Le relief de la Terre 9782759821716

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erre

L

à portée de main

ederelief la Terre

Patrick De Wever & Christian Giusti

Dans la même collection : La valse des continents, P. De Wever et F. Duranthon, 2015, ISBN : 978-2-7598-1182-3 L’eau de la vie, P. De Wever, 2015, ISBN : 978-2-7598-1189-2. Voyage d’un grain de sable, P. De Wever et F. Duranthon, 2015, ISBN : 978-2-7598-1183-0 Du vert au noir : le charbon, P. De Wever et F. Baudin, 2015, ISBN : 978-2-7598-1791-7 Terre de météorites, P. De Wever et E. Jacquet, 2015, ISBN : 9978-2-7598-1928-7 Quand la vie fabrique les roches, P. De Wever et K. Benzerara, 2016, ISBN : 978-2-7598-1978-2 Le sel, saveur de la Terre, P. De Wever et J.-M. Rouchy, 2016, ISBN : 978-2-7598-2049-8 L’énergie de la Terre, P. De Wever et H. Martin, 2017, ISBN : 978-2-7598-2104-4

Collection « La terre à portée de main » dirigée par Patrick de Wever Cette collection, dont les textes sont ponctués d’anecdotes, de petites questions et richement illustrés, est destinée à un très large public. Elle a pour vocation de présenter et de donner des notions très abordables en géologie sur les phénomènes et constituants de notre planète.

Imprimé en France ISBN (papier) : 978-2-7598-2233-4 ISBN (ebook) : 978-2-7598-2171-6 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences 2017

Remerciements

Les auteurs remercient toutes celles et tous ceux qui les ont aidés à l’élaboration de cet ouvrage, d’une manière ou d’une autre : Laura Baillet, François Baudin, Patrice Béal, Mireille Béal, Claude Bernhard, François Cavaiganc, Michel Colombe, Sylvie Crasquin, André ­Gonzalez, Myette Guiomar et Francis Meilliez. Les dessins sont l’œuvre d’Alexandre Lethiers, aussi efficace que compétent. Travail effectué dans le cadre de l’ASM GéoPatrimoine national du Muséum et de l’UMR 7207.

Sommaire Remerciements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sommaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 Qu’est-ce que le relief ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Que mesure-t-on ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Niveau moyen des mers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Variation du niveau des mers au cours du temps. . . . . . . . . . . . 17 Une sphère aplatie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 La gravité du géoïde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Mesures du relief . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Altimétrie par triangulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Altimétrie barométrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Altimétrie satellitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3 Les agents du relief. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Forces internes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Gravité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Déplacements de matière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Forces de compression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Forces de distension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Forces de cisaillement, coulissage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Forces externes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Eau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Altération. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Érosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4 L  es morphologies du relief : modelés et formes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Morphologies climatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Morphologie désertique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Morphologie glaciaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Morphologies lithologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Amas et chaos granitiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Reliefs des calcaires : formes et modelés* karstiques . . . . . . . . . . . 60 Reliefs volcaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Morphologies tectoniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Morphologies catastrophiques : formes et modelés accidentels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Morphologies d’origine humaine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5 La variabilité du relief dans le temps . . . . 80 Phases et cycles orogéniques, cycle de Wilson . . . . . . . . . . . . . . 81 Contrôles climatiques : terrasses rocheuses et de remblaiement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Interactions entre tectonique, érosion et climat . . . . . . . . . . . 85

6 L  es reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Historique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Mythes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Art. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Glossaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Les mots avec * renvoient au glossaire.

Système

Série Holocène

Quaternaire

Système

Série Supérieur

2.588

382.7±1.6

Dévonien

5.333

Moyen 393.3±1.2

Inférieur

Miocène

Pridoli Ludlow Wenlock

23.03

Oligocène

Paléogène

Âge (Ma) 358.9±0.4

33.9

Éocène 56.0

Paléocène 66.0

Silurien

Paléozoïque

Cénozoïque

Phanérozoïque

Éon Ère

Pléistocène Pliocène

Néogène

Âge (Ma)

présent 0.0117

Phanérozoïque

Éon Ère

419.2±3.2 423.0±2.3 427.4±0.5 433.4±0.8

Llandovery 443.4±1.5

Supérieur 458.4±0.9

Ordovicien

Moyen

470.0±1.4

Inférieur

Mésozoïque

Supérieur

485.4±1.9

Furongien ~497

100.5

Crétacé

Séries 3

Cambrien

Séries 2

Inférieur

~509 ~521

Terreneuvien ~145.0

541.0±1.0

Supérieur

Éon

Ère

Système

163.5±1.0

Mésozoïque

Jurassique

Néoprotérozoïque

Moyen 174.0±1.0

1000

Inférieur

Protérozoïque

Précambrien

201.3±0.2

Supérieur

Phanérozoïque

Trias Moyen Inférieur Lopingien

~235 247.2 252.2±0.5

1600

Paléoprotérozoïque Néoarchéen

Archéen

259.9±0.4

Mésoprotérozoïque

Mésoarchéen Paléoarchéen

Guadalupien

Paléozoïque

Permien

Éoarchéen

272.3±0.5

Hadéen

Carbonifère

Mississippien

Pennsylvanien

Cisuralien Supérieur Moyen

298.9±0.2 307.0±0.1 315.2±0.2

Inférieur 323.2±0.4 Supérieur Moyen Inférieur

541.0±1.0

330.9±0.2

346.7±0.4

Ma = millions d’annés

358.9±0.4

6

2500 2800 3200 3600 4000 ~4600

Introduction Pour le promeneur, la beauté d’un paysage résulte, consciemment ou non, de deux facteurs principaux : les couleurs et les formes. Ces dernières constituent le relief : lignes, surfaces, volumes. À notre échelle humaine, il nous semble que le relief existe partout et toujours. Pourtant à l’échelle des temps géologiques, il n’en est pas ainsi, car les reliefs très variés que l’on observe aujourd’hui sur Terre correspondent à ceux d’une planète en crise tectonique. En effet la planète Terre connaît des cycles au cours desquels de longues périodes de calme tectonique sont entrecoupées de courtes périodes d’intense activité pendant lesquelles des continents se déchirent, d’autres s’affrontent, se chevauchent, impliquant tout un ensemble de reliefs, les uns proches des modifications tectoniques principales, les autres très éloignés. Les modifications du relief sont fortes à proximité d’un contact, mais se font aussi ressentir quoique de plus en plus faiblement quand on s’éloigne du contact. C’est ainsi que le rapprochement des plaques ibérique et européenne a généré les Pyrénées, mais aussi plus au nord la dépression d’Aquitaine, le bombement du Poitou, la dépression de la Loire, le bombement du pays de Bray, la dépression picarde, le bombement des collines d’Artois, la dépression des Flandres… En dehors des périodes de crise, la Terre, moins active, est soumise aux forces d’altération* et d’érosion et les reliefs s’émoussent, d’autant que les dépressions se comblent de sédiments produits par l’érosion. Le relief des continents est réduit et ils apparaissent plats sur d’immenses surfaces, sur des milliers de kilomètres. Actuellement seules quelques zones qui n’ont pas subi de forte tectonique depuis longtemps sont p ­ lanes, sans relief. On les appelle les boucliers anciens, tels ceux d’Afrique, d’Australie, du Canada, de Sibérie…

7

© C. Giusti

Le relief de la terre

Fig. 1 • Un relief majestueux : le désert de Platé. Face au mont Blanc, au-dessus de Chamonix et de la vallée de l’Arve, les ondulations molles du karst d’altitude s’opposent à la verticalité des falaises.

8

1

Qu’est-ce que le relief ?

Le relief désigne toute surface non plate. Par extension, on utilise aussi ce vocable dans la vie courante pour tout dispositif qui donne l’illusion d’une troisième dimension par des effets d’aspect de surface, de couleur… par exemple le bas-relief en sculpture. En ce qui concerne la Terre, il s’agit de la variation verticale, soit en positif (une chaîne de montagnes), soit en négatif (une vallée), par rapport à une surface de référence. La surface de base est le niveau moyen des mers. Le principe est simple et applicable au niveau régional ou local (une colline ou une butte posées sur un plateau, un lac niché dans le creux d’une plaine), mais au niveau global, cette surface est complexe à définir car le niveau des océans varie de plusieurs dizaines de mètres selon les endroits. La définition du relief, de fait, n’est pas aussi simple qu’elle apparaissait de prime abord. Après les mesures des Cassini au xviiie  siècle (voir chapitre  6, encadré « La dynastie des Cassini ») les altitudes ont été calculées par triangulation à partir du zéro historique de 1885 pris dans le port de Marseille. Les méthodes employées aujourd’hui sont bien plus sophistiquées. Elles utilisent les données des radars altimétriques et des GPS (Global Positioning System). On peut distinguer quelques principaux reliefs au niveau du globe. Les cartes de notre jeunesse faisaient apparaître quelques grandes structures, en marron sur les atlas d’antan. Deux grands ensembles ressortaient : une chaîne qui longeait la côte ouest des Amériques, de la Terre de Feu, au sud, partait vers l’Alaska en passant par la cordillère des Andes et l’Ouest des États-Unis et se prolongeait au nord du Pacifique vers les îles Aléoutiennes pour redescendre vers le Kamtchatka et le Japon. Une autre chaîne majeure partait de ­l’Europe occidentale (Alpes) (Fig. 1) pour aller jusqu’en Chine en passant par la Hongrie, la Grèce, la Turquie, l’Iran, l’Afghanistan et le Tibet. Pour résumer, les grandes structures montagneuses sont localisées sur les limites de plaques convergentes. Depuis les grandes expéditions océanographiques du xxe siècle (voir encadré « Grandes expéditions océanographiques » ci-après), ont été découverts de grands reliefs sous-marins. Les dorsales océaniques forment en fait la plus longue chaîne de montagnes 9

Le relief de la terre

sur Terre, s’étendant sur 60 000 km (une fois et demie le tour de la Terre !) et s’élevant à environ 2 000 m au-dessus des fonds océaniques environnants : les plaines abyssales. Grandes expéditions océanographiques

© D.R

Depuis toujours, l’Homme se déplace sur l’eau et les océans. Afin d’optimiser et de sécuriser ses déplacements, il observait les vents, les courants, levait des cartes. Les motivations étaient d’ordre pratique : découvrir de nouvelles routes de circulation pour Fig. 2 • Exemple de document rapporté par le commerce, explorer de l’expédition de Bougainville. nouvelles terres à exploi« Vue De La Nouvelle Cÿthere [Tahiti] Découverte ter. Une illustration en Par M. de Bougainville, Commandant La frégate est le voyage autour du du Roy La Boudeuse Et La Flûte L’Étoile en 1768 » monde de Bougainville sur La Boudeuse, un navire de guerre : entre 1766 et 1769, Bougainville parcourt le monde, découvre des terres (Fig. 2), mais rapporte aussi des informations scientifiques, dont la plus célèbre est une plante qui porte son nom : le bougainvillier. Un autre voyage célèbre fonde en 1799 une nouvelle ère dans l’exploration scientifique : l’expédition de von Humboltd et Bonpland qui pendant cinq ans explore les Amériques. Elle ramène plus de 20 000 spécimens et teste expérimentalement une trentaine d’instruments de mesures. Un autre voyage naturaliste de ce type est conduit par Alcide d’Orbigny : il passe plus de sept ans en Amérique du Sud (1826-1834), pour récolter roches, minéraux, plantes et animaux, mais aussi beaucoup de données anthropologiques. L’un des voyages naturalistes parmi les plus célèbres est celui que Darwin conduit de 1831 à 1836 en mer, certes, mais aussi à terre où il passe les deux tiers de son temps. Sa formation en géologie lui fait prendre conscience que le temps joue un rôle fondamental dans les changements de la nature. Uniquement consacrée à l’océan, la grande expédition qui marque la communauté est celle conduite à bord du navire Challenger, de 1872 à 1876. Tout au long du voyage mondial sont effectués des prélèvements de plantes, d’animaux, de roches et des mesures de profondeurs. On découvre alors que l’océan Atlantique est occupé par une chaîne de montagnes sous-marines. Le fond des océans n’est donc pas uniformément plat. On comprendra au milieu du xxe siècle que ce relief est lié à la tectonique des plaques. 10

1. Qu’est-ce que le relief ?

Le plus grand dénivelé sur Terre est celui de la cordillère des Andes qui atteint près de 15 000 m par rapport au fond de l’Océan (– 8 000 m dans la fosse du Chili, à près de 7 000 m dans la chaîne andine : 6 962 m à l’Aconcagua en Argentine). En ce qui concerne les reliefs au niveau global, quelques autres chiffres fournissent des indications. 70 % de la surface du globe est sous l’eau. Nous, les Humains, vivons sur une planète d’eau ! Cette dominance de l’océan n’est pas immédiatement perceptible à la partie de l’humanité vivant dans l’hémisphère nord, qui rassemble les deux tiers des continents. La valeur moyenne des reliefs n’est pas la même si l’on est à terre ou en mer (Fig.  3). L’altitude moyenne des continents est de moins de 1  000  m, alors que la profondeur moyenne des océans approche – 4 000 m. Cette dualité résulte d’une grande différence de types de roches qui les constituent. Les continents, composés de formations granitiques (croûte continentale), sont peu denses (densité de 2,7), alors que les océans sont plutôt constitués de basaltes (croûte océanique) plus lourds (densité de 2,9). a.

% de la surface terrestre 40

60

80

100 10

Montagnes les plus hautes

5

Altitude moyenne des continents Côte Niveau de la mer Talus continental

Plateau continental

0

Profondeur moyenne

-5 Bassins océaniques Fosses abyssales

Altitude (km)

20

Profondeur (km)

0

-10 0

100

200

300

400

500

Surface (millions de km2) Fig. 3a • Répartition des reliefs en % de la surface terrestre. La figure montre bien que deux tiers des reliefs terrestres se trouvent sous le niveau marin actuel.

11

Le relief de la terre

b. Altitude

(en mètres) 10 000 Mont Everest 8 844 m

Terres émergées 150 millions de km2

5 000

30 % 870 m

0

-3730 m

-5 000

Mers et océans 360 millions de km2

70 %

Fosse des Mariannes -11 022 m

-10 000 0

10

20

30

Pourcentage de la surface terrestre

Fig. 3b • La figure fait ressortir que deux pics principaux de reliefs sont identifiables : un pic de relief continental vers 870 m d’altitude et un pic de relief océanique vers –3 730 m.

Un peu de vocabulaire Altimétrie : du latin altus = hauteur, l’altimétrie se fait sur le terrain ou par satellite. Bathymétrie : du grec bathys = profond, la bathymétrie est la mesure de la profondeur (d’un océan, d’un lac). Hypsométrie : du grec hypsos = hauteur, l’hypsométrie est la mesure de l’altitude. Isohypse : du grec iso = égal, et hypsos, hauteur, les lignes d’isohypses sont les courbes de même altitude, sur une carte topographique (ou courbes de niveau, de nivellement). Les reliefs de table (généralement au pluriel) sont les restes d’un repas. Le relief d’une peinture : donne l’illusion d’une troisième dimension. Le relief d’une personnalité, d’une peinture, d’un morceau de musique… souligne que ce n’est pas plat, pas banal, pas creux, quelque chose de remarquable.

L’altimétrie du globe s’étend entre 8 844 m (Everest) et – 11 022 m (fosse des Mariannes). Les géométries des continents prises en compte ici, tant en altitude qu’en répartition horizontale, ont beaucoup varié au cours du temps, et 12

1. Qu’est-ce que le relief ?

les relations avec les circulations océaniques et atmosphériques ont donc aussi changé (un seul supercontinent, la Pangée*, ou plusieurs continents séparés comme actuellement ; ouverture ou fermeture de l’isthme de Panama ; localisation des moussons…). Le plus grand relief sur Terre La définition n’est pas aussi aisée que l’on pourrait le supposer. Souvent le relief se donne par rapport au niveau de la mer. Alors l’Everest avec son sommet compris entre 8 844 et 8 850 m d’altitude selon les estimations est le plus important (Fig. 4). Mais un relief peut aussi être compris comme le dénivelé entre un sommet et sa base : alors c’est un volcan d’Hawaii qui est le plus important, puisque le Mauna Kea s’élève à 10 200 m au-dessus du plancher océanique de l’océan Pacifique. Si le sommet est calculé à partir du centre de la Terre, alors c’est le volcan équatorien Chimborazo qui est le vainqueur car il est à 6 384 km du centre de la Terre (la Terre ayant son plus grand rayon à l’équateur, 22 km de plus qu’aux pôles, l’Everest en est distant de 6 382 kilomètres). Un volcan est donc le plus grand relief sur Terre, mais le plus grand volcan du système solaire est sur Mars, il s’agit de Olympus Mons qui montre un dénivelé de 26 400 m. Il faut dire qu’il n’est soumis ni à l’érosion de l’eau ni au risque de disparaître dans une fosse de subduction, la tectonique des plaques n’étant pas active sur cette planète, et enfin, les forces de pesanteur* sont moindres (voir encadré ci-après « Y a-t-il une taille maximale pour une montagne sur Terre ? »).

26 400 m Caldeira

Rapport 1 Hauteur / Longueur = 10

Olympus Mons

10 200 m 8 844 m

Niveau de la mer

Everest

Île de Hawaii Base de Hawaii : 251 km

Base d’Olympus Mons : 600 km

Fig. 4 • Comparaison des deux plus grands reliefs terrestres (Everest et Hawaii) et d’un relief martien (Olympus Mons). Le mont Everest s’élève à 8 844 m au-dessus de la mer (ligne bleue dessous), alors que l’île d’Hawaii a un relief de 10 200 m par rapport au fond de l’océan (mais de seulement 4 000 m au-dessus de la mer, ligne bleue). Le volcan Olympus Mons atteint les 26 400 m. 13

Le relief de la terre

Au quotidien, le relief peut se définir localement comme la différence d’altitude entre deux points contigus. Cette définition implique que la distance d’observation intervient. En effet, une chaîne de montagnes constitue un relief par rapport aux plaines environnantes : la plaine du Pô au pied des Alpes. Mais, à l’intérieur de cette chaîne, il peut exister de hautes plaines comme l’Altiplano péruvo-bolivien, ou des hauts plateaux comme en Himalaya (la « dalle du Tibet » ou plateau tibétain). Et, comme leur nom l’indique, ces plaines et plateaux montrent certes des altitudes élevées, mais présentent néanmoins un faible relief par rapport aux sommets environnants. À une échelle globale, le relief de la Terre est directement lié à la tectonique des plaques. À une échelle régionale, pour une chaîne de montagnes pourvue de hauts sommets et profondément entaillées par des vallées, on dit que le relief est fort. Au simple terme de relief, on préfère alors substituer celui de rugosité du relief, afin d’exprimer les variations d’altitude sur de courtes distances. Une plaine présente une rugosité minimale (relief faible), alors que la rugosité est dans l’ensemble plus forte dans les régions de montagne (fort relief). Y a-t-il une taille maximale pour une montagne sur Terre ? Quand on regarde les différentes planètes, il semble paradoxal de constater que plus les planètes sont grandes, moins les montagnes sont hautes. Le paradoxe n’est qu’apparent, car l’explication se trouve dans la différence de gravité. Plus une planète est massive, plus sa gravité est forte, plus les objets ont « du mal » à s’élever. Outre l’érosion, un relief peut tenir tant que sa base supporte son propre poids, tant qu’elle ne s’écrase pas. Il y a donc une pression limite1 à la base, donc une hauteur limite. Entre deux planètes de même composition, celle qui est deux fois plus petite peut avoir des montagnes deux fois plus hautes. C’est ce que l’on observe entre Mars et la Terre.

1. Pour les curieux : cette hauteur est régie par la formule suivante : h = 3P/4gd²ΠR

(h = hauteur de la montagne, P = poids de la montagne, g = constante gravitationnelle, d = densité de la roche, R = rayon de la planète). 14

2 Que mesure-t-on ? Niveau moyen des mers Le relief de la Terre est donné par rapport à une surface de référence qui est le niveau moyen des mers. Cette surface est aisée à appréhender, mais la mesure directe est délicate à effectuer puisque la mer est éminemment mobile. Les mesures effectuées par satellite permettent de comparer l’altitude de la mer à un référentiel terrestre (système géodésique, ou géoïde). Mesurer le niveau de la mer suppose que cette mesure est reproductible, ce qui n’est pas facile car de nombreux facteurs perturbent les mesures tels que la houle, les effets de la pression atmosphérique, les marées… Qui plus est, ces variations ne se font pas à la même fréquence, certaines sont rapides  : quelques secondes pour les vagues, quelques heures pour les marées ; d’autres encore plus lentes : quelques jours ou semaines pour la pression atmosphérique. Pour avoir les variations du niveau moyen, il faut donc appliquer des corrections qui éliminent les variations fréquentes et ne retenir que celles qui sont plus lentes, et cela nécessite des mesures continues sur une longue période d’au moins un an. La mesure du niveau de la mer suppose un point de référence. Pour la France, l’origine de l’altitude est déterminée par rapport à un marégraphe situé à Marseille. L’altitude zéro est matérialisée par un repère scellé dans le sol d’une bâtisse abritant le marégraphe. Pour des raisons pratiques, il est situé à exactement 1,661 mètre au-dessus du zéro historique, mesuré en 1885. À partir de ce point, les altitudes sont établies. Mais ce repère accepté pour la France n’est pas universel, chaque pays possède son zéro de référence, ce qui peut devenir un casse-tête lorsque plusieurs pays travaillent sur un projet commun (tunnel sous la Manche, tunnel sous le mont Blanc…)

15

Le relief de la terre

Qu’est-ce qu’un marégraphe ?

