Chapitre I : Généralités

2

I- Introduction :

La plupart des roches qui constituent l'écorce terrestre, sont des roches d’origine

endogènes, c'est-a-dire formées en profondeur, à température et pression élevées. L’édifice

minéralogique apparu dans ces conditions, est en déséquilibre lorsque ces roches sont portées

à la surface, lors de la surrection des chaines montagneuses. Cette adaptation à un nouveau

milieu se traduit par un ensemble de phénomènes, que l’on appel L’altération. Les facteurs

climatiques jouent un rôle fondamental dans l'altération, et le climat tropical se révèle

particulièrement agressif vis à vis des roches. Dans la zone intertropicale le reliquat de

l'altération s’accumule souvent sur des épaisseurs importantes, qui peuvent atteindre 50

mètres, et masquent le substratum rocheux, surtout si le relief est peu tourmenté. L'étude du

sol qui se développe au sommet de la couche altérée, ou profil, et son utilisation optimale par

l'agriculture, font l'objet de la pédologie. Mais, sous ces quelques mètres ou prédominent les

actions biologiques, les quantités importantes de matériaux accumulés constituent de

véritables "roches de surface". Issues d’une roche mère en profondeur Par (J. J TRESCASES

1969).

Notre sujet d’étude s’est focalisé sur l’altération des roches magmatiques et

particulièrement les granites et les basaltes sous des climats tropicaux et intertropicaux du fait

de leurs importances scientifiques et aussi de leurs intérêts économiques pour le géologue, le

minier et pour le pédologue.

Pour clarifier le but et l’intérêt du sujet il est important de montrer que si les roches

magmatiques qui s’altèrent présentent des dérangements minéralogiques et texturaux pour le

pétrographe qui arrive à reconstituer leurs histoires par le biais des minéraux et textures

reliques, il est aussi sujet de géologue minier qui s’intéresse aux métaux utiles (Or, Cu, Ag,

Co, Cr, Pt), qui peuvent se concentrer dans les horizons d’altération sous climats détermines,

ainsi que pour les pédologues qui utilise les sols pour l’agriculture.

I-1- Définition de l’altération :

I-1-1- Introduction : C’est les modifications des propriétés physico-chimiques des

minéraux, et donc des roches, par les agents atmosphériques, par les eaux souterraines et les

eaux thermales (altération hydrothermale). Elle dépend en particulier du climat, de la

température des eaux, de la nature des roches et de leur degré de fracturation. Elle a

généralement pour effet de rendre les roches moins cohérentes ce qui facilite leur

désintégration.

Elle est contrôlée par : La solubilité des minéraux, la structure de la roche, le climat

(température et précipitations), la présence de sol et de végétation et la durée d’exposition.

Chapitre I : Généralités

3

I-2- Les types d’altération :

I-2-1- L’altération physique ou mécanique.

I-2-2- L’altération chimique.

I-2-1 L’altération physique ou mécanique :

I-2-1-1 Introduction :

L’altération physique ne change pas la composition chimique, les actions purement

mécaniques des agents d'érosion produisent des fragments de même composition chimique

que la roche d'origine.

Les variations de température entraînent la dilatation ou la contraction des roches: soumise

à des variations de volume incessantes, une roche se fissure puis éclate. La fissuration est

importante dans les roches composées de minéraux différents n'ayant pas le même coefficient

de dilatation: des microfissures apparaissent à la limite entre les minéraux. L'eau qui pénètre

dans les fissures et les pores puis gèle avec augmentation de volume ajoute son effet. Les

cristaux de glace s'accroissent perpendiculairement à la surface de la fente et augmentent son

ouverture: la roche est gélive, elle éclate sous l'effet du gel (exemple, la craie).

La désagrégation mécanique est particulièrement importante sous les climats désertiques

où les variations de température peuvent dépasser 50 °C entre le jour et la nuit. Elle est

également grande sous les climats humides dont la température varie autour de 0 °C (action

du gel et du dégel). Elle est responsable de l'accumulation du manteau d'éboulis

caractéristiques des zones désertiques et des montagnes.

La cristallisation du sel ajoute son action le long des littoraux et dans les zones désertiques.

