Érosion : altération, facteurs et transport

Érosion et agents, paysage et circulation de l’eau, altération physique et chimique des roches, facteurs de l’altération et de l’érosion (roche, climat, relief, végétation), modes de transport et diagramme de Hjulström, fraction solide et éléments dissous d’une rivière, vitesse d’érosion d’un relief.

À propos de cette page

Cinq problèmes à partir de documents : un granite sain et son arène, des échantillons soumis au gel, la dissolution du calcaire par le CO₂, le climat et l’altération de quatre bassins granitiques, ce qu’emporte un torrent en basses eaux et en crue.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : sa source, si les valeurs sont réelles ou choisies, et les unités (mg/L, m³/s, t/km²/an, cm/s).
Je repère le facteur qui varie et le témoin, ou l’état de la particule (au repos ou en mouvement).
Je calcule en convertissant d’abord (m³ en L, mg en kg, cm/s en m/s), puis je compare par un rapport ou une différence.
J’explique avec le vocabulaire du cours : altération physique ou chimique, ablation, mode de transport, seuils.
Je conclus « dans les conditions de l’expérience » et je signale ce que les données ne mesurent pas.

Problème 1 · Du granite sain à l’arène★★★Facile

Document — Un granite sain et l’arène qui le recouvre, observés sur un même talus.

	Granite sain	Arène
Aspect	roche dure et cohérente	matériau meuble qui s’effrite sous les doigts
Quartz	grains gris translucides	grains inchangés
Feldspaths	cristaux blancs ou roses, durs	cristaux ternes, friables, poudre blanchâtre
Micas noirs	paillettes brillantes	paillettes décolorées, teintées de rouille

1. Le minéral resté intact dans l’arène est le .
Le quartz : ses grains sont inchangés.
2. Les feldspaths devenus ternes et friables ont subi une altération .
Une altération chimique : le minéral a été transformé en un autre.
3. D’après le tableau, deux minéraux ont été transformés : les feldspaths et les .
Les micas : décolorés et teintés de rouille, ils ont subi, comme les feldspaths, une hydrolyse qui les transforme en argiles.
4. La teinte rouille des micas vient d’un élément qu’ils contiennent et qui s’est oxydé : le .
Le fer des micas noirs (biotite).
5. Les ions K⁺, Na⁺ et Ca²⁺ perdus par les feldspaths ont été emportés par l’eau en .
En solution, vers les rivières puis la mer.
6. Les cristaux ne sont plus soudés : l’arène, devenue , est emportée par le ruissellement sans avoir à être fragmentée.
Meuble : l’altération a préparé le transport.

Problème 2 · Le gel fait-il éclater toutes les roches ?★★★Moyen

Document — Trois échantillons imbibés d’eau subissent 28 cycles de traitement (données choisies pour l’exercice).

Échantillon	Traitement de chaque cycle	Masse initiale (g)	Masse finale (g)
A : calcaire poreux	gel à −10 °C puis dégel à +15 °C	250,0	231,5
B : granite peu fissuré	gel à −10 °C puis dégel à +15 °C	250,0	249,6
C : calcaire poreux	maintenu à +15 °C, sans gel	250,0	249,9

1. Perte de masse de A : %.
(250,0 − 231,5) ÷ 250,0 × 100 = 18,5 ÷ 250,0 × 100 = 7,4 %.
2. Perte de masse de B : %.
0,4 ÷ 250,0 × 100 = 0,16 %.
3. Perte de masse de C : %.
0,1 ÷ 250,0 × 100 = 0,04 %.
4. L’échantillon témoin, qui permet d’attribuer la perte de A au gel, est l’échantillon .
C : même roche, même imbibition, même nombre de cycles, mais sans gel. 7,4 % contre 0,04 % : le gel explique presque toute la perte de A.
5. Avec le même traitement, le calcaire poreux perd fois plus de masse que le granite (à l’unité).
7,4 ÷ 0,16 ≈ 46.
6. Le caractère de la roche qui explique cet écart, en permettant à l’eau d’y pénétrer, est sa .
Sa porosité : l’eau qui remplit les pores gèle, augmente de volume et détache des fragments. Le granite peu fissuré retient très peu d’eau.

Problème 3 · Le CO₂ et la dissolution du calcaire★★★Moyen

Document 1 — Le protocole (données choisies pour l’exercice). Trois flacons contiennent chacun 1 L d’eau et un excès de poudre de calcaire ; ils sont agités 72 h à 20 °C. Flacon 1 : eau distillée. Flacon 2 : eau traversée par un bullage d’air. Flacon 3 : eau saturée en CO₂.

Document 2 — Les résultats. Concentration en ions Ca²⁺ de l’eau filtrée : 3,8 mg/L (flacon 1), 6,1 mg/L (flacon 2), 87 mg/L (flacon 3).

Document 3 — Dans le sol, l’eau d’infiltration s’enrichit en CO₂ produit par la respiration des racines et des micro-organismes.