© Pline CC BY-SA 3.0

La hauteur de la marée se mesure avec un appareil appelé marégraphe. Le principe est simple, même si les technologies mises en jeu varient et sont de plus en plus complexes. Marégraphes à flotteur Dans un tube, ouvert avec une faible ouverture, pour amortir les effets de la houle et des clapotis (même principe que les amortisseurs de voitures), un flotteur se déplace en fonction de la hauteur de la marée. Marégraphes numériques Un marégraphe numérique enregistre la hauteur de l’eau sous un radar (plus l’écho est long à revenir, plus l’eau est basse). Seule la moyenne des mesures est prise en compte, pour éviter les petites variations de la houle et des clapotis. Marégraphes de pression de fond Une autre seconde catégorie de marégraphes est positionnée sur le fond de la mer et mesure la pression de l’eau : plus la marée est haute, plus la pression est forte. Ces mesures nécessitent de prendre en compte la pression atmosphérique, la salinité de l’eau (plus l’eau est salée, plus sa pression est élevée) et la température. Le principe est donc simple mais les mesures nombreuses. En France, des marégraphes sont installés à Brest, Marseille, Rouen, près de Saint-Malo (Fig. 5)… Le plus ancien est celui de Brest, son enregistrement couvre près de trois siècles, la plus longue série de Fig. 5 • Tour du marégraphe de la Rance à SaintFrance (et peut-être du Malo (Ille-et-Vilaine, France). Il fut construit en 1844. monde).

Plus généralement, au niveau de la Terre entière (le globe), ou en haute mer, on se réfère à la surface qu’aurait l’océan s’il était immobile. Cette surface globale basée sur la pesanteur* est appelée géoïde (voir « La gravité du géoïde » ci-après). L’eau étant très fluide, le niveau de la mer devrait correspondre parfaitement à ce géoïde. En réalité des différences d’environ 2 mètres sont observées, dues à des variations de pression, de températures, de salinités, de courants marins, de pesan16

2. Que mesure-t-on ?

teur, etc. De part et d’autre du canal de Panama par exemple on note une différence : le niveau de l’océan Pacifique est 20 cm plus haut que celui de l’océan Atlantique, et le niveau de la Méditerranée est d’environ 15 cm plus haut que celui de l’Atlantique de part et d’autre du détroit de Gibraltar.

 ariation du niveau des mers V au cours du temps Le relief observé résulte de facteurs qui influent depuis un temps donné plus ou moins reculé, et des conditions actuelles (climatiques, tectoniques…). Ces conditions ayant elles-mêmes varié au cours des temps géologiques, les facteurs se sont manifestés différemment, par exemple en fonction de la hauteur du niveau marin (Tableau 1). En effet, celui-ci dépend par exemple de l’activité tectonique : en période de rapide expansion océanique, les dorsales océaniques sont gonflées et le niveau marin est élevé ; au contraire, en période d’activité lente, les dorsales sont minimisées et le niveau marin est bas (Fig. 6). Ces variations se font à l’échelle de quelques millions ou dizaines de millions d’années.

Fig. 6 • Variation du niveau marin en fonction de la vitesse d’ouverture des océans au niveau des dorsales. Les dorsales qui fonctionnent lentement sont relativement étroites car les roches remontées du tréfonds ont le temps de refroidir (à gauche). Quand les dorsales sont rapides, elles sont chaudes, les roches peu denses, dilatées montrent une dorsale intumescente. Leur taille est telle qu’elles font remonter le niveau marin.

17

Le relief de la terre

Tableau 1 • Variations du niveau de la mer pour les 30 000 dernières années et ses implications sur la géographie (principalement européenne). – 5 300

Réouverture de la mer Baltique.

– 5 800

Fermeture de la mer Baltique.

– 6 700

Fonte du glacier qui recouvrait toute la Scandinavie.

– 6 900

Ouverture de la mer Baltique.

– 7 000

Ouverture du Pas-de-Calais : le fleuve Seine ne se jette pas dans la Manche ni la Tamise en mer du Nord mais bien plus loin au large de Brest, dans l’Atlantique.

– 8 000

Le Sahara est marécageux et verdoyant. Augmentation de la température moyenne de 4 °C.

– 9 500

Fin de la glaciation Würm – Weichsélien.

– 11 000 à – 8 000

Stabilisation, la mer est 55 m plus basse qu’aujourd’hui.

– 11 000

Ouverture de nouveaux passages maritimes en Méditerranée : détroit de Messine, entre Italie et Sicile, et détroit de Bonifacio, entre Sardaigne et Corse.

– 14 500 à – 9 300

Réchauffement climatique.

– 13 500

Continuation du réchauffement. Le niveau de la mer, déjà remonté de 30 m par rapport à son niveau le plus bas est encore 80 m plus bas qu’aujourd’hui. En moins d’un siècle, le niveau remonte encore de 20 m (ce qui fait une moyenne de 20 cm/an).

– 15 000

La Manche et la mer du Nord n’existent pas. La mer Noire est un lac d’eau douce qui ne communique pas avec la Méditerranée.

– 21 000

Le climat est froid et sec (températures moyennes de 4-5 °C plus basses qu’aujourd’hui), le niveau marin est 110 m plus bas que le niveau actuel.

– 25 000

Extension maximale des calottes glaciaires.

– 28 000

Le niveau marin est 40 m plus bas qu’aujourd’hui.

Dans une fourchette de temps plus restreinte, quelques milliers ou dizaines de milliers d’années, des variations sont aussi observables, mais plutôt liées aux variations climatiques cette fois (même si facteurs tectoniques et climatiques interfèrent sans cesse). Il y a 20 000 ans, l’Europe était dans une période glaciaire. L’eau de la mer était en partie stockée aux pôles (calottes glaciaires) et sur les continents (inlandsis, permafrost*, glaciers « alpins »). Les glaces marines (banquise) et les icebergs n’ont pas d’influence sur le niveau de la mer car la glace flotte (principe d’Archimède oblige). Lors du dernier maximum glaciaire, le niveau de la mer était donc plus bas 18

2. Que mesure-t-on ?

© F. Baudin

qu’aujourd’hui, ­d’environ 100 m. Même si le niveau a remonté depuis, il est encore un des plus bas de l’histoire de la Terre… Le tableau 1 résume quelques variations du niveau marin de l’histoire récente et les incidences sur les continents. Avec la fonte des glaciers, le niveau de la mer est remonté mais cette remontée s’est effectuée avec des à-coups, parfois lentement, parfois brutalement, et parfois aussi avec des retours en arrière. Vers 14 500 ans, la vitesse atteignait les 20 mm/an (14 m en 350 ans), près de 10 fois celle que l’on note actuellement. Par la suite, le niveau marin fluctuera encore et le niveau marin pourra être plus haut que celui d’aujourd’hui comme en attestent les plages suspendues, des plages fossiles situées au-dessus du niveau actuel de la mer, ou les falaises mortes au pied desquelles se trouve un amoncellement de galets visibles par exemple dans le Boulonnais, à Sangatte, vers Escalles ou vers la baie de Somme (Fig. 7).

Fig. 7 • Falaise morte d’Ault-Onival (baie de Somme). Les falaises sont certes en bordure de mer mais ne sont plus atteintes par elle, ce sont des « falaises mortes ». Les éboulis à leur base ne sont plus nettoyés par la mer, et le chemin aménagé au-delà d’un muret en atteste.

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Le relief de la terre

Les roches sciées par l’eau Les gorges, ces profondes entailles, constituent dans beaucoup de régions des sites touristiques très visités. Elles illustrent qu’à l’échelle des temps géologiques, l’eau découpe la roche à la manière de la scie diamantée du marbrier à l’échelle humaine. L’eau coupe la roche ? Cela peut surprendre. Pourtant on peut couper une tôle métallique avec un bristol. Il suffit pour cela de monter la feuille de bristol sur une machine-outil susceptible de tourner à 3 000 tours/minutes. À cette vitesse, le bristol devient plus dur que le métal et la tôle est découpée ! C’est une affaire de vitesse. Qui ne s’est pas fait une coupure au doigt en manipulant un peu vite une simple feuille de papier ? Pour revenir à l’eau de la rivière qui découpe la montagne, un calcul simple montre que l’eau descend verticalement plus de 10 000 millions de fois plus vite que ne monte le massif rocheux. On peut s’amuser à un petit calcul rapide qui explique ce phénomène  : soit une eau qui descend un torrent de 20° de pente moyenne à une vitesse d’environ 35 km/h (ce qui équivaut à une vitesse verticale de 1 km/h) et un massif rocheux qui monte de 5 mm/an2. C’est cette vitesse qui découpe le massif rocheux. On utilise aujourd’hui, dans l’industrie, de l’eau comprimée à très haute pression (jusqu’à 6 000 bars) pour découper à peu près tous les matériaux, métaux inclus. Cette eau qui coupe la roche remplace aussi, entre les mains de certains sculpteurs, les traditionnels burins et marteaux. Sans oublier le nettoyage des murs et des dallages de pierres au célèbre nettoyeur à eau à haute pression. On comprend combien cela peut décaper, cisailler la roche…

Une sphère aplatie La Terre était considérée sphérique plusieurs siècles avant notre ère (Parménide, 515-450 av. J.-C. ; Platon v. 428-348 av. J.-C.) pour des raisons géométriques, car lors des éclipses, l’ombre projetée de la Terre sur la Lune est circulaire. Au iiie siècle avant J.-C., Ératosthène de Cyrène mesure la circonférence de la Terre à partir de l’observation de l’ombre dans les puits entre Assouan et Alexandrie, et l’estime à 10 % près puisqu’il obtient 44 000 kilomètres. Au xviie siècle, Jean-Dominique Cassini, à l’Observatoire de Paris, note que Jupiter n’est pas sphérique mais fortement aplatie. Cet apla2. Ce chiffre est celui de la vitesse moyenne de remontée du massif de la Dora Maira (Alpes occidentales). 20

2. Que mesure-t-on ?

tissement est mis en relation avec la grande vitesse de rotation de cette planète sur elle-même, en moins de 10 heures. Il en est de même pour Saturne, qui effectue aussi un tour en 10 heures. On en déduisit alors que la Terre était probablement aussi aplatie aux pôles puisqu’elle tourne sur elle-même et subit donc une force centrifuge. Des pendules battaient la seconde en divers endroits du royaume. Ceux installés à Cayenne (près de l’équateur) devaient avoir une longueur plus importante que ceux installés à Paris (à mi-distance pôle-équateur). Avec la différence de longueur entre ces deux pendules, et compte tenu de la force centrifuge, le physicien néerlandais Christian Huygens (1629-1695) calcula l’aplatissement de la Terre, et proposa 1/578 en 1690 (soit 0,17 %). La différence de longueur des rayons (entre Paris et l’Équateur) est aujourd’hui de 22 km, soit 0,33 % (6 378 km à l’équateur et 6 356 km aux pôles). Sur une coupe qui passe par les pôles, la Terre a donc la forme d’une ellipse (Fig. 8), la forme générale définit un ellipsoïde. Elle a plus la forme d’une boule de curling que celle d’un ballon de rugby. Fig. 8 • Une sphère légèrement Cette forme idéale fait abstraction aplatie aux pôles définit un de toutes les irrégularités de la surface ellipsoïde. de la Terre. Elle constitue l’ellipsoïde La Terre, du fait de sa force centride référence et les irrégularités sont fuge, est enflée à l’équateur et aplatie aux pôles. ce qui nous occupe ici : le relief.

La gravité du géoïde Deux corps sont attirés l’un vers l’autre d’autant plus qu’ils sont proches et leur masse importante. Cette force d’attraction, appelée gravité, est traduite par la formule : F = m1.m2/D² : la force est égale à la masse m1 du corps 1 multipliée par la masse m2 du corps 2, divisée par le carré de leur distance D. Plus ils sont denses et proches, plus ils s’attirent. Sur Terre, cette force explique qu’un objet tombe. En effet, l’objet et la Terre s’attirent mutuellement, mais l’objet étant beaucoup moins lourd que la planète, c’est lui qui se déplace plus que la Terre. C’est la fameuse pomme d’Isaac Newton contée par Voltaire. En tout point de la Terre, la direction de l’attraction terrestre (pesanteur*) définit la 21

Le relief de la terre

verticale, elle est matérialisée par le fil à plomb. Par conséquent, la surface perpendiculaire à ce champ de pesanteur définit l’horizontale. De proche en proche, il est possible de faire le tour de la Terre en restant sur cette horizontale qui est une surface où la pesanteur à la même valeur, on la dit une équipotentielle de pesanteur. Depuis le centre de la Terre, il existe une infinité de surfaces équipotentielles. Celle qui correspond à la surface des océans au repos est appelée le géoïde. Cette surface sert de référence, même sur les continents, elle est la surface d’altitude 0 (Fig. 9). Niveau moyen des océans (géoïde)

Montagne

Géoïde

Ellipsoïde

Perpendiculaire à l’ellipsoïde

Perpendiculaire au géoïde

Déviation de la verticale

Fig. 9 • Surfaces de références de la Terre : topographie (relief : montagne, bassin), géoïde et ellipsoïde.

Selon que les objets sont plus ou moins massifs, ils attirent plus ou moins. Ainsi un bloc de charbon, peu dense (densité entre 1 et 1,8), exerce une force de gravité moins forte qu’un bloc de basalte de même taille (densité entre 2,7 et 3,2). Comme la surface de la Terre n’est pas homogène mais constituée de roches de densités variables, les forces de gravitation varient d’un endroit à l’autre (Fig. 10).

Creux du fond océanique

Corps plus dense (fer, or, platine, ...) que l’encaissant

Corps moins dense (sel, pétrole, ...) que l’encaissant

Bosse du fond océanique

Fig. 10 • Perturbation de la surface océanique. La surface océanique rend bien compte d’un même niveau de valeur du champ de la gravité (appelée équipotentielle de gravité), elle représente la surface du géoïde. 22

2. Que mesure-t-on ?

L’humain ne le ressent pas vraiment (Fig. 11) mais un corps comme l’eau est plus réactif si bien que la surface de la mer n’a pas partout la même altitude. Cette surface définit le géoïde : une surface sur laquelle tous les points ont la même valeur de gravité (une surface équipotentielle de gravité).

Cha

mp de grav ité

gra

e pd am vité

Ch e e d té rfac vi Su e gra m mê sol du ce a f r Su

ès e tr Zon ense d

Surface du sol Zone très dense

Su mêmrface d e gr e avité

Fig. 11 • Selon les forces de gravitation, notre impression varie. On peut être sur une surface montante (dessin de gauche), si la pesanteur* (le champ de gravité) lui est parallèle, alors on ne se sent pas monter. Dans une côte, si la pesanteur a la même valeur que la pente, le terrain semble plat. Sur un terrain plat, au contraire (dessin de droite), si la valeur de gravité augmente quand on avance, on a l’impression de monter. La gravité est la force principale de la pesanteur. Les traits bleus de même épaisseur représentent une même valeur du géoïde.

Si la Terre était constituée d’un matériau homogène, il s’agirait d’une surface régulière (un ellipsoïde parfait). Mais la répartition inégale de roches de densité variable, ou de reliefs (montagnes ou dépressions), font que le géoïde n’est pas une surface régulière. La surface du géoïde n’est pas celle de l’ellipsoïde. L’altitude exprime l’éloignement par rapport au niveau marin, c’est-à-dire au géoïde (le champ de pesanteur* terrestre). Il existe des écarts, positifs ou négatifs, du géoïde par rapport à l’ellipsoïde de référence (Fig. 12). Ces écarts, ces ondulations du géoïde, représentent les hétérogénéités de masse au sein du globe. Les ondulations de très grande longueur d’onde du géoïde résultent d’irrégularités de masses dues aux mouvements de convection dans le manteau terrestre. Ces irrégularités de masse dans le manteau, traduites par des variations du champ de pesanteur, influent donc sur la trajectoire 23

Le relief de la terre

des satellites. À l’inverse, on utilise ces perturbations des satellites pour mesurer les masses du manteau. Le géoïde, surface où la valeur de gravité est la même, d’altitude nulle, est celle qu’auraient les océans en l’absence de tout courant marin ou atmosphérique. -110 m -88 m -66 m -44 m -22 m 0m 22 m 44 m 66 m 88 m

Fig. 12 • Représentation du géoïde. Représentation du géoïde sur l’ensemble de la surface terrestre : les déformations sont très exagérées, elles sont au plus de deux cents mètres (elles vont de + 88 m, en rose, à –110 m, en bleu sombre). Source : International Centre for Global Earth Models, http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/ICGEM.html Les couleurs en haut à gauche donnent les altitudes de part et d’autre du zéro, niveau moyen des océans. La partie nord de l’océan Indien est environ 100 mètres plus bas que la valeur moyenne. Au contraire, l’Atlantique Nord (Islande comprise) est plus haut d’environ 60-70 mètres.

À l’échelle globale, le relief de la Terre est fondamentalement dû à la composition des roches du manteau et de la tectonique, notamment les déformations induites par la tectonique des plaques. La partie superficielle de la Terre, la croûte, faite de roches granitiques, est plus légère (densité de 2,4 à 2,8) que les roches du manteau de nature basaltique (densité de 2,7 à 3,3) : elle flotte donc ­naturellement, comme 24

2. Que mesure-t-on ?

un morceau de bois flotte dans la baignoire (principe d’Archimède) ou comme un glaçon flotte dans le verre d’eau. Si le glaçon est épais, il est un peu plus haut (en relief positif sur le niveau du liquide), mais il est surtout plus profond (relief négatif). Pour la Terre, il en est de même : toute variation d’épaisseur de la croûte entraîne une variation de l’altitude de la surface de la Terre (et une racine plus ou moins profonde). Si au lieu d’un glaçon je mettais un bouchon, une proportion plus grande du bouchon serait au-dessus de l’eau, car le liège est moins dense que le glaçon. Selon ce mécanisme, lorsque sur un relief montagneux l’érosion entraîne l’ablation d’une épaisseur de 1 200 m, cela entraîne une diminution de son altitude initiale de seulement 200 m, car au fur et à mesure de l’ablation la montagne remonte un peu. Pour les mêmes raisons, toute variation de densité de la croûte ou du manteau entraîne une variation de l’altitude. Cette variation de densité peut être due à une matière différente (granite, d = 2,7 ou basalte, d = 3,3) ou à une variation de température (un corps qui refroidit devient plus dense). À chacun sa surface  : pour notre quotidien, pour le marcheur, ­l’important est la surface topographique (parfois appelée le topoïde ou la toposphère en géographie). Pour décrire le relief au niveau régional, l’important est la différence d’altitude entre deux points, dite aussi énergie du relief, ou relief relatif. Pour l’astronome ou le lanceur de fusée, l’important est plutôt l’ellipsoïde alors que pour le géologue qui ­s’intéresse à la Terre interne, le plus important est le géoïde.

Mesures du relief Le relief a longtemps été uniquement mesuré à partir de levers de terrains, par triangulation. De nos jours, les moyens aériens sont de plus en plus utilisés, soit optiques, soit par radar.

Altimétrie par triangulation Les mesures effectuées du sol ne déterminent pas directement l’altitude mais la différence d’altitude entre un point connu et un point à mesurer. On effectue des visées entre deux points dont on connaît l’éloignement (par exemple A et H', sur la figure). La mesure de l’angle (α) permet de déterminer la différence d’altitude par simple triangulation (Fig. 13). Le principe est simple, mais la réalisation l’est moins, car elle implique de connaître l’éloignement avec précision. En outre, les mesures risquent d’être influencées par l’atmosphère (modification du 25

Le relief de la terre

trajet des rayons lumineux dans des couches différentes : réfraction) et quand les points sont éloignés, il convient de tenir compte de la sphéricité de la Terre. H

H’

A

Fig. 13 • Principe de la mesure de l’altitude par triangulation.