Près des côtes, les embruns salés pénètrent dans les pores des roches. Les cristaux de sels s'y

développent et produisent des craquelures. Les sulfates de Na et Mg sont les plus efficaces

(Lorraine Razzié).

L’altération mécanique modifie

deux rapports suivant : La Surface et

le volume.

1. Altération et érosion: interface

climat/tectonique.

2. Altération Physique.

Fig. 1 : montre la modification de surface et le volume

d’après Lorraine Razzié.

Chapitre I : Généralités

4

I-2-1-2- Les facteurs d’altération physique : Par (Lorraine Razzié).

Gel :

Les alternances de gel-dégel, en climat suffisamment humide fragmentent les roches

(cryoclastie). L'eau en gelant augmente son volume de 9-10% et élargit progressivement les

fractures.

Végétaux :

Éclatement de la roche par les racines.

Tectonique (microfractures) :

L’altération dans ce cas progresse le long de plans de fracture (diaclases) d’origine

vraisemblablement tectonique, géométriquement ordonnés, plus ou moins horizontaux et

verticaux. Cela donne un débit en boules avec une disposition plus "géométrique"

Dilatation thermique dans les régions désertiques.

Abrasion (vent, sable, rivière turbulente…).

I-2-1-3- Les mécanismes d’action physiques :

Elles sont préparées par l'hétérogénéité des roches et par les surfaces de discontinuité

donnant un caractère anisotropique à la roche.

1. La thermoclastie :

Les différents minéraux qui composent les roches ont des coefficients de dilatation

différents (minéraux sombres plus dilatés que les clairs). Les variations thermiques à

l'intérieur de la roche provoquent une dislocation et la formation de microfissures entre les

cristaux. Cette désagrégation se fait en fonction des amplitudes thermiques et du degré

d'humidité.

2. La cryoclastie :

L'eau s'infiltre dans les roches. L'augmentation du volume d'eau sous l'effet du gel permet la

l'éclatement de la roche. L'eau fonctionne comme un coin, on parle de gélifraction.

3. L'hydroclastie :

L'action des variations de la teneur en eau va permettre une hydratation (ou une

déshydratation) provoquant, par exemple, le gonflement des argiles.

4. Mécanoclastie :

Ce terme regroupe les actions des agents d'érosion, l'eau, les glaciers, les vents en ne

considérant que l'aspect mécanique.

Chapitre I : Généralités

5

5. Bioclastie :

L'altération et la dislocation des roches, agrandissement des fissures par des éléments

biologique : les racines.

I-2-1-4- Transports des produits de désagrégation :

Les agents principaux suivant :

La pesanteur : (comme facteur principal) : entraîne ou produit des éboulis de débris

de toutes dimensions, granularité très étalée, les plus gros blocs se trouvent dans le bas, les

colluvions désignent des dépôts de bas de pente de granularité assez fine. Grands glissements

coulée boueuse et laves torrentielles (pesanteur + eau) : particules argileuses + blocs + eau

dans torrent en crue.

Le vent : dépôts de grains assez fins sur de longues distances, limon, lœss sur des

grandes superficies

(Russie, Chine, Roumanie) pouvant atteindre de grandes épaisseurs de 30 à 40m. Sols très

délicats, leur structure macroporeuse s’affaisse quand l’eau s’infiltre dans le sol occasionnant

des tassements pouvant aller jusqu’à 15% de l’épaisseur de la couche de lœss.

L’eau : Les alluvions fluviatiles composées de dépôts de grains de plus en plus fins en

descendant vers l’embouchure, matériaux de granularité assez étalée.

Les alluvions anciennes, sont généralement des matériaux granulaires, de bonne portance,

de faible incompressibilité et de perméabilité importante.

Les alluvions modernes, contiennent beaucoup plus de fines que les précédentes, de faible

capacité portante, compressible et peu perméables.

Les vases des estuaires sont composées essentiellement de particules argileuses et de

matières organiques.

Les dépôts marins, sur des gisements étendus ont une granulométrie fine et uniforme (sable

de Fontainebleau, par exemple).

