érosion - géologie et géophysique.

érosion - géologie et géophysique. 1 PRÉSENTATION érosion, ensemble des phénomènes qui façonnent les formes du relief terrestre. L'érosion dépend des interactions entre la topographie de la Terre, l'atmosphère, l'hydrosphère (l'eau sous toutes ses formes) et la biosphère (ensemble des êtres vivants). Elle comporte trois phases étroitement liées : l'ablation, le transport et l'accumulation. Au sens strict, éroder désigne l'action de ronger, d'user ; l'érosion se manifeste par l'enlèvement, l'arrachement, la mise en solution, puis le dépôt, de particules détachées de la surface du sol et des roches. Le résultat est une ablation qui se traduit par un modelé d'érosion (par exemple le ravin ou l'auge). Sous l'action de la pesanteur, seule (éboulis, éboulement) ou assistée par les agents d'érosion que sont l'eau, la glace, les vagues et le vent, les débris sont déplacés. Ce transport à plus ou moins longue distance aboutit à des accumulations créatrices de modelés construits (cône de déjection, cordon littoral, dune, moraine) ou fournit la matière première des sédiments lorsque ceux-ci se déposent au fond d'un lac ou d'un océan. L'érosion implique que les constituants des substrats rocheux puissent être mobiles. Son action s'exerce immédiatement sur tous les matériaux meubles (sable, argile, limon, sol, dépôt caillouteux) dès l'instant qu'ils sont exposés à l'air libre, sans protection du couvert végétal. Il n'en est pas de même pour les roches mécaniquement dures (granite, calcaire, grès) pour lesquelles une transformation préalable, la météorisation, s'impose. 2 MÉTÉORISATION Lorsqu'elles sont exposées aux agents météoriques, comme la pluie, la neige, les variations thermiques, les roches sont fragmentées, désagrégées, ameublies par un ensemble de processus mécaniques, physico-chimiques et biochimiques. La désagrégation mécanique, qui brise les roches, est le processus dominant dans les régions froides et les régions sèches. Divers phénomènes y contribuent selon les climats. Dans les déserts, la thermoclastie craquelle ou dissocie les minéraux des roches grenues lorsque de grands contrastes thermiques font alterner dilatation et contraction à la surface des affleurements rocheux. Plus répandue, l'hydroclastie débite en écailles ou en copeaux les argiles et les schistes affectés de grandes variations de volume quand ils sont tour à tour saturés en eau puis soumis à une forte dessiccation. Dans les milieux froids (les hautes latitudes et les hautes montagnes) ou à hiver froid, la gélifraction, ou cryoclastie, fissure et fait éclater les roches dans lesquelles les eaux infiltrées ont été congelées. Dans les régions soumises à une forte évaporation (les déserts et les littoraux), des sels précipitent dans les interstices des roches ; l'hydratation des cristaux (pluie, rosée, embruns) s'accompagne d'une augmentation de volume et de pression ayant pour conséquence un émiettement des roches : c'est l'haloclastie. L'ensemble des processus de la désagrégation mécanique produit une pellicule de débris, qui constitue le régolite. L'eau est l'agent des altérations physico-chimiques qui transforment la roche initiale en un produit différent par son aspect et sa composition. L'eau dissout les roches salines et, lorsqu'elle contient du dioxyde de carbone (CO2), les roches carbonatées. Dans ce dernier cas, elle façonne le karst. Elle se comporte aussi comme un acide qui dissocie les molécules (hydrolyse) dont les ions sont entraînés en solution ou se recombinent pour former d'autres minéraux. Par exemple, l'altération des feldspaths aboutit au terme de réactions complexes à la formation d'un minéral argileux, la kaolinite. Les particules insolubles et les nouveaux minéraux forment un manteau d'altération, ou altérite, qui recouvre les substrats rocheux. Les processus d'altération sont accélérés et intensifiés avec l'élévation de la température ; ils sont l'apanage des régions chaudes et humides. Les êtres vivants interviennent aussi dans la transformation des roches. Les