L'érosion, processus et conséquences

a) L'altération est la transformation sur place d'une roche exposée à la surface, sous l'action de l'eau, de l'air, des variations de température et des êtres vivants. Elle se distingue du transport, qui déplace les produits de l'altération (particules et ions) vers d'autres lieux.

b) (1) Bloc fendu par le gel : physique, la roche est fragmentée sans changement de composition. (2) Feldspath transformé en argile : chimique, le minéral est remplacé par un autre (hydrolyse). (3) Rigoles dans le calcaire : chimique, une partie du calcaire a été dissoute. (4) Dalle soulevée par une racine : physique, fragmentation mécanique par la croissance de la racine.

c) Il s'agit de la gélifraction. L'eau s'infiltre dans les fissures ; en gelant, elle augmente de volume et presse sur les parois ; au dégel, elle pénètre plus loin dans les fissures élargies. La répétition des cycles gel-dégel finit par faire éclater le bloc.

d) Le calcaire n'a pas disparu : il a été dissous en ions calcium et hydrogénocarbonate (CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻), emportés en solution par l'eau de ruissellement et d'infiltration.

a) Le quartz est intact : ses grains sont inchangés. Libérés de la roche puis transportés, ils formeront des sables.

b) Les feldspaths et les micas ont subi une altération chimique, l'hydrolyse : l'eau légèrement acide les a transformés en argiles (poudre, cristaux ternes et friables) en leur retirant une partie de leurs éléments. Le fer des micas s'est oxydé, d'où la teinte rouille.

c) Dans le granite sain, les cristaux sont étroitement soudés. Dans l'arène, les feldspaths altérés ne jouent plus ce rôle de liaison : la roche est devenue meuble, ses grains se détachent seuls et le ruissellement peut les emporter sans avoir à fragmenter la roche. L'altération a donc préparé le transport.

d) Ces éléments sont passés en solution sous forme d'ions (K⁺, Na⁺, Ca²⁺) et ont été emportés par l'eau vers les rivières, puis la mer.

a) Ions Ca²⁺ : en solution. Argile de 0,001 mm : en suspension. Sable de 0,25 mm : par saltation, en bonds près du fond. Galets de 52 mm : par roulement ou charriage sur le fond.

b) Les ions Ca²⁺ : dissous dans l'eau, ils se déplacent avec elle quelle que soit sa vitesse ; seule une précipitation chimique pourrait les en retirer. Les argiles, très fines, restent longtemps en suspension, mais elles finissent par se déposer dans une eau presque immobile.

c) Un galet de 52 mm n'est mis en mouvement que si la vitesse du courant dépasse son seuil d'érosion, très élevé pour une particule aussi grosse. En temps ordinaire, le courant est trop lent : le galet reste immobile sur le fond. Il ne roule que lors des crues. Son transport est donc discontinu, et non permanent.

a) Perte (%) = (masse initiale − masse finale) / masse initiale × 100.
A : (250,0 − 231,5) / 250,0 × 100 = 18,5 / 250,0 × 100 = 7,4 %.
B : (250,0 − 249,6) / 250,0 × 100 = 0,4 / 250,0 × 100 = 0,16 %.
C : (250,0 − 249,9) / 250,0 × 100 = 0,1 / 250,0 × 100 = 0,04 %.

b) C est le témoin : même roche que A, même imbibition, même nombre de cycles, mais sans gel. Il permet de vérifier que la perte de A est due au gel et non au simple séjour dans l'eau ou aux manipulations.

c) A et C ne diffèrent que par le gel : 7,4 % contre 0,04 %, donc le gel est responsable de la quasi-totalité de la perte de A. A et B ont subi le même traitement mais diffèrent par la roche : 7,4 / 0,16 ≈ 46, le calcaire poreux perd environ 46 fois plus de masse que le granite peu fissuré. Dans les conditions de l'expérience, le gel fragmente surtout les roches poreuses.

d) L'eau remplit les pores et les microfissures du calcaire. En gelant, elle augmente de volume et presse sur les parois ; au dégel, elle pénètre plus loin dans les vides élargis. Au fil des cycles, des fragments se détachent : c'est la gélifraction, une altération physique. Le granite peu fissuré, presque sans pores, retient très peu d'eau et résiste.

a) Le facteur testé est la quantité de CO₂ dissous dans l'eau. Le flacon 1 (eau distillée, sans apport de CO₂) est le témoin ; tous les autres paramètres (volume d'eau, calcaire en excès, durée, température) sont identiques.

b) 87 / 3,8 ≈ 23 : la dissolution est environ 23 fois plus importante dans l'eau saturée en CO₂.

c) CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻. Le CO₂ est un réactif : plus l'eau en contient, plus elle dissout de calcaire et plus la concentration en Ca²⁺ est élevée. Le bullage d'air n'apporte qu'un peu de CO₂, car l'air en contient très peu, d'où une faible hausse (6,1 mg/L) ; l'eau saturée en CO₂ dissout beaucoup plus (87 mg/L).

d) En traversant un sol riche en racines et en micro-organismes, l'eau de pluie se charge en CO₂. Au contact du calcaire, elle le dissout le long des fissures, qui s'élargissent en conduits puis en grottes ; en surface, la dissolution creuse des dépressions (dolines). Un couvert végétal abondant accélère donc l'altération chimique du calcaire.

a) Une particule au repos est arrachée si la vitesse du courant dépasse son seuil d'érosion. À 55 cm/s : le sable de 0,3 mm (21 < 55) et le gravier de 2 mm (42 < 55) sont arrachés ; la particule de 0,005 mm (85 > 55) et le galet de 30 mm (170 > 55) restent en place.

b) Une particule en mouvement reste transportée tant que la vitesse dépasse son seuil de dépôt. À 55 cm/s : 0,005 mm (seuil 0,03 cm/s), 0,3 mm (3 cm/s) et 2 mm (17 cm/s) restent transportés ; le galet de 30 mm (seuil 120 cm/s) se dépose.

c) Les particules très fines (argiles, limons fins) sont cohésives : elles adhèrent les unes aux autres et forment une surface lisse sur laquelle le courant a peu de prise. Il faut donc un courant rapide pour les arracher, alors qu'une fois en suspension, leur très faible masse les maintient dans l'eau même à vitesse presque nulle.

d) Le seuil d'érosion le plus élevé du tableau est celui du galet de 30 mm : 170 cm/s. Or 190 > 170, et 190 dépasse a fortiori 85, 42 et 21 cm/s. Toutes les particules du tableau sont donc arrachées pendant la crue.

a) Masse = flux spécifique × surface.
Avant : 140 × 36 = 5 040 t/an.
Après : 1 120 × 36 = 40 320 t/an.

b) 40 320 / 5 040 = 8 (ou directement 1 120 / 140 = 8). L'érosion a bien été multipliée par 8 après le défrichement.

c) La forêt limitait l'érosion de trois façons : le feuillage et la litière amortissent l'impact des gouttes, qui détachent sinon les particules du sol ; les racines retiennent le sol ; l'humus et les galeries laissées par les racines favorisent l'infiltration, ce qui réduit le ruissellement, principal agent d'ablation et de transport sur un versant. Défriché, le sol se retrouve nu et directement exposé à la pluie.

d) Par exemple : planter des haies ou des bandes enherbées perpendiculaires à la pente, qui freinent le ruissellement et piègent les particules ; implanter un couvert végétal entre deux cultures ou cultiver selon les courbes de niveau, pour ne jamais laisser le sol nu et sans obstacle face au ruissellement pendant les saisons pluvieuses.

1. Masse retenue : 19 − 1,6 = 17,4 Mt/an. Pourcentage : 17,4 / 19 × 100 ≈ 91,6 %. Le barrage piège plus des neuf dixièmes des sédiments du fleuve.

2. Vitesse moyenne = variation de position / durée.
1950-1964 : (+33 − 0) / 14 ≈ +2,4 m/an (avancée).
1964-1979 : (−225 − 33) / 15 = −258 / 15 = −17,2 m/an (recul).
1979-1994 : (−640 − (−225)) / 15 = −415 / 15 ≈ −27,7 m/an.
1994-2009 : (−1 030 − (−640)) / 15 = −390 / 15 = −26 m/an.

3. Le changement de comportement du delta coïncide avec la mise en service du barrage. Avant 1964, alimenté par 19 Mt/an, le delta avançait ; après 1964, alors que l'apport chute à 1,6 Mt/an, il recule, et de plus en plus vite pendant les premières décennies avant de se stabiliser vers 26 à 28 m/an. La date de la rupture et son sens concordent avec une privation de sédiments : les documents sont cohérents.

4. La position d'un delta résulte d'un bilan. Les sédiments apportés par le fleuve le font avancer ; la houle et les courants marins arrachent et redistribuent ces sédiments le long de la côte. Avant le barrage, l'apport dépassait l'ablation marine : le bilan était positif. Dans la retenue, le courant ralentit et les particules y restent piégées. L'apport devient alors très inférieur à l'ablation par la mer, qui, elle, n'a pas changé : le bilan sédimentaire devient négatif et le littoral recule. Le barrage n'a pas supprimé l'érosion, il l'a déplacée vers l'aval.