La glace : L'érosion glaciaire conduit à une granularité très étendue et les moraines

peuvent comporter des blocs de grandes dimensions. Les glaciers s’étant étendus beaucoup

plus qu’actuellement au cours de l’ère quaternaire, on peut rencontrer des moraines assez loin

des glaciers actuels. La composition granulaire et pétrographique des moraines est très

hétérogène ; on y rencontre des blocs anguleux de toutes tailles et de nature très diverse,

provenant de l’ensemble du bassin versant, le plus souvent emballés dans une matrice

argileuse (argile à blocaux). Ces terrains ont été surconsolidés par le poids des glaciers qui

pouvaient atteindre plusieurs kilomètres d’épaisseur pendant plusieurs milliers d’années.

Chapitre I : Généralités

6

I-2-2- L’altération chimique :

I-2-2-1- Introduction :

L’altération chimique : c’est l’adaptation des minéraux des roches aux conditions

thermodynamiques de la surface terrestre : solutions aqueuses diluées et acides, basse

température et pression de 1 bar, oxygène et matière organique.

L’altération chimique des roches est due à l’action de l’eau et à celle de substances

dissoutes (CO2, acides humiques...).

A partir du moment où la fracturation est faîte, l'action chimique peut se mettre en place. La

structure des silicates est basée sur un assemblage de tétraèdres, plus il y a de tétraèdre dans la

structures des silicates, et plus l'action chimique est rendue difficile. Certains minéraux seront plus

facilement attaqués du fait de leur charpente, par exemple les micas.

I-2-2-2- Les principales actions chimiques :

La dissolution :

L'eau joue un rôle important, comme simple solvant. Peu d'éléments naturels sont solubles.

Les eaux chargées en CO2 vont pouvoir dissoudre le calcaire, des eaux chargées en acide

organique vont permettre une dissolution d'un grand nombre d'éléments. Cette dissolution est

liée à la perméabilité et aux surfaces de discontinuité de la roche.

L’eau est une molécule singulière. La liaison O-H est polarisée, la molécule d’eau se

comporte comme un dipôle dont la force d’attraction vis-à-vis d’un ion détermine sa

solubilité. La force d’attraction dépend du potentiel ionique (PI).

• L’hydratation :

Elle joue un rôle sur les roches, par exemple, le cortex du silex correspond à de la silice

hydratée. L'hématite hydratée va donner de la goethite, l'anhydrite, du gypse.

• L’oxydation :

La matière charbonneuse va subir une oxydation à l'affleurement. Les composé à base de

Fer comme la pyrite lors de leur oxydation vont donner de la goethite, l'action du soufre avec

l'eau donne de l'acide sulfurique qui, en réagissant avec des Carbonates donne du gypse.

• L'hydrolyse :

Elle correspond à un échange entre deux milieux, l'eau et le cristal. La molécule d'eau va

se comporter comme un dipôle. Le diagramme de Goldschmidt va permettre de déterminer

trois classes d'ions, en fonction de leurs potentiels ioniques (Z/R) qui vont réagir

différemment avec le dipôle d'eau.

Chapitre I : Généralités

7

I-2-2-3- L’approche de Goldschmidt :

Les modes de l’altération chimique s’expliquent par l’approche géochimique de

Goldschmidt et par les différents types de réactions chimiques qui se produisent à la surface

des minéraux.

Dés 1934, Goldschmidt montra que l’attirance des éléments chimiques pour la molécule

d’eau était fonction de leur potentiel ionique soit le rapport charge ionique (Z) / le rayon

ionique (r).

I-2-2-3-1- Trois grandes catégories d’ions peuvent être distinguées:

a)-Les ions à potentiel ionique faible :

-Les cations solubles :

Ont un P.I. inférieur à 3, ils ont une charge faible et sont attirés par l'eau formant des

éléments solubles. Les éléments dont le P.I est inférieurs à 1 (antistockes) ont une taille trop

importante par rapport à leur charge et sont faiblement hydratés. Les cations stokes sont des

ions hydratés et permettent la formation de solutions alcalines.

b)-Les ions à potentiel ionique moyen :

- Les hydrolysats :

Ont un P.I. compris entre 3 et 10, ce sont des éléments insolubles qui précipitent sous la

formes d'hydroxydes, l'action sur les molécules d'eau permet la formation d'hydroxydes dont

la stabilité en solution est faible, ils sont à l'origine de gisements métallifères.