racines des arbres, en élargissant joints et fissures, participent à leur dislocation ; des microorganismes (algues, bactéries, lichens), en prélevant leur nutriment directement sur les minéraux frais, contribuent à leur altération. Une foule d'animaux (taupe, renard, vers, insectes, etc.), en creusant des galeries et des terriers, accroissent la porosité des formations meubles, facilitant la percolation de l'eau. Sur les estrans (espace du littoral situé entre les niveaux de haute et de basse mer), les oursins et les pholades perforent les roches les plus dures. L'ensemble des processus de la météorisation et de l'action des êtres vivants entraîne une perte de substance sous forme de poussières, de solutés qui sont l'amorce de l'érosion. 3 L'ÉROSION PAR LES EAUX COURANTES L'érosion par les eaux courantes s'exerce sur les versants et dans le lit des cours d'eau. L'eau ruisselle sur les pentes lorsque la végétation discontinue ou dégradée protège mal les sols et les substrats rocheux. En général, les eaux de pluie s'infiltrent moins facilement ; si elles surviennent sous forme d'averses brutales, elles ne peuvent être absorbées. Les filets de ruissellement entraînent et poussent de minuscules particules ; ils sont déviés par les moindres obstacles, se divisent en bras et rejoignent d'autres films d'eau. À l'issue de plusieurs précipitations importantes, les filets balayent successivement toutes les portions du versant, enlevant à la longue une fine tranche de matériaux meubles. Cette érosion qui s'exerce sur l'ensemble d'une surface est appelée érosion aréolaire. À mi-versant ou vers la base de celui-ci, les filets parviennent à se rassembler. La plus grande épaisseur de lames d'eau ruisselée et l'augmentation de la quantité d'eau écoulée permettent au ruissellement de prendre en charge des particules plus grosses, de surmonter les obstacles qui créent des remous dans le courant. La turbulence peut décomposer les substrats les moins consolidés (sable, argile, marne) ; ainsi s'amorce une micro-incision qui attire les eaux de ruissellement suivantes ; c'est le début d'une érosion linéaire associée à un écoulement concentré dans une rigole qui, en s'approfondissant et s'élargissant, devient une ravine. L'érosion aréolaire et le ravinement des versants sont prépondérants dans les régions semi-arides et celles où le couvert végétal a été fortement dégradé. La première tend vers un abaissement, une régularisation des versants qui prennent parfois la forme d'un plan incliné (glacis). Le second crée un modelé de dissection dont le terme ultime est le paysage de roubines (comme dans les Préalpes du Sud) ou de badlands ou de calanchi (comme en Toscane), caractérisé par des interfluves réduits à des crêtes étroites séparant des ravines. Le ruissellement se produit aussi sous couvert végétal après des séquences pluvieuses abondantes qui saturent les sols et les formations superficielles. Si le seuil de liquidité est atteint, les matériaux transformés en coulées boueuses ou pâteuses fluent sur le versant ; les coulées de solifluxion, quand elles sont généralisées, donnent aux versants un aspect bosselé. Les cours d'eau exercent une érosion linéaire qui aboutit à réduire les irrégularités de leur lit. Leur creusement s'opère de l'aval vers l'amont -- c'est l'érosion régressive -- jusqu'à ce qu'ils approchent du profil dit d'équilibre : courbe régulière concave dont la pente s'incline vers le niveau de base (rivière, fleuve, lac, océan) où ils aboutissent. L'incision s'effectue à l'aide des alluvions, des matériaux qu'ils charrient. Les particules fines du fond (roches meubles ou alluvions en transit) sont aspirées par les tourbillons qui agitent l'eau. La friction de l'écoulement suffit à polir les roches dures, qui sont martelées en outre par les débris grossiers. Il en résulte des marmites de géants, cavités circulaires creusées par des galets raclant le fond en tourbillonnant avec l'eau et agissant comme le pilon d'un mortier. Le recoupement de ces marmites approfondit le lit. L'incision linéaire se