/23/2019 L'altration des roches

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