Xn+ + H2O XOH + H+ Hydroxydes sont insolubles.

c)-Les ions à potentiel ionique fort :

- Les Oxyanions :

Avec un P.I. supérieur à 10 donnent des éléments à nouveaux solubles, ils ont un petit

diamètre et une charge élevée donnant un champ magnétique considérable qui va permettre la

destruction des liaisons O-H de l'eau de la formation par exemple, de Borates, Carbonate,

sulfates, phosphates,…

Xn+ + H2O XO- + 2H+

L'altération conduit à une ségrégation par l'évacuation d'une phase migratrice (ions solubles

et oxyanions) et une phase résiduelle qui reste sur place (hydrolysats). Les ions et oxyanions

vont pouvoir se recombiner.

Chapitre I : Généralités

8

Fig. 2 : digramme montre la solubilité des ions. D’après GOLDSCHMIDT.

I-2-2-4- les Principales réactions d'altération :

L'altération chimique des roches se fait en présence d'eau; elle a lieu essentiellement en

climat humide. Les réactions sont des hydrolyses, accessoirement des oxydations, des

hydratations, des décarbonatations pour les roches calcaires. Les éléments solubles sont

lessivés en partie, parfois en totalité sous les climats très agressifs. Les parties insolubles

restent sur place telles quelles ou se recombinent avec les ions disponibles (phénomène

d'héritage). Des composés intermédiaires mal cristallisés (gels), des tronçons de chaînes

silicatées et des ions en solution se recombinent en minéraux de néoformation, principalement

des argiles. Les organismes peuvent intervenir à tous les stades de ce processus. Ils

fournissent en particulier des matériaux minéraux ou organiques (Xavier D, 2008-2009).

Chapitre I : Généralités

9

a) Dissolution :

Ce processus physique simple implique les roches salines: sel gemme, potasse et gypse.

b) Oxydation et réduction :

Les oxydations intéressent surtout le fer qui passe de l'état ferreux à l'état ferrique.

Olivine + oxygène oxyde ferrique + silice

Fe2 Si O4 + 1/2 O2 Fe2 O3 + Si O2

Les réductions sont plus rares; elles interviennent dans les milieux hydromorphes et

produisent en particulier le passage du fer ferrique au fer ferreux soluble (cas des sols de type

Gley)

c) Hydratation :

C'est une incorporation de molécules d'eau à certains minéraux peu hydratés contenus dans

la roche comme les oxydes de fer; elle produit un gonflement du minéral et donc favorise la

destruction de la roche.

d) Décarbonatation :

Elle produit la solubilisation des calcaires et des dolomies généralement sous l'action du

CO2 dissous dans l'eau:

Ca CO3 + CO2 + H2 O Ca (CO3 H)2 soluble.

e) Hydrolyse :

Les hydrolyses, c'est à dire la destruction des minéraux par l'eau, sont les principales

réactions d'altération. L'hydrolyse est totale lorsque le minéral est détruit en plus petits

composés possibles (hydroxydes, ions).

- Cas d'un feldspath sodique, l'albite :

Na Al Si3 O8 + 8 H2 O Al (OH)3 + 3 H4 SiO4 + Na+ OH -

Albite + eau gibbsite + acide silicique + ions Précipité + solution de

lessivage (Al (OH) 3 ou Al2 O3, 3H2 O).

Les corps résultants peuvent ensuite réagir entre eux et donner des minéraux argileux

(néoformation).

L'hydrolyse est partielle lorsque la dégradation est incomplète et donne directement des

composés silicatés (argiles). Ces composés diffèrent selon les conditions de milieu.

L'hydrolyse partielle de l'albite donne soit de la kaolinite, soit des smectites.

- Formation de kaolinite :

Na Al Si 3 O 8 + 11 H 2 O Si 2 O 5 Al 2 (OH) 4 + 4 H 4SiO 4 + 2 (Na+, OH -)

Albite + eau kaolinite + acide silicique + ions.

