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2. L’altération des roches

À la surface de la Terre, les roches à l’affleurement, c’est-à-dire en contact avec l’atmosphère et les...

Sommaire

Contexte et problématiqueQuestionnement ouvertQuestionnement guidé
DocumentsDoc. 1 Altération des granites dans le sud de la CorseDoc. 2 L’altération d’un granite à l’échelle macroscopique et microscopiqueDoc. 3 Composition minéralogique et propriétés de trois roches - VidéosDoc. 4 Résultats expérimentaux d’une modélisation de l’altération
Savoir-faireGeste technique : mesure de conductance d’une solution d’altération - Vidéo (2:37)Interpréter des résultats et en tirer des conclusions
Bilan et exercices
L’altération des roches
L’altération des roches - Mots croisés
Un granite "pourri" - Légender

Contexte et problématique

À la surface de la Terre, les roches à l’affleurement, c’est-à-dire en contact avec l’atmosphère et les précipitations, couvertes par un sol (qui se forme lentement à partir d’elles) ou encore parcourues par un cours d’eau ou un glacier, subissent des transformations chimiques et physiques qui ont pour conséquence de désolidariser les minéraux de la roche. Ce phénomène physicochimique est connu sous le nom d’altération des roches.
Les transformations chimiques correspondent à des réactions à l’échelle des minéraux d’une roche, par exemple d’hydrolyse (mise en solution par l’eau) ou d’oxydation (perte d’électron(s) au contact de l’eau).
Les transformations physiques correspondent à :
  • la fragmentation ou la fissuration de la roche sous l’action de la température ;
  • la variation de volume de l’eau infiltrée dans la roche lors l’alternance gel/dégel ;
  • les contraintes mécaniques exercées par le système racinaire des végétaux en surface de la roche ;
  • l’hydratation des minéraux (gonflement).
Les deux paysages de falaises côtières observés dans la région de Bonifacio au sud de la Corse et présentés ci-dessous sont formés de roches altérées dans des conditions identiques, mais leur aspect est très différent.
Quels sont les effets de l’altération des roches et les facteurs dont elle dépend ?

Questionnement ouvert

En utilisant l’ensemble des documents proposés et vos connaissances, présenter les effets de l’altération des roches et les facteurs dont elle dépend.
Il est attendu une présentation des conséquences de l’altération d’une roche à différentes échelles, une comparaison de l’altération de deux roches différentes mises expérimentalement dans les mêmes conditions et, enfin, les effets de l’altitude et du climat sur l’intensité de l’altération d’une même roche.
Liste des documents
Doc. 1 Altération des granites dans le sud de la Corse
Doc. 2 L’altération d’un granite à l’échelle macroscopique et microscopique
Doc. 3 Composition minéralogique et propriétés de trois roches
Doc. 4 Résultats expérimentaux d’une modélisation de l’altération
Doc. 5 Altitude, climat et intensité de l’altération

Questionnement guidé

1.Mettre en relation les informations des docs 1 et 2 pour décrire les effets de l’altération des roches à l’échelle macroscopique et microscopique à partir de l’exemple du granite sain et du granite altéré. Montrer que les transformations à l’échelle microscopique permettent d’expliquer les transformations visibles à l’échelle macroscopique.
2.Interpréter les résultats expérimentaux du doc. 4 en lien avec les données sur les roches étudiées (granite, calcaire) du doc. 3 pour en tirer une conclusion concernant l’effet de la nature des roches sur leur altération.
3.Exploiter le doc. 5 pour comparer l’intensité de l’altération d’un granite en haute montagne sous climat froid avec celle d’un granite d’un affleurement côtier sous climat tempéré. En induire l’effet de l’altitude et du climat sur l’altération d’une roche.
Liste des documents
Doc. 1 Altération des granites dans le sud de la Corse
Doc. 2 L’altération d’un granite à l’échelle macroscopique et microscopique
Doc. 3 Composition minéralogique et propriétés de trois roches
Doc. 4 Résultats expérimentaux d’une modélisation de l’altération
Doc. 5 Altitude, climat et intensité de l’altération

Documents

Doc. 1 Altération des granites dans le sud de la Corse

Le granite altéré perd de sa cohérence, c’est-à-dire qu’il devient friable : les minéraux cristallisés qui le constituent peuvent se désolidariser et se séparer facilement les uns des autres. Les deux vidéos suivantes montrent la différence de comportement entre un granite altéré et un granite sain face à leur abrasion par l’ongle.
Granite altéré
Granite sain
La roche verte affleurant sur le granite est meuble et fait une pâte avec l’eau : il s’agit donc bien d’une argile, produit de l’altération du granite.

Doc. 2 L’altération d’un granite à l’échelle macroscopique et microscopique

Doc. 3 Composition minéralogique et propriétés de trois roches - Vidéos

Lacraieest une roche sédimentaire marine calcaire (90 % ou plus de carbonate de calcium CaCO3) à grains très fins, blanche, poreuse, tendre (rayable à l’ongle), friable et traçante. La craie est très effervescente à l’acide.
Lecalcaireest une roche sédimentaire carbonatée contenant au moins 50 % de calcite (CaCO3). Cette roche est de faible dureté, légèrement friable, rayable à l’acier et fait effervescence à l’acide.
Legraniteest une roche magmatique plutonique grenue (cristaux de 1 à 5 mm et plus), claire (grise ou rosée) principalement constituée de quartz et de feldspaths mais aussi de micas comme la biotite. Le granite est une roche cohérente caractérisée par sa grande dureté. Aucune effervescence à l’acide n’est observable.