poursuit tant que le lit se trouve au-dessus du niveau de base. La puissance de creusement dépend de la vitesse d'écoulement, qui croît avec la valeur de la pente ; cela explique que l'incision soit plus forte en montagne qu'en plaine et qu'elle décroisse de l'amont vers l'aval pour un même organisme fluvial. Les débris provenant du lit, des berges et des versants constituent la charge, ou volume total des matériaux, qu'un cours d'eau peut évacuer. Cette charge comprend les substances dissoutes organiques et minérales, les matières en suspension et les alluvions du fond constituées de débris grossiers. Les deux premières catégories sont emportées par le courant ; les sables sont déplacés par charriage et saltation, les galets sont roulés sur le fond. Au cours de ces mouvements, les débris subissent des chocs qui les brisent, les amenuisent, arrondissent les angles des blocs et des cailloux. En même temps que le lit s'approfondit, il s'élargit parfois. Les berges inscrites dans des matériaux meubles s'éboulent quand elles sont imbibées d'eau, lors des crues ; les courants les frappent, en particulier dans les courbes, les faisant reculer tandis que les sinuosités s'exagèrent. Ainsi se forment et évoluent les méandres. Cet élargissement du lit relève de l'érosion latérale. L'eau opère un tri en fonction de sa compétence, ou capacité de transport (taille maximale des alluvions que le cours d'eau peut transporter). Dès que le calibre des blocs, des galets, des sables excède la compétence en un point du lit, l'eau abandonne sa charge en commençant par les débris les plus grossiers. Ce dépôt, ou alluvionnement, prend des formes diverses : bancs de galets et de sable qui encombrent les lits mineurs, bourrelets de rives et plaines alluviales des lits majeurs, cônes de déjection lorsque la pente d'une rivière diminue brusquement au débouché dans une plaine ou à la confluence avec un autre cours d'eau. L'alternance des phases de creusement et d'alluvionnement est à l'origine des terrasses fluviales, qui matérialisent la position des anciens lits et leur approfondissement progressif. Elle rythme les étapes de l'encaissement et de l'élargissement des vallées. Les modalités de l'érosion fluviale varient en fonction de l'importance des cours d'eau et des facteurs bio-morphoclimatiques qui agissent sur leur pente, leur régime, la nature de leur charge. 4 L'ÉROSION GLACIAIRE Les mouvements des glaciers permettent de comprendre qu'ils exercent une action morphogénique ; agents de transport, ils entraînent et évacuent des débris, agents d'érosion, ils sculptent, incisent, façonnent les substrats sur lesquels ils se déplacent et créent des modelés spécifiques par abrasion, arrachement de débris et accumulation de dépôts. Simultanément, un glacier en mouvement transporte, érode, dépose les produits entraînés (donc en transit dans et sur le glacier). Les glaciers sont capables d'entraîner dans leur mouvement tous les objets qui tombent à leur surface. Ils ont une compétence illimitée, pouvant transporter des blocs de plusieurs m3 donc de plusieurs tonnes sur de grandes distances. Les débris proviennent des pentes rocheuses supraglaciaires (nunataks dans les hautes latitudes) qui dominent les glaciers. Ils sont produits par la gélifraction ; ce sont des débris d'origine périglaciaire, qui se détachent des parois déneigées en été ou de celles trop raides pour que la neige s'y accumule. Ces débris apparaissent sur les glaciers de type alpin ou de piémont (alaskiens), sur certains émissaires des inlandsis ou des calottes glaciaires (cf. blocs erratiques), mais ils sont absents sur la majeure partie des inlandsis des calottes glaciaires. La trajectoire des débris dépend de leur point de chute sur le glacier et des mouvements de la glace. Les débris tombant sur la zone d'accumulation sont peu à peu recouverts et entraînés vers la base du glacier où ils alimentent la moraine de fond ; dans la partie médiane et en aval de cette zone, ils sont incorporés dans la glace (débris intraglaciaires) et forment la moraine