Géodynamique Externe

1. Structure externe du globe terrestre

a) L'atmosphère

• Enveloppe gazeuse très fine (environ 1/100 du diamètre terrestre), elle capte l'énergie solaire, régule la température, filtre les rayons nocifs et permet l'humidification des continents.
• Composition principale : N₂ (78%), O₂ (21%), Ar (1%), CO₂ (0,03%) + traces de gaz rares, vapeur d'eau et oxydes d'azote.
• Stratification thermique due à l'absorption des rayonnements solaires :

  Couche	Altitude (km)	Température / Particularités
  Troposphère	0 - 12	80% masse d'air, vapeur d'eau, climat et érosion
  Stratosphère	12 - 50	Température augmente avec altitude (ozone absorbe UV)
  Mésosphère	50 - 80	Température diminue, air rare, ionisation
  Ionosphère	> 80	Molécules ionisées par rayonnements solaires

b) L'hydrosphère

• Sphère liquide comprenant océans, glaciers, eaux souterraines, rivières, lacs et atmosphère.
• Épaisseur moyenne si répartie uniformément : ~2500 m (2440 m océans, 59 m glace, 1 m eau douce).
• Cycle de l'eau : mouvement et répartition de l'eau entre ses différents réservoirs, essentiel à la vie.
• 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 composée de la croûte terrestre et d'une partie du manteau supérieur.
• Croûte continentale : épaisse (30 à 100 km), essentiellement granitique, représente 1,5% du volume terrestre. Anciennement appelée SIAL (silicium + aluminium).
• Croûte océanique : fine (~5 km), composée de roches basaltiques, appelée SIMA (silicium + magnésium).
• Répartition actuelle des continents et océans liée à la tectonique des plaques.
• Activité tectonique : séismes, volcans, mouvements épirogéniques (relèvement/affaissement).

d) La biosphère

• Fine couche autour de la Terre 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 clés :
  • Biocénose : ensemble des êtres vivants, producteurs primaires synthétisant la matière organique.
  • Biomasse : quantité de matière vivante (t/ha).
  • Bactéries et champignons : décomposition et minéralisation de la matière organique.
  • Algues : colonisation des roches nues (lichens).
  • Rôle humain : influence croissante sur le fonctionnement de la surface terrestre.

2. Structure interne du globe

a) La croûte

• Croûte continentale : solide granitique, épaisseur 30-100 km, 1,5% du volume terrestre, appelée SIAL.
• Croûte océanique : roche basaltique, épaisseur ~5 km, appelée SIMA.

b) La lithosphère

• Partie rigide composée de la croûte et d'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 Low Velocity Zone (LVZ) à la base, zone partiellement fondue avec diminution de la vitesse des ondes sismiques.

c) L'asthénosphère

• Zone ductile du manteau supérieur, située sous la lithosphère rigide.
• Permet le mouvement 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 à 80-85% de fer, 10-12% d'élément léger (soufre, oxygène ou silicium), 5% nickel.
• Température moyenne ~4000 °C, densité ~10.
• Convection thermique dans le noyau liquide génère le champ magnétique terrestre (dynamo).
• Source d'énergie probable : chaleur latente de cristallisation de la graine.

La structure interne de la Terre est déduite indirectement, car seules 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 (plus intense en climat tropical humide). En climat froid/tempéré, le gel/dégel provoque la gélifraction (éclatement des roches par expansion de l’eau gelée dans les fissures). En climat désertique, les fortes variations thermiques causent la dilatation/contraction des roches, entraînant leur éclatement.