Chapitre I : Généralités

10

- Formation de smectite :

2,3 Na Al Si 3 O 8 + H 2 O Si3,7 Al0,3 O 10 Al 2 (OH) 2 Na 0,3 +3,2 H 4 SiO 4 + 2

(Na+, OH-)

Cette 2ème réaction reste assez théorique car d'autres ions y participent, en particulier le Fer

(Fe 3+).

I-2-2-5- Minéraux formés :

Les nouveaux minéraux formés sont en général des phyllosilicates. Ces minéraux

proviennent soit de la transformation d'un phyllosilicate préexistant, soit d'une néoformation

à partir d'un silicate non en feuillet dont la structure est complètement détruite. Les réactions

ont lieu surtout dans le sol.

Les phyllosilicates formés sont des minéraux argileux de deux types :

* type 1/1: le feuillet comporte 1 couche à tétraèdres SiO4 et 1 couche à octaèdres AlO6

* type 2/1: le feuillet comporte 3 couches, à savoir 1 couche octaédrique comprise entre 2

couches tétraédriques.

Lorsque les nouveaux minéraux argileux sont formés à partir des micas (muscovites, biotites

et chlorites), le réseau cristallin est plus ou moins conservé, on parle de transformation.

Lorsqu'ils sont formés à partir de silicates qui ne sont pas en feuillets (feldspaths,

amphiboles, olivine...), le réseau cristallin du minéral d'origine est complètement détruit, on

parle de néoformation.

* Muscovite : Elle est assez stable. Sa fragmentation donne des petites paillettes de même

composition chimique appelées séricite. Son altération chimique se fait par perte progressive

d'ion K+; elle donne de l'illite, puis des argiles de deux types selon les conditions de drainage

du milieu: la kaolinite en milieu lessivé, les smectites en milieu confiné.

Chapitre I :

Fig.3: montre la transformation de muscovite à minéraux argileux.

Corrélativement, la distance inter

passe de 10 A° (muscovite, illite) à 14 A° (smectite) ou à 7 A° (kaolinite). Les ions K

assurent la cohésion des feuillets argileux. L'altération se manifeste par l'exfoliation des

feuillets, bien visibles au microscope électronique, qui produit des particules de plus petite

taille, quelques 0,1 microns, et augmente la surface de contact du minéral et la cap

d'échange des cations avec les solutions du milieu.

* Feldspaths :

Bien qu’ils s’agissent de tectosilicates, leur altération est comparable à celle de la

muscovite.

* Biotite :

Sa résistance à l'altération dépend de la teneur de Fe

est exprimé par la quantité de K

très altérable et se comportent comme les autres minéraux ferromagnésiens (pyroxènes...);

elle donne en particulier des vermiculites et smectites et de l'oxyde ferrique qui précipite. La

biotite plus oxydée (Fe+++ surtout) est plus stable.

la transformation de muscovite à minéraux argileux.

Corrélativement, la distance inter-réticulaire, qui sépare les feuillets d'argiles, change et

passe de 10 A° (muscovite, illite) à 14 A° (smectite) ou à 7 A° (kaolinite). Les ions K

sion des feuillets argileux. L'altération se manifeste par l'exfoliation des

feuillets, bien visibles au microscope électronique, qui produit des particules de plus petite

taille, quelques 0,1 microns, et augmente la surface de contact du minéral et la cap

d'échange des cations avec les solutions du milieu.

Bien qu’ils s’agissent de tectosilicates, leur altération est comparable à celle de la

Sa résistance à l'altération dépend de la teneur de Fe++ dans le cristal; son état d'altération

est exprimé par la quantité de K+ extraite du réseau. La biotite peu oxydée (surtout à Fe

très altérable et se comportent comme les autres minéraux ferromagnésiens (pyroxènes...);

vermiculites et smectites et de l'oxyde ferrique qui précipite. La

surtout) est plus stable.

