Géodynamique Externe

1. Structure externe du globe terrestre

a) L'atmosphère

• Enveloppe gazeuse très fine (environ 1/100 du diamètre terrestre).
• Rôles : capter l'énergie solaire, réguler la température, filtrer les rayons nocifs, humidifier les continents (pluies).
• Densité décroissante avec l'altitude, stratification thermique due aux réactions des gaz aux radiations solaires.
• Composition principale : $N_2$ (78%), $O_2$ (21%), Ar (1%), $CO_2$ (0,03%) + traces de néon, hélium, ozone, radon, etc.
• Couches principales :
  • Troposphère : 80% de la masse d’air, contient toute la vapeur d’eau, lieu des phénomènes climatiques.
  • Stratosphère : température augmente avec l’altitude grâce à l’ozone (30-40 km).
  • Mésosphère : température décroissante, air très rare, ionisation des gaz.
• L’atmosphère est unique dans le système solaire pour permettre le cycle de l’eau et la biosphère.

b) L'hydrosphère

• Enveloppe liquide, épaisseur moyenne si répartie uniformément : environ 2500 m (2440 m océans, 59 m glace, 1 m eau douce).
• Densité de l’eau de mer : 1,025.
• Cycle de l’eau : répartition et mouvements de l’eau dans océans, nappes souterraines, 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 rigide de la surface terrestre, composée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur.
• Croûte continentale : épaisse (30 à 100 km), essentiellement granitique, représente 1,5% du volume terrestre.
• Croûte océanique : fine (~5 km), composée de basaltes.
• La lithosphère est divisée en plaques tectoniques, responsables de la répartition des continents, océans, chaînes de montagnes.
• Activité tectonique : séismes, volcans, mouvements épirogéniques (relèvements, affaissements).

d) La biosphère

• Fine couche où se localise la vie, échange matière et énergie avec le milieu minéral.
• Biomes : toundra, taïga, forêt tempérée, steppe, désert, forêt tropicale, savane, forêt équatoriale.
• Composants :
  • Biocénose : ensemble des êtres vivants, producteurs primaires synthétisant la matière organique.
  • Biomasse : quantité de matière vivante par hectare.
  • Bactéries, champignons, algues : acteurs clés dans la décomposition et colonisation.
  • Animaux (ex. vers de terre) influencent l’érosion des sols.
• L’espèce humaine joue un rôle croissant dans le fonctionnement de la surface terrestre.

2. Structure interne du globe

a) La croûte terrestre

• La croûte représente environ 1,5% du volume terrestre et 0,44% de la masse totale.

b) La lithosphère

• Partie rigide comprenant la croûte et le manteau supérieur.
• Limite inférieure entre 100 et 200 km de profondeur, là 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 des massifs montagneux.

c) L’asthénosphère

• Zone ductile sous la lithosphère, partie plastique du manteau supérieur.
• Permet la mobilité des plaques tectoniques.

d) Le manteau

• La viscosité du manteau est comparable à celle de la glace, expliquant son comportement solide mais déformable.
• La pression croissante empêche la fusion malgré la température élevée.

e) Le noyau

• La convection dans le noyau externe alimente la dynamo terrestre, générant le champ magnétique.
• L’énergie provient probablement de la chaleur latente de cristallisation de la graine solide.

La structure interne de la Terre est déduite indirectement, basée sur des analyses physiques et chimiques précises, car seules les couches superficielles 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 (éclatement des roches par l’eau gelée dans les fissures). En climat désertique, les fortes variations thermiques causent la dilatation/contraction et l’éclatement des roches.

• Vent : Agent d’érosion, transport et dépôt. Le vent chargé de sable use et polit les roches, creuse des alvéoles et sillons, mais sa capacité de transport reste faible.

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

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

  • Eaux de ruissellement : détruisent, usent et transportent les matériaux.
  • Eaux souterraines : circulent selon porosité, perméabilité et nature de l’eau (rétention, capillaire, saturation, gravité).

• 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 : action mécanique par racines.
• Plantes inférieures : action chimique via acides.
• Couvert végétal protège contre l’érosion.
• Homme et microorganismes participent à la désagrégation.

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

• Résulte des variations thermiques, gel/dégel, chocs, action biologique.
• Gélifraction : l’eau gèle dans les fissures, augmente de volume (+10%), provoquant éclatement.
• Fractionnement des roches :
  • Fractionnement granulaire
  • Exfoliation (minces enveloppes externes)
  • Séparation en blocs (écartement des joints)
  • Éclatement en fragments anguleux

II.1.2 Altération chimique

• Réactions chimiques entre roches et agents atmosphériques/hydrosphériques (O₂, CO₂, H₂O, acides organiques).