• Vent : Agent d’érosion, transport et sédimentation. Le vent chargé de sable use et polit les roches, creuse des alvéoles, 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 majeur d’érosion, transport, altération et désagrégation. Elle génère :

  • Eaux de ruissellement : détruisent et transportent les matériaux.
  • Eaux souterraines : infiltrations qui circulent selon 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.
• Les plantes supérieures agissent mécaniquement (racines), les 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 qui transforment 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 (fortes variations thermiques) et humide (gel/dégel).
• Facteurs clés :
  • Variations de température : dilatation/contraction provoquant fissures et éclatements.
  • Gel : l’eau gèle et augmente de volume (10%), éclatant la roche.
  • Chocs : éboulements, grains de sable projetés par le vent.
  • Action biologique : racines, matières organiques, microorganismes, homme.
• Types de fractionnement :
  • Granulaire
  • Exfoliation (minces enveloppes externes)
  • Séparation en blocs (écartement des joints)
  • Éclatement en fragments anguleux

II.1.2 Altération chimique

• Se produit sur les roches ou fragments par l’eau pure ou acidifiée (acides organiques).
• Agents chimiques :
  • $N_2$ (inertie),
  • $O_2$ (oxydation),
  • $CO_2$ (forme acide carbonique en solution),
  • $H_2O$ (essentiel),
  • autres (soufre, hydrogène).
• Réactions principales : hydratation, hydrolyse, dissolution, oxydation.

II.1.2.1 Hydratation

• Absorption d’eau par un minéral, provoquant gonflement ou transformation.
• Exemples : biotite → chlorite, anhydrite + eau → gypse.

II.1.2.2 Hydrolyse

• Destruction totale du minéral avec libération d’ions majeurs.
• Étapes : hydratation (fixation de l’eau), dissociation (ionisation de l’eau en OH⁻ et H⁺).
• Chasse des cations polyvalents (Ca²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺).
• Transformation des feldspaths en argiles (exemple albite → gibbsite + acide silicique + ions).
• Facteurs influençant : concentration en $SiO_2$, cations basiques, pH, température, vitesse de circulation de l’eau.

II.1.2.3 Dissolution

• Dissolution rapide d’un produit dans l’eau (ex : halite, calcite, dolomite, gypse).
• Dépend de la teneur en $CO_2$, température, pH, potentiel redox, ions en solution.
• Contribue à la porosité secondaire et à la modification minéralogique.

II.1.2.4 Oxydation

• Oxygène des eaux d’infiltration oxyde sulfures métalliques et silicates, surtout dans les roches ferromagnésiennes.
• Favorisée par l’activité bactérienne.

II.1.2.5 Facteurs influençant l’altération

II.1.2.6 Rôle du climat dans l’altération

• Climats froids/secs : altération quasi nulle.
• Climats tempérés/humides : hydrolyse modérée, argiles de décarbonation.
• Climats méditerranéens/nord-tropicaux : hydrolyse favorisée, sols fersiallitiques (illite).
• Zones intertropicales : hydrolyse intense, quartz partiellement dissous, sols rouges latéritiques (goethite, hématite, kaolinite).
• Climats équatoriaux : pluies abondantes, lessivage intense, sols dominés par kaolinite.
• Influence de la roche mère : roches basiques → argiles rouges, roches acides → argiles jaunes.

b) II.1.3 Ordre d’altération

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

> L’altération transforme les roches solides en matériaux meubles mobilisables, initiant ainsi l’érosion, le transport et la sédimentation qui façonnent les paysages.

1. Notion de géomorphologie

a) Altération des minéraux et des roches

• Ordre de résistance des minéraux à l'altération (Goldich, 1938) :
  $\text{olivine} < \text{augite} < \text{hornblende} < \text{biotite} < \text{feldspaths K} < \text{muscovite} < \text{quartz}$
  Cet ordre suit la série de Bowen : les minéraux cristallisant à haute température (ex. olivine) sont plus labiles en surface que ceux formés à basse température (ex. quartz).

• Altération chimique des roches magmatiques :

  • Quartz : très résistant, grains peu modifiés après altération.
  • Feldspaths : hydrolyse, avec résistance variable (microcline > plagioclases sodiques > plagioclases calciques).
  • Minéraux ferromagnésiens : altération produit argiles, composés Fe-Mg, libère quartz et sels solubles.