interne. Les débris tombant sur la zone d'ablation demeurent à la surface de la glace et se déplacent plus vite s'ils se trouvent au centre de la langue glaciaire que sur ses bords. Si la vitesse d'un glacier diminue vers l'aval, il peut être entièrement recouvert de débris (glacier noir, par opposition au glacier blanc, qui est un glacier de cirque ou un inlandsis). Aux débris périglaciaires s'ajoutent les débris produits par les glaciers, débris en provenance du lit glaciaire, qui prouvent l'action érosive des glaciers simultanément à leur action d'entraînement de ces débris. Le glissement basal entraîne les débris qui se trouvent sur le fond du lit glaciaire. Par frottement les uns contre les autres et sur le fond rocheux, les blocs sont usés et acquièrent une forme émoussée tandis que des particules fines sont produites. Les plus fines d'entre elles (la « farine glaciaire «) peuvent être entraînées par le film d'eau qui existe à la base des glaciers, rendant les eaux de fonte laiteuses. Les débris grossiers qui subissent une forte pression impriment leur trace et creusent des sillons dans le substrat rocheux (stries glaciaires). L'usure mécanique est renforcée par le passage de l'eau et de la glace chargées de débris. Les glaciers exercent ainsi une action d'abrasion (usure par frottement), une action de polissage, qui façonne des roches moutonnées (lisses) affectées de stries et de cannelures orientées dans le sens du déplacement, là où les frottements sont les plus importants, le long des parois, à la base des glaciers, là où le lit glaciaire présente des aspérités. Les aspérités du lit sont à l'origine d'arrachements de particules à l'aval de l'obstacle, créant des cavités au fond du lit du glacier. Un tel défonçage implique l'existence de dislocations préalables dans les substrats rocheux (diaclases, fissures dues au gel, cassures engendrées par les fortes pressions de la glace ou par le choc des débris transportés). Dans ces creux peuvent s'accumuler des débris à l'origine de la moraine de fond. Les débris arrachés au fond du lit entretiennent l'alimentation en particules de la moraine de fond ; ils favorisent l'abrasion et le glissement basal du glacier. Les eaux de fonte sous pression contribuent aussi à l'action érosive des glaciers ; elles creusent des cavités au dessin contourné et aux flancs lisses (creusement sousglaciaire). Les modelés associés à l'érosion glaciaire apparaissent après le recul ou la fonte des glaciers. Globalement l'érosion glaciaire aboutit à exagérer les irrégularités du relief, excavant les creux et laissant les bosses en relief ; elle exploite les différences lithologiques, les roches tendres étant plus facilement affouillées que les roches dures ; elle souligne les lignes de faiblesse, en particulier les lignes de broyage associées aux failles, les diaclases, les fissures. Lorsqu'il s'agit de glacier de montagne, le profil longitudinal du lit sous-glaciaire est irrégulier, présentant même des contre-pentes (verrou). En plan, la vallée glaciaire montre des élargissements (ombilic) et des rétrécissements (verrou). Le modelé associé comprend : les cirques (réceptacles de la neige et des névés), fermés à l'aval par une contre-pente ou verrou ; les auges, façonnées par les langues glaciaires et les auges aux versants raides, dont le profil transversal dépend des courants de glace qui les ont parcourues et de la résistance mécanique des roches. Une auge glaciaire peut avoir la forme d'un V, surtout si un torrent sous-glaciaire a exercé son action. Le fond plat des auges au profil en U résulte dans la plupart des cas de l'alluvionnement postglaciaire par le cours d'eau qui réoccupe la vallée. Les auges ne sont pas l'apanage des régions de montagne puisque le glacier Lambert (Antarctique), le plus grand glacier du monde, occupe une auge de 3 400 m de profondeur et de 50 km de large. Toutefois, sous les inlandsis, les formes d'érosion glaciaire dépendent du relief sous-glaciaire ; elles se manifestent dans les régions récemment déglacées. C'est ainsi qu'au