4.11.2.2 Les processus

Les processus chimiques sont forts sous les tropiques, ou du moins évidents, mais les processus mécaniques sont présents et importants. Les processus mécaniques vont de pair avec les processus chimiques, il est rare que l’un n’existe pas sans l’autre, et plutôt qu’ils se renforcent positivement. Les processus seront examinés ici un par un, bien qu’en réalité les processus travaillent ensemble de manière synergique (voir aussi le chapitre 4.2).

Parmi les processus mécaniques, il est peu probable que la glace soit un agent dans les tropiques classiquement définis, ainsi que le stress des excursions de température sous le gel, en dehors des cycles climatiques qui pourraient être pertinents à des altitudes plus élevées ou à des latitudes plus élevées. La question de savoir si le choc thermique à haute température est pertinent fait l’objet d’un débat (voir Bland et Rolls, 1998 ; Eppes et al., 2010). Même si les tropiques n’atteignent pas les températures élevées de l’air des déserts (bien que certaines puissent s’en approcher), les températures de surface des roches peuvent bien dépasser 70 °C, en particulier sur les roches de couleur sombre (Thomas, 1994). La température élevée en elle-même peut ne pas être suffisante pour créer une fracture fragile sans de grands extrêmes de température, mais le sujet n’a pas été bien étudié sous les tropiques. Les incendies, en dehors de la forêt tropicale pendant les saisons sèches et lors des sécheresses, sont connus pour exercer des températures extrêmes capables de fracturer les roches fragiles (Goudie et al., 1992 ; Dorn, 2003). La croissance des cristaux à l’intérieur de pores ou de fractures confinés peut être une cause d’altération mécanique sous les tropiques. Normalement, les minéraux à croissance rapide tels que les sels, la calcite et le gypse sont facilement dissous et évacués par la pluie. Cependant, dans un environnement chimique agressif, la libération rapide d’éléments tels que le sodium, le calcium et le potassium à partir de minéraux formant des roches, assure un approvisionnement pour la croissance de nouveaux minéraux, si une chance se présente. Cette chance peut se présenter pendant les saisons sèches – qui peuvent survenir soudainement – et les sels ont la possibilité de s’accumuler dans les vides, les fractures et les limites des grains. L’altération saline joue un rôle dans la désintégration granulaire et l’altération caverneuse des roches cristallines grossières observées dans les tropiques humides et secs ainsi que dans les régions arides (Young, 1987 ; Turkington et Paradise, 2005). Les tropiques humides et secs saisonniers sont capables d’entretenir le gypse pédogène dans les sols sur des roches carbonatées (Luzzadder-Beach et Beach, 2008), une autre source possible d’expansion cristalline par l’hydratation de la calcite. Les argiles expansives et les oxydes de fer néoformés peuvent également exercer une pression (Nahon et Merino, 1997). La reprécipitation de la silice après dissolution peut être responsable d’une ouverture supplémentaire des joints de grains et des fractures à l’échelle micrométrique et des réseaux et des failles cristallines à l’échelle nanométrique (chapitre 4.4).

La « décharge de pression », parfois appelée dilatation ou feuilletage, est le soulagement de la contrainte de recouvrement qui provoque l’expansion puis la fracture fragile de roches anciennement enfouies. Les corps rocheux résistants, par le biais d’une pétrologie ou d’une structure différente, survivent à l’altération et à l’érosion pour être exposés sous forme de vestiges en forme de dôme (bornhardts, inselbergs, tors, ou autres termes apparentés). Les surfaces extérieures exposées sont donc vulnérables à la libération de pression, à la fracturation parallèle à la surface de la roche et normale à la surface pour libérer des dalles. Twidale (1973) a émis une opinion opposée, à savoir que la jonction en forme de dôme préexiste à l’exposition par le biais de la compression (et non de l’extension), de sorte que les inselbergs en dôme le sont en raison de leurs fractures, et non que les fractures le sont parce que la roche est en dôme. Quoi qu’il en soit, bien que le phénomène soit couramment observé dans les roches bombées de diverses lithologies sous les tropiques (figure 2, voir également Shroder, 1973), le processus n’est pas limité aux tropiques.

Il est important de noter que les processus d’altération mécanique, à l’exception de la croissance cristalline des minéraux néoformés, sont limités aux conditions de surface et déterminés par celles-ci. Comme les profils d’altération peuvent avoir plusieurs mètres d’épaisseur, ces conditions et processus de surface ne représentent qu’une fraction du système d’altération total (Ahnert, 1976).

La combinaison d’agents d’altération abondants et de températures plus élevées assure le potentiel d’un environnement d’altération chimique actif dans les tropiques. Cela dit, les produits finaux de l’altération – la kaolinite, la gibbsite et les oxydes de fer courants dans les sols et les régolithes tropicaux – indiquent également une éventuelle stabilité chimique, expliquant la pénurie de nutriments disponibles dans certains sols tropicaux. Les détails de l’altération chimique sont mieux expliqués dans Yatsu (1988), Nahon (1991), et Taylor et Eggleton (2001), mais résumés ici en mettant l’accent sur la pertinence tropicale.