5. La montée du niveau de la mer est lente (quelques millimètres par an) et progressive : elle ne peut pas expliquer une inversion brutale de tendance en 1964. De plus, avant 1964, le delta avançait alors que le niveau marin montait déjà. Les documents montrent que le recul commence précisément avec l'effondrement des apports. La montée des eaux peut aggraver le phénomène, mais la cause principale est le déficit sédimentaire dû au barrage.

1. Facteur « pente » (4 % ou 14 %) : on compare A et C (sols nus), puis B et D (sols paillés), qui ne diffèrent que par la pente. Facteur « couverture du sol » : on compare A et B (pente 4 %), puis C et D (pente 14 %), qui ne diffèrent que par le paillis.

2. Effet de la pente : sol nu, 11,7 / 2,6 = 4,5 ; sol paillé, 1,1 / 0,28 ≈ 3,9. Passer de 4 % à 14 % de pente multiplie la perte de sol par 4 à 4,5 environ.
Effet du paillis : pente 4 %, 2,6 / 0,28 ≈ 9,3 ; pente 14 %, 11,7 / 1,1 ≈ 10,6. Le paillis divise la perte de sol par 9 à 11 environ.
Conclusion : dans les conditions de l'expérience, la pente augmente l'érosion et la couverture du sol la réduit fortement ; l'effet protecteur du paillis est plus marqué que l'effet aggravant de la pente. Les deux effets se cumulent : C, en forte pente et nue, est de loin la parcelle la plus érodée.

3. Les parcelles classées par ruissellement décroissant, C (57 %), A (38 %), D (16 %), B (11 %), le sont aussi par perte de sol décroissante. Le ruissellement est l'agent qui arrache et transporte les particules : la pente l'accélère, tandis que le paillis amortit l'impact des gouttes, freine l'eau et favorise l'infiltration.

4. 1 ha = 10 000 m². Masse enlevée par m² : 11,7 t / 10 000 = 0,00117 t. Volume correspondant : 0,00117 t / 1,3 t/m³ = 0,0009 m³ par m². Épaisseur = volume / surface = 0,0009 m³ / 1 m² = 0,0009 m, soit 0,9 mm.

5. 1 cm par siècle correspond à 10 mm en 100 ans, soit 0,1 mm par an. La perte de 0,9 mm en une seule pluie représente donc environ 9 ans de formation du sol. Quelques orages de ce type chaque année détruisent en quelques décennies ce qui a mis des siècles à se former : à l'échelle d'une vie humaine, le sol perdu ne se reconstitue pas, c'est une ressource non renouvelable. Sur les parcelles pentues, il faut maintenir une couverture permanente (paillis, couvert végétal entre deux cultures) et aménager des terrasses ou des haies perpendiculaires à la pente, qui cassent le ruissellement.

1. On cherche l'effet du climat (température et précipitations). Or la nature de la roche, la pente et la végétation influencent aussi l'altération : si elles variaient, on ne pourrait pas attribuer les différences de flux au seul climat. Les garder comparables permet de ne faire varier que les deux facteurs climatiques, et de les étudier un par un en comparant les bassins deux à deux.

2. Les précipitations sont multipliées par 2 400 / 800 = 3 entre les bassins 1 et 2, comme entre les bassins 3 et 4. À 5 °C, le flux est multiplié par 2,1 / 0,7 = 3 ; à 24 °C, par 5,9 / 1,8 ≈ 3,28. Dans les deux cas, tripler les précipitations multiplie le flux par 3 environ : le flux de silice est à peu près proportionnel aux précipitations. Plus il circule d'eau, plus elle réagit avec les minéraux et exporte d'éléments dissous.

3. À 800 mm/an : 1,8 / 0,7 ≈ 2,57 ; à 2 400 mm/an : 5,9 / 2,1 ≈ 2,81. Passer de 5 °C à 24 °C multiplie le flux par 2,6 à 2,8 : la chaleur accélère les réactions d'hydrolyse. Effet combiné (bassin 4 comparé au bassin 1) : 5,9 / 0,7 ≈ 8,43. L'altération chimique est donc maximale en climat chaud et humide.

4. Dans le bassin 4, chaud et humide, l'altération chimique est plus de 8 fois plus intense que dans le bassin 1. Accumulée sur de longues durées, elle a transformé le granite sur une bien plus grande profondeur : 43 m d'altérites contre 1,5 m dans le bassin 1, froid et moins arrosé. Les deux documents vont dans le même sens.

5. Les données ne mesurent que l'altération chimique, effectivement lente en climat froid. Mais en haute montagne, l'altération physique est intense : les cycles gel-dégel très fréquents fragmentent les roches (gélifraction), et les fortes pentes, la gravité, les torrents et les glaciers évacuent rapidement les débris. L'érosion y est souvent très rapide ; c'est son mode qui change, pas son intensité globale. L'élève a généralisé au-delà de ce que mesurent les données.