Altération du granite

L’altération du GRANITE

Introduction

Le granite, assez commun en France, est une roche réputée pour sa dureté et sa résistance. C’est ce qui explique son usage en tant que matériau de construction ainsi que dans la réalisation de pavés, bordures de trottoirs, calvaires, pierres tombales…

Voir → Utilisation des richesses du sous-sol

Pourtant, malgré ses qualités, cette roche n’est pas indestructible. Soumis aux conditions extérieures, le granite finit à la longue par s’altérer. Nous allons voir ce processus.

Chaos granitique en Lozère issu de l'altération du granite

Présentation du granite

Une petite présentation de la roche est tout d’abord nécessaire pour comprendre son altération.
Le granite est une roche magmatique à structure grenue (formée de grains), entièrement cristallisée et dont les cristaux sont bien visibles à l’œil nu (phénocristaux). Le mot « granite » vient d’ailleurs du latin granum, grain.

Ces minéraux en grains sont de plusieurs natures :

• du quartz principalement (c’est de la silice pure SiO₂)
• des micas : ce sont des minéraux feuilletés. On a essentiellement du mica noir (ou biotite) mais aussi du mica blanc (ou muscovite). Le mica blanc est surtout riche en aluminium et en potassium alors que le mica noir est surtout riche en magnésium, en potassium et en fer.
• des feldspaths : feldspaths potassiques (orthose, microcline..) et feldspaths plagioclases (albite, anorthite..).
• un certain nombre d’autres minéraux peuvent aussi se rencontrer dans le granite. On peut citer : hornblende, grenats, magnétite, apatite, zircon…
  

Granite du Sidobre montrant les principaux minéraux du granite

Lame mince de granite observée en lumière polarisée. On voit bien que le granite est une roche entièrement cristallisée.

Cette palette de minéraux, dont les proportions et la taille des cristaux peuvent varier, explique la grande variété des granites rencontrés dans le monde (des centaines de couleur et d’aspect différents).

Quelques exemples :

Granite dit "porphyroïde", à gros cristaux de feldspaths. La Rouvière. Lozère.

Granite rose de La Besse. Corrèze. Couleur due à la couleur rose des feldspaths.

La composition chimique moyenne des granites est :

• SiO₂ 70 à 77 %
• Al₂O₃ 11 à 15%
• K₂O 3 à 5 %
• Na₂O 3 à 5 %
• Fe 2 à 3%
• CaO 1%
• MgO et TiO₂ moins de 1%

Fracturation du granite

Lors de sa cristallisation, le granite (roche magmatique) se trouve à l’intérieur de la croûte terrestre, en profondeur. C’est un soulèvement ultérieur (mouvement de l’écorce terrestre) et des mécanismes d’érosion des couches supérieures qui lui permettent de se retrouver en surface. C’est ainsi que le granite peut affleurer comme on peut l’observer en de nombreux endroits en France : Bretagne, Vosges, Massif Central, Alpes…

Affleurement de granite. Trégastel. Cötes d'Armor.

L’action des agents climatiques et biologiques pourra alors commencer ! Il est cependant nécessaire auparavant pour bien comprendre de décrire une structure facile à observer lorsqu’on étudie un affleurement de granite. La roche présente fréquemment des fractures.

Fractures ou diaclases dans le granite. St Avaugourd. Vendée.

Si le granite est une roche dure et résistante, il manque en effet de souplesse. C’est ainsi que, lors des mouvements de l’écorce terrestre et au cours de son refroidissement, le granite, sous l’action des contraintes, va se fissurer. Les fractures apparues (qui portent le nom de diaclases) faciliteront l’altération en permettant à l’eau ou aux racines des plantes de pénétrer plus facilement à l’intérieur de la roche. Sans ces diaclases, le granite, roche imperméable ne s’altérerait que difficilement. Et si la surface de la roche était nue, l’eau, ruissellerait à la surface mais ne stagnerait pas, d’où une altération très réduite. L’altération se fera donc préférentiellement juste sous la litière, ainsi que le long des zones où l’eau circule : les fissures et les diaclases.