Altimétrie barométrique Les altimètres basés sur les variations de pression sont utilisés par les randonneurs et en aéronautique. Ces altimètres sont assez fins, mais nécessitent néanmoins d’être ré-étalonnés quand la pression atmosphérique varie (beaucoup ont pu le vérifier à l’approche d’un orage). Aujourd’hui la plupart des altimètres barométriques sont couplés avec un GPS, le premier donnant la finesse, le deuxième l’étalonnage (mais il peut être utile de se recaler par rapport à un point coté sur une carte précise).

Altimétrie satellitale Au quotidien, désormais les altitudes nous sont fournies par les satellites (géodésie spatiale). Ils permettent en outre de localiser aussi les latitudes et les longitudes, mais ils exigent généralement de se rendre sur place. Néanmoins certains systèmes permettent d’établir des cartes topographiques sans devoir se rendre sur place. Leur précision est moindre, mais cette possibilité est utile pour les endroits difficiles d’accès ou dangereux (zones de conflits). Les précisions obtenues aujourd’hui, inférieures au centimètre, permettent aux scientifiques de suivre les évolutions temporelles : déplacement des plaques tectoniques pour les géophysiciens, surveillance des volcans pour les volcanologues, amélioration de la détermination du niveau moyen des mers pour les océanographes, etc. La localisation par GPS (Global Positioning System, système de positionnement global) est connue de tous depuis que l’on en dispose sur nos téléphones. Il utilise un ensemble de 26  satellites qui tournent 26

2. Que mesure-t-on ?

à environ 20 000 km de la Terre (Fig. 14). Chaque satellite émet des signaux radio repérés dans le temps grâce à une horloge de très haute précision embarquée à bord du satellite. La mesure des temps d’arrivée des signaux émis par au moins trois satellites permet de déterminer la distance entre le récepteur et chacun des satellites. On peut alors fixer la position du récepteur en latitude, longitude et altitude avec une précision de 5 m à 10 m en usage courant (celui des randonneurs ou des véhicules par exemple). Pour des mesures de haute précision, on utilise le GPS différentiel. Cette technique consiste à comparer les données acquises par deux récepteurs différents captant les mêmes satellites au même instant ; cette procédure élimine les diverses erreurs, ce qui permet d’atteindre une précision de l’ordre du millimètre sur la distance séparant les deux récepteurs. Les récepteurs GPS civils sont généralement bridés pour qu’ils ne soient pas utilisés avec des armes balistiques.

Satellite 1 Satellite 2 d2

d1 d3

Satellite 3 Fig. 14 • Principe de la localisation GPS avec 3 satellites. Le principe est celui de la triangulation classique pour le repérage sur les cartes. Souvent la localisation utilise plus de 3 satellites, ce qui augmente la fiabilité et/ ou la précision.

Certains satellites sont spécialisés pour étudier le relief  : Topex-­ Poséidon par exemple mesure le niveau de la mer sur tous les océans. 27

3

Les agents du relief

Forces internes

Gravité3 Non seulement la surface de la Terre n’est pas plate, mais, qui plus est, les paysages changent au cours du temps, notamment leur relief. L’énergie qui conduit à l’évolution de ces reliefs provient de trois sources : 1. é nergie interne  : la chaleur interne génère des mouvements des plaques et des panaches de chaleur dans le manteau qui causent des déplacements de la surface ; 2. é nergie externe : originaire du soleil, responsable de mouvements des fluides (atmosphère, vents, courants océaniques, précipitations…) ; 3. énergie gravitationnelle, qui attire les roches et l’eau vers le bas. L’évolution des reliefs résulte donc d’une lutte permanente entre (i) les processus tectoniques (convergences de plaques, collision, séparation… avec effondrement) et (ii) les processus comme les mouvements gravitaires vers le bas des pentes suite à l’érosion et aux déplacements superficiels de matière impulsés par les fluides. Les boissons rafraîchissantes avec glaçons que nous prenons en été ou avant des repas nous enseignent que la partie visible du glaçon n’est… que la partie émergée de l’iceberg ! En effet, la partie en relief au-dessus Fig. 15 • Un iceberg de la baie de Baffin de l’eau dépend de la den- (Thulé, Groenland). sité relative entre le glaçon La partie émergée, le relief, ne représente que le dixième de la hauteur totale du bloc de glace. et l’eau (Fig. 15). Un bouchon, ou un morceau de polystyrène, montre une plus grande proportion au-dessus de l’eau qu’un glaçon car la différence de densité entre le bouchon et l’eau est plus importante que celle entre le glaçon 3. La gravité est la composante principale de la force de pesanteur. 28

3.Les agents du relief

et l’eau. Il en est ainsi pour tous les corps car Polystyrène d=0,05 ils répondent au principe 95% d’Archimède qui stipule d3 que tout corps plongé h 10% 5% Glace dans un liquide reçoit de d=0,9 Eau la part de ce fluide une L h = L (d2-d1) 90% r d=1 poussée de bas en haut d1 d2 d1 r d2 égale au poids du fluide = L d1 déplacé (Fig. 16). Cet équilibre est Fig. 16 • Principe de l’isostasie. appelé l’isostasie, il Un bloc de glace (à gauche) flotte mais reste plus désigne un état statique. enfoncé qu’un morceau de polystyrène (à droite) Si l’on change la densité car la différence de densité avec l’eau est moindre. de l’un des deux corps, Ce qui est vrai pour un iceberg l’est tout autant pour les montagnes de granite qui «  flottent  » sur les un rééquilibrage inter- roches du manteau. vient, l’altitude change. De même que si l’on charge un glaçon il s’enfonce, la mise en place d’un glacier sur un continent voit celui-ci s’enfoncer. À l’inverse, la fonte d’un glacier induit la remontée du continent libéré de cette surcharge. Le rééquilibrage n’est pas aussi rapide que celui observé avec l’eau car les roches n’ont pas la même plasticité. Une expérience illustre que des mouvements peuvent s’effectuer sans qu’on voie les éléments bouger (Fig. 17) Dans un récipient en verre, on empile de l’eau, des ­bouchons de liège, de la poix puis des balles de fusil (ou des clous). Ces éléments n’ont pas la même densité, pourtant on ne voit rien bouger car la poix est trop Balles de fusil visqueuse. Mais après Poix quelques mois, on note Bouchons de liège un changement  : les objets métalliques desEau cendent dans la poix alors que les bouchons la traversent en sens t t+6 mois t+1an inverse. Au bout d’un an Fig. 17 • La viscosité de la poix temporise l’équi- environ, les éléments les plus denses sont bien en librage par densité. Les éléments de densité différente semblent sta- bas et les éléments les tiques mais, de fait, s’organisent par densité décrois- moins denses tout en sante en quelques mois. haut. 29

Le relief de la terre

Dans la nature, toute modification Manteau lithosphérique d’une charge implique un nouveau changement d’équilibre, que Asthénosphère ce soit en surcharge 1 Juste avant le début de la dernière glaciation (telle l’installation d’un glacier ou d’une 1000 m Calotte de glace pile de sédiments) ou Croûte en décharge (déblaieManteau ment des sédiments ou lithosphérique fonte de glace). L’histoire de la Asthénosphère Scandinavie au cours des glaciations quater2 Au maximum de la dernière glaciation naires nous en offre une magnifique illustraCroûte tion (Fig. 18 et 19). Juste Manteau lithosphérique avant qu’une calotte glaciaire ne se développe sur la Scandinavie, la Asthénosphère surface était à l’équi3 Aujourd’hui libre (Fig. 18, en haut). Le bouclier scandinave, Fig. 18 • Effet de la surcharge régionale sur la principalement comcroûte terrestre. L’exemple pris est celui d’un glacier mais ce pourrait posé de roches de type aussi être celui d’une épaisse coulée de lave. granitique, a été complètement ­r ecouvert lors de la glaciation quaternaire. Il y a 30 000 ans, la calotte scandinave atteignait plusieurs kilomètres d’épaisseur (entre 2 500 et 4 200 m). Sous ce poids supplémentaire, le continent s’est affaissé d’environ 1 000 m (il est alors environ 830 m plus bas que le 0 actuel), par comportement élastique (flèches rouges) et par comportement visqueux, de la matière terrestre est rejetée sur les côtés pour former un léger bourrelet : les continents alentours se sont élevés (Fig. 18 milieu, flèches rouges). Cette augmentation d’altitude est d’autant plus visible que l’eau immobilisée par la mise en place de cette glace abaisse le niveau marin de 120 m. La calotte a commencé à diminuer il y a 18 000 ans et a fondu complètement il y a un peu moins de 10 000 ans. Croûte

30

3.Les agents du relief

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Golfe de B

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Fig. 19 • États de la Scandinavie avec et sans son bouclier glaciaire. Une calotte de glace qui commence à fondre recouvre la Scandinavie il y a 12 000 ans (à gauche). Depuis la fonte totale de la calotte (à droite), la croûte, allégée, se réajuste en se soulevant. Les chiffres du soulèvement séculaire (lignes en tireté rouge) sont fournis en cm. Le maximum de soulèvement s’effectue au fond du golfe de Botnie, où il atteint 1 cm/an, là où était le centre de la calotte et sans doute où elle était la plus épaisse.

Après la déglaciation, le mouvement élastique fait remonter la croûte (Fig. 18 bas, flèches rouges, et Fig. 19), alors qu’au contraire les bourrelets des mouvements visqueux sont en train de disparaître : le centre remonte (Norvège, Suède, Finlande), la périphérie des glaciers s’abaisse (Hollande, Flandre). La fonte de la calotte glaciaire qui recouvrait la Scandinavie fait remonter cet ensemble depuis lors. Le maximum de remontée se trouve là où était le maximum de charge. Actuellement, la Finlande gagne du territoire sur la mer Baltique, sa surface augmente de 7 à 10 km² chaque année !

Déplacements de matière La gravité joue un rôle dans les déplacements de matière, en réajustement le plus souvent, mais il est des mouvements qui sont dus à des déplacements d’origines profondes tels ceux qui accompagnent les remontées de magmas d’un point chaud. Avant leur expression en surface sous forme d’immenses empilements de laves qui for31

Le relief de la terre

© B. Navez CC.BY 3.0

ment de « grandes provinces ignées » (GPI), certains points chauds génèrent des reliefs qui atteignent 4 000 à 5 000 m de haut avec une base qui s’étend sur 3 000 à 5 000 km de large. Aucun relief de ce type n’est aujourd’hui visible sur Terre, la dernière grande manifestation d’Éthiopie-Yémen date d’il y a 30 millions d’années. Aujourd’hui des points chauds sont certes actifs mais de dimension réduite par rapport aux anciens points chauds responsables des GPI ; or, bien qu’à une moindre échelle, leur volcanisme nous offre quand même certaines élévations impressionnantes. Le volcan-bouclier d’Hawaii par exemple en est un (Fig. 4) de même que l’île de La Réunion (océan Indien). En effet, le piton de la Fournaise (2 632 m) est un bouclier basaltique qui a un demi-million d’années (Fig. 20). Il forme, avec son aîné le piton des Neiges (3 071 m), le massif volcanique de La Réunion. Cette île volcanique est née il y a 3,5 millions d’années. Avec le temps, le massif du piton des Neiges a été entaillé par l’érosion, donnant naissance à des cirques qui attirent de nombreux visiteurs : Cilaos, Mafate et Salazie. Les touristes sont attirés par d’autres volcans, tout aussi impressionnants : en Asie (Japon), le mont Fuji, icône nationale, frappe les imaginations (Fig. 21) et, en Europe (Italie), l’Etna a beaucoup inspiré les mythes.

Fig. 20 • Le piton de la Fournaise et le piton Rouge au premier plan. Cette vue depuis le Morne Langevin (La Réunion) prouve que le relief continue de se construire sous l’action du volcanisme.

32

© DR

3.Les agents du relief

Fig. 21 • Le mont Fuji (Japon). Ce volcan à la symétrie exemplaire est un relief représentatif pour le peuple japonais et le siège de nombreuses manifestations culturelles ou cultuelles (voir aussi au chapitre 6, « Mythes »).

Forces de compression On a tous fait l’expérience de rapprocher ses deux mains sur une nappe et, ce faisant, de voir un (ou des) pli(s) se former. Ce relief de tissu est plus ou moins prononcé selon que le rapprochement est important ou non. Dans la nature, il en est de même : quand deux plaques tectoniques se rapprochent, des reliefs apparaissent. Selon que les plaques sont continentales ou océaniques, l’allure des montagnes est différente. Certaines de ces convergences de plaques correspondent au rapprochement d’un fond océanique et d’un continent, comme le long des côtes ouest de l’Amérique du Sud (Fig. 22-A) où une plaque de l’océan Pacifique s’enfonce sous la cordillère des Andes (située sur la plaque sud-américaine). Ces marges continentales sont dites marges actives. Là où la plaque plonge, il se créé une dépression étroite et profonde, la fosse du Pérou-Chili dont la bathymétrie descend à – 6 000 m alors que le fond de l’océan se situe vers – 4 300 m de profondeur au niveau des plaines abyssales. Cette fosse se situe à une centaine de kilomètres au large de la partie émergée, notamment au large du Pérou. À terre, hormis une très étroite bande littorale de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres de large, le relief s’élève très vite jusqu’à des altitudes très importantes de 4 000 à 5 000 m. 33

Le relief de la terre

Fosse Pérou-Chili

A Plaque sudaméricaine

zca

Plaque de Na

Fosse des Mariannes

B Îles Mariannes, Guam

Plaque pacifique

Himalaya

Plateau tibétain

C

o-australienne Plaque ind

Plaque eurasien ne

Fig. 22 • Reliefs créés dans des zones en compression. A. Convergence d’une plaque océanique et d’une plaque continentale : fosse du Pérou et cordillère des Andes. B. Convergence de deux plaques océaniques : fosse et archipel des Mariannes. C. Convergence de deux plaques continentales : Himalaya.

Certaines plaques voient le rapprochement de deux fonds océaniques, comme dans l’Ouest de l’océan Pacifique (Fig. 22-B) où la plaque Pacifique plonge sous la plaque Philippine. Cette rencontre crée la fosse la plus profonde du monde, jusque – 11 000 m. La rencontre génère aussi un volcanisme qui longe la frontière sous forme de chapelets d’îles. Celles-ci, chaudes au moment de leur création, refroidissent, deviennent plus denses, et alors s’enfoncent tout doucement. Ces îles étant dans des zones tropicales, des récifs coralliens se développent parfois lorsque le volcan émerge encore, mais lors de son enfouissement, le récif se développe au fur et à mesure de l’enfoncement si bien qu’il peut arriver que seul le récif corallien soit encore visible en surface, formant un atoll (Fig. 23). Si la vitesse d’enfoncement est plus grande que la vitesse de croissance du récif, l’atoll disparaît lui aussi. D’autres plaques voient le rapprochement de deux continents. Les roches de ces continents s’affrontent alors et forment un énorme bourrelet, une chaîne de montagnes telle que les Alpes ou l’Himalaya (Fig. 22-C). Les plus grands reliefs terrestres, en positif (chaînes) ou en négatif (fosses), résultent de mouvements de compression. 34

3.Les agents du relief

Fig. 23 • Un volcan s’enfonce, un atoll se crée. Sur les bords d’un volcan un récif se met en place (récif frangeant), mais comme la structure volcanique s’enfonce en refroidissant, seules des parties du récif subsistent, il devient récif barrière. Quand la partie volcanique est complètement immergée, reste l’atoll seul.

Forces de distension

© Grafcom. CC.BY 3.0

Si on laisse un flan pâtissier sur une surface bombée, des gerçures puis des fentes finissent par apparaître à la surface de l’entremets, car il y a distension. Ces fentes jaune clair bien visibles à la surface brune caramélisée du flan sont parfois accompagnées d’effondrement de blocs qui semblent avoir glissé le long d’une surface courbe, en cuillère, comme on peut l’observer le long de certains talus de route ou en montagne (Fig. 24).

Fig. 24 • Vue frontale d’un glissement de terrain. La niche d’arrachement (le niveau initial) forme une ligne sombre continue à ­l’arrière-plan, juste sous la topographie initiale. L’affaissement se fait par paquets successifs. De la route, en haut, ne sont encore visibles que deux véhicules (Va et Vb). Saint-Jude en Montérégie, Québec, Canada, 2010. 35

Le relief de la terre

© P. De Wever

Quand les fractures en distension se font à une échelle plus vaste, les formes sont identiques mais les dimensions sont plus importantes. Ainsi quand deux plaques s’écartent, la dépression centrale n’est pas unique mais marquée par des «  marches  » particulièrement bien visibles en Islande dans la région de ÞIngvellir (Fig. 25 et 26-a).

Fig. 25 • L’ouverture de l’océan Atlantique au niveau de l’Islande (ÞIngvellir, 64°15’ N, 21°07’ O). La plaque américaine (à gauche), couverte de coulées de lave, s’effondre en gros blocs basculés le long de la bordure du large fossé d’effondrement (rift) aujourd’hui occupé par de l’eau. Un kilomètre plus à droite (non visible sur la photo) existent des structures et jeu de blocs symétriques, qui limitent la plaque européenne.

Quand le processus d’écartement se poursuit, la dépression centrale (rift axial) s’élargit, devient un océan (Fig. 26-b, c et d), mais les deux bordures conservent de façon lisible cette structure héritée du début de l’ouverture (ex. Atlantique). Ces marges océaniques sont appelées marges passives. On ne peut les observer qu’assez rarement car elles sont actuellement presque toutes sous l’eau, mais les reliefs existent bel et bien. Sur les sommets de ces blocs en cours d’effondrement, des dépôts carbonatés, ou de sel, ou fluvio-deltaïques se déposent sur les marges, parfois sur de grandes épaisseurs. Comme ces marges s’enfoncent vite, elles constituent des pièges sédimentaires efficaces. La sédimentation y est parfois si rapide que les matières organiques n’ont pas le temps d’être oxydées et sont alors conservées. Certaines se transforment en pétrole, ce qui fait la richesse énergétique du golfe de Guinée ou du secteur au large du Brésil. 36

3.Les agents du relief

Vallée du rift

Vallées faillées

Roches volcaniques et sédiments non marins

a

phère

e inental

Croûte océanique

Nouveau bassin océanique

Lithos

e cont Croût

b

Plate-forme carbonatée

c

Talus continental Plateau continental

Glacis continental

d

Fig. 26 • Reliefs générés par la distension dans une plaque lithosphérique. a. Du fait du bombement lié à une remontée de l’asthénosphère, la croûte continentale s’étire et se fracture, des blocs s’effondrent de part et d’autre de l’axe principal. Quelques remontées de magma génèrent des coulées basaltiques (en rouge) (ex. fossés est-africains). b. Le processus se poursuit, de plus en plus de blocs se fracturent ; le fond de la dépression est occupé par la mer. Des sédiments marins se déposent (en vieux rose clair) et un plancher océanique constitué de basalte (en noir) s’installe (ex. mer Rouge). c-d. L’océan s’ouvre de plus en plus (ex. Atlantique) : des dépôts carbonatés (jaune orangé) ou de sel ou fluvio-deltaïques viennent engraisser les marges de sédiments parfois très épais (vieux rose foncé).

37

Le relief de la terre

Forces de cisaillement, coulissage Parfois des régions se déplacent l’une par rapport à l’autre avec un mouvement coulissant sans qu’il y ait de forte modification du relief (Fig. 27). Raccourcissement

© NOAA domaine public.

Extension

© Observer

Fig. 27 • Mouvement coulissant le long d’une faille. La figure illustre le processus, et la photo atteste de la réalité du mouvement. Les rangées de laitues ont été décalées lors du séisme décrochant du 15 octobre 1979 à El Centro (Californie). Le mouvement est uniquement horizontal, il n’y a aucune création ou suppression de relief.

