Géodynamique Externe

1. Structure externe du globe terrestre

a) L'atmosphère

• Enveloppe gazeuse très fine (environ 1/100 du diamètre terrestre) qui capte et distribue l'énergie solaire, régule la température, filtre les rayons nocifs et permet l'humidification des continents.
• Composition principale : azote (78%), oxygène (21%), argon (1%), CO₂ (0,03%), traces de néon, hélium, krypton, hydrogène, xénon, ozone, radon, plus vapeur d'eau et oxydes d'azote.
• Stratification thermique due à l'absorption des rayonnements solaires, avec plusieurs couches :
  • Troposphère (0-10 km) : 80% de la masse d'air, contient toute la vapeur d'eau, lieu des phénomènes climatiques et du cycle de l'eau.
  • Stratosphère (10-50 km) : température augmente avec l'altitude à cause de l'ozone qui absorbe les UV.
  • Mésosphère (50-80 km) : température diminue à nouveau, air très rare, molécules ionisées.
  • Ionosphère au-dessus, zone d'ionisation par rayonnements solaires.

b) L'hydrosphère

• Sphère liquide comprenant océans, glaciers, eaux souterraines, rivières, lacs et atmosphère.
• Épaisseur moyenne si répartie uniformément : environ 2500 m (2440 m océans, 59 m glace, 1 m eau douce).
• Cycle de l'eau : mouvement et répartition de l'eau dans ses différents réservoirs, essentiel à la vie.
• La Terre est unique dans le système solaire par la présence d'eau sous ses trois états (solide, liquide, gazeux), liée à sa position à 1 UA du Soleil.

c) La lithosphère

• Enveloppe rigide de la surface terrestre, composée de la croûte terrestre et d'une partie du manteau supérieur.
• Croûte continentale : épaisse (30 à 100 km sous montagnes), essentiellement granitique, représente 1,5% du volume terrestre.
• Croûte océanique : plus fine (~5 km), composée de basaltes.
• La lithosphère est divisée en plaques tectoniques responsables de la répartition des continents, océans, chaînes de montagnes, séismes et volcans.
• Mouvements épirogéniques : relèvements ou affaissements influençant l’érosion.

d) La biosphère

• Fine couche autour de la Terre où se localise la vie, comprenant tous les êtres vivants et leurs milieux.
• Joue un rôle majeur dans les échanges de matière et d'énergie avec les domaines minéral.
• Biomes : grandes zones écologiques (toundra, taïga, forêt tempérée, steppe, désert, forêt tropicale, savane, forêt équatoriale) caractérisées par leur végétation.
• Composants essentiels :
  • Biocénose : ensemble des êtres vivants, producteurs primaires synthétisant la matière organique.
  • Biomasse : quantité de matière vivante par hectare.
  • Bactéries, champignons, algues : acteurs clés de la décomposition et colonisation.
  • Humains : influence croissante sur la biosphère.

2. Structure interne du globe

a) La croûte terrestre

b) La lithosphère

• Partie rigide incluant la croûte et une partie du manteau supérieur.
• Limite inférieure entre 100 et 200 km, là où les péridotites approchent leur point de fusion.
• Parfois présence d'une Low Velocity Zone (LVZ) à la base, zone partiellement fondue avec atténuation des ondes sismiques, 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 (fin années 1960).

d) Le manteau

• La solidité du manteau est due à la pression qui empêche la fusion malgré la température élevée.

e) Le noyau

• La convection dans le noyau liquide entretient la dynamo générant le champ magnétique terrestre.
• L'énergie provient probablement de la chaleur latente de cristallisation de la graine solide.

La structure interne de la Terre est déduite indirectement, la connaissance directe ne concerne que l'atmosphère, l'hydrosphère et la partie supérieure de la croûte.

1. Agents de façonnement des paysages

a) I.1 Agents atmosphériques

• Température : influence l’altération chimique selon le climat. En pays froid, le gel de l’eau dans les fissures provoque la gélifraction (désagrégation mécanique par gel/dégel). En climat désertique, les fortes variations thermiques causent la dilatation/contraction et l’éclatement des roches.

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

• Climat : l’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 : infiltrations qui dépendent de la 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 (altération chimique).
• Les racines provoquent une destruction mécanique.
• Le couvert végétal protège contre l’érosion.
• L’homme et les microorganismes participent aussi à la désagrégation.

2. Processus de façonnement des paysages

a) II.1 Altération

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

II.1.1 Altération mécanique (désagrégation physique)

• Importante en climat désertique (fortes variations thermiques) et climat humide autour de 0 °C (gel/dégel).

• Facteurs :

  • Variations de température → dilatation/contraction → fissuration.
  • Gel de l’eau → augmentation de volume de 10% → éclatement des roches.
  • Chocs (éboulements, grains de sable projetés par le vent).
  • Action biologique (racines, matières organiques, homme, microorganismes).

• Types de fractionnement :

  • Fractionnement granulaire.
  • Exfoliation (minces enveloppes externes se détachent).
  • Séparation en blocs selon joints.
  • Éclatement en fragments anguleux.