La présence de végétation (racines, herbes, lichens, mousses...) permet à l'eau de rester en contact du granite. Parc Lacroix-Laval près de Lyon.

Les variations de température agissent aussi sur la cohésion du granite. Elles entraînent des dilatations et des contractions successives. Soumise à ces variations de volume incessantes, le granite se fissure puis éclate. C'est la thermoclastie. La fissuration est plus importante dans les roches composées de minéraux différents n'ayant pas le même coefficient de dilatation. Des microfissures apparaissent alors à la limite entre les minéraux. Ce phénomène de thermoclastie est surtout observé dans les régions de forte amplitude thermique (climat continental, polaire, déserts, haute montagne)
Dans les zones soumises au gel interviendra aussi le phénomène de cryofracturation : l’eau qui s’infiltre dans les diaclases augmentera de volume lors des périodes de gel, participant ainsi à l’élargissement des diaclases et au démantèlement de l’affleurement.

Altération du granite

Les principaux agents d’altération sont :

• l’eau : elle agit de deux façons. D'abord par hydratation (addition d’eau à un composé sans modification chimique de celui-ci). Chez les micas par exemple, l'eau peut se glisser entre les feuillets du minéral, provoquer son gonflement, ce qui va peu à peu désolidariser les grains de la roche. L'eau agit aussi par hydrolyse (décomposition d’une substance sous l’action de l’eau).
• les végétaux qui ont pu s’implanter à la surface du massif (action des racines dans les diaclases et action des molécules organiques issues de la décomposition de ces végétaux)

Chacun des minéraux du granite réagit différemment à l’altération :

- Le mica noir (ou biotite)

A cause de la présence de fer dans sa composition, il va se transformer assez rapidement en hydroxyde de fer et en argile.

Hydrolyse de la biotite :

2 K(Fe,Mg)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ (Biotite)+ 17 H₂O →Si₂O₅Al₂(OH)₄ (Kaolinite)+ 6 FeO(OH) (Limonite/Goethite) + 4 Si(OH)₄ +2 K⁺ + 2 OH^-

-Le mica blanc (ou muscovite)

Il ne s’altère guère. Il va d'abord se fragmenter en petites paillettes de même composition chimique : la séricite. Une hydrolyse est cependant possible qui conduira par perte de potassium à de l'illite puis à de la kaolinite ou à des smectites selon les conditions.

-Le quartz

Il est inaltérable. Une fois séparé des autres éléments, il fournit l'essentiel du sable

-Les feldspaths

Par hydrolyse, ils vont se transformer en argiles (illite, kaolinite, gibbsite, smectites…). Selon les conditions, ces hydrolyses pourront se faire selon des réactions différentes et donc conduire à des composés différents. De plus tous les feldspaths ne sont pas sensibles de la même façon à l'hydrolyse (les feldspaths potassiques sont les plus résistants ; puis viennent les feldspaths sodiques et enfin les feldspaths calciques). Les phénocristaux, présents dans certains granites, résisteront mieux à l'altération.

Granite altéré du Mont Aigoual. Lozère. Les phénocristaux de feldspaths plus résistants restent en relief.

Exemples d’hydrolyses de feldspaths

• Hydrolyse de l’orthose
  

2 KAlSi₃O₈ (Orthose)+ 11 H₂O → Si₂O₅Al₂(OH)₄ (Kaolinite) + 4 Si(OH)₄ (Acide silicique) + 2 K⁺ + 2 OH^-

• Hydrolyse de l’anorthite (plagioclase calcique)
  

2 CaAl₂Si₂O₈ (Anorthite) + 4 CO₂ (Dioxyde de carbone) + 6 H₂O → 2 Ca⁺⁺ + 4 HCO₃^- + 2 Si₂O₅Al₂(OH)₄ (Kaolinite)

• Hydrolyse de l'albite (feldspath sodique)
  

NaASi₃O₈ (Albite) + 8 H₂O → Al(OH)₃ (Gibbsite) + 3 Si(OH)₄ (Acide silicique) + Na⁺ + OH^-

Dans les pays tempérés, on peut remarquer que ces phénomènes d’hydrolyse consomment parfois du dioxyde de carbone. Celui-ci provient soit du dioxyde de carbone de l’air, soit du dioxyde de carbone du sol (issu de la décomposition lente des matières organiques). On a une hydrolyse acide.
Dans les pays méditerranéens, tropicaux ou équatoriaux, l’hydrolyse est neutre ou alcaline et conduira à des argiles parfois différentes.