Généralités

11

la transformation de muscovite à minéraux argileux.

réticulaire, qui sépare les feuillets d'argiles, change et

passe de 10 A° (muscovite, illite) à 14 A° (smectite) ou à 7 A° (kaolinite). Les ions K+

sion des feuillets argileux. L'altération se manifeste par l'exfoliation des

feuillets, bien visibles au microscope électronique, qui produit des particules de plus petite

taille, quelques 0,1 microns, et augmente la surface de contact du minéral et la capacité

Bien qu’ils s’agissent de tectosilicates, leur altération est comparable à celle de la

dans le cristal; son état d'altération

extraite du réseau. La biotite peu oxydée (surtout à Fe++) est

très altérable et se comportent comme les autres minéraux ferromagnésiens (pyroxènes...);

vermiculites et smectites et de l'oxyde ferrique qui précipite. La

Chapitre I : Généralités

12

I-2-2-6- Facteurs contrôlant l’altération :

A* Facteurs propres au minéral :

1- Résistance d'un minéral à l'altération :

L'énergie de liaison varie selon le type d'ions concernés. Le K+ est faiblement lié à

l'oxygène, le Fe++ et le Mg++ le sont moyennement, le Si4+ établit au contraire des liaisons très

fortes. On comprend ainsi que le quartz, tectosilicate ne comportant que des liaisons fortes

entre le silicium et l'oxygène, résiste mieux à l'altération; l'olivine en revanche, contenant des

cations moins liés (Fe++ et Mg++) à un réseau cristallin plus fragile.

GOLDSCHMIDT (1938) a établi l'ordre de résistance des minéraux à l'altération:

Peu résistants : Labile olivine ............................................................. plagioclases Ca.

Augite ............................................. plagioclases Ca-Na.

Hornblende ……................ plagioclases Na-Ca.

Biotite ......... plagioclases Na.

Feldspaths K.

Muscovite.

Très Résistant : Quartz, (zircon, tourmaline).

Fig. 4: représente l’altération des certains minéraux F.MICHEL (Ed. BRGM-Belin).

L'olivine, et les péridots en général, sont les plus fragiles et s'altèrent fréquemment en

serpentine (silicate hydrate de Mg et Fe). Les pyroxènes (ex : l'augite) donne une amphibole

verte, l'ouralite. Les amphiboles (ex : l'hornblende) se transforment en minéraux fibreux dont

l’amiante. La biotite prend un aspect mordoré puis donne plusieurs minéraux d'altération dont

les chlorites, silicate d'Al et Mg hydraté, de couleur verte. La muscovite est moins altérable

Chapitre I :

mais, par hydrolyse, donne de

cependant il peut être légèrement soluble

On remarque que cet ordre évoque les suites de BOWEN: ce

magma, l'olivine cristallise à haute température, elle est donc particulièrement instable dans

les conditions de surface; elle est la plus labile. Le quartz, en revanche est formé à une

température moins élevée, il est plus st

Le type de réseau cristallin intervient dans la stabilité du minéral en surface. Les

phyllosilicates, comme la muscovite, résistent mieux à l'altération.

B* Facteurs externes contrôlant l'hydrolyse

Ce sont les facteurs physico

climat:

* la concentration en SiO2 exprimée en co

* la concentration en cations basiques (Na

* le pH déterminé en particulier par les acides organiques.

* la température dont l'augmentation régit la vitesse des réactions et la possibilité de

dissolution des ions dans l'eau.

* la vitesse de circulation de l'eau dans le milieu (drainage) exprimant les conditions de

confinement ou de lessivage.

Fig.5: Champ de stabilité de deux minéraux en fonction de la concentration de la solution en

On peut étudier expérimentalement les champs de stabilité de quelques

conditions de surface (t = 25°C, pression atmosphérique), en fonction de la concentration en

silice et en cations. On voit que l'albite est stable pour des concentrations en Na

des vermiculites ou hydromicas. Le quartz est quasi inaltérable,

cependant il peut être légèrement soluble dans l'eau, surtout si il est alcalin.

On remarque que cet ordre évoque les suites de BOWEN: ce n'est pas un hasard. Dans un

magma, l'olivine cristallise à haute température, elle est donc particulièrement instable dans

les conditions de surface; elle est la plus labile. Le quartz, en revanche est formé à une

température moins élevée, il est plus stable.

Le type de réseau cristallin intervient dans la stabilité du minéral en surface. Les

phyllosilicates, comme la muscovite, résistent mieux à l'altération.

B* Facteurs externes contrôlant l'hydrolyse :

Ce sont les facteurs physico-chimiques qui participent notamment à la définition du

exprimée en concentration d'acide silicique H4 SiO

* la concentration en cations basiques (Na+, Ca++, K+).

ulier par les acides organiques.

