Géodynamique Externe

1. Structure externe du globe terrestre

a) L'atmosphère

• Enveloppe gazeuse très fine (environ 1/100 du diamètre terrestre).
• Fonctions principales : capter et distribuer l'énergie solaire, réguler la température, filtrer les rayons nocifs, humidifier les continents (pluies).
• Densité de l'air décroît avec l'altitude, molécules concentrées dans les basses couches par gravité.
• Stratification thermique due à l'absorption des rayonnements solaires, notamment par l'ozone.
• Couches principales :

  Couche	Altitude (km)	Caractéristiques principales
  Troposphère	0 - 10	80% de la masse d'air, vapeur d'eau, climat
  Stratosphère	10 - 50	Température augmente avec altitude (ozone)
  Mésosphère	50 - 80	Température diminue, air rare, ionisation
  Ionosphère	> 80	Molécules ionisées par rayonnements solaires

• Composition de l'air sec : N₂ (78%), O₂ (21%), Ar (1%), CO₂ (0,03%) + traces d'autres gaz.

b) L'hydrosphère

• Sphère liquide : épaisseur moyenne si répartie uniformément ~2500 m (2440 m océans, 59 m glace, 1 m eau douce).
• Concentrée dans les océans, densité de l'eau de mer = 1,025.
• Cycle de l'eau : mouvement et répartition de l'eau atmosphérique, de surface et souterraine (océans, rivières, glaciers, atmosphère).
• La Terre est la seule planète du système solaire où l'eau existe sous ses trois états (liquide, solide, gazeux), grâce à sa position à 1 UA du Soleil.

c) La lithosphère

• Enveloppe terrestre rigide comprenant la croûte et une partie du manteau supérieur.
• Épaisseur : de quelques km à 100 km sous les massifs montagneux.
• Représente les terres émergées (moins d’1/3 de la surface terrestre actuelle).
• Activité tectonique responsable de la répartition des continents, océans, chaînes de montagnes, bassins sédimentaires.
• Manifestations actuelles : séismes, volcans, mouvements épirogéniques (relèvements, affaissements).

d) La biosphère

• Couche fine où se localise la vie, ensemble des êtres vivants et milieux occupés.
• Interagit avec les domaines minéral (atmosphère, lithosphère, hydrosphère) par échanges de matière et d'énergie.
• Diversité des biomes (toundra, taïga, forêt tempérée, désert, forêt tropicale, savane, etc.) reflète l'équilibre entre conditions environnementales et développement biologique.
• Composants clés :
  • Biocénose : ensemble des êtres vivants, producteurs primaires synthétisant la matière organique.
  • Biomasse : quantité de matière vivante (tonnes/ha).
  • Production primaire : matière élaborée par la phytomasse.
  • Rôle important des bactéries, champignons, algues dans la décomposition et colonisation.
  • Influence notable des animaux (ex. vers de terre) et de l’espèce humaine.

2. Structure interne du globe

a) La croûte terrestre

• Croûte continentale : solide granitique, épaisseur 30 à 100 km sous montagnes, représente 1,5% du volume terrestre, anciennement appelée SIAL (silicium + aluminium).
• Croûte océanique : roches basaltiques, plus fine (~5 km), appelée SIMA (silicium + magnésium).

b) La lithosphère

• Partie rigide comprenant la croûte et une partie du manteau supérieur.
• Limite inférieure entre 100 et 200 km de profondeur, où les péridotites approchent leur point de fusion.
• Parfois présence d'une zone LVZ (Low Velocity Zone) à la base, caractérisée par une fusion partielle et une plus grande fluidité, absente sous les racines continentales.

c) L'asthénosphère

• Zone ductile du manteau supérieur située sous la lithosphère rigide.
• Permet la mobilité des plaques tectoniques, concept apparu avec la tectonique des plaques.

d) Le manteau

• Manteau supérieur : plus ductile, formé principalement de péridotite (olivine, pyroxène, grenat).
• Manteau inférieur : solide élastique à court terme, plastique à long terme, viscosité comparable à celle de la glace.
• Maintien de l'état solide grâce à la pression qui augmente plus vite que la température avec la profondeur.

e) Le noyau

• Noyau externe : liquide, composé majoritairement de fer (80-85%), nickel (~5%) et éléments légers (10-12%), température ~4000 °C, densité ~10.
• Viscosité estimée entre 1 et 100 fois celle de l'eau.
• Convection thermique et compositionnelle dans le noyau externe génèrent le champ magnétique terrestre.
• Source d'énergie probable : chaleur latente de cristallisation de la graine solide interne.

La structure interne de la Terre est déduite indirectement, car seule l'atmosphère, l'hydrosphère et la partie supérieure de la croûte sont accessibles directement.