II.1.2 Altération chimique

• Se produit sur les roches ou fragments désagrégés, via l’eau pure ou acidifiée (acides organiques).

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

• Principaux processus chimiques :

  Processus	Description	Exemple
  Hydratation	Absorption d’eau par un minéral	Biotite → chlorite
  Hydrolyse	Destruction du minéral, libération d’ions	Feldspath sodique → argiles
  Dissolution	Minéral se dissout dans l’eau	Calcite, halite, gypse
  Oxydation	Oxygène oxyde sulfures et silicates	Minéraux ferromagnésiens

• Hydrolyse : étape clé, avec fixation des dipôles d’eau, dissociation en $OH^-$ et $H^+$, remplacement des cations polyvalents (Ca$^{2+}$, Fe$^{3+}$, Mg$^{2+}$).

• Exemple d’hydrolyse totale (albite) :

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

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

II.1.3 Ordre d’altération

• L’altérabilité croît du quartz (très résistant) à l’olivine (facilement altérable).
• Les minéraux s’altèrent dans l’ordre inverse de leur formation.

b) II.1.2.5 Influence du climat sur l’altération chimique

À retenir : Le climat chaud et humide favorise l’altération chimique maximale, conduisant à la formation d’argiles et de sols latéritiques.

À retenir : L’altération est la transformation des roches sur place par des processus physiques, chimiques et biologiques, préparant les matériaux à l’érosion et au transport qui façonnent 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 suit la série de Bowen : les minéraux cristallisant à haute température (ex. olivine) sont les plus instables en surface.

2. Altération chimique des roches magmatiques

• Quartz : très résistant, grains peu modifiés après altération.
• Feldspaths : hydrolyse entraîne formation d’argiles (kaolinite, montmorillonite, illite).
  • Microcline (feldspath potassique) : résistant.
  • Plagioclases sodiques : résistance moyenne.
  • Plagioclases calciques : facilement altérés.
• Minéraux ferromagnésiens : altération produit argiles, composés Fe-Mg, libération de quartz et sels solubles.

3. Altération chimique des roches sédimentaires

• Action par hydratation et dissolution.
• Roches sensibles : gypsite, halite (NaCl).
• Effets :
  • Dissolution du gypse → effondrements.
  • Calcaires : corrosion superficielle, dissolution du carbonate de calcium.
  • Oxydation des ciments ferriques.
• Vitesse d’altération dépend de la 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 physique.
• Facteurs influençant l’érosion :
  • Lithologie (résistance des roches).
  • 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 : transport en solution.
  • Suspension : particules < 250 μm en suspension colloïdale.
  • Saltation : particules 250–500 μm sautent sur le fond.
  • Roulement : particules > 500 μm roulent au fond.

• Transport par le vent :

  • Particules lourdes : roulement/glissement.
  • Sables : saltation.
  • Poussières fines : suspension (loess).

8. Dépôts

• Dépôt : arrêt du transport quand la vitesse diminue.
• Dépôts éoliens :
  • Dunes : accumulation de sable, stratification entrecroisée due aux variations de vent.
  • Types de dunes :

• Loess : sédiment fin, poudreux, fertile, formé par poussières désertiques ou glaciaires.

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

9. Diagenèse

• Ensemble des processus transformant sédiments en roche consolidée avant métamorphisme.
• Principaux processus :
  • Compaction : réduction de volume par diminution de 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 de la nature minérale, la température de cristallisation et les conditions de surface, conduisant à des transformations minéralogiques spécifiques et à la formation d’argiles et autres produits secondaires.

1. Organisation et répartition du relief continental

• Terres émergées : 29 % de la surface terrestre, avec une forte différence entre hémisphère Nord (39 %, continental) et Sud (19 %, océanique).
• Deux domaines structuraux majeurs :
  • Vieilles terres (roches > 3 milliards d’années) : blocs rigides, peu sismiques, reliefs tabulaires dominants (ex. Nord-est Canada, Nord Europe-Asie, Brésil, Afrique, Inde, Australie).
  • Montagnes jeunes ou récentes : matériel récent, plastique, relief vigoureux.
• En pays tempérés froids, la structure géologique détermine le relief ; en pays tropicaux, le climat et l’altération dominent.

2. Évolution du relief continental

• Le relief évolue sous l’action des forces externes regroupées dans le triptyque : 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

• Vallées : drainées (avec eau) ou sèches (sans eau).
• Types de vallées : vallon (petite vallée), gorge (vallée profonde à versants raides), auge (vallée en U à fond plat), vallées en V ou en berceau.
• Méandres : divagants (cours libre) ou encaissés (cours encaissé dans le substrat).

b) Types de relief (ensembles de formes élémentaires)

4. > À retenir

Le relief continental est structuré en deux grands domaines (vieilles terres tabulaires vs montagnes récentes), évolue sous l’action combinée des forces externes et du climat, et se compose de formes élémentaires (hauteur, creux, pente) qui s’assemblent en types de relief variés (plaine, plateau, montagne, colline).