Comment l'eau abime les pierres ?

[supertomat]

Bonjour,

J'essaie de comprendre comment l'action de l'eau nuit aux pierres.

Soit une pierre sans trou ni irrégularité.

On m'a dit qu'il y avait réaction chimique entre l'eau et la pierre qui provoque des micro-fissures qui vont permettre à l'eau de rentrer et d'éclater la pierre en gelant.

Cela m'ammène à deux questions:

-Quelle type de réaction se passe entre l'eau et la pierre, comment cela forme-t-il des micro-fissures ?

-Et surtout LA QUESTION que je me pose depuis longtemps: l'eau pénètre dans la pierre par une micro-fissure, puis elle gèle. Pourquoi quand l'eau gèle, le surplus de volume ne sort pas vers l'extérieur plutôt qu'appliquer sa force contre la pierre ?
Quand de l'eau gèle dans un seau ou une brouette, elle ne casse rien. Mais si je ferme mon seau ou ma brouette, là il y aura du dégat. Or, les micro-fissures n'ont pas de couvercles, elles sont ouvertes vers l'extérieur.

En espérant que ma question est claire et que vos esprits remplis de sciences et de gentillesses vont pouvoir m'aider.
-----

[trebor]

Bonjour,

J'essaie de comprendre comment l'action de l'eau nuit aux pierres.

Soit une pierre sans trou ni irrégularité.

On m'a dit qu'il y avait réaction chimique entre l'eau et la pierre qui provoque des micro-fissures qui vont permettre à l'eau de rentrer et d'éclater la pierre en gelant.

Cela m'ammène à deux questions:

-Quelle type de réaction se passe entre l'eau et la pierre, comment cela forme-t-il des micro-fissures ?

-Et surtout LA QUESTION que je me pose depuis longtemps: l'eau pénètre dans la pierre par une micro-fissure, puis elle gèle. Pourquoi quand l'eau gèle, le surplus de volume ne sort pas vers l'extérieur plutôt qu'appliquer sa force contre la pierre ?
Quand de l'eau gèle dans un seau ou une brouette, elle ne casse rien. Mais si je ferme mon seau ou ma brouette, là il y aura du dégat. Or, les micro-fissures n'ont pas de couvercles, elles sont ouvertes vers l'extérieur.

En espérant que ma question est claire et que vos esprits remplis de sciences et de gentillesses vont pouvoir m'aider.

Bonsoir,
Les différences de températures fissures la pierre (dilatation et contraction), de plus la pluie est acide et la glace ne sort pas hors de la fente car la glace accroche aux parois rugueuses de la pierre fendue.

[Liet Kynes]

Soit une pierre sans trou ni irrégularité.

à l'œil nu et en fonction de l'acuité visuelle de l'observateur et de sa définition du trou et de l'irrégularité ou qu'il soit équipé ou d'une loupe ou un microscope.. ta pierre théorique n'est pas de ce monde pour aucun observateur.

[MissJenny]

On m'a dit qu'il y avait réaction chimique entre l'eau et la pierre qui provoque des micro-fissures qui vont permettre à l'eau de rentrer et d'éclater la pierre en gelant.

c'est un mécanisme possible mais pas le seul. En milieu tropical il ne gèle pas mais les roches s'altèrent quand-même, par hydrolyse par exemple.

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

Un exemple pour le calcaire : l'eau de pluie dissout du CO2 atmosphérique pendant sa chute, ce qui lui permet de dissoudre le calcaire (carbonate de calcium + ...).

L'eau gèle d'abord en surface, puis le phénomène se produit de plus en plus profondément.
La finesse et l'état de surface de la fissure font que la glace près de la surface ne glisse pas vers l'extérieur lorsque le gèle dépasse une certaine profondeur.

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

On m'a dit qu'il y avait réaction chimique entre l'eau et la pierre qui provoque des micro-fissures qui vont permettre à l'eau de rentrer et d'éclater la pierre en gelant.

Pas besoin de reaction chimique. Beaucoup de roches (presque toutes) ont des fissures qui sont issus de leur formation et leur exhumation. L'eau peut facilement s'infiltrer par ses endroits. C'est de cette maniere que les grottes s'initient egalement (ensuite viennent les reactions chimiques de dissolution)

Le gel, sans la presence d'eau, entraine egalement des differences thermiques qui creent des micro-fractures qui permettront ensuite a l'eau d'agir directement. Pas besoin d'ailleurs d'aller sous 0ºC.

-Quelle type de réaction se passe entre l'eau et la pierre, comment cela forme-t-il des micro-fissures ?

Il existe evidemment des reactions chimiques egalement.

La plus simple est l'absorption d'eau. L'argile absorbe de l'eau et son evaporation entraine une contraction heterogene des argiles, creant des fissures (c'est evident pour une flaque de boue avec des fentes de dessication, mais la meme chose s'applique aux roches).

