À la surface de la Terre, les roches se transforment au contact de l'eau, de l'air et des organismes vivants : c'est l'altération, moteur de la formation des sols. Ce chapitre décrit les mécanismes chimiques de l'altération, la mobilité différentielle des éléments et les grandes séquences minéralogiques qui en résultent — un thème classique de la géochimie exogène, complémentaire de la géochimie « profonde » des chapitres précédents.
1. L'altération, rencontre de la lithosphère et de la biosphère
L'altération regroupe l'ensemble des transformations physiques, chimiques et biologiques que subissent les roches à l'affleurement, sous l'action des agents atmosphériques et biologiques. Elle se distingue de la diagenèse (transformations après enfouissement des sédiments) et du métamorphisme (transformations sous l'effet de la pression et de la température en profondeur). Les sols naissent précisément de cette rencontre entre la lithosphère, qui fournit le matériau minéral, et la biosphère, qui apporte l'eau, la matière organique et l'activité biologique : la pédologie s'appuie donc largement sur la géochimie des altérations.
2. Le rôle de l'eau et l'hydrolyse
L'eau est l'agent d'altération le plus important. Grâce à sa structure moléculaire polaire, elle dissout les sels, hydrate les ions et réagit avec les minéraux silicatés par hydrolyse : les ions H⁺ de l'eau (renforcés par le CO₂ dissous, qui forme de l'acide carbonique) attaquent les liaisons du réseau cristallin, libèrent des cations en solution et laissent un résidu silicaté modifié. La solubilité des éléments libérés est très variable : la silice et les alcalins (Na, K) sont relativement mobiles et facilement exportés en solution, tandis que le fer et l'aluminium, peu solubles dans les conditions de pH courantes, ont tendance à s'accumuler sur place sous forme d'oxydes et d'hydroxydes.
3. La mobilité différentielle des éléments
Cette différence de comportement entre éléments solubles et éléments peu solubles est appelée mobilité différentielle : elle explique pourquoi l'altération ne se contente pas de désagréger la roche mais la transforme profondément en concentrant certains éléments (résidus enrichis en fer et en aluminium, comme les latérites et les bauxites en climat tropical) et en exportant les autres vers les eaux de drainage. La mobilité d'un élément dépend de son potentiel ionique, du pH et des conditions d'oxydoréduction du milieu.
4. L'action de la biosphère
L'activité biologique intervient à plusieurs niveaux dans l'altération. Les micro-organismes du sol accélèrent la dégradation chimique des minéraux (production de CO₂ et d'acides organiques). Les végétaux, par leurs racines, fragmentent physiquement la roche et prélèvent sélectivement certains éléments nutritifs. La matière organique issue de la décomposition des débris végétaux et animaux forme des complexes avec les ions métalliques par complexation et chélation, ce qui augmente la mobilité de certains éléments normalement peu solubles, comme le fer et l'aluminium.
5. Les séquences d'altération
Les minéraux ne s'altèrent pas tous à la même vitesse : la série de Goldich classe les principaux minéraux silicatés selon leur résistance croissante à l'altération, du minéral le plus instable (olivine) au plus résistant (quartz), globalement à l'inverse de l'ordre de cristallisation magmatique de Bowen. Au fur et à mesure de l'altération, les minéraux primaires se transforment en minéraux secondaires — c'est la néogenèse — principalement des argiles, dont la nature dépend de l'intensité du lessivage : la séquence d'altération de Jackson ordonne ces argiles et oxydes secondaires selon un gradient croissant d'altération, des minéraux primaires peu altérés jusqu'aux oxydes de fer et d'aluminium des sols les plus lessivés.
Réaction chimique entre l'eau et un minéral silicaté qui rompt les liaisons du réseau cristallin, libère des cations en solution et transforme le minéral primaire ; mécanisme central de l'altération chimique.
Formation de minéraux secondaires (essentiellement des argiles) à partir de la transformation chimique des minéraux primaires au cours de l'altération.
Classement des principaux minéraux silicatés selon leur résistance croissante à l'altération chimique, globalement inverse de l'ordre de cristallisation magmatique de Bowen.
| Type | Mécanisme dominant | Effet principal |
|---|---|---|
| Altération physique | Variations thermiques, gel-dégel, racines | Fragmentation sans changement chimique |
| Altération chimique | Hydrolyse, dissolution, oxydation | Transformation minéralogique, mobilité différentielle |
| Altération biologique | Micro-organismes, matière organique | Complexation, chélation, acidification |
Les trois grands types d'altération
- L'altération transforme les roches à l'affleurement, à la rencontre de la lithosphère et de la biosphère ; elle diffère de la diagenèse et du métamorphisme.
- L'hydrolyse, portée par l'eau et le CO₂ dissous, libère les cations des silicates ; silice et alcalins sont mobiles, fer et aluminium peu solubles.
- La mobilité différentielle explique la concentration résiduelle du fer et de l'aluminium (latérites, bauxites) et l'export des éléments solubles.
- La biosphère accélère l'altération via micro-organismes, racines, et complexation par la matière organique.
- Série de Goldich (résistance des minéraux primaires) et séquence de Jackson (minéraux secondaires) ordonnent les stades de l'altération.
Les examens marocains demandent souvent d'expliquer le mécanisme de l'hydrolyse et de justifier, à partir de la mobilité différentielle, pourquoi le fer et l'aluminium s'accumulent en climat tropical humide alors que la silice est exportée. Ne confonds pas altération (surface) et métamorphisme (profondeur) — question de vocabulaire régulièrement piégée.