La dynamique

des paysages

γη : Terre μορφή : Forme λόγος : Discours (Étude)

Science de la forme des paysages

Définition du Larousse:Étendue spatiale, naturelle ou transforméepar l'homme, qui présente une certaineidentité visuelle ou fonctionnelle : Paysageforestier, urbain, industriel.

Du point de vue scientifique, quels critères choisir pour délimiter les

paysages? Quelle est l’unité fonctionnelle?

Le relief est la forte variation verticale d'unesurface solide, soit positivement, en saillie,soit négativement, en creux.

La topographie (du grec topos = lieu etgraphein = dessiner) est la science qui permetla mesure puis la représentation sur un planou une carte des formes et détails visibles surle terrain

Son objectif est de déterminer la position etl'altitude de n'importe quel point situé dansune zone donnée

Carte topographique du monde

PROCESSUS ENDOGÈNES

(Tectonique , Volcanisme, Isostasie)

Transport

Erosion

Interface Terre - Atmosphere

PROCESSUS EXOGÈNES

(Climat, Activité biologique)

Les paysages résultent de la

dynamique des enveloppes

internes et externes de la Terre

au niveau d’une zone d’interface

La notion de zone critique

La “zone critique” de la Terre

https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/alteration-erosion.xml

C'est à la fois la surface de séparation entre l'air et la terre, la finecouche organique cultivable, tout ce qui est entre cette surface et lesroches ‘dures’ de la lithosphère …

• La zone critique est comprise « entre les roches et le ciel »

• Elle se forme par des réactions de transformation de la roche dureen un matériau divisé et poreux, elle se détruit par l'exportation(déplacement) de ses constituants.

• Elle comprend des minéraux, de la matière organique morte, desêtres vivants qui vivent à sa surface ou à l'intérieur (biomasseprofonde), de l'air et de l'eau, de surface (fleuves) ou profonde(nappes).

• Tous ces compartiments sont connectés (sol-eau-air-végétation).

• La zone critique est l'interface entre la météorologie, le climat ,lagéologie et la biosphère

C’est la couche qui est modelée pour former les paysages.Les paysages reflètent la dynamique de la zone critique.

La dynamique de la zone critique

L' altération désigne l'ensemble de deux processus :

i) la fragmentation mécanique d'une roche sans transformation chimique ou minéralogique,

ii) sa transformation avec une modification de sa composition chimique ou/et minéralogique.

Comme le volume molaire de la glace est supérieur à celui de l'eau liquide, del'eau liquide qui remplit une fracture va en gelant faire naître des contraintesqui peuvent élargir la fracture et conduire à transformer progressivement laroche en un amas de débris.

Les facteurs de l'altération sont des agents météoriques (glace,pluie, vent), chimiques (par exemple l'acide carbonique H2CO3 oul'oxygène), et des organismes vivants (des cyanophycées auxracines de ligneux en passant par les lichens, mousses,champignons, les animaux et l'Homme)

L'altération permet la pédogenèse : la formation des sols –de la zone critique

MECANIQUE (FRACTURATION)

CHIMIQUE (DISSOLUTION)

Glaciaire Fluvial Éolien

Gravitaire

Viscosité du fluide décroissante

Éboulis Coulée de débris Coulée de boue

Cisaillement fluide

Teneur en eau croissante

La dynamique de la zone critique

L' érosion désigne les processusde transferts latéraux d'éléments(mobilisation) qui peuvent êtredes particules minérales ouorganiques (érosion physique) oudes substances dissoutesinorganiques ou organiques(érosion chimique).

Si l'altération est statique,l'érosion désigne la mise enmouvement de la matière, mêmesur des distances limitées.

L'érosion s'exprime en masse ouvolume de matière par unité detemps. C’est un flux de matière.

Diversité des processus d’érosion (déplacement, flux de matière)

L’altération fragmente la roche mère

L’érosion transporte les fragments issus de l’altération

A retenir et à ne pas confondre:

La dynamique de la zone critique

La dénudation désigne la perte nette demasse d'un relief sous l'effet des processusd'érosion. C’est la diminution del’épaisseur de la zone critique par unité detemps

Elle exprime donc un flux – ou taux, ouvitesse – de matière par unité de surfaceet de temps, ou d'une hauteur par unité detemps, comme dans le cas de l'érosion.

En première approximationDénudation = perte d’altitude par unité de

temps

Formation de la zone critique par altération de la roche mèreMise en mouvement de la zone critique par érosion, induisant unedénudationLa zone critique garde une épaisseur constante si sa vitesse de formationest égale à sa vitesse de dénudation (érosion chimique + physique).