* la température dont l'augmentation régit la vitesse des réactions et la possibilité de

dissolution des ions dans l'eau.

* la vitesse de circulation de l'eau dans le milieu (drainage) exprimant les conditions de

hamp de stabilité de deux minéraux en fonction de la concentration de la solution en

ions et en acide silicique.

On peut étudier expérimentalement les champs de stabilité de quelques

urface (t = 25°C, pression atmosphérique), en fonction de la concentration en

silice et en cations. On voit que l'albite est stable pour des concentrations en Na

Généralités

13

est quasi inaltérable,

.

n'est pas un hasard. Dans un

magma, l'olivine cristallise à haute température, elle est donc particulièrement instable dans

les conditions de surface; elle est la plus labile. Le quartz, en revanche est formé à une

Le type de réseau cristallin intervient dans la stabilité du minéral en surface. Les

chimiques qui participent notamment à la définition du

SiO4.

* la température dont l'augmentation régit la vitesse des réactions et la possibilité de

* la vitesse de circulation de l'eau dans le milieu (drainage) exprimant les conditions de

hamp de stabilité de deux minéraux en fonction de la concentration de la solution en

On peut étudier expérimentalement les champs de stabilité de quelques minéraux, dans les

urface (t = 25°C, pression atmosphérique), en fonction de la concentration en

silice et en cations. On voit que l'albite est stable pour des concentrations en Na+ et silice

Chapitre I : Généralités

14

élevée; quand ces concentrations deviennent faibles, l'albite est totalement hydrolysée en

gibbsite, hydroxyde d'aluminium de formule Al(OH)3 (ou Al2 O3, 3H2O) ; pour des teneurs

moyennes, elle est hydrolysée partiellement et se transforme en kaolinite ou en smectite

sodique selon la teneur en ion Na+. Le même schéma est observé pour l'anorthite (plagioclase

calcique); le champ de stabilité de la smectite calcique est plus vaste; ce minéral sera plus

commun dans les produits d'altération.

- Solubilité du Fer

La solubilité du Fe dépend de la stabilité du système Fe2+ / Fe3+. De plus, l'hydroxyde

ferrique, hydrolysat insoluble, peut être solubilisé par ionisation en pH acide. Le diagramme

représente la solubilité du Fe3+ en fonction de PH.

Fig.6 : La solubilité du Fe3+ en fonction de PH.

On voit que dans les conditions naturelles, l'état d'oxydation du fer dépend du pH : le fer

ferreux est stable à pH acide, le fer ferrique à pH basique. Dans les milieux à l’abri de l'air

(sol hydromorphe, fond de marécage...) le fer est à l'état ferreux ; il passe à l'état ferrique au

cours de l'altération à l'air (sols latéritiques). Il est lessivé en partie par l'eau de pluie

légèrement acide et transporté par les rivières. Arrivé dans l'eau de mer à pH basique, sa

solubilité diminue fortement (voir Figure 6) et il précipite.

- Solubilité de la silice :

Elle est principalement sous forme d'acide silicique H4 SiO4; l'eau de rivière en contient

environ 13 mg/l. Le pH a peu d'action sur sa solubilité dans les conditions normales (la

solubilité de la silice augmente au delà de pH = 9). Il y a en fait relativement peu de silice

transportée car les ions Al3+ réagissent sur elle pour donner des amas colloïdaux silico-

alumineux peu mobiles. La figure 7 montre la solubilité du quartz en fonction du pH et de la

Chapitre I : Généralités

15

température. L'axe des ordonnées indique la quantité de silice perdue par le cristal et passant

en solution. Cette quantité est grossièrement multipliée par 10 entre 0 et 60°C; l'action du pH

ne se fait sentir qu'au delà de pH = 9.

Le Diagramme 4 : représente la solubilité de la silice en fonction de PH et la T ⁰.

Fig.7: La solubilité de la silice en fonction de PH et la T ⁰.

I-3- Altération et climat :

Climat froid : L'altération mécanique par le gel joue le rôle majeur, la décomposition

chimique est faible mais peut être active quand il y a une chaleur estivale.