• Altération chimique des roches sédimentaires :

  • Hydratation et dissolution entraînent perte de cohésion (ex. gypsite, halite).
  • Calcaires s'usent par corrosion superficielle, dissolution du carbonate de calcium.
  • Oxydation des ciments ferriques et sulfures de fer.

b) Transformations minéralogiques post-altération

c) Érosion

• Définition : ensemble des phénomènes de dégradation, ablation et usure des roches, principalement physiques, impliquant dynamique et transport.

• Facteurs influençant l’érosion :

  • Lithologie (résistance des roches)
  • Structure (disposition, inclinaison, fracturation)
  • Texture (cohésion, arrangement des grains)

• Agents d’érosion : vent, eaux de ruissellement, fleuves, océans, glaciers.

Érosion éolienne

• Actions principales :
  • Déflation : balayage et enlèvement des débris fins, tri des matériaux (pavage de cailloux).
  • Corrasion : usure et polissage par particules transportées (principalement quartz).
• Formes caractéristiques :
  • Cailloux façonnés en facettes (dreikanter)
  • Yardangs : buttes allongées, sculptées dans argiles, schistes, grès.

Érosion par eaux de ruissellement

• Active sur sols nus, attaque l’horizon A, entraîne limons, forme rigoles.
• Érosion différentielle selon résistance des roches → colonnes, chaos rocheux.

d) Transport des matériaux

• Agents : pesanteur, vent, glace, eau.

e) Dépôt

• Se produit par gravité quand conditions de transport changent (vitesse diminue).

Dépôts éoliens

• Dunes : accumulation de sable, stratification entrecroisée due aux variations de vent.
  Types de dunes :

  Type	Forme et caractéristiques principales
  Barkhanes (arquées)	Croissant, vent dominant constant, sable jaune paille, reg au Sahara
  Transverses	Perpendiculaires au vent dominant, rectilignes ou sinueuses
  Pyramidales (étoile)	Plusieurs centaines de mètres, reliefs montagneux
  Longitudinales	Parallèles au vent, très longues (jusqu’à 200 km)
  Paraboliques	Pointes exposées au vent, substrats plus humides

• Loess : sédiment fin, poudreux, meuble, perméable, riche en silice et argile, source désertique ou glaciaire, sols fertiles.

Dépôt de soluté

• Par augmentation de concentration liée à changement de pH, température ou CO₂ dissous.

f) Diagenèse

• Ensemble des processus transformant sédiments en roche consolidée avant métamorphisme.

• Trois processus : compaction, cimentation, recristallisation.

• Compaction : réduction de volume par diminution de porosité sous poids des couches sus-jacentes, expulsion des eaux interstitielles, réarrangement des grains.

• Cimentation : remplissage des interstices par dépôt minéral, consolidation des roches meubles.

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, structure géologique et relief sont étroitement liés.
• Dans les pays tropicaux, le relief dépend surtout du climat via l’altération intense.

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 hauteur, modifiant leur forme initiale.
• L’efficacité de l’érosion dépend du climat : chaleur et humidité (tropicaux), sécheresse (arides), froid et gel (zones froides).

À retenir : Le climat est un facteur fondamental dans le modelé et l’évolution 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

b) Types de relief (ensembles de formes élémentaires)

4. Synthèse visuelle

• Reliefs anciens : blocs rigides, reliefs tabulaires, peu actifs.
• Reliefs jeunes : montagnes vigoureuses, plastiques, fortement modelés.
• Érosion agit pour aplanir, modulée par le climat.
• Relief = combinaison de formes élémentaires (hauteur, creux, pente) formant des ensembles (plaine, plateau, montagne, colline).

À retenir : Le relief continental est organisé en deux grands domaines structuraux (anciens et jeunes) et évolue sous l’action combinée des forces externes, principalement l’érosion, influencée par le climat.