• Principaux processus :

  Processus	Description et exemples
  Hydratation	Absorption d’eau par un minéral, ex : anhydrite → gypse
  Hydrolyse	Destruction du minéral, libération d’ions, ex : albite transformée en argiles
  Dissolution	Minéral se dissout dans l’eau, ex : calcite, halite, gypse
  Oxydation	Oxygénation des minéraux ferromagnésiens par eaux infiltrées

• Facteurs influençant l’hydrolyse : concentration en SiO₂, cations basiques, pH, température, vitesse de circulation de l’eau.

II.1.3 Influence du climat sur l’altération chimique

II.1.4 Ordre d’altération des minéraux magmatiques

• Degré d’altérabilité croissant : quartz < feldspaths < olivine.
• Les minéraux s’altèrent dans l’ordre inverse de leur formation.

À retenir : L’altération est le processus clé qui transforme les roches solides en matériaux meubles, mobilisables par l’érosion, le transport et la sédimentation, façonnant ainsi les paysages.

1. Ordre d’altération des minéraux des roches magmatiques

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

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

2. Altération chimique des roches magmatiques

• Quartz : très résistant, grains peu modifiés après altération.
• Feldspaths : hydrolyse, formation de séricite et illite. Microcline (K-feldspath) résiste mieux que plagioclases sodiques et calciques.
• Minéraux ferromagnésiens : altération produit argiles, composés ferromagnésiens, libération de quartz et sels solubles.

3. Altération chimique des roches sédimentaires

• Action par hydratation et dissolution.
• Roches sensibles : gypsite, halite (NaCl), calcaires.
• Effets : corrosion superficielle, coloration (ex. glauconie devient jaune), oxydation des ciments ferriques.
• Vitesse d'altération dépend de la nature, fissuration, surface exposée, orientation, climat.

4. Transformations minéralogiques post-altération

5. Érosion

• Définition : ensemble des phénomènes de dégradation, ablation, destruction et usure des roches, principalement physique.
• Facteurs influents :
  • Lithologie (nature de la roche)
  • Structure (disposition, inclinaison, fracturation)
  • Texture (cohésion, arrangement des grains)

6. Agents d’érosion et leurs actions

7. Transport des matériaux

• Agents : pesanteur, vent, glace, eau.

• Modes de transport par l’eau :

  • Dissolution (soluté)
  • Suspension (particules < 250 μm)
  • Saltation (250–500 μm)
  • Roulement (> 500 μm)

• Modes de transport par le vent :

  • Roulement/glissement (particules grosses)
  • Saltation (sables)
  • Suspension (poussières, loess)

• Transport par la pesanteur : éboulis, glissements, sous-marins ou sous-lacustres.

• Transport par la glace : arrachement et dépôt (moraines, dépôts fluvio-glaciaires).

8. Dépôt

• Se produit par gravité dès que la vitesse du transport diminue.

• Dépôts éoliens :

  • Dunes : accumulation de sable, stratification entrecroisée due aux variations de vent.
    • Types de dunes : barkhanes (arquées), transverses, pyramidales (en étoiles), longitudinales, paraboliques.
  • Loess : sédiment fin, meuble, fertile, formé de silice, argile, parfois calcaire.

• 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.
• Principaux processus :
  • Compaction : réduction de volume par diminution de la porosité, expulsion des eaux interstitielles, réarrangement des grains.
  • Cimentation : remplissage des interstices par des dépôts minéraux, consolidation des roches meubles.

L’altération chimique et l’érosion façonnent les paysages en fonction de la nature des roches, des agents et des conditions climatiques, tandis que la diagenèse transforme les sédiments en roches consolidées.

1. Organisation et répartition du relief continental

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

Deux grands domaines structuraux :

• Dans les pays tempérés froids, structure géologique et relief sont liés.
• Dans les pays tropicaux, le relief dépend surtout du climat et de l’altération.

2. Évolution du relief continental

• Le relief évolue sous l’action des forces externes regroupées sous le terme 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

a) Formes élémentaires

1. Formes en hauteur

• Interfluve : espace topographique entre deux talwegs (cours d’eau).
• Trois formes principales :

2. Formes en creux

• Dépression : zone basse fermée ou ouverte, avec fond et versants.
• Types de dépressions :

• Vallées drainées (avec eau) vs vallées sèches (sans eau).
• Méandres : sinuosités du cours d’eau, divagants (libres) ou encaissés.

3. Formes en pente

• Talus : surface inclinée reliant deux reliefs plans d’altitudes différentes (ex : plateau à plaine).
• Versant : pente dominant un talweg ou encadrant un sommet (flanc de montagne).

b) Types de relief (ensembles spatiaux)

À retenir : Le relief continental est organisé en deux grands domaines structuraux (vieilles terres rigides et montagnes récentes 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 se combinent en types de relief plus vastes (plaine, plateau, montagne, colline).