D'autre part, il se développe un processus de chéluviation (entrainement des ions Al par des

complexes organiques) qui conduit à un enrichissement du sol en silice.

Climat tempéré : Les facteurs d'altération sont très nombreux mais leur puissance assez

faible. Le gel n'intervient que l'hiver et joue un rôle important en altitude.

L'altération chimique joue un rôle important, surtout à l'intérieur du sol. En effet, on peut

constater que les roches en relief et en contact avec l'atmosphère restent très peu altérées.

Mais, cette forte résistance des roches à l'eau de pluie cesse si elles sont à l'état fractionné.

Climat chaud et sec : La fragmentation mécanique est faible mais la décomposition

chimique est active après les rares pluies et entraîne une forte désagrégation des roches

subissant des variations importantes de température et d'humidité. Au contraire du climat

tempéré, ce sont les roches à l'interface lithosphère - atmosphère qui s'altèrent le plus vite. En

domaine désertique, l'érosion est essentiellement éolienne.

Climat chaud et humide : La désagrégation mécanique est très faible mais la décomposition

chimique devient extrêmement active. Grâce à la température constamment élevée, la

présence d'ions H+ libres dans les eaux du sous-sol est 6 fois plus élevée que sous nos

latitudes.

Chapitre I : Généralités

16

L'épaisseur de la zone d'altération atteint son maximum dans de telles conditions

climatiques. Elle peut atteindre plus de 100 m. Les phénomènes mis en jeu sont

essentiellement la ferrallitisation. On assiste alors à un départ quasi total de la silice exportée

dans les eaux de lessivage avec les alcalis et accumulation, sur place, d'hydrates d'alumine (ex

: gibbsite [Al(OH) 3], boehmite [Al OH]). Ces derniers peuvent se concentrer en concrétion

ou constituer une cuirasse latéritique.

On peut résumer l'influence du climat sur les produits de l'altération par le schéma suivant :

Fig.8: Evolution de l’intensité de l’altération avec la latitude (d’après Pedro, 1972).

Chapitre I :

I-3- Bilan d’altération :

La destruction des édifices cristallins silicatés produit des fra

au moins dans un premier temps restent sur place

l'eau ou lessivés. L'importance respective de l'héritage,

néoformations est étroitement liée à l'intensité de l'altération et au lessivage. Pour une

altération et un lessivage faible, les argiles 2/1 de type illite sont en majeure partie héritées.

Avec l'augmentation de l'intensité de l'altération, ce sont des smectites ou

pauvres en silice, qui sont synthétisées en fonction de l'importance du lessivage et des ions

disponibles (sols méditerranéens, podzols). Pour un fort lessivage, les cations solubles sont

entraînés et les phyllosilicates ne peuvent p

oxydes de fer et d'aluminium (sols latéritiques).

Fig.

cristallins silicatés produit des fragments de chaine silicatées qui

remier temps restent sur place et des ions solubles qui sont emportés par

l'eau ou lessivés. L'importance respective de l'héritage, les transformations et les

ons est étroitement liée à l'intensité de l'altération et au lessivage. Pour une

altération et un lessivage faible, les argiles 2/1 de type illite sont en majeure partie héritées.

Avec l'augmentation de l'intensité de l'altération, ce sont des smectites ou de la kaolinite, plus

pauvres en silice, qui sont synthétisées en fonction de l'importance du lessivage et des ions

disponibles (sols méditerranéens, podzols). Pour un fort lessivage, les cations solubles sont

entraînés et les phyllosilicates ne peuvent plus se former: il reste sur place le quartz et les

oxydes de fer et d'aluminium (sols latéritiques).

Fig.9: schéma montrant bilan d’altération

Généralités

17

gments de chaine silicatées qui

et des ions solubles qui sont emportés par

les transformations et les

ons est étroitement liée à l'intensité de l'altération et au lessivage. Pour une

altération et un lessivage faible, les argiles 2/1 de type illite sont en majeure partie héritées.

de la kaolinite, plus

pauvres en silice, qui sont synthétisées en fonction de l'importance du lessivage et des ions

disponibles (sols méditerranéens, podzols). Pour un fort lessivage, les cations solubles sont

lus se former: il reste sur place le quartz et les