1. Le facteur testé est la quantité de dissous dans l’eau.
Le CO₂ ; volume d’eau, calcaire en excès, durée et température sont identiques.
2. Le flacon témoin est le flacon n° .
Le flacon 1, sans apport de CO₂.
3. La dissolution est fois plus importante dans le flacon 3 que dans le flacon 1 (à l’unité).
87 ÷ 3,8 ≈ 23.
4. Le bullage d’air n’ajoute que mg/L de calcium dissous par rapport au témoin.
6,1 − 3,8 = 2,3 mg/L : l’air contient très peu de CO₂.
5. Le calcaire dissous est emporté sous forme d’ions Ca²⁺ et d’ions hydrogénocarbonate, de formule .
CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ : le CO₂ est un réactif.
6. D’après le document 3, sous une forêt, la dissolution d’un massif calcaire est plus que sous une roche nue.
Plus rapide : l’eau chargée du CO₂ du sol creuse les fissures en conduits, puis en grottes, et la surface en dolines. La végétation accélère l’altération chimique.

Problème 4 · Climat et altération des granites★★★Difficile

Document 1 — Quatre bassins versants entièrement granitiques, de relief et de couverture végétale comparables (données simplifiées). Le flux de silice dissoute exporté par les rivières mesure l’intensité de l’altération chimique.

Bassin	Température moyenne	Précipitations	Silice dissoute exportée (t/km²/an)
1	5 °C	800 mm/an	0,7
2	5 °C	2 400 mm/an	2,1
3	24 °C	800 mm/an	1,8
4	24 °C	2 400 mm/an	5,9

Document 2 — Épaisseur moyenne des altérites au-dessus du granite sain : 1,5 m dans le bassin 1 ; 43 m dans le bassin 4.

1. Pour isoler l’effet des précipitations à 5 °C, je compare le bassin 1 au bassin .
Le bassin 2 : même température, précipitations triplées (2 400 ÷ 800 = 3).
2. À 5 °C, tripler les précipitations multiplie le flux de silice par .
2,1 ÷ 0,7 = 3.
3. À 24 °C, la même hausse le multiplie par (au dixième).
5,9 ÷ 1,8 ≈ 3,3 : le flux est à peu près proportionnel aux précipitations.
4. À 800 mm/an, passer de 5 °C à 24 °C multiplie le flux par (au dixième).
1,8 ÷ 0,7 ≈ 2,6 : la chaleur accélère l’hydrolyse.
5. Effet combiné des deux facteurs (bassin 4 comparé au bassin 1) : flux multiplié par (à l’unité).
5,9 ÷ 0,7 ≈ 8 : l’altération chimique est maximale en climat chaud et humide.
6. Les altérites du bassin 4 sont fois plus épaisses que celles du bassin 1 (à l’unité).
43 ÷ 1,5 ≈ 29 : accumulée sur de longues durées, l’altération plus intense a transformé le granite plus profondément.
7. Un élève conclut que l’érosion est faible en haute montagne froide. Or ces données ne mesurent que l’altération chimique ; en haute montagne, le gel provoque surtout une altération .
Une altération physique, la gélifraction. Avec les fortes pentes, les torrents et les glaciers, elle rend l’érosion rapide : c’est son mode qui change.

Problème 5 · Ce qu’emporte un torrent, en basses eaux et en crue★★★Difficile

Document 1 — Prélèvements à l’exutoire d’un torrent de montagne (valeurs choisies pour l’exercice).

	Débit	Vitesse du courant	Matières en suspension	Éléments dissous
Basses eaux	4 m³/s	40 cm/s	12 mg/L	180 mg/L
Crue	60 m³/s	220 cm/s	2 400 mg/L	95 mg/L

Document 2 — Tests sur l’eau filtrée des basses eaux. Oxalate d’ammonium : précipité blanc abondant. Nitrate d’argent : léger trouble blanc qui noircit à la lumière. Chlorure de baryum : rien.

Document 3 — Seuils d’érosion (diagramme de Hjulström) : gravier de 12 mm, 100 cm/s ; galet de 35 mm, 185 cm/s ; galet de 100 mm, 310 cm/s.

1. En basses eaux, le torrent emporte g de particules en suspension par seconde.
4 m³/s = 4 000 L/s ; 12 × 4 000 = 48 000 mg, soit 48 g/s.
2. En crue, il en emporte kg par seconde.
60 000 L/s × 2 400 mg/L = 144 000 000 mg, soit 144 kg/s.
3. Le flux de particules en suspension est multiplié par .
144 000 ÷ 48 = 3 000 : la concentration et le débit augmentent ensemble.
4. En basses eaux, le flux d’éléments dissous vaut g/s.
180 × 4 000 = 720 000 mg, soit 720 g/s.
5. En crue, il vaut g/s.
95 × 60 000 = 5 700 000 mg, soit 5 700 g/s.
6. La concentration en éléments dissous baisse pendant la crue, mais leur flux est multiplié par (à l’unité).
5 700 ÷ 720 ≈ 7,9, soit environ 8 : l’eau de pluie dilue les ions, mais le débit est 15 fois plus fort.
7. D’après le document 2, parmi les ions testés, celui qui est absent de l’eau est l’ion .
L’ion sulfate : pas de précipité avec le chlorure de baryum. L’eau contient beaucoup d’ions calcium (oxalate) et un peu d’ions chlorure (nitrate d’argent).
8. En basses eaux, combien des éléments du document 3 sont arrachés du fond ?
40 cm/s est inférieur aux trois seuils : aucun. Le charriage des graviers et galets est discontinu.
9. En crue, le plus gros élément du document 3 que le torrent arrache mesure mm.
220 > 185 mais 220 < 310 : le galet de 35 mm est arraché, celui de 100 mm reste en place.

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