Ne pas confondre les termes

Altération = fragmentation de la roche mère – Processus statique, la matière reste là où elle est altérée. L’altération forme le sol, contribue à son épaississement

Erosion = Mise en mouvement de la matière (arrachage du sol + transport) – Processus dynamiqueL’érosion ‘enlève’ du sol

Dénudation = variation d’épaisseur de la zone critique; dépend de l’équilibre entre altération et érosion. Se manifeste par des variations d’altitude par unité de temps.

La dynamique de la zone critique

Activité 1: la diversité des paysages de montagne, quelles origines?

En France : plusieurs chaînes de montagnes…et plusieurs paysages très différents au premier abord! Comment se fait-il que deux chaînes de montagnes, soumises au même climat ~tempéré, puissent avoir des paysages aussi

contrastés?

Chaines ‘hautes’ (plus de 2000m)Pyrénées

AlpesCorseJura

Chaines ‘basses’ (moins de 1500 m)Massif Central

ArdennesMassif Armoricain

Carte topographique de la FrancePlaines en vertMontagnes en marron

Altitude moyenne de l’ordre de 300 m env.Forme générale de plateau

Altitude moyenne de l’ordre de 3500 m env.Vallée et crêtes forment des dénivelés de forte amplitude

Pyrénées

Massif Armoricain

Activité 1: la diversité des paysages de montagne, quelles origines?

Fiche aide ‘Carte géologique’

La carte géologique est un document de synthèse, qui regroupe les informations collectées par les géologues sur le terrain.

Parmi les informations :La nature des roches (symbole)

Leur âge : code de couleur

Les structures (traits noirs épais)

C’est donc un document 4D, qui montre comment les roches sont distribuées dans le paysage mais aussi au cours des temps géologiques, à l’échelle de plusieurs milliards d’années

5 km

Identifiez les terrains à proximité desaiguillesLeur âge est indiqué dans la légendesous la forme d’un nom correspondantà la première formation géologiquedécrite de cet âgeLe nom de l’âge est reporté dansl’échelle des temps géologiques, quipermet de faire la correspondanceavec un âge ‘numérique’ en millionsd’années

DOCUMENT : Carte géologique simplifiée de la région du Vercors.

Les aiguilles

Echelle des temps

Formations sédimentaires datées par les fossiles

Ploumanach

DOCUMENT : Extrait de la carte géologique de Ploumanach (Cotentin, Massif Armoricain)

Nature et Age des roches

Points clefs : identifier le symbole correspondant au granite de ploumanach et chercher son âge dans la légende

Formations granitiques datées par radioactivité

Activité 1: le rôle de l’altération et de l’érosion sur la diversité des paysages

En France : plusieurs chaînes de montagnes…et plusieurs paysages très différents au premier abord! Comment se fait-il que deux chaînes de montagnes, soumises au même climat ~tempéré, puissent avoir des paysages aussi

contrastés?

Chaines ‘jeunes’ (âgées de 40 Ma)Pyrénées

AlpesCorseJura

Chaines ‘anciennes’ (âgées de 350 Ma)Massif Central

ArdennesMassif Armoricain

Carte topographique de la FrancePlaines en vertMontagnes en marron

(Ploumanach)

ROCHE FORMEE IL Y A 300 MILLIONS D’ANNEES

ROCHE FORMEE IL Y A ~120 MILLIONS D’ANNEES

(Aiguille)

CORRECTION

Les chaines de montagnes n’ont pas le même âge…mais comment relier l’âge de la chaine de montagne à la diversité des paysages?

Activité 1: le rôle de l’altération et de l’érosion sur la diversité des paysages

En France : plusieurs chaînes de montagnes…et plusieurs paysages très différents au premier abord! Comment se fait-il que deux chaînes de montagnes, soumises au même climat ~tempéré, puissent avoir des paysages aussi

contrastés?

