Corrigé

Introduction

L'eau est présente sur Terre sous trois états : vapeur, liquide et solide  l'eau à l'état liquide est une caractéristique fondamentale de la planète Terre.

Cette eau est présente non seulement dans l'atmosphère, l'hydrosphère et les glaces mais également en profondeur :

sous forme d'eau libre liquide, comme l'eau des nappes phréatiques, par exemple, ou l'eau de mer circulant dans la croûte océanique au niveau de l'axe des dorsales 

sous forme d'eau liée intégrée, c'est-à-dire sous forme d'ions OH− dans des minéraux de divers types de roches (magmatiques, métamorphiques et sédimentaires).

Nous allons d'abord voir comment l'eau qui circule dans la croûte océanique à l'axe des dorsales contribue à la genèse de nouveaux matériaux de la croûte continentale.

Dans un deuxième temps, nous envisagerons comment l'eau libre, en surface, contribue à la disparition des reliefs et à la formation de roches sédimentaires.

Nous conclurons en montrant les liens entre ces différentes interventions de l'eau.

I. L'eau et la genèse de nouvelles roches de la croûte continentale (figure)

Après sa formation à l'axe d'une dorsale, la croûte océanique fracturée est le siège d'une circulation d'eau de mer, et ses constituants (basaltes, gabbros) subissent un métamorphisme hydrothermal. L'eau, qui était à l'état liquide, se trouve incorporée sous forme d'ions OH− dans de nouveaux minéraux des roches constitutives de la croûte océanique (métabasaltes et métagabbros). Ainsi, les roches de la croûte océanique de la plaque lithosphérique qui entre en subduction sont riches en minéraux hydroxylés.

La subduction se caractérise par la plongée d'une plaque de lithosphère océanique sous une autre plaque lithosphérique. Durant sa plongée, la croûte lithosphérique se réchauffe lentement en étant soumise à des pressions de plus en plus fortes. Dans ces conditions, les métabasaltes et les métagabbros subissent un nouveau métamorphisme (basses températures et hautes pressions) qui se traduit par des réactions à l'état solide entraînant l'apparition de nouveaux minéraux, non hydroxylés, à partir des anciens minéraux hydroxylés.

Les métabasaltes et métagabbros issus de ce métamorphisme ne contiennent plus de minéraux hydroxylés : au cours du métamorphisme subi, ces roches ont donc libéré de l'eau qui imprègne alors les péridotites du manteau de la plaque chevauchante.

L'eau libérée abaisse la température de fusion de la péridotite. Vers 100 km de profondeur, le solidus de la péridotite est franchi, ce qui entraîne une fusion partielle et la formation d'un magma basaltique.

Ce magma s'élève vers la surface de la plaque chevauchante subissant une évolution qui conduit à la formation de magmas andésitiques.

En se refroidissant en profondeur, ce magma engendre la formation de roches grenues appelées granitoïdes et, en surface, de roches volcaniques, les andésites.

Granitoïdes et andésites ont une composition caractéristique de celle de la croûte continentale à laquelle ils s'ajoutent.

II. L'eau et la disparition des reliefs

1. Réalité de la disparition des reliefs

La genèse des matériaux de la croûte terrestre s'accompagne de la création de reliefs comme dans les Andes ou les arcs des Antilles. En outre, la collision de deux lithosphères continentales est à l'origine de reliefs importants (Alpes, Himalaya).

Les chaînes anciennes (Massif armoricain, Massif central) ont des altitudes faibles qui indiquent qu'après la formation, il y a eu des mécanismes ayant conduit à la disparition des reliefs. Dans ce processus d'effacement des reliefs, l'eau est l'un des acteurs fondamentaux.

2. L'action de l'eau sur les roches

Les roches attaquées par l'eau sont de toutes natures : sédimentaires, magmatiques et métamorphiques. Des mécanismes impliquant l'eau contribuent à la diminution des reliefs.

Une désagrégation mécanique : la plupart du temps, toutes les roches présentent des fissures, des fractures dans lesquelles l'eau pénètre. En altitude en particulier, lors de l'alternance gel-dégel, le passage de l'état liquide à l'état solide s'accompagne d'une augmentation de volume qui provoque l'éclatement de la roche  il y a alors formation d'éboulis constitués de fragments de roches.

Une altération chimique dans laquelle deux processus sont en jeu :

La dissolution, particulièrement active lorsque l'eau est chargée en CO2. Elle concerne donc surtout les roches calcaires. Les composants de la roche sont dissous suivant la réaction :

Les ions solubles sont entraînés par l'eau et la roche disparaît.

L'hydrolyse affecte surtout les roches magmatiques (granites) et métamorphiques (gneiss), et plus précisément leurs minéraux constitutifs (feldspaths, micas). Certains ions participant à la composition de ces minéraux entrent en solution (K+, Na+, Ca++…). Le résidu donne naissance à de nouveaux minéraux (minéraux argileux) et du sable (quartz peu ou pas altéré par l'eau). La roche dont certains minéraux sont altérés devient moins cohérente, friable.

Désagrégation mécanique et altération chimique sont deux phénomènes liés qui aboutissent à la formation d'ions en solution et de particules solides plus ou moins fines.

3. Le transport des produits de l'altération

Ces matériaux vont être entraînés par les eaux de ruissellement qui, par gravité, gagnent les torrents puis les fleuves en emportant ions dissous et particules solides.

Une partie du matériel solide se dépose dans des bassins sédimentaires situés au pied de la chaîne. Ces bassins se comblent progressivement, constituant d'énormes quantités de dépôts sédimentaires. Mais la majeure partie des produits solides et les ions dissous sont finalement transportés jusqu'aux bassins océaniques.

Ce transport par les eaux des produits de l'altération des roches contribue ainsi à la diminution, à l'effacement des reliefs.

III. Le recyclage des produits de l'altération

Les ions en solution peuvent précipiter ou être utilisés par des êtres vivants pour fabriquer leur coquille ou carapace, qui s'accumuleront après leur mort. Ceci peut donner naissance à des sédiments calcaires ou siliceux.

Les particules en suspension peuvent donner des sédiments détritiques comme les sables.

Ces divers sédiments, en perdant de l'eau, sont à l'origine de roches sédimentaires : grés, calcaires, argiles, gypse… Ce sont donc de nouvelles roches sédimentaires, nées de roches continentales préexistantes constitutives des reliefs (roches sédimentaires, magmatiques, métamorphiques), qui forment un nouveau matériel continental.

Si ces roches sédimentaires sont impliquées dans la formation d'une chaîne de montagnes de collision, elles peuvent être entraînées en profondeur et transformées en roches métamorphiques. En présence d'eau, ces dernières peuvent subir une fusion partielle à l'origine d'un magma granitique.

Bilan

Au cours de l'histoire de la Terre, c'est dans les zones de subduction que se sont formées les roches dont la composition est globalement voisine de celle de la croûte continentale.

Elles résultent initialement de la fusion partielle de la péridotite du manteau, fusion dans laquelle l'eau joue un rôle majeur.

Ces roches, initialement d'origine magmatique, forment des reliefs. Sous l'action de l'eau, agent d'altération, de désagrégation et de transport, elles donnent naissance à des sédiments qui, transformés en roches sédimentaires, constituent de nouveaux matériaux continentaux : il y a eu recyclage.