Fig. 28 • Faille de San Andreas, Californie. La faille est presque rectiligne. Des détails montrent dans quel sens se fait le coulissement : sur la gauche de la photo une rivière arrive obliquement sur la faille, suit un moment la dépression centrale avant de ressortir, en plusieurs endroits, sur la droite, au fur et à mesure que le décrochement se poursuit. On voit ainsi que la partie située à droite se dirige vers le bas. En outre, on peut en déduire que la rivière coule de la gauche vers la droite. 38

3.Les agents du relief

Ce déplacement latéral, par mouvements successifs, au cours du temps, peut atteindre des milliers de kilomètres. Ces grands décrochements sont dus à des failles qui affectent toute la croûte terrestre et qui font que deux plaques tectoniques glissent l’une contre l’autre (Fig. 28 et 29). 21°

27°

33°

45°

51°

Mer Caspienne

EURASIENNE

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42°

39°

Mer Noire

39°

BLOC ANATOLIEN 36°

33°

Me r M édi terr an é

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PLAQUE ARABIQUE

PLAQUE AFRICAINE 1957

200 km

1943 1992

1942

1944

Mer Noire

Istanbul

7,3

Izmit 7,1

7,0

100 km

7,3

7,1

7,9 6,9

Ankara 1957

1951

1939

Fig. 29 • Déplacements coulissants de Turquie. Haut : localisation de la faille nord-anatolienne (Turquie). Les failles en rouge sont des failles coulissantes et les flèches rouges indiquent le sens de déplacement. Le bloc anatolien (qui constitue la majeure partie de la Turquie) est compressé par le déplacement des plaques Africaine et Arabique vers la plaque eurasienne (flèches grises). Coincé, il est chassé vers l’ouest le long de failles qui coulissent et qui le bordent au nord et au sud. Le rectangle en pointillé localise la figure du dessous. Bas : localisation des séismes le long de la faille nord-anatolienne (Turquie). De grands séismes se produisent le long de ces failles. Sur la faille nord-­anatolienne, on observe une migration des séismes vers l’ouest. Actuellement, les sismologues attendent un grand séisme à l’extrémité ouest de la Turquie, à proximité immédiate d’Istanbul.

39

Le relief de la terre

© D. Chew.

Il est fréquent que le cisaillement ne se manifeste pas le long d’une seule cassure mais s’effectue le long d’un relais de cassures, entre ces fragments se mettent en place de petits blocs (Fig. 30) qui s’effondrent, formant des bassins dans lesquels les sédiments s’accumulent.

Fig. 30 • Formation de petits bassins d’effondrement le long de failles en décrochements. Les figurent expliquent le processus : il y a d’abord apparition de fines fractures, puis installation de certains vides, et enfin les espaces vides sont comblés soit par des minéralisations à l’échelle centimétrique, soit par des sédiments à l’échelle de grands bassins. La photo d’un échantillon de roche en donne une illustration à l’échelle décimétrique (le protège-objectif en bas, à gauche de la fissure, donne l’échelle). De telles figures sont aussi visibles sur les murs d’habitations et résultent d’un mécanisme identique.

Les mouvements purement coulissants sont relativement rares, car souvent une petite composante en extension ou en compression accompagne le mouvement et alors des reliefs sont formés. Des bassins d’effondrement par exemple se mettent en place s’il y a une légère distension. Des structures créées de la sorte sont connues un peu partout dans le monde (Fig. 31) et souvent très étudiées car leur effondrement rapide en fait souvent des pièges à sédiments où s’accumulent des épaisseurs importantes de sédiments. ­L’enfouissement est parfois si rapide que la matière organique n’a pas le temps de se décomposer. Elle se transforme alors pour former des gisements de pétrole ou de gaz, tels le bassin de Pechelbronn en Alsace (Fig. 32). On a vu (Fig. 29) que la plaque arabique coulisse vers le Nord par rapport à la Méditerranée le long d’une grande faille qui va du nord de la mer Rouge (golfe d’Aqaba) jusque vers la Turquie en traversant tout le 40

3.Les agents du relief

© NASA. À droite schéma interprétatif.

Moyen-Orient. Cette faille jalonnée de dépressions est en partie occupée par le Jourdain, limitant la partie occidentale de la Jordanie en passant par la mer Morte, et plus au nord en relais vers le lac de Tibériade (Fig. 31). Beyrouth LIBAN

Damas SYRIE

Lac de Tibériade Tel-Aviv

Amman

ISRAËL

JORDANIE

Mer Morte

Golfe d'Aqaba

50 km

Fig. 31 • Alignement de bassins d’effondrement au Moyen-Orient. Du nord de la mer Rouge jusqu’au Liban, la faille – appelée faille du Levant – est occupée par le Jourdain et jalonnée par de petits bassins d’effondrement dont les plus connus sont la mer Morte et le lac de Tibériade. À gauche : photo satellite.

De tels mouvements sont aussi responsables de fossés d’effondrements connus en France, mais ceux-ci sont, de plus, associés à des formations de reliefs à proximité. Les Alpes par exemple sont nées de la rencontre avec un éperon de la plaque africaine (Italie) qui remonte vers le nord. Ainsi se sont formées les majestueuses Dolomites, au nord de l’Italie. Plus à l’ouest, en France, le bourrelet alpin voit aussi la formation d’imposants reliefs, mais en outre, l’ensemble alpin se déplaçant vers le nord crée un mouvement coulissant qui s’étend de la plaine du Rhône jusqu’en Alsace. Localement, avec la même logique que pour la mer Morte, des bassins se sont alors formés : bassins de Nîmes et Forcalquier, au sud, fossé bressan occupé par la plaine de la Saône à l’ouest du Jura, et fossé rhénan occupé par la plaine d’Alsace plus vers le nord. Certains de ces bassins au comblement rapide ont vu l’empilement de couches de sel ou de sédiments organiques qui se sont transformés en ressources énergétiques (par exemple le pétrole de Pechelbronn en Alsace). 41

Le relief de la terre

Fig. 32 • Zones en distension, liées à la surrection des Alpes. Des bassins d’effondrement (en orange) se sont formés en contrecoup de la formation des Alpes et un volcanisme (en Alsace par exemple) s’est aussi manifesté à cette occasion. Ces bassins accompagnent la remontée vers le nord de l’arc alpin, poussé par la péninsule italienne, partie avancée de la plaque africaine. On note ainsi du sud vers le nord les bassins de Nîmes et de Valence, le fossé de Bresse, le fossé rhénan…

Forces externes La Terre se distingue des autres planètes du système solaire par la présence d’eau en surface sous trois états (gazeux, liquide, solide). L’eau interfère avec les roches sous forme chimique (altération*) et sous forme physique (transport). Elle peut donc modifier le relief. A contrario, c’est parce que l’eau (notamment liquide) est actuellement absente de la Lune que des reliefs très anciens y sont conservés et encore visibles, tels des impacts de météorites vieux de plusieurs milliards d’années. L’eau intervient de deux façons, pour l’altération et pour le transport. D’autres agents chimiques interviennent tels que le gaz carbonique (dioxyde de carbone, CO2), ainsi que plusieurs facteurs physiques comme la température ou le vent. La vie et ses processus complexes ne sont pas en reste, soit en accélérant, soit en ralentissant les vitesses de modification des reliefs. Tous ces facteurs interagissent même si la présentation qui suit les évoque successivement. 42

3.Les agents du relief

Eau L’eau agit chimiquement et physiquement. Plus il y a d’eau liquide disponible, plus son influence est forte. Altération*

L’altération est une modification chimique des minéraux et donc de l’ensemble de la roche, notamment de sa cohésion, ce qui facilite son érosion. L’eau s’intégrant dans la maille cristalline modifie celle-ci, et les minéraux sont de moins en moins compacts. Les feldspaths par exemple se transforment en argile, et les minéraux sombres, ferro-magnésiens (olivine, pyroxène, amphibole) donnent des argiles plus des oxydes et hydroxydes de fer, ou d’aluminium, lesquels colorent en rouge beaucoup de roches altérées. Les roches de type granitiques qui constituent la plupart des masses continentales s’altèrent là où l’eau pénètre, le long de fissures qui s’élargissent tout doucement (Fig. 33). On passe alors d’une roche massive à une roche enrichie en argile, d’allure feuilletée, puis à un ensemble de nature sableuse (Fig. 34). Finalement, les argiles sont emportées, les quartz restent à proximité et forment une arène dans laquelle le granite apparaît sous forme de boules (Fig. 35, voir ci-après).

Fig. 33 • Altération d’une roche granitique. De simples fractures (a) permettent à l’eau de circuler et d’altérer tout doucement la roche (b), les parties altérées s’élargissant avec le temps (c) ; les arêtes des blocs s’émoussent : des blocs arrondis, parfois en boule (d), semblent reposer dans un bain de sable, l’arène (du latin arena, sable4).

L’altération est un processus chimique, elle est donc d’autant plus forte que l’eau abonde et que la température est élevée. Dans les pays tropicaux, la couche d’altération peut être très épaisse et les paysages très rouges.

4. Les arènes de Lutèce, celles de Nîmes ou de Rome étaient couvertes de sable (qui absorbe mieux les traces de sang)… 43

© P. De Wever

Le relief de la terre

© C. Giusti

Fig. 34 • Altération en pelure d’oignon d’un granite. Granite hercynien à grands cristaux d’orthose (300 millions d’années) du massif de Montselgues (Ardèche).

Fig. 35 • Bloc de granite, le Peyro Clabado (près de Lacrouzette, massif du Sidobre, Tarn). Une boule de granite a été dégagée par l’érosion de son enrobage d’altération (l’arène granitique). 44

© P. De Wever

3.Les agents du relief

Fig. 36 • Le chaos de Mourèze (Hérault). L’allure ruiniforme de l’ensemble est typique d’un paysage de calcaire dolomitique. Quelques habitations du village sont visibles dans le lointain.

Certains minéraux sont complè­ tement dissous et emportés par l’eau, tels ceux des roches carbonatées (calcaires, dolomies). Des grandes poches se forment alors, sous terre (des grottes) ou à l’air, offrant des reliefs dits ruiniformes (voir plus loin le modelé* karstique) (Fig. 36). Érosion

© P. De Wever

L’érosion est un ensemble de processus physiques et chimiques qui mettent en jeu, à un moment ou à un autre, un transport de matière. Elle est d’autant plus forte que l’altération (processus chimique) est importante. L’érosion est fonction de quatre facteurs : la quantité moyenne d’eau qui circule (débit), la masse des matériaux transportés (charge) et leur calibre (taille), mais aussi la vitesse. Au cours des périodes où l’eau «  surabonde  »,

Fig. 37 • Les gorges du Verdon (Alpes de Haute-Provence). La rivière a entaillé le massif rocheux sur au moins 600 m, presque en « trait de scie », mais il n’est pas simple de faire la part des mouvements tectoniques (soulèvement des Alpes) de ceux du niveau marin dans la genèse du relief. 45

Le relief de la terre

elle intervient alors avec des effets de chasse. En période moyenne, l’eau a plutôt tendance à polir la roche mais la découpe aussi (voir encadré « Entailler ou se laisser détourner ! »), ce qui peut conduire à créer des gorges étroites et profondes de type canyon (Fig. 37). Ailleurs, par déblaiements successifs, elle tend à aplanir les reliefs, enlevant la matière des points hauts pour la transporter puis l’étaler dans les points bas. L’eau sous forme liquide a donc globalement pour effet majeur une atténuation des reliefs, même si localement, elle peut aussi ouvrir de profondes vallées qui sont autant de « reliefs en creux » : ainsi les gorges de la Meuse à travers les Ardennes ou celles du Verdon à travers les Préalpes de Castellane. Entailler ou se laisser détourner ! Pourquoi la Meuse a-t-elle pu entailler un massif aussi dur que les Ardennes, alors que l’ancienne Loire (alors affluente de la Seine) s’est laissée détourner par un modeste bombement de roches tendres entre Étampes et Orléans ? Le massif des Ardennes doit une partie de son charme à l’ample vallée de la Meuse. Ce fleuve tranquille serpente paresseusement au travers du massif forestier, conférant au paysage son ambiance très reposante. Le parcours du ruban d’eau ressemble beaucoup à celui d’un autre fleuve bien connu dans la capitale : la Seine. En effet les boucles dessinées dans la région de Monthermé par la Meuse, et celles de la Seine entre Paris et Rouen sont en tous points comparables. Cette similitude surprend, car, si on comprend que la Seine puisse divaguer tranquillement au creux du Bassin parisien, l’explication est moins évidente pour la Meuse qui se déplace au milieu d’un massif montagneux. Il y a quelque 320 millions d’années, s’élevait là un véritable Himalaya. Et puis, comme tout s’érode, cette chaîne a été nivelée en quelque 50 millions d’années. Les fiers reliefs étaient devenus plats comme une galette, tant et si bien nivelés que la mer s’est progressivement installée, et ce, jusqu’à il y a 20 ou 30 millions d’années. Quand ce territoire fut de nouveau émergé, il fut parcouru par un fleuve qui y prit ses aises en serpentant, développant librement ses méandres. Et puis, contrecoup de mouvements tectoniques lointains, la région s’est très doucement élevée. Alors, les eaux se sont enfoncées dans leur lit, tout doucement. Le soulèvement de la région et l’accroissement du relief étaient si lents que les eaux avaient le temps de les compenser par leur vitesse d’incision. Le résultat est que le fleuve a réussi à creuser une vallée de quelques centaines de mètres de profondeur à travers des roches aussi dures que les quartzites (Fig. 38). Faut-il en conclure que les fleuves s’adaptent toujours aux augmentations de relief en creusant ? Surtout pas ! On le constate avec la Loire. › 46

© P. De Wever

3.Les agents du relief

Fig. 38 • La Meuse à Monthermé (Ardennes). La ville est installée principalement sur une des boucles que le Meuse dessine à cet endroit. Le fleuve a entaillé la roche sur plus de 250 mètres pratiquement sans changer son parcours.

Le plus grand fleuve actuel de France a longtemps été encore plus important qu’aujourd’hui car la Loire et la Seine ne faisaient autrefois qu’un seul fleuve qui se jetait dans la Manche. Cette configuration aurait pu se poursuivre si le relief n’avait changé, très peu, mais rapidement (à l’échelle géologique). En effet, au début du Quaternaire*, un bombement est intervenu sur un axe qui passe au sud d’Étampes, entre Gien (sur la Loire) et Montargis (sur le Loing). Comme l’eau ne sait pas remonter des pentes, le cours de la Loire a obliqué vers l’ouest pour prendre la géométrie qu’on lui connaît aujourd’hui, formant sur les cartes un coude caractéristique à la latitude d’Orléans. Paradoxal, ce changement ? La Meuse entaille des centaines de mètres de roches extrêmement dures en gardant son cours sinueux, alors que la Loire ne réussit même pas à décaper quelques mètres de sable et d’argile, de la guimauve par rapport à la dureté des roches ardennaises. Pourquoi cet échec ? La réponse est le temps, ou plus précisément la vitesse. En effet, les Ardennes se sont élevées mais très lentement (plusieurs millions d’années), de telle sorte que le cours d’eau avait alors le temps de s’enfoncer sur place en découpant les roches. Au contraire, l’infime bombement survenu entre Paris et Orléans s’est effectué en seulement quelques centaines de milliers d’années, faisant ainsi barrage au cours d’eau qui n’a pas eu d’autre possibilité que de se détourner, sans pouvoir exercer sa capacité de découpe. D’où le changement d’itinéraire. La nature dispose d’un temps très long que l’humain néglige bien souvent, or c’est ce temps qui permet d’expliquer des phénomènes qui autrement seraient incompréhensibles. 47

Le relief de la terre

Gaz (dont le CO2)

© C. Giusti

Les gaz sont aussi des composés chimiques, ils interfèrent donc avec la nature chimique des roches même si celles-ci, bien cristallisées, assez stables, résistent bien. Parmi ces gaz, l’eau vapeur intervient bien entendu, jouant un rôle dans l’humectation des surfaces rocheuses, un des préalables à l’altération (les pierres tombales anciennes portent les marques de cette usure discrète). Un autre exemple classique est celui des embruns chargés de sel, qui façonnent les roches granitiques en Corse (les « taffonis »). Nous traiterons ici seulement d’un seul gaz, le CO2, sur deux types de roches d’origine très différente : le calcaire, issu de l’activité biologique, et le basalte, issu des entrailles de la Terre. Le gaz carbonique (dioxyde de carbone) quand il est associé à l’eau constitue un acide (acide carbonique) qui, comme tous les acides, dissout le calcaire. Celui-ci prend alors un aspect corrodé comme on peut le voir sur des monuments (Fig. 39). À une autre échelle, le calcaire dissout forme des poches, des cavités souterraines et jusqu’à un réseau parfois très important ; ce système de formes et de modelés* porte un nom dérivé du lieu où il fut initialement décrit en Slovénie : le karst. Aussi parle-t-on de relief karstique (Fig. 36). En France, le gouffre de ­Padirac (Quercy, Lot) est un exemple très connu avec un réseau souterrain développé sur plus de 40 km, l’aven Armand (causse Méjan, Lozère) étant quant à lui réputé pour la beauté de sa forêt de 400 stalagmites.

Fig. 39 • Le mausolée romain de Lanuéjols (Lozère), près de Mende. Les pierres calcaires, en grand appareil, portent des marques d’usure et de dissolution. 48

3.Les agents du relief

Le gaz carbonique agit aussi sur des minéraux (silicates) formés à très grande profondeur que l’on retrouve dans des laves par exemple, tels que des olivines (d’une jolie couleur vert jaunâtre) ou des pyroxènes (vert bronze, sombre) ou des feldspaths (blancs jaunâtres ou roses). Leur altération produit des argiles facilement lessivables. Ce processus est si efficace qu’il représente une consommation importante du CO2 de l’air et le fait donc diminuer. Il est si important qu’il est un facteur non négligeable de l’autorégulation climatique. En effet, une augmentation de CO2 dans l’air joue en faveur d’un accroissement de la température du climat par effet de serre. Mais alors l’altération est bien plus efficace sur les silicates qui consomment du CO2, ce qui conduit à un effet de serre moindre et joue en faveur d’une diminution de la température du climat.

Température Plus que la température en elle-même, ce sont ses variations qui jouent un rôle sur les reliefs. En effet les changements de température sont associés à des dilatations ou rétractions des roches, et les modifications brutales induisent des fracturations de la roche qui permettent une plus forte altération et la fragilisent, la rendant alors plus érodable. Les roches constituées de grains de couleurs différentes, comme les granites, qui comprennent des cristaux de quartz (blancs à transparents), des feldspaths (blancs) ou des micas noirs, sont davantage sensibles aux variations de températures. En effet, les minéraux sombres ou clairs emmagasinent différemment la chaleur, leur dilation varie d’autant, ce qui finit par créer des fissurations entre les minéraux dans lesquelles l’eau s’introduit par capillarité et facilite dès lors le phénomène d’altération. L’érosion mécanique liée aux variations de température autour du 0° est d’autant plus efficace qu’elle associe l’eau, par exemple lors de la gélifraction, avec des alternances de gel et de dégel, car la glace plus volumineuse que l’eau liquide dans les fissures, fracture la roche lors du gel, les fragments devenant libres lors du dégel (le ciment de glace fond). L’érosion chimique est favorisée dans les régions tropicales chaudes et humides car la teneur de l’air en vapeur d’eau est fonction de la température : plus l’air est chaud, plus il peut se charger d’humidité et plus les réactions chimiques sont actives.

Vent Le vent, qui est un déplacement d’air, est comme les rivières et les glaciers un facteur du relief : il arrache, transporte et dépose. En effet, dès que le vent atteint une certaine vitesse, il transporte des grains en 49

Le relief de la terre

© Larrousiney CC SA

suspension qui, à leur tour, exercent une force abrasive. Les vents sont d’autant plus efficaces que la surface terrestre est dénudée car dès que des forêts existent la végétation amortit sa vitesse d’une part, et amenuise la puissance érosive d’autre part. Outre son aspect abrasif, le vent transporte et accumule des sédiments. L’exemple le plus évident est celui de dunes. Certaines atteignent des altitudes importantes. En France, on connaît la dune du Pilat en Aquitaine (Fig. 40) ; les plus hautes, dans le désert de Namibie (Afrique du Sud), atteignent 300 mètres de haut.

Fig. 40 • La dune du Pilat (Gironde). La photo aérienne montre la forme dissymétrique de cette dune, pente douce vers le vent, pente raide du côté abrité, au-dessus de la forêt. La dune atteint plus de 120 m au-dessus du niveau marin.