Groenland, dans les îles Kerguelen et dans les régions montagneuses se trouvent des auges envahies par la mer, que l'on appelle des fjords. Sur le bouclier nord canadien, on observe une juxtaposition de collines et de bosses rocheuses de toutes tailles, aux flancs moutonnés et striés, séparées par un dédale de dépressions creusées par les glaciers et inégalement tapissées de moraines. Les produits de l'érosion et du transport se déposent provisoirement ou définitivement sur le front et au fond des glaciers, qui sont créateurs de modelés construits. Dans les glaciers de montagne, ces accumulations apparaissent en bordure, au milieu et sur le front des glaciers ; les moraines comprennent des débris en cours de transport ou abandonnés lors de la fonte ou du recul d'un glacier. On distingue les moraines latérales (déposées entre la marge d'un glacier et le versant qui domine le glacier), les moraines médianes (résultant de la coalescence de moraines latérales de deux langues glaciaires qui confluent) et les moraines frontales (à la terminaison des langues et qui dessinent parfois des vallums ou des amphithéâtres morainiques). Les glaciers de type alpin déposent peu de moraines de fond, sauf lorsqu'il s'agit de grands appareils. Dans le cas des inlandsis, la moraine de fond prédomine, souvent façonnée en drumlins (collines plus ou moins ovoïdes) rigoureusement allongés dans le sens de l'écoulement de la glace. Les champs de drumlins voisinent parfois avec des eskers (synonyme suédois : ös, pluriel oesar), qui sont des constructions alluviales étroites, sinueuses, peu élevées mais allongées dans le sens du déplacement de l'inlandsis et attribuées au remplissage des tunnels creusés par les torrents sous-glaciaires qui remanient les matériaux de la moraine de fond. Il en résulte une topographie de détail extrêmement bosselée. 5 L'ÉROSION ÉOLIENNE La compétence du vent, c'est-à-dire sa capacité à soulever et à transporter des débris, se limite aux particules fines : argile, limon, sable, cendre, poussières. Les sables grossiers (0,5 mm à 1 mm) sont déplacés par roulage. Les sables moyens (0,1 mm à 0,5 mm) effectuent des bonds successifs jusqu'à 2 m de hauteur (saltation). Les particules inférieures à 0,08 mm sont emportées en suspension. Le vent agit là où la végétation est discontinue et les climats secs. La rareté de la matière organique et la dessiccation privent les formations détritiques de liant et de cohésion. Le vent opère un tri, le vannage soulevant les particules fines et laissant sur place les débris grossiers qui forment un pavage ; dans les déserts, les regs en sont un bon exemple. La déflation éolienne, ou arrachement de particules par le vent, est un processus efficace susceptible d'évider des cuvettes dans les roches meubles (pans du désert du Kalahari dans des limons) ou de creuser des sillons tels les yardangs dans les argiles en Asie centrale. Le vent chargé de sable mitraille de milliers de chocs les affleurements de roches dures. Il en résulte une usure, un polissage -- une éolisation -- qui s'exerce aussi bien sur des blocs que sur des étendues rocheuses. Cette corrasion éolienne ne laisse subsister que les surfaces et les éléments les plus résistants, les époussetant de toute particule meuble. Elle aboutit à une érosion différentielle qui s'exprime à toutes les échelles : nids d'abeilles sur les parois, sculpture en forme de champignon de rochers isolés, dégagement des surfaces planes des hamadas. La compétence du vent étant limitée, le moindre obstacle arrête net le transport des sables et des poussières. Les dunes sont les formes de transit et d'accumulation de l'érosion éolienne. Un dépôt de sable se produit derrière les touffes de végétation : ces micro-dunes sont les nebkas. Les barkhanes sont des dunes mobiles plus importantes, en forme de croissant dont les pointes s'allongent dans le sens du vent. Dans les épaisses couches de sable, le vent modèle et remanie sur place des ensembles de dunes, les ergs ; les formes variées des dunes et de leur assemblage (aklé, ghourd, etc.) dépendent de la direction des vents dominants. Les dunes peuvent se former en dehors des déserts sur les espaces éventés que sont les hauts de plages sableuses. 