L’acide silicique résultant, H4SiO4, peut être transporté dans les eaux de surface ou souterraines, mais a également la capacité de dissocier et de reprécipiter la silice sous forme de quartz néoformé ou de silice amorphe, pertinente dans le processus de cimentation des sédiments, de création de duricrusts dans le régolithe, ou en cas de durcissement des blocs rocheux (Conca et Rossman, 1982). La dissolution de la silice est généralement considérée comme un processus mineur par rapport à l’altération par dissolution d’autres minéraux silicatés, et lent. Cependant, les études de Schulz et White (1998) et Murphy et al. (1998) montrent que l’altération chimique du quartz dans un environnement tropical génère 25-75% de la silice dissoute dans l’eau interstitielle du régolithe (par rapport à tous les autres minéraux silicatés). La dissolution génère également des particules plus petites (voir chapitre 4.17 ; Pye (1983)) a attribué l’altération humide tropicale des dunes de sable du Pléistocène à la formation de quartz de la taille d’un limon, qui s’est accumulé jusqu’à 10 % du sédiment en vrac dans les horizons B et C du sol. La solution de quartz est également le processus responsable de la génération du karst siliceux (voir section 4.11.3.1).

La plupart des minéraux aluminosilicatés subissent une  » dissolution « , également appelée solution incongrue ou hydrolyse, un processus à plusieurs étapes et parallèle impliquant des acides. Le processus généralisé implique l’attaque par l’eau et l’acide pour produire une argile, d’éventuels autres minéraux néoformés, des cations en solution et de l’acide silicique. L’eau elle-même est un faible donneur de protons H+, mais les acides sont beaucoup plus efficaces. L’acide carbonique est l’agent d’altération acide par défaut et omniprésent, via l’eau de pluie chargée de CO2 atmosphérique, ou l’eau du sol chargée de CO2 de l’air du sol (concentré plus de deux ordres de grandeur plus haut, par rapport à l’atmosphère, Ugolini et Sletten, 1991). Les acides organiques, issus de la décomposition organique ainsi que des fonctions biotiques (comme les racines des plantes), sont également importants (Ugolini et Sletten, 1991), et peut-être même dominants dans certains cas (Wasklewicz, 1994).

Ce qui distingue la solution de la dissolution dépend du matériau parent (minéral), mais aussi de l’apport d’eau comme agent d’altération ou milieu d’altération, donc sensible aux différentes variations de l’humidité tropicale. Taylor et Eggleton (2001) expliquent qu’au cours de la dissolution incongrue, il existe des stades intermédiaires d’équilibre dynamique. La saturation et la néoformation minérale auraient lieu pendant les périodes de limitation d’eau, un équilibre chimique temporaire. L’ajout de nouvelle eau rajeunit le système, établit un déséquilibre chimique, et les minéraux primaires restants ainsi que les minéraux néoformés sont sujets à des attaques.

De plus, la goethite se déshydrate pour former de l’hématite. Les oxydes de fer tels que la goethite et l’hématite sont stables et résiduels dans le sol et le profil d’altération. Ces minéraux oxydés confèrent les couleurs jaune vif (goethite), orange et rouge (hématite) aux sols tropicaux.

L’hydratation est un processus similaire à l’oxydation, dans lequel les ions hydroxyde (OH), plutôt que l’oxygène, sont incorporés dans la matrice minérale. Les phyllosilicates, y compris les argiles, sont les plus remarquables pour l’hydratation, où les ions hydroxydes sont incorporés entre les couches de silicate. Yatsu (1988) a considéré l’hydratation comme un processus mécanique plutôt que chimique, un argument parallèle à celui présenté au chapitre 4.4.

Les processus biochimiques sont maintenant reconnus comme importants pour l’altération (Krumbein et Dyer, 1985 ; Reith et al., 2008), et impliquent une suite de réactions incluant celles mentionnées ci-dessus ainsi que la chélation, un processus uniquement biochimique. Ollier et Pain (1996) expliquent que l’oxydation est impliquée dans l’absorption par la plante du fer et d’autres nutriments par l’intermédiaire des racines. L’appauvrissement en silice serait renforcé par l’action bactérienne (Ollier et Pain, 1996). McFarlane (1987) a démontré l’importance des microorganismes dans l’évolution de la bauxite.

La chélation est le processus par lequel les métaux sont préférentiellement extraits par des molécules organiques, issues de la décomposition de la végétation. Il est présumé, mais pas bien étudié, que la décomposition organique rapide dans les sols de la forêt tropicale pourrait produire une abondance d’agents d’altération chélateurs. Les sols tropicaux abritent une immense diversité de microbes, concomitante à la biodiversité de surface (Borneman et Triplett, 1997).