Paysage de la chaine armoricaine (Ploumanach) Paysage de la chaine alpine (Vercors, Mont Aiguille)ROCHE GRANITIQUE 300 MA

ROCHE SEDIMENTAIRE 120 MA➢ Décrire chacun des paysages (Ploumanach & Aiguille), la nature des roches qui le composent et déterminer leur

mode d’altération d’après les documents fournis. ➢ Comparez l’efficacité des modes d’altération (autrement dit, la facilité avec laquelle la roche s’altère) et en

déduire l’origine des différences entre ces paysages

Calcaire

Marne

Marne

DOCUMENT : Paysage du mont Aiguille dans les Alpes (Vercors)

DOCUMENT : Paysage du granite de Ploumanach (Cotentin, Massif Armoricain)

Roche intacte

cm

Pour les Aiguilles :

Différence dans la nature des roches (= lithologie)

…donc différentes propriétés physiques : des matériaux sont plus facilement altérables que d’autres.→ Il s’agit de l’EROSION DIFFERENTIELLE

Les matériaux fins (argiles ou marnes) sont plus facilement mobilisables par la pluie, moins résistants à l’érosion

Les matériaux plus compacts comme le calcaire seront eux soumis à la dissolution ou à la fracturation mécanique (glissements de terrain)

Cependant, l’érosion des marnes à la base fragilise la stabilité des calcaires sus-jacents…

Activité 1: le rôle de l’altération et de l’érosion sur la diversité des paysages

CORRECTION

Pour Ploumanach:

Fracturation des granites par des diaclases : voie préférentielle pour l’altérationDes blocs de taille de plus en plus petite sont isolés…pour aboutir à des grains fins, de quelques centimètres de diamètre (voire moins), qui peuvent être transportés

Activité 1: le rôle de l’altération et de l’érosion sur la diversité des paysages

CORRECTION

En France : plusieurs chaînes de montagnes…et plusieurs paysages très différents au premier abord! Comment se fait-il que deux chaînes de montagnes, soumises au même climat ~tempéré, puissent avoir des paysages aussi

contrastés?

Paysage de la chaine armoricaine (Ploumanach) Paysage de la chaine alpine (Vercors, Mont Aiguille)ROCHE GRANITIQUE, FORMEE IL Y A 300 MILLIONS

D’ANNEESFin de l’histoire de la chaine hercynienne initiée il y a

env. 400 Millions d’annéesRoche difficile à altérer : diaclase, arénétisation

ROCHE SEDIMENTAIRE, FORMEE IL Y A 100-120 MILLIONS D’ANNEES

Chaine alpine formée il y a 35-40 millions d’années, soulèvement des roches sédimentaires

Roche facile à altérer et éroder : une simple pluie!

Activité 1: le rôle de l’altération et de l’érosion sur la diversité des paysages

La topographie des chaines de montagne dépend d’un équilibre entre les forces tectoniques, la gravité, et la dénudationLorsque la gravité et la dénudation prennent le dessus sur les forces tectoniques, les chaines s’effondrentLors de la croissance de la chaine, les roches sédimentaires contenues dans l’océan et les bordures des continents sontsoulevéesCes roches jeunes sont facilement altérables et érodablesLors de l’effondrement de la chaine, ce sont les granites formés en profondeur qui se retrouvent à la surface : ils sont plusdifficiles à altérer et éroder!

Virginie, USA

(ou bassin de drainage)

Activité 2 : La dynamique des paysages à l’échelle du bassin versant

pluie ➡ ruissellement ➡ formation de drains (drainage)

Les drains forment un réseau hydrographique qui converge

jusque vers un point bas de la topographie.

Chaque réseau est séparé de ses voisins par une ligne de partage

des eaux.

Elle délimite une aire géographique que l’on appelle bassin versant.

Le point bas vers lequel converge l’eau est appelé l’exutoire du

bassin versant.

Le bassin versant est donc une unité géomorphologique utilisée pour mesurer les flux de matière

Ex. Bassin versant de la Seine

Ligne de partage

Réseau de drainage

Exutoire

Aire drainée

Plusieurs exutoires : permet de fragmenter le

bassin versant principal en sous-unités

Bassin versant : toute la surface qui est à l’amont

de l’exutoire

Critères de définition de l’unité des paysages en

géomorphologie

Ex. Bassin versant de la Seine

Ex. Bassin versant de la Seine

ALTERATION

EROSION/TRANSPORT

DEPOT

Dans le cas de la Seine, ce sont surtout les roches sédimentaires du bassin parisien qui sont

altérées, mais aussi une partie du socle granitique du Massif Armoricain

Grande échelle(Chaîne, bassin versant)

idée = lien entre le flux de

sédiments en sortie et les

propriétés moyenne du bassin[Ahnert, 1970; Pinet and

Souriau, 1988, ...]

couplage tectonique, érosion,

climat.