Doc. 4 Résultats expérimentaux d’une modélisation de l’altération

On cherche à savoir si l’altération d’une roche dépend de sa nature.
On fait l’hypothèseque l’altération change effectivement selon les propriétés physicochimiques de la roche.
Lastratégiede test (invalidation ou validation) de cette hypothèse consiste à provoquer une altération de différentes roches en y versant de l’acide chlorhydrique très dilué à 0,001 M et à récupérer la « solution d’altération ». Il s’agit ensuite de tester cette solution avec un conductimètre, appareil mesurant la conductance, c’est-à-dire la capacité de la solution à laisser passer un courant électrique en millisiemens/cm. La conductance d’une solution dépend de sa richesse en ions : plus la solution est riche en ions, plus la conductance est élevée. Or, l’altération chimique provoquée par l’acide chlorhydrique entraîne une libération d’ions par les minéraux ainsi altérés de la roche. Donc plus la conductance sera grande dans la solution d’altération, plus il y aura d’ions dans cette solution, plus l’altération aura été intense.
Protocole
1.On dispose de trois échantillons de roche (craie, calcaire, granite) que l’on place chacun dans un entonnoir posé sur un grand bécher.
2.On verse 200 mL d’acide chlorhydrique à 0,001 M sur chaque échantillon : la solution d’altération se forme dans le grand bécher.
3.On récupère la solution d’altération dans un petit bécher pour chaque échantillon.
4.On mesure la conductance dans chaque solution d’altération.
Résultats

Savoir-faire

Geste technique : mesure de conductance d’une solution d’altération - Vidéo (2:37)

Interpréter des résultats et en tirer des conclusions

Ce que cela signifie
Interpréter un résultat consiste à donner la signification d’un résultat d’expérience, de modélisation ou de manipulation en lien avec ses connaissances ou avec des informations utiles à leur compréhension.
Tirer des conclusions implique d’induire à partir des résultats une règle généralisable et, si la démarche mise en œuvre l’impose, de valider une hypothèse.
Comment je dois faire
Pour interpréter les résultats, je dois les citer, les ordonner, les comparer, puis les mettre en lien avec des connaissances pour les expliquer. Il est ensuite possible de répondre au problème posé et de valider une ou des hypothèses explicatives.
Ce que l’on attend de moi
L’interprétation des résultats est réussie si leur mise en relation permet de formuler une conclusion argumentée scientifiquement.
La conclusion est réussie si elle répond scientifiquement correctement au problème posé.

Bilan et exercices

L’altération des roches

Le doc. 1 présente les effets macroscopiques de l’altération d’une roche, ici un granite, dont les minéraux peuvent se désolidariser les uns des autres aussi bien au sommet du massif granitique que par ses bords. Certains minéraux fins comme les minéraux argileux peuvent se concentrer sur place et donner de l’argile.
Le doc. 2 permet de faire le lien entre échelle macroscopique et échelle microscopique en comparant à ces deux échelles un granite sain et un granite altéré : il résulte de cette comparaison que, outre le changement de couleur lié à l’oxydation du fer présent dans le granite, certains minéraux du granite ont disparu dans le granite altéré, au moins en partie sous l’effet de l’altération notamment chimique par mise en solution par l’eau. On comprend alors que les cristaux imbriqués les uns dans les autres dans le granite sain ne le sont plus dans le granite altéré, qui peut alors se désagréger.
Le doc. 3 nous apprend que, selon leur nature, les roches présentent des propriétés différentes telles leur couleur, la taille des particules constitutives, leur dureté, leur porosité, etc. Il vient de cette étude comparée que les roches pourraient ne pas réagir de la même manière face aux facteurs de l’altération.
Dans le doc. 4, on fait l’hypothèseque l’altération change effectivement selon les propriétés physicochimiques de la roche.
Interprétation des résultats :la conductance est plus élevée dans la solution d’altération de la craie, plus faible dans celle du calcaire et très faible dans celle du granite : la solution d’altération de la craie contient davantage d’ions que celle du calcaire qui en contient plus que celle du granite.
Conclusion :dans cette modélisation de l’altération, celle de la craie a été la plus intense, celle du calcaire moins intense et celle du granite très peu intense. L’intensité de l’altération dépend donc de la nature de la roche : notre hypothèse est validée.
D’après le doc. 5, on constate que, pour une même roche, ici le granite, son altération change selon le climat et la présence ou l’absence de végétation.
Pour généraliser, on peut ainsi conclure que :
  • l’eauest le principal facteur de leuraltération(modification physique et chimique des roches) ;
  • l’altération des rochesdépend de différents facteursdont lanature des roches(cohérence, composition), leclimatet la présence devégétation.

L’altération des roches - Mots croisés

Un granite "pourri" - Légender