Évolution du granite au cours de l’altération

Un granite altéré puis « pourri » va donc se distinguer d’un granite sain par une couleur plus rouille ou jaunâtre, une fragilisation progressive, une surface plus rugueuse et un aspect mat des cristaux de feldspaths.

Granite en début d'altération : apparition de teinte rouille d'oxyde de fer et de fissures

L’altération se poursuivant, ce granite « pourri » va se désagrégé et se réduire à un amas de grains, formant une sorte de sable grossier, l’arène granitique (d’arena, le sable en latin). Celle-ci s’accumulera à la base de l’affleurement ou entre les blocs de granite non encore altérés, tandis que les eaux de ruissellement et d’infiltration emporteront les composés solubles issus de l’hydrolyse.

Affleurement de granite des Monts d'Ambazac. Haute-Vienne. On voit bien l'arène granitique entre les blocs sains de granite.

Composition de l’arène granitique :

• grains de quartz non altérés
• grains de feldspaths restant plus ou moins altérés (surtout le feldspath orthose, plus résistant que les plagioclases)
• oxydes de fer
• argiles (provenant de l’altération par hydrolyse des micas et des feldspaths)

Affleurement de granite altéré. St Amans. Lozère

Détail de l'arène granitique

L’altération du granite pourra continuer en profondeur, par couches (altération en « pelures d’oignon ») ce qui formera à la longue des masses plus ou moins arrondies.

On voit bien la forme en boules du granite après altération. Quérigut. Pyrénées Orientales

L’arène granitique pourra par la suite être emportée par le vent, la gravité et les eaux de ruissellement, dégageant progressivement les blocs de granite non altérés qui resteront empilés les uns sur les autres créant dans le paysage ces structures appelées chaos.
On peut résumer ce phénomène ainsi :

Il est courant de rencontrer ces chaos dans les régions granitiques (Bretagne, Lozère….). Parfois, l’empilement de ces blocs crée une structure instable où certains blocs ne sont en contact que par un ou deux points de leur surface. Certains blocs peuvent même bouger légèrement lorsqu’on les pousse. Dans les folklores locaux, on nomme souvent ces pierres des « pierres branlantes », « roches tremblantes » ou « pierres folles ».

Chaos granitique. Ploumanach. Côtes d'Armor.

Le rocher de Peyro Clabado. Massif du Sidobre. Tarn

Chaos granitique. St Amans. Lozère.

Érosion du granite en montagne

Dans les zones montagneuses, l’altération du granite par le phénomène d’hydrolyse et par les êtres vivants est plus réduite.
Par contre, l’action du gel et du dégel dans les diaclases est très importante (phénomène de cryofracturation), ce qui va détacher de grands blocs de granite en produisant des flèches, aiguilles…. En bas de ces reliefs s’accumulent les blocs rocheux détachés par ce mécanisme.

Paysage granitique en Lozère

Éboulis de granite en bas des reliefs (Lozère). De l'arène granitiques est aussi visible.

Massif granitique de l'Aiguille du Midi.

Érosion du granite en bord de mer

En bord de mer, la destruction des roches peut être accélérée par d'autres phénomènes. Tout d'abord, il faut considérer le choc des vagues sur les roches ou le choc des galets projetés par la mer sur les roches. En cas de tempêtes, de gros morceaux de roches peuvent même être détachés de l'affleurement.
Mais l'action du sel marin a aussi son influence. Les embruns salés pénètrent dans les fissures de la roche. Les cristaux de sel qui s'y développent prennent du volume en séchant ce qui multiplient les microfractures. Les sulfates de sodium et de magnésium sont les plus destructeurs dans ce genre de processus.

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