10 - 104 km

103 - 108 ans

Échelle intermédiaire(Rivière, versant, ...)

idée = lien entre flux de

sédiments à l’échelle des temps

géologique et propriétés locales

(pente,débit, contrainte, ...)[Dietrich et al., 2003]

100m - 10 km

1 - 103 ans

Échelle élémentaire(processus physique)

échelle de l’interaction grain/fluide

dans une rivière, échelle

du glissement sur un versant,...

contraintes sur le transport de

sédiment à plus grande échelle.[Shields,1936]

10-3 - 10 m

seconde - journée

Histogramme de l’érosion physique et chimique calculée pour quelques grands fleuves de la

planète (et les bassins versants correspondant)

Les volumes mobilisés par l’érosion mécanique/physique sont plus importants

Summerfield & Hulton, 94

Qs

Flux de sédiments sortant d’un BV

Aire drainée au niveau de l’exutoire

Pinet et Souriau (1988)

Ta

ux

de

dé

nu

dati

on

(en

mè

tre

s p

ar

millie

r d

’an

né

es)

Altitude des

reliefs (en mètres)

Les taux de dénudation ont été mesurés pour différents bassins versants àtravers le monde (une centaine de bassins étudiés). Ce document montre larelation empirique (i.e. obtenue par des mesures) entre le taux dedénudation et l’altitude du bassin versant mesuré.Les numéros correspondent aux bassins versants mesurés.

Document A : la loi d’Ahnert

*Comment évolue le taux dedénudation avec l’altitude?*Comment qualifieriez-vouscette tendance?*A quoi correspond un taux dedénudation négatif?*Combien de tendances sontmises en évidence sur cedocument?*Comparez les valeurs des tauxde dénudation à 1500 md’altitude pour une chaîne ducycle alpin et une chaine ducycle hercynien. Expliquez lesdifférences à la lumière de vosconnaissances et proposez denouvelles hypothèses

Activité 2 : La dynamique des paysages à l’échelle du bassin versant

Coupe géologique des Alpes, région de la Chartreuse

En couleur : les sédimentsCroix : le socle granitique

Dans une chaîne de montagne jeune, les roches dénudées sont d’abord les roches sédimentairesUne fois qu’elles auront été dénudées, l’altération attaquera les roches granitiques du socle + évolution de l’équilibre force tectonique/gravité

Ce ne sont pas les mêmes roches qui sont dénudées selon l’âge de lachaine de montagnePar conséquent ce ne sont pas les mêmes processus d’altération etd’érosion qui sont mis en jeu.

Il est plus difficile de dénuder un granite (diaclase, infiltration de l’eau…)que de dénuder une roche sédimentaire comme la marne (qui s’effritefacilement et est emportée par les eaux de ruissellement)

CORRECTION

Activité 2 : La dynamique des paysages à l’échelle du bassin versant

La nature des roches : Différents modes d’altération/érosion entre un calcaire, une marne, un graniteL’âge des roches:Pour Ploumanach, roche autour de 300 MaPour les Aiguilles, roches autour de 110-130 Ma

La chaine du massif armoricain est donc plus vieille que celle des AlpesDans le massif armoricain, l’essentiel de la chaine s’est effondré : il ne reste que le cœur de la chaine, plus difficile à éroderLes Alpes sont formées il y a 40 Ma, et ont soulevé des formations sédimentaires de 110-130 Ma, plus jeunes, de nature plus facile à éroder

Les pentes jouent un rôle : il faut des pentes fortes, > 25° pour avoir des glissements de terrain (présents dans les Alpes, absents dans le massif armoricain)Même logique pour l’altitude et les glaciers…Voir séance suivante

Les jeunes chaines de montagne ont donc des taux de dénudation plus importants que les vieilles chaines de montagne

CORRECTION

Activité 2 : La dynamique des paysages à l’échelle du bassin versant

(vielles montagnes >300 Ma)

Ordres de grandeur de la dénudation (physique et chimique) suivant le contexte géomorphologique et importance de l'agriculture (conventionnelle) comme facteur d'érosion

Carte de la Décharge sédimentaire annuelle (flux de sédiments des fleuves vers les océans= dénudation)

Carte des précipitations annuelles

Q- A partir de l’étude de ces documents, déterminez dans quelles régions la dénudation est la plus élevée et quels sont les facteurs favorisant la dénudation?

Champ de blé

Forêt

Plus forts taux de dénudation ➡ bande intertropicale

Effet des précipitations et de la Température

Boucliers plus résistants (ex. Massif Armoricain) que montagnes jeunes (activité 1)

collines : pas assez de pente et pas assez élevées pour permettre érosion gravitaire + glaciaire

Agriculture : en supprimant couvert végétal naturel, les sols sont moins fixés par les racines et sont plus

facilement mobilisables lors de l’altération/érosion (ex. système de racines d’un chêne plus développé qu’un

plant de blé)