Ensuite la dissolution. Certains mineraux peuvent etre mis en solution, comme le sel evidemment, mais aussi le gypse, la calcite, la dolomite, etc. laissant des cavites qui permettent a l'eau de s'infiltrer davantage.

Vient ensuite l'hydratation entrainant une alteration chimique irreversible (pas comme les argiles). Un feldspath en contact avec de l'eau par exemple, devient de l'argile, plus ou moins vite. Dans les zones temperees, de la smectite (argile tres commune), vers les tropiques, du kaolin et de la bauxite. Cela entraine des changements de texture, de densite, de porosite dans la roche.

L'eau (atmospherique) est fortement oxydante - c'est ce qui cree la rouille entre autre. Dans les roches le meme processus existe ou le fer reduit (sous forme 2+) devient oxyde (3+). Cela entraine des changements mineralogiques, eventuellement des micro-fissures, une porosite plus importante, permettant a l'eau de penetrer plus profondement.

-Et surtout LA QUESTION que je me pose depuis longtemps: l'eau pénètre dans la pierre par une micro-fissure, puis elle gèle. Pourquoi quand l'eau gèle, le surplus de volume ne sort pas vers l'extérieur plutôt qu'appliquer sa force contre la pierre ?

Pour des fissures suffisamment longues et etroites. C'est au contact exterieur que ca commence a geler, et cela fait office de bouchon pour l'eau prise au piege plsu profondement, la ou la temperature de la roche est legerement plus elevee.

T-K

[supertomat]

Waouw! Merci beaucoup pour tout ça, je comprends mieux le phénomène.

Je voudrais essayer de finir de comprendre pourquoi la glace ne sort pas de la fissure:

la glace ne sort pas hors de la fente car la glace accroche aux parois rugueuses de la pierre fendue.

Est-ce que la force d'attraction a une influence dans cette accroche ou est-ce négligeable ?

La finesse et l'état de surface de la fissure font que la glace près de la surface ne glisse pas vers l'extérieur lorsque le gèle dépasse une certaine profondeur.

Pour des fissures suffisamment longues et etroites. C'est au contact exterieur que ca commence a geler, et cela fait office de bouchon pour l'eau prise au piege plsu profondement, la ou la temperature de la roche est legerement plus elevee.

Donc la glace qui forme le bouchon est plus solide que le reste de la pierre (puisque c'est la pierre qui casse et non la glace) ?

[MissJenny]

Donc la glace qui forme le bouchon est plus solide que le reste de la pierre (puisque c'est la pierre qui casse et non la glace) ?

je ne sais pas si tu peux dire "plus solide". La roche casse (probablement) après un certain nombre de cycles gel/dégel par le phénomène de fatigue. La glace elle est renouvelée à chaque cycle.

[Tawahi-Kiwi]

Donc la glace qui forme le bouchon est plus solide que le reste de la pierre (puisque c'est la pierre qui casse et non la glace) ?

C'est apparenté a l'effet de coin. Comme le clou qui est plus facile a faire rentrer dans le bois du cote pointu que le cote plat, dans une fissure, l'expansion de la glace s'applique lateralement, mais il y a aussi l'expansion longitudinale qui a donc tendance a pousser la glace plus loin qu'elle n'est deja, en surface evidemment, mais aussi au fond de la fissure.

La meme chose a lieu avec la rhizoclastie, le terme pour l'erosion mecanique par les racines des arbres. Les racines ne sont pas plus solides que la roche, mais leur croissance provoque egalement cet effet de coin.


Source: wiki

T-K

[Garion]

Question de neophyte, est-ce que le simple écoulement de l'eau sans même considérer le gel et les réactions chimiques ne suffit pas expliquer la dégradation par simple érosion ?
Quand on voit de vieux escaliers en pierre dont la partie centrale est beaucoup plus basse que les cotés, on peut en déduire que le simple frottement use. Donc de l'eau qui l'eau qui coule régulièrement doit aussi user, non ?

[Tawahi-Kiwi]

Question de neophyte, est-ce que le simple écoulement de l'eau sans même considérer le gel et les réactions chimiques ne suffit pas expliquer la dégradation par simple érosion ?

Oui, je pense que l'eau pure peut entrainer une erosion physique (en excluant tout forme de dissolution, qui a lieu de toute maniere) mais ca ne suffit certainement pas sauf pour des roches peu consolidees. Pour des roches dures, c'est un phenomene tres tres, tres lent.
La plupart du temps, l'erosion physique par de l'eau se fait au travers des matieres transportees par l'eau (sables, argiles) ou de l'erosion par dissolution (qui apparait comme physique, mais est en fait d'ordre chimique).

Quand on voit de vieux escaliers en pierre dont la partie centrale est beaucoup plus basse que les cotés, on peut en déduire que le simple frottement use. Donc de l'eau qui l'eau qui coule régulièrement doit aussi user, non ?

