La dégradation des sols dans le monde

La mÉtÉorisation physique et chimique

Le mot « météorisation » vient de l’anglais « weathering », où « weather » signifie littéralement « la météo ». Dans le contexte de ce site, les termes "météorisation" et "altération" désignent les mêmes phénomènes. Le terme météorisation met l’accent sur l’importance centrale que joue le climat dans les processus de météorisation et comment différentes zones climatiques peuvent donner naissance à des sols plus ou moins typiques de chaque zone.

Comme il est noté dans le Module II, la météorisation regroupe deux familles de processus:

La météorisation physique : fragmentation de la roche sans altération chimique.
La météorisation chimique : altération de la roche par des réactions chimiques.

Les processus physiques sont distingués des processus chimiques, mais les deux opèrent simultanément: la fragmentation ouvre des interstices qui exposent les roches à l’air et l’eau, et la météorisation chimique affaiblit les contacts, réduisant ainsi les forces nécessaires pour la fragmentation.

I-1 La météorisation physique

Une fragmentation ou désintégration des roches sans changement chimique

I-1-1 les cycles thermiques

Ceci dépend des cycles de chaud et de froid, opérant souvent à des échelles de temps de milliers d’années.

Le gel : quand l’eau passe de la phase liquide à la phase solide, elle augmente en volume d’environ 10% et exerce une pression considérable. L’eau peut se situer dans la porosité de la roche même (entre les minéraux) et dans ce cas, le gel est efficace dans des roches à texture grossière et de faible cimentation. Le plus souvent, le gel agit dans les jointures et interstices des structures (important en climat tempéré, plutôt froid et humide, et surtout en zones de montagnes, pentes raides et escarpées).
L’expansion et la rétraction différentielles des minéraux d’une roche : les minéraux d’une roche ont des taux d’absorption de chaleur et d’expansion avec la température différentes selon leur couleur et composition. Les minéraux foncés ont tendance à absorber plus de chaleur et sont théoriquement plus sensibles à cette forme de désagrégation. Cependant, beaucoup doutent de l’efficacité de ce processus, mais il est possible qu’il soit présent en zones désertiques avec de fortes variations climatiques diurnales. Il agit surtout sur les périmètres extérieurs de la roche qui différent beaucoup en température de l’intérieur (la roche est un faible conducteur) et est facilité par un peu d’humidité. Il est également favorisé par la présence de sels qui forment des cristaux lors du dessèchement.

I-1-2 les cycles d’humectation

L’absorption de l’eau à la surface de certains types de roches fait gonfler les minéraux argileux, le dessèchement ensuite les font se rétracter… C’est donc un processus de gonflement et de rétraction qui fragmente la roche. Ceci est très commun dans les marnes où l’effet est accentué par la dissolution de la calcite présente dans la roche.

I-1-3 la décompression

Elle est probablement plus efficace dans des roches avec des fractures et jointures parallèles à la surface. Les roches sont souvent des granites ou roches métamorphiques formés sous hautes pressions, et lors de leur décapage par l’érosion (sur des millions d’années), il y a une décompression qui favorise l’expansion de ces zones de faiblesses. Les roches sont ensuite travaillées par des expansions/rétractions thermiques qui font que les couches extérieures s’enlèvent comme des écailles. Le processus s’appelle la « desquamation » ou « l’exfoliation » (Afrique du sud et Australie).

I-1-4 l’activité biologique

Les racines d’arbres s’insèrent dans les jointures des roches et exercent une force pendant leur croissance qui les ouvre davantage, les exposant ainsi à des processus d’altération chimique. Le soulèvement de rues et de trottoirs montre bien la force que peut exercer les racines. L’importance de ce processus est peut-être davantage plus efficace quand il se combine avec la gravité (zones de montagnes, pentes raides, escarpements). Cependant, dans des matériaux non consolidés, les racines servent à retenir les sédiments en place et protègent le sol de l’érosion.

I-2 L’altération chimique

Ces réactions, comme toutes réactions chimiques, ont besoin d’eau et d’énergie pour se produire.

I-2-1 La dissolution :

La dissolution par l’eau :
CaSO₄ 2H₂O + 2H₂O = Ca²⁺ + SO₄^2- + 4H₂O
La dissolution par acide carbonique : certains minéraux sont dissouts par l’acide
1. CO₂ + H₂O = H₂CO₃ (formation d’acide carbonique)
2. CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca²⁺ + 2HCO₃^- (dissolution de la calcite)

Il existe aussi des réactions similaires par les acides Nitriques et Sulfuriques (HNO₃ ; H₂SO₄) ; les éléments de ces acides sont présents dans les combustibles fossiles et libérés dans l’atmosphère lors de leur combustion. Dans l’atmosphère, elles forment des acides nitriques et sulfuriques avec l’eau dans l’air et tombent en forme de pluie acide.

I-2-2 L’hydrolyse : l’altération du minéral par l’eau

KAlSi₃O₈ + H₂O → HAlSi₃O₈ + K⁺ + OH^- (K feldspath devient argile + K⁺ + OH^-)
2 HAlSi₃O₈ + 11 H₂O → Al₂O₃ + 6 H₄SiO₄ (argile devient oxyde d’aluminium + acide siliceuse)

I-2-3 L’hydration : ajout de molécules d’eau au minéral

5Fe₂O₃ + 9 H₂O = Fe₁₀O₁₅9H₂O (Hematite devient Ferrihydrite)

I-2-4 L’oxydation : échange d’électrons qui augmente la valence positive de l’élément oxydé.

4FeO + O₂ + 2H₂O = 4FeO(OH) (Ferreux devient Ferrique; Wustite devient Goethite)

L’altération chimique fabrique de nouveaux minéraux (secondaires) – ces nouveaux minéraux font partie du sol et dominent même certaines de leurs propriétés. Les plus importants pour nous, sont les phyllosilicates (Consulter l’Essentiel sur Les argiles) et les oxydes de Fe et Al, car ce sont les produits les plus altérés par les réactions chimiques.

Quelques règles générales :

La météorisation physique et chimique sont plus rapides dans des roches plutôt poreuses qui laissent pénétrer l’eau dans les vides.
La météorisation physique est accentuée dans des zones à forte variation thermique avec une pluviométrie modérée.
La météorisation chimique est plus forte en zone de fortes température et pluviométrie.

Il y a donc une relation directe entre climat d’une part et type et intensité de météorisation d’autre part.