1. Agents de façonnement des paysages

a) I.1 Agents atmosphériques

• Température : influence l’altération chimique selon le climat. En pays froids/tempérés, le gel/dégel provoque la gélifraction (rupture des roches par expansion de l’eau gelée). En climat désertique, les fortes variations thermiques causent dilatation, contraction et éclatement des roches.

• Vent : agent d’érosion, transport et dépôt. Chargé de sable (quartz), il polit et creuse les roches dures, mais sa capacité de transport est faible.

• Climat : alternance gel/dégel favorise la désagrégation en climat froid, tandis qu’en climat chaud et sec, les roches s’écaillent.

• Pluviométrie : facteur principal d’érosion, transport, altération et désagrégation. Elle génère :

  • Eaux de ruissellement : détruisent, usent et transportent les matériaux.
  • Eaux souterraines : infiltration, circulation dépendant de porosité, perméabilité et nature de l’eau.

• Glaciers : s’écoulent comme des fluides, suivant les lois d’écoulement des liquides.

b) I.2 Agents biologiques

• Les racines et matières organiques putréfiées sécrètent des acides destructeurs.
• Plantes supérieures agissent mécaniquement (racines), plantes inférieures chimiquement.
• Le couvert végétal protège contre l’érosion.
• L’homme et les microorganismes participent à la désagrégation des roches.

2. Processus de façonnement des paysages

a) II.1 Altération

• Définition : ensemble des processus physiques, chimiques et biologiques transformant les roches saines en produits de décomposition.
• Altération sur place (météorisation) : altération sans transport, contrairement à l’érosion.
• Trois types d’altération : mécanique, chimique, dissolution.

II.1.1 Altération mécanique (désagrégation physique)

• Importante en climat désertique (variations > 50°C) et climat humide autour de 0°C (gel/dégel).
• Facteurs :
  • Variations de température : dilatation/contraction provoquant fissures et éclatement.
  • Gel : l’eau gèle, augmente de volume (~10%), provoquant éclatement et formation de sable.
  • Chocs : éboulements, grains de sable projetés par le vent.
  • Action biologique : racines, matières organiques, homme, microorganismes.
• Formes de fractionnement :
  • Fractionnement granulaire.
  • Exfoliation (minces enveloppes externes).
  • Séparation en blocs via joints.
  • Éclatement en fragments anguleux.

II.1.2 Altération chimique

• Se produit sur roches ou fragments désagrégés, via eau pure ou acidification (acides organiques).

• Agents chimiques clés : $O_2$ (oxydation), $CO_2$ (forme acide carbonique), $H_2O$ (essentiel), $N_2$ (inerte).

• Principaux processus :

  • Hydratation : absorption d’eau par un minéral, ex. biotite → chlorite, anhydrite + eau → gypse.

  • Hydrolyse : destruction totale du minéral, libération d’ions majeurs (Ca$^{2+}$, Fe$^{3+}$, Mg$^{2+}$...), transformation des feldspaths en argiles.

    Exemple d’hydrolyse (albite) :

    $$\mathrm{NaAlSi_3O_8 + 8H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3H_4SiO_4 + Na^+ + OH^-}$$

  • Dissolution : minéral se dissout dans l’eau (ex. halite, calcite, dolomite, gypse), dépendante de $CO_2$, température, pH.

  • Oxydation : oxygène dissous oxyde sulfures métalliques et silicates, surtout dans minéraux ferromagnésiens.

• Facteurs influençant l’hydrolyse : concentration en $SiO_2$, cations basiques, pH, température, vitesse de circulation de l’eau.

II.1.2.5 Caractères influençant l’altération

II.1.2.6 Rôle du climat dans l’altération

• Sur roches basiques : argiles rouges équatoriales.
• Sur roches acides : argiles jaunes équatoriales.

b) II.1.3 Ordre d’altération

• L’altérabilité des roches magmatiques dépend de leur minéralogie et structure.
• Degré d’altération croissant : quartz < feldspaths < olivine.
• Les minéraux s’altèrent dans l’ordre inverse de leur formation.

À retenir : L’altération transforme les roches solides en matériaux meubles mobilisables, via des processus mécaniques, chimiques et biologiques, fortement contrôlés par le climat et la nature minérale.

1. Ordre d’altération des minéraux des roches magmatiques

• Quartz : minéral le plus résistant à l'altération.
• Feldspaths potassiques : moins résistants que le quartz, mais plus que les plagioclases.
• Plagioclases : plus altérables, surtout les très calciques.
• Minéraux ferromagnésiens (olivine, pyroxènes, amphiboles, biotite) : très labiles, s'altèrent facilement.

Cet ordre correspond à la série de Bowen (série de cristallisation des roches ignées) : les minéraux cristallisant à haute température sont plus instables en surface.

2. Altération chimique des roches magmatiques

• Quartz : très résistant, grains peu modifiés après altération.
• Feldspaths : altération par hydrolyse, formation de séricite, illite et argiles (kaolinite, montmorillonite, illite).
• Minéraux ferromagnésiens : altération produit argiles, composés ferromagnésiens, libération de quartz et sels solubles.