La partie centrale d'escalier est une erosion mecanique par frottement solide contre solide, et plus particulierement toutes les particules cristallines (sable, argiles) collees a la semelle; La semelle elle-meme creerait une erosion, meme si cela est plus lent.... Entre un escalier en gres, marne, calcaire peu consolides ou en bois, et un escalier en metal ou en granite, l'effet de l'erosion mecanique varie de plusieurs ordres de magnitude.

L'eau dans ce cas, a pour principal effet de nettoyer tout la surface erodee/fragmentee, pour avoir une surface fraiche prete a etre erodee par des semelles a nouveau. Mais dans bien des cas (surtout les escaliers en calcaire, mais c'est valable pour tout les materiaux) l'activite chimique de l'eau ne peut pas du tout etre exclue, car c'est de loin le facteur preponderant dans l'alteration d'eau 'pure' en apparence.

T-K

[MissJenny]

j'ai vu une estimation du taux de dissolution des roches calcaires exposées à l'atmosphère et à la pluie (pas dans un cours d'eau) à partir des pierres tombales (en calcaire). C'est pratique puisque la date de mise en service est inscrite dessus...

mais sinon, les géomorphologues estiment le taux d'ablation simplement à partir de la concentration en ions Ca++ dans les cours d'eau qui sortent d'un massif calcaire.

[Tawahi-Kiwi]

mais sinon, les géomorphologues estiment le taux d'ablation simplement à partir de la concentration en ions Ca++ dans les cours d'eau qui sortent d'un massif calcaire.

de maniere générale et localisée, les meilleures estimation du taux d'ablation in-situ sont généralement données par les isotopes cosmogeniques beryllium-10 (formé a partir de l'oxygene-16) et l'aluminium-26 (a partir du silicium-28). Les rayons cosmiques ne permettent des réactions de spallation que dans les premiers metres de roches, et moyennant quelques hypotheses, on peut determiner le taux d'érosion moyen d'un endroit specifique. Thermoluminescence et OSL sont les autres techniques communes quand les circonstances le permettent.

T-K

[supertomat]

Merci beaucoup pour ces éclaircissements supplémentaires; je ne regrette pas mon incursion sur ce forum et je risque d'y revenir...

[Garion]

Merci aussi pour vos réponses. Cela dit, j'aimerai quelques précisions. Je me souviens de mes cours d'il y a 30 ans sur la géologie et en particulier sur les chaos granitiques (j'en ai des exemples pas loin de l'endroit où j'habitais plus jeune).
Le granit a été fracturé par l'eau et le gel, mais aspect "rond" a été provoqué par l'érosion mécanique du vent et l'eau ?
J'ai bon ?

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Je me souviens de mes cours d'il y a 30 ans sur la géologie et en particulier sur les chaos granitiques (j'en ai des exemples pas loin de l'endroit où j'habitais plus jeune).
Le granit a été fracturé par l'eau et le gel, mais aspect "rond" a été provoqué par l'érosion mécanique du vent et l'eau ?

Il y a quelques erreurs

On trouve des chaos dans toutes les regions du globe, y compris les zones tropicales. Le gel n'est donc evidemment pas essentiel
On trouve des chaos dans de nombreuses roches, granites (et tout les granitoides) mais aussi gabbros, peridotites, basaltes, calcaire, gres, etc.

La fracturation initiale est due a la presence de filons, de diaclases, de stratigraphie marquee, de fractures de decompression, cristallisation ou tectoniques.

Pour ces roches, l'eau s'infiltre dans ces fractures et provoquent une alteration chimique (dans le cas des granites, la transformation des feldspaths en argiles). C'est le processus d'arenitisation ou on se retrouve avec des blocs d'une certaine taille, suspendu (ou non) dans une matrice argileuse.

Les fractures initiales sont plus ou moins a 90º (pour plusieurs raisons), et l'hydrolysation est plus active au niveau des intersections entre fractures que dans les zones de planes. Du coup, l'alteration d'un bloc de roche fraiche initiallement rectangulaire a des cotes de plus en plus arrondis et on arrive eventuellement a un bloc de forme ronde.

Ensuite vient l'alteration spheroidale (alteration en pelure d'oignon) qui affecte la surface de ces roches. Les mineraux d'alteration des feldspaths etant plus volumineux que le feldspath lui-meme, il y a une expansion de la surface de la roche, entrainant la formation de fines couches qui peuvent etre enlevees par l'erosion physique (eau, glace).

Finalement, il y a de l'erosion mecanique par l'eau (ou la glace) qui libere ces blocs arrondis de leur matrice meuble faite d'argile. Cette derniere est transportee par l'eau et les blocs restent sur place est s'accumule (ou tombe d'un versant pentu pour s'accumuler dans une vallee).

T-K