Vie L’activité biologique affecte le relief à diverses échelles. En effet de nombreux organismes vivants (bactéries, lichens, vers, arbres, éléphants…) interagissent avec les roches et le paysage. Certaines activités fragilisent le substrat rocheux (perforation par des vers, fragmentation et dissolution par les racines…), d’autres le renforcent (racines qui retiennent les terres, bactéries encroûtantes ou récifs coralliens…). En général, en climat tempéré humide, l’activité biologique a tendance à adoucir le paysage (développement des sols, de l’herbe, des arbres, qui protègent de l’érosion, même s’ils augmentent l’altération) alors qu’en climat aride, les reliefs sont plus marqués par manque de sols et de couvert végétal (Fig. 41). 50

3.Les agents du relief

Falaise

Petits escarpements de roche résistante

Talus d’éboulis Pente Falaise

Fissure

Couverture de débris Versant en marches d’escalier

Glacis d’accumulation

Plaine rocailleuse Playa

Slump Présence d’un sol

Fig. 41 • Des reliefs vifs ou doux selon que la topographie est végétalisée ou non. Dans un climat tropical aride, à gauche, le modelé* du relief est à bords francs : la topographie dénuée de végétation est couverte de débris rocheux ou cailloutis plus ou moins grossiers, jusqu’à une zone d’épandage de débris plus fins, la playa, souvent blanchâtre à cause du sel accumulé. En climat tempéré humide, à droite, le modelé est adouci, plus en rondeurs (collines, vallon) qu’en angles aigus : les précipitations permettent le développement de la végétation qui ralentit le ruissellement. Sur les versants, seuls quelques escarpements de roche dure sont visibles dans le paysage (talus rocheux), ou des loupes de glissement (slump) sur les niveaux argileux, tandis que « en bas coule une rivière… »

La fracturation par les racines est tellement efficace qu’elle fut appliquée au Moyen-Âge par les moines défricheurs. Ils coupaient les arbres et arbustes des sols rocheux puis plantaient la vigne, et contrairement à ce que l’on pourrait penser immédiatement, c’était plus pour fracturer la roche et l’ameublir, que pour produire du vin. Cette technique est d’ailleurs utilisée de temps immémorial sur les flancs de l’Etna, car sur les coulées de lave récentes on y plantait d’abord des genêts, aux racines très puissantes mais peu profondes, puis de la vigne aux racines bien plus profondes, puis in fine le safran, ce qui a donné le nom d’une bourgade : Zafferana. Pourquoi le Mont-Saint-Michel n’est-il pas une montagne ? Dans la baie du Mont-Saint-Michel se déposent environ 15 cm de sédiment, la tangue, lors d’une seule marée (Fig. 42). À raison de deux marées par jour, c’est un tiers de mètre par jour qui se dépose soit plus de 100 mètres par an… et pourtant, paradoxalement, le Mont est là depuis des siècles à jouer les pieds dans l’eau depuis l’époque celtique où des rites dédiés à Bélénos avaient lieu sur l’île de Tombelaine. Quelle est l’explication ? ›

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Le relief de la terre

© C. Giusti

En fait, le dépôt sédimentaire est certes très important, mais ce que quelques marées ont pu apporter, une grande marée, ou une tempête, peuvent le décaper en une seule fois. Le processus de sédimentation n’est pas linéaire, il n’est aucunement un ajout continuel de boues  : il y a des absences de sédimentation (hiatus de sédimentation) et, surtout, des périodes érosives (lacunes) qui peuvent enlever en une seule marée 2 à 3 mètres de sédiments, l’équivalent d’une dizaine de jours d’accumulation de tangue. La vitesse moyenne d’accumulation de sédiment ne correspond donc à aucune réalité. Certaines sectes créationnistes d’ailleurs ne se privent pas d’utiliser cet argument pour nier que l’empilement vertical des couches corresponde à du temps, puisqu’en négligeant remaniements et hiatus on obtient des chiffres absurdes. Chaque couche s’est donc déposée pendant une certaine durée, pas nécessairement la même pour chacune d’elles. La superposition de couches, même semblables en apparence, représente un empilement de tranches de temps hétérogènes. Un phénomène continu quant à sa dynamique peut alors apparaître discontinu quant à son enregistrement, avec des variations brutales si une tranche de temps importante n’a pas été enregistrée. Comprendre la nature passe par des mesures mais il importe de replacer toute mesure dans un contexte général, de confronter la modélisation à la réalité.

Fig. 42 • Le Mont-Saint-Michel vu de Tombelaine (Manche). La photo, prise à marée basse, laisse apparaître le sédiment fin, la tangue.

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4

Les morphologies du relief : modelés* et formes

Le relief est marqué à l’échelle globale par des dénivelés principalement d’origine tectonique (chaînes de montagnes subaériennes, dorsales sous-marines, fosses océaniques, rifts continentaux, volcans). Mais, au niveau des paysages, aux échelles régionales et locales qu’embrasse tout regard humain, les formes du relief répondent à un certain nombre d’autres facteurs tels que le climat (système d’érosion), le type de roches (lithologie) et la structure des couches géologiques (tectonique).

Morphologies climatiques Le sujet est vaste, nous avons choisi de ne traiter que deux aspects, en limitant le propos à quelques objets parmi les plus connus (dune, vallée glaciaire). Une même forme du relief (par exemple un plateau précédé de buttes) peut présenter un modelé* différent selon le système d’érosion morpho-climatique. En règle générale, les formes sont plutôt des objets de grande dimension et les modelés concernent plutôt des objets de petite dimension. Sur le terrain, la distinction n’est pas toujours simple, et la limite entre un macro-modelé et un micro-relief reste parfois délicate : la dune ou l’auge sont des formes, mais les rides de vent ou les stries glaciaires sont des modelés.

Morphologie désertique Dans les déserts, marqués par une aridité plus ou moins extrême, le modelé* résulte des variations thermiques, de l’action du vent, de la durée et de l’intensité des épisodes pluvieux, et les reliefs ont tendance à posséder des arêtes assez vives, on pourrait presque dire marquées du double sceau de la verticalité et de l’horizontalité dans le cas des iconiques paysages de l’Ouest américain (Fig. 43). A contrario, lorsque le vent agit sur des stocks sableux, les paysages dunaires offrent des géométries de douceur aux formes molles (Fig. 44), presque fluides : un pas n’y reste marqué que par une trace évanescente. 53

Le relief de la terre

© Thom Quine CC-BY 2.0

© P. De Wever

Fig. 43 • Panorama de Monument Valley. Ce paysage du désert d’Arizona-Utah est célèbre, car depuis John Ford on le retrouve dans de nombreux westerns. Son nom est dû aux formes du relief qui donnent l’impression de « monuments » construits dans une plaine, le modelé* désertique mettant en valeur les particularités de la géologie : stratigraphie colorée, lithologie contrastée, couches quasi horizontales.

Fig. 44 • Dunes de sable au Maroc (Merzouga). Le paysage illustre le modelé* éolien des formes douces et fluides des dunes de sable.

Dans les déserts, les dunes de sable prennent des formes variées, depuis la dune isolée jusqu’au système dunaire de grande dimension (erg). La géométrie la plus courante est en forme de croissant, ou demilune, appelée barkhane (Fig. 45). Formées par des vents qui soufflent toujours dans la même direction, elles sont en général plus larges que longues. La partie face au vent est convexe, en pente douce (une dizaine de degrés) alors que la partie à l’abri du vent est concave et plus raide (une trentaine de degrés). Les « cornes » des barkhanes adoptent un profil plus symétrique. Leur partie antérieure est le côté concave, car 54

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© P. De Wever

les extrémités effilées de la dune se déplacent plus rapidement que leur centre. Les croissants dunaires peuvent atteindre généralement de l’ordre de 400 m de long et 30 m de hauteur.

Fig. 45 • Une barkhane de la région de Merzouga (Maroc). Le vent vient de la droite (ouest), la pente y est douce.

La vitesse de déplacement des barkhanes est de l’ordre de 50  mètres par an. Lorsque différentes barkhanes s’associent, on obtient une structure en dunes transversales dont les lignes de crêtes s’orientent perpendiculairement au vent dominant et semblent dessiner à l’échelle régionale une houle figée. Des barkhanes ont été observées à la surface de la planète Mars. À l’échelle de quelques centimètres, se surimposent à la surface de petites rides de même orientation (ripplemarks des géologues), analogues à celles que l’on peut trouver sur les plages sous l’action des courants marins. Il arrive aussi que les cornes des barkhanes, freinées dans leur déplacement par un relief ou par la végétation, avancent moins rapidement que la partie centrale, dans laquelle l’effet du vent va jouer au maximum. Il en résulte des « barkhanes inversées », appelées dunes paraboliques. Les dunes en parabole sont caractéristiques des déserts côtiers, où le vent souffle dans une seule direction dominante. Elles sont un peu l’opposé des barkhanes. Comme d’autres phénomènes peuvent modifier la forme générale, il s’ensuit toute une variété de dunes illustrées sur la figure, par exemple les dunes transversales à crêtes rectilignes (Fig. 46). 55

Le relief de la terre

1

2

Vent

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4

Fig. 46 • Principaux types de dunes éoliennes. (1) Barkhanes. (2) Dunes paraboliques. (3) Dunes transversales à crêtes rectilignes. (4) Dunes d’interférence.

Quant aux dunes d’interférence, elles ont plusieurs côtés dont les crêtes partent du sommet. Elles se forment dans les régions où les vents sont multidirectionnels et sont assez caractéristiques du Sahara oriental (Fig. 45).

Morphologie glaciaire L’eau liquide transporte et découpe les roches (voir chapitre  2, encadré « Les roches sciées par l’eau ») et il en est de même pour l’eau solide, mais les rythmes, les processus et les traces sont différents. L’eau liquide a tendance à polir les roches à l’échelle millimétrique et métrique, mais les rivières ont tendance à entailler des vallées en forme de V. Les glaciers sont surtout abrasifs par l’action de la glace et d’éléments fins (sables, « farine » glaciaire), qui polissent la roche jusqu’à lui donner un poli caractéristique. Mais les éléments rocheux durs transportés par la glace et enchâssés à la base du glacier donnent aussi des traces qui sont plutôt celles de griffes : des stries, plus ou moins profondes, centimétriques, même si à l’échelle métrique ou décamétrique les roches abrasées présentent un aspect émoussé (Fig. 47). 56

© Claude Bernhard

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

Fig. 47 • Stries glaciaires du glacier de Ferpècle (Valais, Suisse). En aval, la moraine* latérale du glacier de Ferpècle et du mont Miné (en gris au centre de la photo), quand ils se rejoignaient.

Les vallées dans lesquelles les glaciers de montagne se déplacent prennent la forme d’une auge : on parle de vallée en U (Fig. 48).

Vallée en V

Fig. 48 • Principaux types de vallées. Les vallées entaillées par une rivière sont aiguës, dites « en V », quand celles rabotées par un glacier sont plus ouvertes, dites « en auge » ou « en U ».

Un glacier est de l’eau solide issue d’une transformation de chutes de neige en glace. Comme tout solide, la glace possède une viscosité c’est-à-dire qu’elle se déforme et, de fait, un glacier s’écoule, pas très vite certes, mais tout de même à une vitesse de l’ordre de quelques centaines de mètres par an. Descendant de la montagne, le glacier finit par fondre et par abandonner alors l’essentiel de ses cailloux ou rochers (la charge solide) qu’il transportait. Ces éléments de toute taille (limons, sables, graviers, blocs), mélangés, s’accumulent pour former des moraines*. 57

Le relief de la terre

Quelques formes typiques des glaciers À côté des grandes formes typiques des glaciers, on distingue généralement tout un ensemble de morphologies plutôt liées aux glaciers continentaux (Fig. 49) : • Drumlin (du gaélique = colline) : moraine* de fond remodelée par le glacier, allongée dans le sens de l’écoulement et de forme hydrodynamique. • Esker : dépôt fluvio-glaciaire laissé par la rivière qui évacuait l’eau à la base du glacier. Ils sont donc généralement allongés dans le sens d’écoulement du glacier, mais peuvent avoir une direction davantage serpentiforme, selon le cours de la rivière sous-glaciaire. • Kames (mot d’origine écossaise) : les eaux de fonte circulant, soit dans des crevasses de la glace, soit au contact de la glace et de la paroi, y laissent des dépôts qui, une fois le glacier disparu, apparaîtront soit comme des collines de graviers (kames) soit, perchés sur les versants, comme des terrasses de kame. De nombreuses formations fluvio-glaciaires (sables et graviers) de ce type sont visibles dans la région de Thonon-les-Bains (Haute-Savoie). Il ne faut pas confondre kames et drumlins. • Kettle (= chaudron en anglais) : dépression laissée par la fonte d’un bloc de glace qui y avait été emprisonné, généralement dans une moraine. • Moraines* (du latin morena = digue de pierre) : constructions formées par les accumulations de sédiments glaciaires lorsqu’ils se présentent en masses suffisamment épaisses pour créer un relief ; leur forme est variable et indépendante de la surface sur laquelle elles ont été déposées. • Pingos (de l’inuit = colline) : ce sont des structures formées par l’accumulation de glace sous les sédiments, ils grossissent au cours des années. Généralement décimétriques, certains atteignent des centaines de mètres. Moraine latérale Front du glacier retraitant Esker

Champs de drumlins Kames

Moraine frontale Plaine d’épandage

Substrat rocheux Moraine de fond Kettles

Fig. 49 • Principales formes du modelé* du front d’un glacier (cas d’un glacier continental).

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4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© Ludovic Peron, CC BY SA

Les « blocs erratiques » sont des rochers abandonnés par les glaciers en cours de fonte. En effet, lorsque la glace fond, elle dépose sa charge solide. C’est ainsi qu’un glacier abandonne les blocs qu’il transportait, éléments de taille modeste (graviers ou cailloux) mais aussi de très gros blocs qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de tonnes. Ces éléments pluri-métriques restent visibles bien après le retrait du glacier et, gros comme des maisons, ces blocs semblent errer dans le paysage. Parce que leur composition n’a aucun rapport avec les roches du paysage environnant, ils ont été dénommés «  blocs erratiques ». On en connaît dans toute la périphérie de Fig. 50 • Bloc erratique*. l’arc alpin (vallées de Savoie, Bloc abandonné par les glaciers. Vallée d’Allinges (Haute-Savoie). jusqu’à Lyon) (Fig. 50).

Morphologies lithologiques La nature nous montre que, selon le type de roches, des paysages différents se forment. Les paysages du granite ne sont pas ceux du calcaire : il n’est pas nécessaire d’être géologue pour comprendre que si les rochers de Ploumanac’h (Côtes-d’Armor, Bretagne) offrent une beauté incontestable, celle-ci diffère fondamentalement de l’esthétique du bois de Païolive (Ardèche). Quant à la chaîne des Puys (Auvergne), la multiplicité des épisodes volcaniques explique la diversité des roches (pétrographie), mais aussi celle des formes (appareils).

Amas et chaos granitiques On a vu avec le processus d’altération (Fig. 33) comment des roches aussi massives et solides que les granites pouvaient s’altérer et donner des « boules » isolées en lieu et place d’un ensemble massif. Ces éléments globuleux sont parfois très ronds et empilés en amas aux allures chaotiques (Fig. 51), ou bien forment des blocs aux formes étranges auxquels les hommes s’amusent à donner des noms pittoresques basés sur une ressemblance forte ou vaguement évocatrice (Fig. 52). 59

© P. De Wever

Le relief de la terre

© P. Graviou

Fig. 51 • Le chaos granitique du massif de Montselgues (Ardèche). Les blocs arrondis semblent déversés en tas et former le sommet de la colline, alors qu’ils résultent de l’altération sur place du substrat rocheux granitique.

Fig. 52 • Rochers à la forme évocatrice d’animaux ou d’objets à Perros-Guirec (Côte de granite rose). Une otarie figée semble attendre un ballon (à droite), une bouteille géante semble s’être vidée (à gauche).

Reliefs des calcaires : formes et modelés* karstiques L’eau dissout assez facilement le calcaire, et ce, d’autant plus qu’elle est riche en gaz carbonique (dioxyde de carbone) dont elle s’est chargée soit en dissolvant celui de l’air, soit en percolant au travers des sols 60

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

riches en matière organique, ou (plus accessoirement) par l’émanation de gaz au-dessus de zones riches en hydrocarbures (l’activité microbienne dégage du CO2). Dans les zones tempérées où l’eau abonde sous forme liquide, se produisent alors sous terre des poches de dissolution, parfois énormes quand la masse calcaire est épaisse, formée de plusieurs strates empilées (Causses, Vercors). En surface, des reliefs assez caractéristiques sont identifiables dans la topographie. On connaît ainsi de petites dépressions arrondies, les dolines*, à fond argileux (argiles qui restent de la dissolution du calcaire) et, de ce fait, parfois occupées par de petites mares. Les dolines sont nombreuses et bien connues dans les Causses (Larzac, Méjan, Quercy). Ces dépressions forment parfois de très grandes plaines, dénommées poljé* d’après le Polje Ljubljana dans lequel est installée la capitale de la Slovénie. À l’échelle de l’affleurement, certains modelés* sont tout aussi caractéristiques : les lapiaz. Ces formes de détail sont généralement observées sur des entablements calcaires : la roche est crevassée de multiples gouttières ou même de profondes anfractuosités : ce ne sont pas des cassures de la roche mais des sillons de dissolution. La densité de ces sillons est parfois telle que la circulation pédestre y devient difficile, comme dans le lapiaz dolomitique du bois de Païolive en Ardèche ou l’étonnant Tsingy de Bemaraha à Madagascar (Fig. 53 et 54). Les vallées Résurgence Lapiaz Poljé

Doline

Canyon Aven Stalactite

Gouffre

Stalagmite Éboulis

Rivière souterraine

Fig. 53 • Formes et modelés* d’un relief karstique. 61

Le relief de la terre

© Gloumouth1 CC BY-SA 3.0

entaillées en gorge (Tarn, Dourbie), aux parois subverticales, sont parfois très profondes et forment localement de véritables canyons. Certaines ouvertures, peu larges en surface, donnent souvent accès à un vaste réseau de galeries souterraines le long desquelles tout un ensemble de structures de dissolution et de précipitation sont connues : les stalactites, stalagmites, colonnes, et autres draperies font la joie des touristes dans les grandes galeries ouvertes aux visiteurs. Certains gouffres qui communiquent avec la surface revêtent un caractère spectaculaire (voir Cenotes, « Morphologies catastrophiques » et « Mythes »).

Fig. 54 • Un méga-lapiaz tranchant : le Tsingy de Bemaraha (Madagascar). Ce site exceptionnel est inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO.

Reliefs volcaniques Les régions volcaniques offrent des reliefs assez caractéristiques, dans la morphologie desquels interviennent des facteurs autres que les types de roches, comme le dynamisme des éruptions, les types d’appareils, ou l’état de conservation. Les géométries les plus typiques sont évidemment celles des emblématiques cônes et dômes volcaniques, parfois alignés, tels que les appareils des bords de la Limagne dans la chaîne des Puys (Fig. 55). 62

© D.R

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

Fig. 55 • Cônes et dôme de la chaîne des Puys (Auvergne). Vue vers le sud montrant plusieurs cratères alignés et, à l’arrière-plan, le dôme du « puy de Dôme » qui culmine à 1 465 mètres et porte une antenne-relais pour la télévision. © P. De Wever

Certains de ces reliefs sont tellement remarquables qu’ils sont porteurs de nombreux mythes, comme l’Etna, le Fuji ou encore Devil’s Tower dans le Wyoming (Fig.  91) (voir chapitre 6, « Mythes »). Les reliefs de cônes sont des constructions récentes mais fragiles car constituées de cendres. D’autres formes résultent de la structuration d’anciens appareils en roches alternativement tendres et résistantes qui, soumises à l’érosion, voient leurs parties dures mises en saillie. Des exemples simples sont visibles par exemple au Puy-enVelay, où les « aiguilles » (rocher Corneille et piton Saint-Michel) sont en fait d’anciennes cheminées volcaniques (necks) (Fig. 56). Quand des laves fluides s’écoulent d’un volcan, elles

Fig. 56 • Piton et chapelle de SaintMichel-d’Aiguilhe, au Puy-en-Velay (Haute-Loire). Les aiguilles du Puy-en-Velay sont de fait des restes de cheminées volcaniques. 63

Le relief de la terre

© C. Giusti

empruntent le fond des vallées. Coulée En refroidissant, elles figent, de lave durcissent et deviennent généralement plus dures que les terrains encaissants des versants de vallées au fond desquelles elles se sont écoulées. Quand l’éroCoulée de lave sion différentielle fait son œuvre, les terrains qui constituent la vallée sont donc emmenés, sauf la lave qui, plus dure, résiste. Il arrive parfois que le fond de la vallée, protégé par la chape de Fig. 57 • Inversion de relief. laves, résiste si bien qu’il finit Une coulée de lave a occupé le fond de par se retrouver en relief dans le la vallée. Avec le temps, l’érosion difpaysage (Fig. 57). On a alors un férentielle fait son œuvre et, déblayant les terrains tendres, met en relief la lave relief inversé*, tel qu’on peut en plus résistante. voir par exemple au sud de Clermont-Ferrand (Fig. 58) ainsi que dans la région de Lodève (Hérault), où les « basaltes des plateaux » sont perchés sur les formations rouges argilo-gréseuses ravinées par l’érosion.

Fig. 58 • Coulées perchées au nord de Massiac (Cantal). La vallée actuelle de l’Alagnon, boisée, est dominée par l’éperon Saint-Victor (à l’arrière-plan), et le plateau de Chalet avec sa chapelle Sainte-Madeleine (premier plan), tous sont des coulées de lave.