3. Altération chimique des roches sédimentaires

• Processus principaux : hydratation, dissolution, oxydation.
• Exemples :
  • Gypsite et halite : dissolution rapide, provoquant effondrements.
  • Calcaires : usure par corrosion superficielle, dissolution du carbonate de calcium.
  • Ciments ferriques hydratés, oxydes ferreux oxydés (marnes bleues).
• Facteurs influençant la vitesse d’altération : nature, fissuration, surface exposée, orientation, climat.

4. Transformations minéralogiques dues à l’altération

5. Érosion

• Définition : ensemble des phénomènes de dégradation, ablation et usure des roches, principalement physiques.
• Facteurs influençant l’érosion :
  • Lithologie (résistance des roches)
  • Structure (disposition, inclinaison, fissuration)
  • Texture (cohésion, arrangement des grains)

6. Agents d’érosion et leurs actions

7. Transport des matériaux

• Agents : pesanteur, vent, glace, eau.
• Transport par la pesanteur : éboulis, glissements (aériens ou sous-marins).
• Transport par l’eau :
  • Classifications : minéralogique, densimétrique, granulométrique.
  • Modes de transport :
    • Dissolution (soluté)
    • Suspension (particules < 250 μm)
    • Saltation (250–500 μm)
    • Roulement (> 500 μm)
• Transport par le vent :
  • Particules grosses : roulement/glissement
  • Sables moyens : saltation (sauts successifs)
  • Poussières fines : suspension (loess)
• Transport par la glace : arrachement et dépôt (moraines, dépôts fluvio-glaciaires).

8. Dépôt

• Se produit quand la vitesse du transport diminue (vent, courant).
• Dépôts éoliens :
  • Dunes : accumulation de sable, stratification entrecroisée due aux variations de vent.
  • Types de dunes :

• Loess : sédiment fin, poudreux, perméable, formé de silice, argile, parfois calcaire; sols fertiles.

• Dépôt de soluté : par augmentation de concentration liée à pH, température ou CO₂ dissous.

9. Diagenèse

• Ensemble des processus transformant les sédiments en roche consolidée avant métamorphisme.
• Processus principaux :
  • Compaction : réduction de volume par diminution de la porosité, expulsion des eaux interstitielles, réarrangement des grains.
  • Cimentation : remplissage des interstices par dépôt minéral, consolidation des roches meubles.

L’altération chimique des roches dépend fortement de la nature minérale et des conditions environnementales, conduisant à des transformations minéralogiques spécifiques et à la formation de sols et paysages variés.

1. Organisation et répartition du relief continental

• La Terre est composée de 71 % d'eau et 29 % de terres émergées.
• Hémisphère Nord : 39 % terres émergées (continental dominant).
• Hémisphère Sud : 19 % terres émergées (océanique dominant).

Deux domaines structuraux majeurs :

• Dans les pays tempérés froids, la structure géologique contrôle le relief.
• Dans les pays tropicaux, le relief dépend surtout du climat via l’altération intense.
• La nature des facteurs explicatifs change selon l’échelle d’analyse.

2. Évolution du relief continental

• Le relief évolue sous l’action des forces externes regroupées dans l’érosion (érosion, transport, accumulation).
• Ces forces tendent à aplanir les reliefs en modifiant leur forme initiale.
• L’efficacité de l’érosion dépend du climat (chaleur, humidité, sécheresse, froid, gel).
• Les systèmes morpho-climatiques expliquent l’évolution régionale du relief.

3. Les formes du relief continental

Le relief est une combinaison de formes élémentaires qui s’associent en ensembles plus vastes.

a) Formes élémentaires

• Colline : sommet arrondi, pentes divergentes, isolée.
• Butte : sommet plat, versants raides, isolée.
• Chaînon : relief montagneux allongé, sommets élevés, lignes de crête, cols.
• Vallée : bordée de versants convergents vers un talweg (lit mineur).
  • Types : vallon (petite vallée), gorge (profonde, versants raides), auge (en U, fond plat), vallées en V ou en berceau.
  • Vallées drainées (avec eau) ou sèches (sans eau).
• Cuvette : dépression fermée, souvent lacustre.
• Talus : pente variable entre deux surfaces planes.
• Versant : pente dominant un talweg ou flanc de montagne.

b) Types de relief (ensembles de formes élémentaires)

À retenir : Le relief continental est organisé en deux grands domaines structuraux (vieux continents rigides et montagnes jeunes plastiques) et évolue sous l’action des forces externes (érosion) fortement influencées par le climat, donnant naissance à une diversité de formes élémentaires (hauteur, creux, pente) qui s’assemblent en types de relief (plaine, plateau, montagne, colline).