6 ÉROSION MARINE L'érosion marine s'exerce principalement sur les littoraux par l'action des vagues qui sont de puissants agents de destruction. Le déferlement ou le ressac roulent les galets et le sable en un mouvement de va-et-vient incessant, qui use les estrans rocheux. Les tempêtes projettent les sédiments vers le haut de plage sur les côtes basses, et sur les côtes rocheuses les vagues exercent de véritables coups de bélier accompagnés des rafales de mitraille des galets. Le sapement de la base des falaises vives et les fissures par appel au vide à la partie supérieure soumise aussi aux agents météoriques provoquent des écroulements de pans entiers et le recul de ces falaises, laissant devant elles une plate-forme d'abrasion marine. Les débris déplacés par les vagues sont repris par les courants de marées qui cheminent le long des rivages. Leur étalement dans une baie occasionne le dépôt des sables et des galets à l'origine des plages. Près d'un promontoire, les sédiments se déposent en bancs allongés, ancrés sur l'obstacle, formant lorsqu'ils émergent des cordons ou des flèches littorales susceptibles de fermer l'entrée des estuaires et des baies ou de rattacher une île au continent. La surface de la Terre est constamment sculptée par l'érosion, qui façonne sans cesse de nouveaux modelés. Les formes des continents changent sans arrêt, les vagues et les marées rongeant les littoraux pendant que des vases s'accumulent dans les estuaires des rivières. Les ruisseaux, cours d'eau et rivières creusent plus profondément leurs lits. Globalement, l'usure des montagnes et des plateaux contribue à l'atténuation du relief. L'érosion transfère 250 milliards de tonnes par an de matériaux des continents vers les océans, dont 75 p. 100 sous forme solide par les cours d'eau. Autre exemple, tous les 7 000 à 9 000 ans, l'ensemble du bassin du Mississippi verrait son altitude décroître, en moyenne, de 30 cm. Les éruptions volcaniques et les mouvements de la croûte terrestre qui soulèvent des montagnes, des plateaux et de nouvelles îles tendent à inverser cette tendance. 7 ÉROSION ANTHROPIQUE À l'état naturel, le sol est le plus souvent protégé par le couvert végétal. Quand il pleut sur une prairie ou sur une forêt, une partie des précipitations est interceptée et s'évapore avant d'avoir atteint le sol. L'écoulement le long des arbres et des tiges retardent l'arrivée de la pluie au sol, amortissant souvent le choc des gouttes, guidant l'eau vers le sous-sol (infiltration). Les végétaux et leurs racines retiennent le sol, le protégeant à la fois du ruissellement et du vent. L'agriculture, la sylviculture, l'extension des zones urbaines, le développement industriel et la construction de routes portent atteinte aux modelés, aux formations superficielles et aux sols. Dans certains cas, les pratiques agricoles, tout en modifiant la composition des sols, respectent l'équilibre naturel. L'érosion est ainsi moins importante là où les cultures, telles que le blé, couvrent uniformément le sol, à la différence des champs de maïs et des plantations de tabac où elles sont disposées en rangées. Dans les milieux fragiles, le surpâturage peut à terme transformer des terres de parcours en désert, tout comme l'extension des cultures peut avoir des conséquences désastreuses. Ce fut le cas dans les régions affectées par le Dust Bowl aux États-Unis dans les années trente. Certains historiens pensent que la dégradation du sol qui entraîne la sécheresse est un élément déterminant dans l'ensemble des causes qui expliquent les mouvements de population et la disparition de certaines civilisations. Les ruines de villes et de cités dans des régions aujourd'hui arides, comme les déserts de Mésopotamie, témoignent de l'importance qu'avait jadis l'agriculture dans ces régions. Voir aussi Géologie ; Géomorphologie. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.