Ailleurs, ce sont les seules parties résistantes de l’appareil volcanique que l’on retrouve sous forme de filons (appelés « dyke » ou « sills » selon qu’ils sont transverses aux couches ou parallèles à elles). Certains filons 64

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

forment parfois de véritables murs naturels (Fig. 59), alors que les cheminées forment quant à elles des pitons, appelés « necks » (Fig. 60) – cas des « aiguilles » du Puy-en-Velay et de la butte de Polignac. Cheminée volcanique

Filon entre couches

Filon vertical

Fig. 60 • Filon volcanique et neck du bassin de Lodève, près du lac de Salagou (Hérault). Le mur naturel au premier plan est en fait un filon de magma figé (on voit d’ailleurs son débit en colonnes perpendiculaires au refroidissement) qui avait percé les couches rouges de sédiments déposés il y a un peu moins de 300  millions d’années (Permien). La direction du dyke oblique ensuite vers le sommet de la colline à l’arrière-plan où se trouve le neck volcanique (reste de la cheminée) qui se détache sur l’horizon et forme le sommet de la colline.

© P. De Wever

Fig. 59 • Schéma des reliefs associés aux principaux types d’intrusions magmatiques : dyke (filon vertical), sill (filon-couche) et neck (cheminée). Certaines remontées de magma traversent les couches à la perpendiculaire ou parfois s’insèrent entre deux couches.

65

Le relief de la terre

Morphologies tectoniques

© Google Earth.

© Google Earth.

De fortes relations existent entre les formes du relief et la structure tectonique des terrains. Dans les régions peu déformées comme le Bassin de Paris, les structures sont peu marquées, mais visibles sur de très grandes distances et de très haut : ainsi, dans la partie orientale du bassin, de vastes auréoles concentriques sont visibles de satellite. Ces reliefs dits de « cuesta » (ou reliefs de côte) se suivent sur plus de 400 km (Fig. 61-A). Un dispositif similaire s’observe au centre de la plaque arabique où, en climat hyper­ aride, l’absence de végétation rend le paysage de cuesta encore plus évident (Fig. 61-B).

66

Fig. 61 • Vue satellite du Bassin de Paris et de la plateforme arabique. A. Les auréoles de l’Est du Bassin de Paris se distinguent encore clairement à plus de 750 km d’altitude, formant un paysage de cuestas typique des bassins sédimentaires. B. Au centre de l’Arabie, un paysage similaire s’observe, mais dénué de végétation.

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

La structure actuelle en pile d’assiettes du Bassin de Paris fait ressortir les niveaux les plus résistants qui forment de longs escarpements arqués, ou cuestas, bien visibles dans l’Est du bassin (Fig. 62). Beaucoup de ces « côtes » ont d’ailleurs été le lieu de terribles combats pendant les guerres, notamment la Première Guerre mondiale (dans la Meuse, en Argonne, ou en Champagne). Ouest Normandie

Est Île-de-France

Champagne

Lorraine

Romilly-sur-Seine Argentan

Dreux

Paris

Coulommes

Montier-en-Der Neufchâteau

Socle 1 km

100 km

Tertiaire

Jurassique inférieur

Crétacé supérieur

Trias

Crétacé inférieur

Permien

Jurassique moyen et supérieur

Carbonifère

Fig. 62 • Coupe géologique simplifiée du Bassin de Paris. Les terrains sédimentaires comportant des alternances de niveaux résistants (calcaires, souvent récifaux) et tendres (argiles ou marnes) permettent aux couches les plus dures de ressortir en relief dans le paysage sous forme de cuestas. Lorsque le pendage des couches se rapproche de l’horizontale, les cuestas passent à des reliefs de plateforme typiques des parties centrales du Bassin de Paris (Beauce, Hurepoix).

Dans les zones très plissées, le relief reflète parfois fidèlement la structure, aussi parle-t-on de relief conforme  : les points hauts de la structure (les anticlinaux) sont en saillie (les points hauts topographiques) et les points bas de la structure (les synclinaux) sont les points bas de la topographie. Cette structure est visible dans le Jura, on parle de relief jurassien (Fig. 63). Quand l’érosion est plus poussée, on peut arriver à une inversion du relief : les points bas de la structure (synclinaux) deviennent les points hauts du relief, on parle de « synclinal perché », et les points hauts de la structure sont transformés en points bas de la topographie, les combes (Fig. 64). Cette situation est réalisée dans deux massifs subalpins entre Grenoble et Chambéry : la Chartreuse et les Bauges. On parle de relief « subalpin ». 67

Le relief de la terre

Mont

Ruz

Cluse

Combe Val

A n t i c l i na

An t

l

Sy

Crêt

Sync

n c li n a l

iclinal Faill

e

li n a l

Miocène

Jurassique moyen

Crétacé

Lias

Jurassique supérieur

Trias

Fig. 63 • Formes types d’un relief jurassien conforme. Les anticlinaux donnent des monts, les synclinaux des vaux. La cluse* est une vallée perpendiculaire aux plis. La dépression axiale (combe) ouverte dans l’axe du mont au centre de la figure marque le début d’une inversion de relief.

W

Synclinal de Trélod Synclinal de Entrevernes

Synclinal de Pécloz

E Synclinal de Tamié

Sambuy

Semnoz

Belledone Albertville

Alby

cristallin

Le Chatelard

~10 km

Tertiaire Crétacé supérieur Crétacé inférieur

Jurassique supérieur Jurassique moyen

Fig. 64 • Formes types d’une inversion de relief ou profil subalpin : coupe du massif des Bauges. L’érosion ayant entamé de puissantes séries argilo-marneuses (vert foncé), les calcaires plus résistants (orange) sont en saillie. Les synclinaux de Trélod et de Pécloz apparaissent comme « perchés » par rapport à la profonde vallée anticlinale qui les sépare, et qui résulte de l’exagération d’une dépression (combe).

Quand l’érosion a poussé son œuvre jusqu’au nivellement général du relief, une région peut être rendue très plane : on a alors une plaine d’érosion, presque horizontale, accidentée çà et là de modestes chicots résiduels. Néanmoins, si l’érosion reprenait dans les parties tendres du 68

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

dispositif, les parties dures ressortiraient en saillie comme on le voit dans les Appalaches, d’où le nom de relief appalachien (Fig. 65-66). Selon le degré d’érosion de plus en plus prononcé, on passe ainsi d’un relief conforme (ou jurassien), à un relief inverse (ou subalpin), puis à une plaine d’érosion (quand tout est quasi plat5), et enfin à un relief appalachien en cas de reprise d’érosion et de creusement des parties tendres.

Anticlinal Synclinal

© NASA

Fig. 65 • Relief appalachien. Relief de barres en roches dures, coupées de cluses* avec une boucle de crêts, comme le montrent les « épingles à cheveu » de la photo aérienne (Fig. 66), plus aiguës que sur le schéma.

Fig. 66 • Relief appalachien, vu de satellite. La rivière Susquehanna recoupe en cluse* les plis des Appalaches (Pennsylvanie, États-Unis), les plis étant plus aigus que sur le schéma, les « terminaisons » sont plus anguleuses. 5. C’est pourquoi « pénéplaine » (presque plat) ne convient pas. Ce concept daté doit être abandonné.

69

Le relief de la terre

1000

Montagne Sainte Victoire

Crétacé

mètres

N

Tertiaire

Certaines structures plissées conduisent au déplacement de grandes masses de roches qui chevauchent les terrains avoisinants. Ces volumineuses masses déplacées, appelées nappes de charriage, présentent souvent à leur front un grand escarpement, d’autant plus visible que la masse chevauchante est constituée de roches plus dures que celles de la masse chevauchée. Ces reliefs impressionnants sont d’ailleurs des sources d’inspiration inépuisables pour les peintres. La montagne Sainte-Victoire, qui a tant inspiré Paul Cézanne (voir chapitre 6), en est une magnifique illustration (Fig. 67). Conglomérats

S

Eocène : calcaires Danien supérieur : argiles rouges, calcaires Danien : brèche (système de cône alluvial)

Campanien supérieur-Maastrichtien : argiles rouges Campanien moyen : brèches (cône alluvial) Campanien inférieur : argiles, calcaires Berriasien-Hauterivien : calcaire et pélites Jurassique supérieur : calcaires

750

Oppidum

Plateau de Cengle

500

© C. Kinger CC-SA-3.0

250

Fig. 67 • Le chevauchement de la montagne Sainte-Victoire à l’est d’Aix-enProvence (Bouches-du-Rhône). Cette vue, vers l’est, montre le chevauchement de la montagne Sainte-Victoire vers le sud : la barre calcaire est un escarpement de front de chevauchement.

Les cassures de l’écorce terrestre (les failles), surtout quand elles sont verticales, donnent parfois naissance à des reliefs très importants. Il en est de même quand certaines couches dures sont redressées à la verticale : elles forment alors de véritables murailles, ou barres. Les « den70

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© Otbeaumes CC BY 2.0

telles de Montmirail » par exemple sont des couches verticales qui forment un relief de plus de 200 m de haut visible à l’est de Gigondas sur plus d’un kilomètre de long (Fig. 68-69).

© Philip Larson CC BY SA 2.0

Fig. 68 • Dentelles de Montmirail en hiver sous les rayons solaires faisant office de projecteurs. Ces falaises correspondent à des couches de calcaire du Jurassique supérieur redressées à la verticale. Les deux barres verticales sont bien visibles dans le paysage. Les vignes du premier plan sont celles de Gigondas et Beaumes-de-Venise (Vaucluse).

Fig. 69 • Dentelles de Montmirail (Vaucluse). Vues des couches sur la tranche : dans la brume, les parois subverticales de la barre impressionnent. La consommation du relief va de la contemplation esthétique du paysage (« dentelle » de pierre) à l’escalade sportive des faces et des arêtes rocheuses. 71

Le relief de la terre

 orphologies catastrophiques : M formes et modelés* accidentels La Terre s’est formée par accumulations de poussières, puis de blocs, puis de toutes petites planètes. Bref, elle s’est formée par agrégation de météorites minuscules, petites et grosses. Des météorites tombent encore quotidiennement, même à la surface de notre planète, mais elles sont généralement si petites que l’on ne s’en aperçoit pas, sauf quand l’une d’elles, plus grosse – voire colossale – frappe la Terre. Dans ce cas, des traces, des cicatrices resteront visibles sous forme de grandes dépressions jusqu’à ce que l’érosion en efface l’empreinte. De tels cratères d’impacts (aussi appelés « astroblèmes ») sont davantage visibles sur la Lune ou sur Mars, car ces planètes sont « mortes », c’està-dire qu’il n’y a plus d’échange de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur, et qu’il n’y a pas d’eau à l’état liquide qui gomme les aspérités. En Europe, le cratère le plus connu est le cratère du Ries, d’une vingtaine de kilomètres de diamètre, en Bavière (Allemagne), formé il y a 15 millions d’années, mais le plus célèbre est le Meteor Crater en Arizona (États-Unis d’Amérique), formé lors de la chute d’une météorite il y a 50 000 ans (Fig. 70). Son diamètre est d’environ 1,3 km et sa profondeur de 150 m. Il est donc bien plus petit que le précédent, mais, plus récent, il est donc moins dégradé, d’autant qu’il se situe dans une zone désertique, ce qui limite l’essor du couvert végétal et le préserve de certaines formes d’érosion. Meteor Crater est connu parce qu’il est très bien conservé, parfaitement visible, mais aussi parce qu’il a même été utilisé par la NASA pour entraîner ses astronautes avant d’aller sur

© Steve Jurvetson CC-BY-SA 2.

Fig. 70 • Vues verticale et oblique du Meteor Crater (Arizona). En une fraction de seconde, 150 millions de tonnes de roches pulvérisées ont été projetées en l’air, formant un cratère de plus d’un kilomètre de diamètre. La surface mamelonnée qui environne le cratère résulte des roches éjectées lors de l’impact. À gauche, vue à la verticale, © NASA domaine public ; à droite, vue oblique laissant voir les bords relevés, 72

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© Paulo Raquec

© D.R.

la Lune, puis tester des petits robots pour d’autres expéditions extraterrestres. L’énergie dégagée lors de l’impact fut celle de 150 bombes d’Hiroshima (équivalent de 2  500  millions de tonnes de TNT)  ; 150 millions de tonnes de roches ont alors été éjectées et se sont étalées sur 260 km². Ailleurs, ce sont des effondrements, généralement dus à la dissolution souterraine, qui provoquent de grandes cavités (Fig. 71-72). Certaines cavités très profondes ont longtemps été dotées de pouvoirs un peu mystérieux tels les cénotes, Fig. 71 • Effondrements sous forme de puits profonds gouffres connus au dus à la dissolution du sel en profondeur. Mexique, notamment dans Plus de 4 000 puits se sont formés de la sorte la province du Yucatan (voir au bord de la mer Morte. Ils mesurent générachapitre 6, « Mythes »). Ces lement une quarantaine de mètres de diamètre puits font souvent plusieurs pour deux à trois dizaines de mètres de profondizaines de mètres de pro- deur. Leur dangerosité est liée au fait qu’ils se fondeur, et le plus profond forment soudainement, sans signe annonciateur.

Fig. 72 • – Effondrement catastrophique à Guatemala-City en juin 2010 (Guatemala). Après les pluies diluviennes apportées par la tempête tropicale Agatha, un trou circulaire de 20 mètres de diamètre et de plusieurs dizaines de mètres de profondeur s’est brutalement formé sous l’effet de phénomènes de dissolution karstique de type fontis, engloutissant un immeuble – vide ! – de trois étages. 73

dépasse les 300 mètres, au Nord-Est du Mexique. De tels gouffres existent ailleurs en Indonésie, en Afrique du sud, au Brésil… En Europe le Pozzo del Merro (Italie) et le Hranickapropastcs (République tchèque) voisinent les 400 mètres de profondeur. En France, un tel cénote est connu dans l’Aude, le « Gouffre de l’œil doux », où l’eau saumâtre atteste d’une communication avec la mer (distante de moins de 2 km). Dans les régions froides, certains cratères se forment

par explosion. Ces ­éclatements résultent d’une relâche soudaine de gaz (méthane) lié au réchauffement des pergélisols* (sols gelés en permanence). On en connaît plusieurs en Sibérie (péninsule de Yamal) (Fig. 73), qui atteignent quelques dizaines de mètres de diamètre pour une dizaine de mètres de profondeur a minima, car se produisant dans des zones relativement meubles, boueuses, où le trou initialement plus profond a donc tendance à se combler très vite.

© V. Bogoyavlensky

Le relief de la terre

Fig. 73 • – Cratère de dégazage naturel dans la péninsule de Yamal, Sibérie. La forme du parapet suggère une explosion souterraine provoquée par la libération brutale de gaz.

Morphologies d’origine humaine Le relief a longtemps été lié à l’évolution de phénomènes naturels mais depuis que les humains sont devenus des acteurs importants sur Terre, par leur nombre (plus de 7 milliards) et la puissance de leurs moyens techniques, l’influence de l’Homme et de ses activités représente un facteur non négligeable, dont l’impact est visible sous diverses formes. Au titre des reliefs construits, les plus emblématiques sont probablement les terrils, éléments clés des paysages culturels comme ceux du bassin minier du Nord et du Pas-de-Calais, inscrits au patrimoine de l’UNESCO. Les polders des Flandres et des Pays-Bas, terres sans grand relief gagnées sur la mer à l’abri de digues, entrent dans cette catégorie des paysages culturels. Dans un autre genre, certaines topographies (naturelles à l’origine) peuvent avoir été remodelées en terrain de golf par un façonnage qui nécessite souvent des mètres cubes de terre. L’exiguïté des plaines naturelles a poussé les Japonais à construire sur la mer des îles artificielles pour leurs usines ; à Monaco, à Dubaï ou Abou Dhabi, des terre-pleins de même nature sont hérissés de hautes tours. Les collines de déchets sont de toutes les civilisations, depuis le Monte Testaccio de la Rome antique et la butte coquillière de Saint-Michel-en-l’Herm (Vendée), jusqu’à la butte d’Élancourt (231 m) dans les Yvelines : le point culminant de la région Île-de-France est en effet une colline artificielle en partie 74

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© Google Earth

construite avec les déblais de construction de Saint-Quentin-en-Yvelines. Les buttes de Rosne (Val-d’Oise), le plus haut sommet naturel, n’atteignent que 216 m. L’un des plus fameux reliefs en creux d’origine humaine est le Big Hole de Kimberley, en Afrique du Sud. Il couvre 17 ha de surface et atteint 463 m de profondeur. Ce trou fut creusé par 50 000 mineurs, à la recherche de diamants, de 1871 à 1914. Il existe d’autres mines gigantesques à ciel ouvert, la plus grande du monde étant la mine de cuivre de Bingham Canyon (Utah, États-Unis) qui fait près de 8 km² en surface et qui s’enfonce à plus de 1 200 m sous la surface moyenne. En France, la plus grande exploitation à ciel ouvert est probablement la carrière de talc de Luzenac (Ariège) (Fig. 74), la plus grande du monde pour cette substance.

Fig. 74 • La tête de la carrière de talc de Luzenac (Ariège). Ce drôle de visage semble effrayé par la tache qu’il fait dans le paysage (la partie en haut à droite évoque vraiment des yeux qui semblent bien éplorés). En fait il s’agit d’une vue satellite de la carrière de talc de Luzenac comme en attestent les routes d’accès. La carrière de Luzenac est la plus grande carrière de talc du monde.

Exploitant des ressources naturelles, l’homme a creusé de nombreuses mines qui, pour la plupart, n’affectent pas le relief de la Terre. Néanmoins, ici et là, le plafond de certaines mines s’effondre. Le vide ainsi créé se propage vers le haut de proche en proche, et peut conduire en surface à un effondrement (fontis). Des gouffres peuvent alors 75

Fig. 75 • La route souligne un effondrement minier. La dépression de la route D313 ne correspond pas à un vallon naturel mais à un effondrement minier du Boulevard des mineurs d’Aremberg. © P. De Wever.

apparaître, proches de ceux qui se forment naturellement par dissolution (voir Fig. 53). Mais la plupart du temps, ce ne sont que des baisses du sol plus ou moins localisées. La figure 75 montre une dépression de la route D313, à la sortie de Wallers-Aremberg, juste à côté de la plus célèbre section pavée de la course cycliste Paris-Roubaix. La cuvette visible résulte d’effondrements de mines de charbon, relativement localisés le long de la mare à Goriaux, elle-même créée suite à un affaissement minier. À une vingtaine de kilomètres à l’ouest, un peu au nord de Douai (vers Dourges, Évin-Malmaison), c’est toute la région qui s’est abaissée d’une vingtaine de mètres (Fig. 76).

© P. De Wever

Le relief de la terre

Fig. 76 • Le village de Évin-Malmaison (Pas-de-Calais) et la zone effondrée. Cette région a été durement touchée par l’activité minière. Outre une pollution aux métaux lourds (activité métallurgique), l’ensemble du secteur s’est abaissé d’une bonne dizaine de mètres. La différence d’altitude entre le niveau du village (au centre) et les hauteurs boisées (arrière-plan) est nettement visible. 76

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

© S. Crasquin

La plupart des morphologies développées par les humains sont la conséquence de travaux d’aménagement du territoire. En Chine par exemple, trois collines ont littéralement été sectionnées pour montrer les couches de la limite entre l’ère primaire et l’ère secondaire (Fig. 77).

Fig. 77 • Coupes effectuées pour exposer les couches (site des GSSP de Meishan, Chine). On voit bien deux des collines qui ont été sectionnées.

Ailleurs, c’est lors de l’exploitation d’une ressource minérale que les reliefs naturels sont modifiés. Les carrières, inévitables du fait des activités humaines (industrie, bâtiment, transport), sont comme des caries : voir par exemple en pays de plaine la grande carrière de Chailloué (Fig. 78) qui exploite les grès armoricains. D’autres carrières sont ouvertes en pays de montagne : on l’a vu pour Luzenac ; mais l’exploitation peut aller jusqu’à la découpe de la montagne elle-même dans certains cas, comme pour les marbres de la région de Carrare en Italie centrale (Fig. 79). En temps de guerre comme en temps de paix, les groupes humains organisés ont très souvent modifié le relief naturel pour l’aménagement d’infrastructures, notamment de ports. Ainsi lors de la Deuxième Guerre mondiale, les Allemands ont construit des digues le long de la côte pour amarrer des bateaux. Mais ces digues ont modifié les courants. Le profil de la côte a été changé puisque les courants qui venaient rogner la côte ont été détournés, si bien que le trait de côte qui était en retrait a vu se déposer des sables et le continent regagner sur la mer  ; même si les digues ne sont 77

© Seb Lucas

Le relief de la terre

© Fabian Nitschkowski, CC BY SA, 3.0

Fig. 78 • La carrière de Chailloué, près de Sées (Orne). Cette carrière active depuis le xixe siècle exploite les grès armoricains dans la campagne d’Argentan.

