Érosion, transport et sédimentation : taille des grains et vitesse du courant

Du relief aux sédiments

La surface des roches est fragilisée par l'eau, le gel, le vent et les êtres vivants : c'est l'altération. Les fragments libérés peuvent ensuite être déplacés par un agent de transport, le plus souvent l'eau d'une rivière. Le trajet d'un grain comporte trois étapes : l'érosion, le transport et la sédimentation.

Définitions utiles

• Érosion : arrachement de particules au fond ou aux berges, puis mise en mouvement par un agent mobile.
• Transport : déplacement des particules, par roulement sur le fond, par sauts, ou en suspension dans l'eau.
• Sédimentation : dépôt des particules quand le courant n'a plus assez d'énergie pour les porter. Les dépôts s'empilent en couches appelées strates.
• Vitesse du courant : distance parcourue par l'eau en une seconde, exprimée par exemple en cm/s ou en m/s.

Une classification par la taille

Les géologues classent les grains selon leur diamètre : les argiles (moins de 0,002 mm), les limons (de 0,002 à 0,06 mm), les sables (de 0,06 à 2 mm), les graviers et galets (plus de 2 mm). La taille est le critère principal pour prévoir le comportement d'un grain dans l'eau.

Le rôle de la vitesse

Plus le courant est rapide, plus il peut déplacer de gros grains. Quand la vitesse diminue, les grains les plus gros se déposent en premier, puis les plus fins : c'est le tri des sédiments. Les particules très fines restent en suspension tant que l'eau n'est pas presque immobile.

Exemple concret

Un torrent de montagne descend vers une plaine puis se jette dans un lac. En amont, la pente est forte et le courant rapide : on trouve des galets. Plus loin, la pente diminue et les sables se déposent. À l'arrivée dans le lac, l'eau est presque immobile : les limons et les argiles forment une vase fine. Lors d'une crue qui décline, un même endroit reçoit d'abord des graviers, puis des sables, puis des particules fines. Cette strate, dont les grains s'affinent du bas vers le haut, est dite granoclassée.

Un piège à éviter

On croit souvent que plus un grain est petit, plus il est facile à arracher. C'est inexact. Les grains d'argile adhèrent les uns aux autres : il faut un courant assez rapide pour les arracher au fond. Le sable fin, d'environ 0,2 mm, est le plus facile à mettre en mouvement. En revanche, une fois les argiles en suspension, un courant très lent suffit à les maintenir, et elles ne se déposent que dans une eau presque calme. Il faut donc distinguer la vitesse d'arrachement et la vitesse de dépôt, qui ne sont pas égales pour un même grain.

Exercice 1 : quels grains un courant déplace-t-il ?

Données pédagogiques simplifiées : vitesses de référence pour des grains de quartz dans une rivière.

Un courant garde une vitesse constante de 25 cm/s.

1. Quels grains ce courant peut-il arracher au fond ?
2. Des grains de toutes tailles sont déjà en mouvement dans l'eau. Lesquels restent transportés à 25 cm/s ? Lesquels se déposent ?
3. Explique pourquoi l'argile demande une vitesse d'arrachement plus forte que le sable fin, alors que ses grains sont plus petits.

Exercice 2 : de la montagne au lac

Une rivière se jette dans un lac et ralentit tout au long du trajet. On utilise le tableau de l'exercice 1. Vitesses mesurées : station A, 80 cm/s ; station B, 35 cm/s ; station C, 8 cm/s ; station D, 1 cm/s ; station E, 0,05 cm/s.

1. Convertis la vitesse de la station A en m/s.
2. Pour chaque station, indique quels grains, parmi ceux qui sont encore transportés, se déposent.
3. Quel sédiment domine près de la station C ? Pourquoi n'y trouve-t-on presque pas d'argile ?

Exercice 3 : lire une strate

Un forage dans une plaine inondable traverse, de bas en haut : niveau 1, graviers de 5 mm ; niveau 2, sable de 0,5 mm ; niveau 3, limon de 0,02 mm ; niveau 4, argile de 0,001 mm. Juste au-dessus commence une nouvelle strate de sable grossier de 1 mm.

1. Décris l'évolution de la taille des grains dans les niveaux 1 à 4.
2. Que peut-on en déduire sur la vitesse du courant pendant ce dépôt ?
3. Que traduit la présence de sable grossier directement au-dessus de l'argile ?

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Un grain est arraché si la vitesse du courant est supérieure ou égale à sa vitesse minimale d'arrachement. À 25 cm/s : sable fin (20 cm/s) oui ; limon (30), sable grossier (30), argile (70) et gravier (70) non. Seul le sable fin est arraché.
2. Un grain en mouvement reste transporté si le courant est plus rapide que sa vitesse de dépôt. L'argile (0,1), le limon (0,3), le sable fin (2) et le sable grossier (10) sont inférieurs à 25 cm/s : ils restent transportés. Le gravier se dépose car 25 cm/s est inférieur à 40 cm/s.
3. Les grains d'argile adhèrent fortement les uns aux autres et au fond. Il faut donc davantage d'énergie, donc un courant plus rapide, pour les détacher. Leur petite taille ne les rend pas plus faciles à arracher.

Exercice 2 : correction

1. 80 cm/s = 80 ÷ 100 = 0,80 m/s.
2. On compare la vitesse à chaque vitesse de dépôt. Station A (80 cm/s) : aucun dépôt, car tous les seuils sont inférieurs. Station B (35 cm/s) : les graviers se déposent (35 < 40). Station C (8 cm/s) : le sable grossier se dépose (8 < 10). Station D (1 cm/s) : le sable fin se dépose (1 < 2). Station E (0,05 cm/s) : le limon (0,05 < 0,3) et l'argile (0,05 < 0,1) se déposent.
3. Près de C, le sédiment dominant est le sable grossier. L'argile n'y est pas déposée, car 8 cm/s est très supérieur à sa vitesse de dépôt de 0,1 cm/s : elle reste en suspension et sera emportée vers l'aval.

Exercice 3 : correction

1. La taille des grains diminue du bas vers le haut : 5 mm, 0,5 mm, 0,02 mm, puis 0,001 mm. La strate est granoclassée.
2. Les gros grains se déposent à forte vitesse, les fins à faible vitesse. Le courant a donc ralenti progressivement pendant le dépôt, comme lors de la décrue d'une rivière.
3. Le sable grossier de 1 mm reste transporté tant que le courant dépasse environ 10 cm/s, et il se dépose seulement quand le courant devient plus lent que cette valeur. Sa présence sur l'argile, qui s'est déposée dans une eau presque calme, indique que le courant s'est de nouveau accéléré, par exemple lors d'une nouvelle crue, avant de ralentir à nouveau. Une nouvelle séquence de dépôt commence alors.