Fig. 79 • Les montagnes sont découpées pour extraire le marbre de Carrare. Région de Carrare, Colonetta, vue vers le sud-ouest. 78

4. Les morphologies du relief : modelés* et formes

Fig. 80 • Deux formes d’habitat qui ne manquent pas de relief… À gauche, deux termitières du nord de l’Australie. à droite, immeuble de bureaux à Chicago en 1885.

79

© LC Domaine public

© Ray Norris CC BY 2.5

plus visibles hors de l’eau, leur soubassement continue d’être efficace. Plus proches de notre époque sont les volumes de sédiments extraits du creusement du tunnel sous la Manche qui, accumulés, ont transformé une plage. Les modelés dus aux humains passent souvent inaperçus, d’une part parce qu’il est encore très fréquent de penser les œuvres humaines en opposition à celles de la nature, d’autre part parce qu’ils font partie d’un quotidien ressenti comme banal et auquel nous ne savons plus être attentifs. Il existe pourtant des milliers de kilomètres de tranchées routières, ferroviaires, autoroutières, et de tunnels qui sont autant de modelés engendrés par les réseaux de transport. Les grands barrages du type Assouan en Haute-Égypte ou des Trois Gorges en Chine ont beaucoup modifié l’environnement, créant de vastes plans d’eau artificiels et changeant les fleuves. Combien de rivières et de vallées sont-elles encore « naturelles » ? La fameuse « Loire sauvage » est-elle un mythe ou une réalité ? Poser la question revient à y répondre : il suffit de prendre en compte l’ensemble des aménagements et leur ancienneté, des digues de bois de terre (turcies) et autres levées aux barrages, sans oublier le nombre et le peuplement des unités urbaines riveraines. Car si les humains sont considérés comme des populations biologiques d’Homo sapiens au même titre que les fourmis, les termites, ou les madréporaires, alors les immeubles deviennent des reliefs naturels comme les fourmilières, les termitières ou les coraux (Fig. 80).

5

La variabilité du relief dans le temps

Le relief que l’on voit aujourd’hui est un état momentané, car il est sans cesse en pleine évolution. Ses modifications, visibles à l’échelle d’une vie humaine, sont évidemment bien plus importantes à l’échelle géologique car le temps intègre des changements, lents ou brutaux. Outre les grandes modifications, on observe que les vitesses des changements varient au cours du temps et aussi dans l’espace. La tectonique des plaques montre que certains changements de très grande ampleur apparaissent rythmés et même cycliques à certaines échelles de temps. La « valse des continents6» illustre le fait que les continents incorporés aux plaques se déplacent à la surface de la Terre, tantôt se rapprochant dans de grandes collisions et formant des chaînes de montagnes, tantôt se séparant en de multiples fragments et créant de nouveaux océans. Le rythme de ces mouvements, à la différence de celui des valses viennoises, n’est certes pas de 110 à 180 battements par minute, mais d’un seul cycle (rapprochement - éclatement - rapprochement) par 440 millions ­d’années. Nous ne sommes pas dans les mêmes ordres de grandeur ! En fait, les modifications du relief sont fonction d’interactions nombreuses à toutes les échelles entre les agents externes, parmi lesquels on compte par exemple les systèmes bioclimatiques, la hauteur du niveau marin et, depuis peu, les interventions humaines, et les mécanismes internes du globe : les mouvements verticaux des continents, les éruptions volcaniques, la dynamique d’ensemble et de détail des plaques lithosphériques. Le relief que l’on observe aujourd’hui résulte d’un déséquilibre entre les transferts passés et actuels de l’histoire du globe terrestre, en surface bien entendu mais aussi en profondeur. Les reliefs sont donc à la fois les témoins de la dynamique actuelle du globe et la mémoire (certes plus ou moins complète) des dynamiques passées : la géologie est une fenêtre ouverte sur la compréhension du rapport évolutif entre le temps et les forces.

6. Voir La valse des continents, 2015, par P. De Wever et F. Duranthon, EDP sciences, coll. Terre à portée de main, 92 pages.

80

5. La variabilité du relief dans le temps

Phases et cycles orogéniques, cycle de Wilson Les continents sont formés d’une croûte plus légère que celle des océans. Celle-ci n’a donc pas tendance à s’enfoncer, et les continents « flottent ». Comme les mouvements du manteau les déplacent, ils sont amenés à se rassembler en une seule masse. Quand ils sont regroupés, une grande partie de la surface du globe forme comme une « moquette » dont l’épaisseur empêche le manteau de se refroidir aussi efficacement qu’au niveau des océans. Il y a alors accumulation de chaleur et les parties chaudes du manteau remontent vers la surface. Ce mouvement de convection finit par insinuer du magma au sein de la croûte continentale, ce qui la fracture et fait se rompre le continent. Ce phénomène se produit en différents points si bien que le supercontinent « éclate » en morceaux. Pour une raison qui n’est pas encore très bien comprise, les épisodes de regroupement et d’éclatement semblent alterner au cours d’un cycle d’environ 400-450 millions d’années. Les continents dispersés que nous connaissons sur le paysage terrestre actuel étaient regroupés il y a 250 millions d’années en un supercontinent appelé Pangée* ; ils sont actuellement en phase de regroupement, comme le montre l’exemple de l’Afrique se rapprochant du bloc de l’Eurasie. Ces remaniements successifs de la surface de la Terre brouillent le message laissé par les roches car tous les épisodes de cette histoire complexe, innombrables, ne sont pas conservés. Les lacunes des archives géologiques rendent très délicate la reconstitution des états passés car des fragments d’anciens continents sont maintenant très petits, dispersés, mélangés. Les géologues ont néanmoins pu reconstituer presque une dizaine de supercontinents successifs : la Pangée* (vers 300 millions d’années), la Pannonia (vers 600 millions d’années), la Rodinia (entre 750 et 1 100 millions d’années), la Columbia (entre 1,5 et 1,8 milliard d’années), la Kenorland (entre 2,1 et 2,7 milliards), Ur (vers 3 milliards), et Vaalbara (vers 2,8 et 3,6 milliards d’années). Comme on le constate, plus les supercontinents sont anciens, plus l’incertitude sur leur âge est importante. Quand une ouverture océanique se met en place, et que les continents s’écartent, c’est parce que la dorsale océanique est très active. Elle est alors en tumescence. Ce haut-fond marin fait monter le niveau des mers qui envahissent les parties basses des continents. Au contraire quand les continents se rassemblent, la faible activité magmatique au milieu des océans fait que le fond de la mer est profond, le niveau moyen des mers baisse (Fig. 81). 81

Le relief de la terre

niveau actuel

Tertiaire

Âge

65

Crétacé

Quaternaire

100

Hauteur maximale du niveau de la me r

145

Jurassique 200

Rapprochem 250

Permien

ent maximal des continen ts

Baisse du niveau marin

Trias

300 Carbonifère 360

Silurien

400 420

485

Cambrien

65 Ma

120 Ma

180 Ma

Pangée

230 Ma

300 Ma

360 Ma

420 Ma

440

Ordovicien 500

Hauteur maximale du niveau de la mer

500 Ma

Montée du niveau marin

Dévonien

Baisse du niveau marin

bas

Montée du niveau marin

haut

millions d’années

Variation du niveau marin Système

540

Précambrien

560 Ma

Fig. 81 • Cycles de rapprochement et dispersion des continents (dit cycles de Wilson). L’alternance de regroupement et d’éclatement de continents se fait selon des cycles de quelques centaines de millions d’années. La hauteur du niveau marin est liée aux phases de dispersion (en vert) ou rapprochement (en orange) des continents.

Ainsi les successions de regroupement-dispersion des continents ont des impacts très nombreux, que ce soit sur le niveau marin (voir encadré ci-après « Niveau de base de l’érosion et profil d’équilibre »), sur l’évolution des espèces (diversification lors des éclatements des continents, crise biologique lors de rassemblements), sur les systèmes bioclimatiques et la pédogenèse. Pour les cours d’eau qui rejoignent l’océan, on sait que le niveau marin (voir encadré) détermine le niveau de base* des cours d’eau, avec des phases plus ou moins érosives. Les montées et les descentes du niveau marin exercent donc aussi une certaine influence sur le relief. 82

5. La variabilité du relief dans le temps

Niveau de base* de l’érosion et profil d’équilibre Le niveau de base est une notion de géomorphologie introduite au par John Wesley Powell, l’explorateur du canyon du Colorado. On distingue le niveau de base général et les niveaux de base locaux ou régionaux, qui peuvent être raccordés ou non au niveau de base général : environ 1/3 des cours d’eau finissent leur cours dans un champ d’épandage ou un delta intérieur, sans jamais rejoindre l’océan (Fig. 82).

© J. Hall CC BY 2.0

xixe siècle

Fig. 82 • Vue partielle du delta intérieur de l’Okavango (Botswana). L’Okavango est un fleuve d’Afrique australe qui prend sa source en Angola et parcourt environ 1 600 km avant de rejoindre un vaste delta intérieur de 15 000 km2 situé dans le désert du Kalahari.

En effet, d’une part tous les cours d’eau ne sont pas forcément reliés au niveau de base général, et l’évolution géomorphologique tertiaire du Bassin de Paris montre bien deux phases de morphogenèse en milieu marin ouvert, encadrant la période des gypses à morphogenèse en milieu marin fermé ; d’autre part l’érosion fluviale n’est pas la seule à intervenir à la surface des terres émergées : il y a les domaines d’érosion en nappe des domaines semi-arides à saisons alternativement sèches et humides, les tropiques chauds et humides où sous l’équateur prévaut l’érosion chimique sous couvert forestier, les régions d’érosion éolienne, glaciaire… Enfin, au cours de leurs déplacements, les continents peuvent traverser des ceintures climatiques très différentes (qui sont elles-mêmes mobiles). › 83

Le relief de la terre

Le profil d’équilibre est une notion dont les ingénieurs discutent depuis le xviie siècle. Une rivière tend spontanément, par érosion et dépôt, à donner à son profil en long une pente qui varie régulièrement comme le débit et la charge solide : un tel profil est dit « régularisé ». Les ingénieurs disent «  courbe  » ou «  profil d’équilibre  », entendant par là qu’il y a sensiblement équilibre entre l’érosion et le dépôt. Au cours du temps, le profil tend à s’abaisser, mais sans pouvoir descendre au-dessous du niveau de base général pour les rivières reliées à celui-ci. Pour les cours d’eau qui ne rejoignent jamais l’océan global, le niveau de base est donné par un lac ou un champ d’épandage (Fig. 82). En simplifiant, le profil d’équilibre correspondrait à la courbe théorique (Fig. 83) qui sépare les parties d’un relief qui sont soit en érosion, soit en comblement. Si la topographie se tient au-dessus du profil théorique, elle est en érosion ; si elle se tient dessous, elle est en comblement, des sédiments s’y déposent. AMONT Profil réel du cours d’eau Niveau de base local (lac)

Secteur où le cours d’eau incise

AVAL Secteur où le cours d'eau comble la dépression par sédimenation

Niveau de base ultime

Profil d’équilibre théorique

Fig. 83 • Niveaux de base et profils d’un cours d’eau dans le cas d’un drainage relié au niveau de base général de l’océan. Le niveau de base général (ou ultime) est un des éléments qui pilote l’établissement du profil d’équilibre d’un cours d’eau. Avec le temps et en l’absence de perturbation (tectonique, climatique, variation du niveau marin…), le profil longitudinal réel du cours d’eau (en noir) tendra à se régulariser, puis à atteindre le profil d’équilibre théorique, la courbe en rouge qui, sur la figure, sépare les topographies en incision (en rose) des lieux d’accumulation (en jaune). Le profil ne pouvant être régularisé à l’amont avant qu’il ne l’ait été à l’aval, on peut dire que la régularisation finale est régressive ou remontante. De ce fait, le niveau de base local formé par le lac que traverse la rivière est destiné à s’effacer.

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5. La variabilité du relief dans le temps

Contrôles climatiques : terrasses rocheuses et de remblaiement Tant qu’une rivière se trouve au-dessus de son profil d’équilibre théorique, elle creuse et transporte. Elle tend à établir un rapport entre quatre variables principales qui sont : (1) le débit et (2) la vitesse du cours d’eau, (3) la masse et (4) le calibre des matériaux transportés. Elle entaillera ou comblera la topographie selon les positions relatives du niveau de base qui peut varier au cours du temps (Fig. 84). Rivière en creusement

Fig. 84 • Terrasses emboîtées. Une vallée est creusée dans un socle (rose) surmonté de roches calcaires (en bleu). Puis le niveau de base s’est relevé, alors des sédiments (verts) ont pu se déposer. Le niveau de base a de nouveau baissé, alors les sédiments verts ont été entaillés. Après relève du niveau de base, de nouveaux sédiments (jaunes) se déposent. De nouveau creusement, puis dépôt de sédiments (orange). L’état du dessin montre un nouvel état en creusement.

Interactions entre tectonique, érosion et climat Dans la nature, tout est en interaction : la tectonique, le climat, l’érosion. Nous avons vu que la tectonique influait sur le relief, notamment les mouvements verticaux induits. L’érosion a elle-même des effets sur le climat qui, à son tour, influence l’évolution du relief. Il y a de fait tout un jeu complexe de rétroactions. Par exemple, si l’érosion met à l’affleurement des roches silicatées (que ce soit des granites ou des basaltes), leur altération va pomper du CO2 (voir chapitre 3, « Gaz (dont le CO2 »). La diminution de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère va refroidir le climat global qui sera alors moins efficace pour l’altération, mais qui, par les précipitations pluviales ou neigeuses aux échelles régionales, sera peut-être plus agis85

Le relief de la terre

sant pour l’érosion selon les endroits du globe. Ces modifications ont elles-mêmes des répercussions sur le relief. Toutes les modifications interviennent sur le relief qui en conserve des traces. Ces empreintes (altérites, terrasses fluviales, cordons ­morainiques, surfaces d’aplanissement, canyons terrestres ou sous-marins…) font partie des marqueurs utilisés pour reconstituer l’histoire de reliefs et plus généralement celle de la Terre. Le relief résulte pour l’essentiel d’une lutte entre tectonique, érosion et sédimentation. Il s’agit d’un déséquilibre dynamique, c’est-àdire d’un rééquilibrage permanent entre ces différents composants. Quand les forces tectoniques dominent, le relief de la Terre est accidenté, tel qu’on le connaît de nos jours. En période de calme tectonique, qui représente l’état le plus fréquent de la planète, la surface de la Terre est plate sur d’énormes distances : les formes caractérisées par un faible relief mais une très grande superficie (plaines et plateaux d’érosion) l’emportent sur les formes à fort relief (chaînes) de moindre étendue. Durant ces périodes, l’altération est très poussée. Les silicates sont transformés en argiles emmenées par l’eau et le vent. Le fer qu’ils contiennent est oxydé : alors insoluble, il précipite au milieu des grains de quartz, un des éléments les plus résistants à l’altération. Ces dépôts de sable rouge, qui devient du grès en devenant dur, s’étendent sur d’immenses surfaces, à tel point que l’on parle de « continent des grès rouges ». Deux périodes en particulier illustrent cette platitude sur d’immenses distances. À l’ère primaire, au Dévonien en particulier, est connu le « continent des vieux grès rouges » dont les affleurements s’étendent aujourd’hui de l’Amérique du Nord jusqu’à l’Ukraine, et même à la steppe kirghize. Une autre période, à la jonction entre les ères primaire et secondaire (au Permien et au Trias – 290 à – 210 millions d’années), voit de tels dépôts sur des immensités planes qui s’étendent de ce qui deviendra l’Oural et l’Inde jusqu’à l’Ouest américain et au Mexique, ainsi que de l’Écosse jusqu’au Maroc. Les principaux monuments de New Dehli et la cathédrale de Strasbourg ou le château du Haut-Kœnigsbourg (Fig. 85) sont construits avec ces grès issus du « continent des nouveaux grès rouges ».

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© C. Giusti

© C. Giusti

5. La variabilité du relief dans le temps

Fig. 85 • Le château du Haut-Kœnigsbourg (Orschwiller, Bas-Rhin). Murs massifs construits en « nouveaux grès rouges » de la fin de l’ère primaire et du début de l’ère secondaire.

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Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

Historique Très tôt, les hommes ont pu constater que les talus se ravinaient et que les falaises s’éboulaient, que les torrents et les rivières transportaient des blocs, des graviers et des limons qui correspondaient à l’érosion des reliefs. Pour Aristote, pour qui le monde est éternel puisque l’on voit encore et toujours des reliefs, il faut admettre que si « certaines parties des montagnes s’écroulent […] d’autres prennent naissance ». Pour presque toutes les philosophies grecques ou latines (Épicure, Lucrèce… ), le monde périt et se réforme. Au xe siècle, deux thèses s’affrontent dans le monde arabe pour expliquer le relief. Pour la première, publiée dans une encyclopédie des « Frères de la pureté » vers 980, la cause du relief est liée à des phénomènes de sédimentation/érosion. L’érosion, disent-ils, détruit perpétuellement les montagnes. Les sédiments descendent dans les plaines et là le vent les empile sous forme de collines « comme dans les steppes et les déserts, au souffle du vent se dressent les dunes de sable ». À cette proposition s’opposent des théories qui impliquent des forces verticales capables de soulever ou d’abaisser. Dans son « Traité des minéraux », le philosophe perse Avicenne (980-1037) évoque de tels mouvements : « si un violent tremblement de terre soulève le sol, il engendre une montagne ». Deux siècles plus tard, le moine naturaliste allemand Albert le Grand (1200-1280) propose que les vapeurs émises par l’intérieur du globe soulèvent la terre jusqu’à en faire des montagnes. Ce vent interne est d’ailleurs celui qui était mentionné chez des anciens grecs tels Ovide ou Strabon. Bien plus tard, en 1740, l’abbé italien Lazzo Moro (1687-1764) propose que les grands reliefs résultent de soulèvements, comme on le voit pour des volcans. Dans le Telliamed, le diplomate français Benoît de Maillet (16561738) attribue les montagnes à des restes inégaux de dépôts au fond d’un océan dont les eaux ne cessent de baisser. Cette naissance, toute issue de la mer, est parfois baptisée du nom du dieu de la mer : le neptunisme. Il 88

6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

est vrai que certains aspects de montagne font penser à des ruines alors que d’autres semblent résulter d’une poussée fugueuse. Le géologue grenoblois ­Dolomieu souligne cette dualité : « tantôt vous pourrez supposer que vous assistez à la création du monde, tantôt vous croirez contempler ses ruines ». À la fin du xviie siècle, l’astronome anglais Isaac Newton (1642-1727) suppose que la planète Terre est aplatie et non parfaitement sphérique. Cette notion introduisait un grand changement pour les idées philosophiques traditionnelles héritées de l’Antiquité grecque. En effet, selon les auteurs tels Pythagore, Platon, Aristote, Ptolémée et leurs disciples, la Terre, considérée comme divinité devait être parfaite, donc une sphère idéale. L’astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630) avait déjà proposé des orbites elliptiques aux planètes plutôt que circulaires modifiant déjà l’ordonnancement idéal des cieux… L’astronome français Cassini au contraire supposait une Terre allongée aux pôles. Le débat fut long et vif entre les « têtes plates », qui épousaient les suggestions de Newton, et les « têtes allongées » qui soutenaient la dynastie des Cassini. Il fallut attendre l’expédition de l’astronome-­géomètre français Pierre-Louis Moreau de Maupertuis (1698-1759) en Laponie pour clore le débat en prouvant que la Terre était aplatie aux pôles.

Les Cassini ont constitué une véritable dynastie de scientifiques (Fig.  86). Il y a quelques siècles, il n’était pas rare que des fonctions soient occupées de père en fils, mais eux ont fait particulièrement fort car on ne compte pas moins de cinq Cassini du xviie au xixe siècle : Jean-Dominique Cassini dit « Cassini Ier » (1625-1712), astronome franco-savoyard, premier directeur de l’Observatoire de Paris ; Jacques  C. dit «  Cassini  II  » (16771756), astronome français, fils de Jean-Dominique  ; César-François  C. dit « Cassini III » (1714-1784), astronome et cartographe français, fils de Jacques  ; Jean-Dominique  C. dit «  Cassini  IV  » (1748-1845), astronome et cartographe français, fils de César-François, et pour finir,

© C. Giusti

La dynastie des Cassini

Fig. 86 • La dynastie des Cassini. Plaque apposée à l’angle de la place Garibaldi et de la rue Cassini, à Nice, Alpes-Maritimes.

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Le relief de la terre

Alexandre Henri Gabriel C. dit « Cassini V » (1781-1832), botaniste français, fils de Jean-Dominique. Tous étaient donc astronomes et cartographes sauf le petit dernier qui a pris racine et s’est implanté dans la botanique…

Un patronyme pour un relief : les Dolomites

© Domaine public

Les noms de reliefs ont souvent une origine obscure tant ils sont anciens. Les Pyrénées par exemple, déjà connues sous ce nom dès la Grèce classique, seraient liées à Pyrène, fille d’un roi, aimée puis abandonnée par Hercule, qui s’y serait réfugiée. Mais pour d’autres, ce toponyme serait issu du mot pyros, le « feu » en grec, car un gigantesque incendie allumé par les bergers aurait marqué l’imagination… D’autres reliefs tirent leur nom de leur allure, comme la Montagne noire (nombreux lieux), ou la Sierra Nevada, pour montagne enneigée, ou le mont Claro (Ardèche) car ce « mont clair » ne porte aucun arbre, de même que le mont Chauve, célébré par Moussorgski, nom aussi parfois donné au Ventoux car il est pelé (et venteux) ou encore les Bozu Yama au Japon, pour « montagne bonze », car comme la tête chauve de ces moines, elles ne portent aucun arbre. Peu de reliefs sont des patronymes. Il y en a au moins un en Europe dont le nom est issu d’un Français : Dolomieu (Fig. 87). Il s’agit des majestueuses montagnes du Nord de l’Italie : les Dolomites. Avant de porter ce nom, elles étaient appelées Monti Pallidi, les « montagnes pâles » (Fig. 88). De fait, ces montagnes, les Dolomites, contiennent en abondance un minéral (la dolomite) qui constitue une roche (la dolomie). Le minéral est nommé d’après Déodat Dieudonné Sylvain Guy Tancrède Gratet de Dolomieu (excusez du peu !), un noble grenoblois (1750-1801) qui aurait fait connaître ce minéral en 1791. Quelle destinée pour ce nom ! Il est vrai que le personnage lui-même fut inspirateur de romans, tant sa vie fut riche et diversifiée : ce géant de 1,91 m aux yeux très bleus fut tour à tour chevalier de l’ordre de Malte, soldat, séducteur, scientifique, mondain, explorateur… La richesse de sa vie inspira notamFig. 87 • Déodat Gratet de ment : (1) Choderlos de Laclos pour son très Dolomieu. mondain vicomte de Valmont dans Les Liaisons Le nom de Dolomieu (17501801) a été donné à un dangereuses, (2) Alexandre Dumas (père) pour minéral, à une roche, à l’un camper Edmond Dantès et l’abbé Faria emprides cratères sommitaux du sonnés au château d’If dans Le Comte de Monpiton de la Fournaise, à un tecristo, et (3) Jules Verne dans son Voyage au cratère lunaire, outre la chaîne centre de la Terre (1864) pour le géologue, le de montagnes italiennes. professeur Otto Lidenbrock. 90

© Walwegs, Public Domain.

6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

Fig. 88 • Les Trois Cimes de Lavaredo (Dolomites, Italie). Le massif culmine à 2 999 m à la Cima Grande, au centre. Importance des pierriers au pied des falaises verticales : un haut lieu de l’alpinisme.

Le relief dû aux étoiles Les étoiles font rêver beaucoup de monde… même celles du ciel ! Leur influence est évoquée pour le destin des hommes, comme les horoscopes le prétendent, que ce soit pour la naissance d’un sauveur de l’humanité ou pour choisir des dates favorables à certaines actions, telle la météorite d’Ensisheim, en 1492, pour que l’empereur germanique Maximilien attaque les troupes du roi de France, Charles VIII… Les étoiles ont aussi été évoquées pour expliquer le relief de la Terre. En effet, au xiiie siècle, le moine philosophe florentin Ristoro d’Arezzo, auteur de la Composizione del Mondo, prétend que les étoiles en attirant la Terre, un peu comme la Lune pour les marées, forment les reliefs « comme par sa vertu l’aimant attire le fer » et forme des « montagnes aussi nombreuses et aussi grandes qu’il convient à leur besoin ». Il explique ainsi la taille et la position des reliefs par la position des étoiles.

Mythes Au début était le chaos nous dit la Théogonie du poète grec Hésiode (viiie siècle av. J.-C.), Chaos signifiait la faille, le béant, le « grand rien » en quelque sorte. Ce chaos précède tout, les dieux et le monde ! Puis Chaos engendra Gaïa, la Terre et Tartare, l’abîme insondable « Donc, au 91

Le relief de la terre

© G. Leonard

commencement, fut Chaos, et puis la Terre au vaste sein, siège inébranlable de tous les immortels qui habitent les sommets du neigeux Olympe, et le Tartare sombre dans les profondeurs de la vaste terre, et puis Amour, le plus beau des immortels, qui baigne de sa langueur et les dieux et les hommes, dompte les cœurs et triomphe des plus sages vouloirs ». Puis Gaïa enfanta la voûte étoilée, puis les hautes montagnes, séjours des Dieux. Comme on le voit, les reliefs ont partout leur présence. Les montagnes, filles de la Terre, étaient donc des lieux sacrés, souvent habitées par des Dieux. En Grèce continentale, la chaîne du Pinde était tout entière consacrée à Arès (Mars) et à Apollon. Le Parnasse, au centre du pays, avait aussi ses sommets consacrés à Apollon et à Dyonisos (Bacchus). Dans le Péloponnèse, les monts Cyllène (=  Killini) et Ménale (=  Chelmos), de part et d’autre de la plaine de Fénéou, étaient aussi consacrés à Apollon, à Zeus et au dieu Pan. Aujourd’hui encore, les plus hauts sommets de beaucoup The Olgas Ayers Rock de villages de Grèce portent un (Kata Tjuta) (Uluru) oratoire dédié au prophète Élie. sable L’usage des points hauts avec sanctuaires de vénération se retrouve dans notre quotidien comme en attestent le SacréCœur sur la butte Montmartre, à Paris, les églises de la ville du Puy- Fig. 89 • Des montagnes sacrées, en-Velay par exemple (Fig. 56), la reliefs résiduels qui ressortent d’une Vierge du Dru, le Mont-Saint- plaine. Michel… Ailleurs on pourrait Ces reliefs sont inscrits au patrimoine mondial de l’UNESCO sous le nom de aussi citer l’Everest (Chomo- Ayers Rock (premier plan de la photo) et lungma : déesse mère des vents), des monts Olgas (arrière-plan). Sous les ou Ayers Rock et les Olgas, mon- dépôts sableux de la plaine d’érosion, tagnes sacrées des Aborigènes les deux massifs sont reliés (structure d’Australie sous le nom de Uluru synclinale) comme le montre la figure du bas. et Kata Tjuta (Fig. 89). Plus à l’est de l’Europe, les montagnes du Caucase devraient leur nom à un berger qui s’y serait réfugié pour échapper à Zeus, après la guerre des Géants, alors que bien plus à l’ouest en Afrique du Nord, un fils de Titan et d’une Océanide a été puni pour avoir fait la guerre 92

6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

contre Zeus, dans la Guerre des Géants. Il y a été pétrifié et condamné à soutenir sur ses épaules la voûte du Ciel. C’est ainsi qu’Atlas a la tête dans les nuages et les pieds dans l’eau d’un océan qui lui doit son nom. La mythologie riche en dieux pour les montagnes l’est largement autant pour les montagnes de feu : les volcans. L’Etna en est un des exemples les plus frappants. Il est à la fois la forge de Vulcain et l’atelier des Cyclopes, ces géants avec un seul œil. Partout dans le monde, on y célébrait les dieux sans oublier de leur offrir des présents, objets, plantes, animaux et même des humains. En Amérique centrale, les jeunes vierges étaient considérées comme des offrandes de choix. Les montagnes faisant la jonction entre la terre et le ciel sont tout indiquées pour être les lieux où les hommes échangent avec leurs dieux. La culture judéo-chrétienne en apporte de multiples preuves car le récit biblique est jalonné de références aux montagnes. Le Livre des Rois (1 Rois 20) précise d’ailleurs, à propos du peuple d’élus que « leur Dieu est un dieu de Montagnes ». Il est aussi mentionné que Moïse a reçu ses commandements sur le mont Sinaï7, que l’arche de Noé s’est échouée sur le mont Ararat (Fig. 90), que la colline de Sion est l’une des plus importantes places de Jérusalem, que Jésus aimait se retirer pour prier dans la montagne et il termina sa vie sur le mont Golgotha après avoir retrouvé ses disciples sur le mont des Oliviers…

Fig. 90 • Le mont Ararat et l’arche de Noé. Noé descendant du mont Ararat, par I. Aivazovsky (1889). 7. Le célèbre monastère orthodoxe de Sainte-Catherine perpétue le souvenir de ce mythique événement fondateur. 93

Le relief de la terre

© P. De Wever

© M. Colombe

En Amérique du Nord, dans le Wyoming, un piton vertical de près de 400  m s’élève au-dessus de la haute plaine environnante. Son nom est aujourd’hui Devil’s Tower, pour « la tour du diable », mais pour de nombreuses tribus indiennes son nom est lié à l’ours et à la légende qui y est attachée : quelques filles de la tribu des Sioux se promenaient là lorsqu’elles furent prises en chasse par des ours. Elles firent appel à un Grand Esprit qui vint à leur secours en élevant le sol sous elles. Les Fig. 91 • Devil’s Tower (Black Hills, Wyoming). ours tombèrent en griffant les parois de longues marques verticales (Fig. 91). Ce relief reste sacré pour certaines tribus qui y procèdent à des cérémonies en juin. De fait, pour le géologue, il s’agit de la cheminée d’un volcan datant du Crétacé qui a transpercé les grès rouges du Trias. La lave du conduit, dégagée par l’érosion (formant un «  neck  »), laisse voir le débit en orgue. Précocement remarqué par sa singularité, il s’agit du premier monument national des États-Unis (1906). Les exemples sont innombrables. La montagne est tellement le lien entre les dieux Fig. 92 • Les pagodes symbolisent une tenet les hommes que lorsque tative d’élévation vers le ciel (Thaïlande). ceux-ci veulent honorer un dieu, ils lui élèvent des constructions qui s’élancent vers le ciel : les stupas indous, les pagodes bouddhistes (Fig. 92), les minarets 94

6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

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des mosquées, les clochers de nos églises en sont des illustrations… Parfois ces constructions sont des défis, comme la Tour de Babel (Fig. 93), et alors les dieux ne se laissent pas faire…

Fig. 93 • La « Petite » Tour de Babel par Brueghel l’Ancien (1568). Représentation artistique d’un tout premier relief anthropique.

Le relief est un dénivelé qui est positif (les collines, les montagnes) ou négatif (les gorges, les gouffres). Les gouffres tout comme les grottes sont aussi porteurs de mystères, soit parce que ces cavités sont des repaires de brigands, ou des cavernes d’Ali Baba, soit parce qu’elles offrent des parcours mystérieux, initiatiques… Les cavernes* et les grottes sont souvent sacrées et aussi les plus anciens lieux de cultes. Les grottes de Lascaux et de Chauvet en sont des exemples illustres. Ces lieux permettent l’élévation de l’esprit vers des dieux invisibles, ou au contraire, et en même temps invitent à la descente vers les origines dans le sein de la Terre-Mère, celle de ­l’infini, celle du royaume des morts. Ces lieux souterrains sont aussi ceux de monstres : le cyclope Polyphème de l’Odyssée, séjour de dragons, monstres qui gardent des trésors (légende de Siegfried), le fleuve de l’entrée de l’enfer, le Styx et son chien de garde, le redoutable Cerbère sont autant d’êtres à la fois un peu fantastiques et inquiétants… La grotte au sein de la Terre-Mère est utilisée dans le déroulement des rites initiatiques qui accompagnent une naissance ou plutôt une renaissance. De ces lieux sortent des dieux, des héros, soit parce qu’ils y sont nés (Mithra, dieu perse vingt siècles avant Jésus de Nazareth, puis 95

Le relief de la terre

Lao Tseu, en Chine, père du taosime, six siècles avant l’ère chrétienne), soit parce qu’ils y ont eu leur révélation (la Pythie à Delphes, Mahomet en Arabie, tout comme Bernadette à Lourdes…). Les exemples ne manquent pas. La grotte aussi est le lieu de vie de chamans, telle la Pythie de Delphes, qui mettent en communication les vivants et les morts, qui intercèdent entre les dieux et les hommes. Des rites y sont célébrés, culte de Déméter, de Mithra puis celui des premiers chrétiens dans les catacombes. On retrouve d’ailleurs encore ces grottes ou pseudo-grottes sous forme de cryptes dans certaines églises, dans lesquelles on célébrait des initiations (à Chartres, Paris, Metz, Saragosse…). De toutes ces grottes religieuses, l’une des plus célèbres en France reste celle de Lourdes où la Vierge est apparue, avec l’eau symbole de vie et de guérison. Cénotes chez les Mayas

© Dmadeo, CC BY SA 3.0

Les cénotes sont des effondrements en chaudron au fond desquels se voit la nappe phréatique (Fig. 94). Les plus belles se trouvent dans la presqu’île du Yucatán au Mexique. Ces grands gouffres comparables aux avens des causses (Padirac) sont considérés par les Mayas, comme des puits sacrés, d’où leur nom de « cénotes » (terme venu du maya ts’onot via l’espagnol américain), des lieux qui permettaient une communication avec les dieux du monde souterrain. Dans ces réserves d’eau douce, inexistantes à la surface de ce relief karstique, étaient jetées des offrandes, voire précipitées des victimes sacrificielles.

Fig. 94 • Cénote d’Ik Kil, péninsule du Yucatán, Mexique. Les lianes soulignent la profondeur qui sépare le niveau d’eau de la surface.

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6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

Art

© D.R.

Si les reliefs ont inspiré les mythes et les religions, il n’est pas surprenant qu’ils aient aussi inspiré les artistes. Et ni les sujets, ni les exemples, ne manquent. En littérature, dans un style autobiographique, Annapurna, premier 8000, le livre de Maurice Herzog, raconte l’expédition de 1950. Édité en 1951, il est un ouvrage majeur de la littérature d’alpinisme, de même que les premiers Carnets du vertige par Gérard Herzog (1956), frère de Maurice, d’après les notes de Louis Lachenal. Dans la même veine de controverse « au sommet », on signalera L’affaire du K2 de Walter Bonatti (2001) et La folie du K2 de Charlie Buffet (2004). Le toit du monde a donné des essais comme Everest 78 de Pierre Mazeaud, paru en 1978, ou L’homme qui voulait toucher le ciel de Tanis Rideout (2016), qui retrace la tentative tragique de Mallory et Irvine en 1924. Une autre tragédie fut celle du décès de Serge Goussault en février 1971 dans la face nord des Grandes Jorasses, racontée par son compagnon de cordée René Desmaison (1973) : 342 heures dans les Grandes Jorasses. En France, l’un des plus grands succès reste la trilogie de Roger Frison-Roche : Premier de cordée (1942), La grande crevasse (1948) puis Retour à la montagne (1957). Quant au livre de Lionel Terray (1961), Les conquérants de l’inutile, il est plutôt un essai sur les motivations des alpinistes. La littérature abonde car les sommets fascinent : ainsi quand lors d’une conférence, des Fig. 95 • Impression de l’artiste Ukiyo-e, 1897. journalistes demandèrent à Cette évocation à partir des «  Vues du mont l’alpiniste George H. Mal- Fuji  » d’Ogata Gekkō, s’intitule «  Un dragon lory (1886-1924) pourquoi montant vers le ciel s’élève de la fumée près il voulait escalader le mont du mont Fuji ». 97

Le relief de la terre

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Everest, sa réponse fut : « Parce qu’il est là », réponse restée comme l’une des saillies les plus célèbres de l’alpinisme. Parmi les reliefs « négatifs » la littérature est tout aussi abondante. Tout le monde connaît les ouvrages de Jules Verne : Voyage au centre de la Terre paru en 1867, Vingt mille lieues sous les mers, roman d’aventures de fosses en abysses paru en 1869-1870, qui a lui-même suscité de nombreuses adaptations au cinéma et en bande dessinée. L’univers des grottes est extrêmement vaste, allant du conte fantastique à la description précise de nombre d’entre elles, sans parler des grottes ornées. En peinture, les œuvres sont très nombreuses et nous n’en prendrons que quelques exemples pour illustrer le propos : En Extrême-Orient, certains monts, outre leur symbole religieux, comme demeure de dieux (Meishan, Fuji Yama) (Fig. 21 et 95), sont abondamment représentés par des peintures. En Suisse, le peintre Ferdinand Hodler (1853-1948), fervent paysagiste, stylise fortement ses thèmes, notamment de montagnes, à tel point que l’on peut considérer que ses montagnes sont des métaphores de l’éternité.

Fig. 96 • Le massif de la Sainte-Victoire peint par Paul Cézanne en 1888-1890. 98

6. Les reliefs dans l’histoire, les mythes et les arts

En France, l’un des reliefs les plus prisés, outre l’ambiance marine du Mont-Saint-Michel, reste la montagne Sainte-Victoire en Provence (Fig. 96). Ce massif expose de manière pédagogique un front de chevauchement provençal. Son contrefort méridional porte encore les restes d’oppidums celto-ligures gaulois et son pied occidental est constitué de terres rouges du Crétacé riches en œufs de dinosaures. En outre, la Sainte-Victoire a été peinte maintes et maintes fois, par Pablo Picasso, Vassily Kandisky, mais surtout par Paul Cézanne qui l’a représentée dans une soixantaine de peintures et qui écrivait à son sujet : « Comme je vous le disais ce matin, j’ai besoin de connaître la géologie, comment Sainte-Victoire s’enracine, la couleur géologique des terres, tout cela m’émeut, me rend meilleur8 »). La conjonction de ces cinq critères (chevauchement, œufs de dinosaures, terres rouges, oppidums, peintres) confère incontestablement une valeur patrimoniale à ce site justement classé comme Site Natura 2000 et Grand Site de France.

8. Lettre à son ami, le poète Joachim Gasquet (selon Doran, 1978). 99

Glossaire Albédo : n. m. (de albedo = blancheur). Rapport de l’énergie des ondes électromagnétiques renvoyées par une surface, par réflexion ou diffusion, à l’énergie des ondes électromagnétiques incidentes. ­L’albédo, parfois exprimé en pourcentage, est le plus souvent utilisé dans le domaine des ondes lumineuses. Il est de 0,1 pour un sol couvert de végétation, de 0,8 à 0,9 pour la neige. Il joue un rôle important dans les climats du globe. Altération : au sens général, l’altération est la modification de l’état ou de la qualité d’une chose, impliquant une notion de dégradation. En géologie, l’altération est l’ensemble des modifications chimiques et physiques qui affectent les roches sous l’effet de l’eau. L’incorporation de l’eau dans la maille cristalline de minéraux les fait changer de structure. Ils deviennent généralement moins compacts. Le granite par exemple s’altère en donnant une arène (un sable et des argiles). L’altération est donc un processus clé de l’érosion chimique. Antécédence : en géomorphologie, ce terme correspond à l’his-

toire d’un cours d’eau dont le tracé est antérieur à des déformations tectoniques. Son tracé actuel est calqué sur celui de son ancien cours (par exemple, les méandres de la Meuse dans le massif des Ardennes). Bloc erratique : bloc rocheux isolé d’un glacier ou d’une moraine qui a été abandonné lors de la fonte du glacier pendant son retrait. Ils se trouvent parfois à grande distance du glacier actuel. Caverne : en spéléologie et en karstologie, terme synonyme de grotte (voir ce mot). Cluse  : courte vallée ouverte perpendiculairement à l’axe des monts dans un système de plis jurassiens, et par extension, de plis subalpins ou appalachiens. Cycles de Milankovitch : cycles de paramètres orbitaux de la Terre qui sont ceux de l’excentricité de l’orbite terrestre (97 000, 123 000, 412 000 ans), de l’inclinaison de l’axe de rotation (40 000 à 53 000 ans), de la précession des équinoxes (19 000 et 23 000 ans). Le cycle de l’excentricité apparaît plus stable au cours du temps que les deux autres dont les périodes augmentent au cours de l’histoire de la Terre en raison de l’évolution continue du système Terre-Lune. Ces cycles agissent sur la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre. Ils 100

Glossaire

sont à l’origine de variations climatiques qui influencent le type de dépôt. Diamictite : dépôt détritique constitué de grains de taille très

différente, la taille des particules va du bloc à l’argile ; fréquentes en contexte glaciaire (par exemple les tillites*).

Doline : forme caractéristique d’érosion des calcaires des reliefs karstiques. Dans la dépression globalement circulaire, de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres, s’accumule l’argile des roches dissoutes. Ce fond imperméable retient donc l’eau et peut servir d’abreuvoir aux troupeaux. Ellipsoïde : un ellipsoïde de révolution est une forme obtenue par rotation d’une ellipse autour de l’un de ses axes. Un ellipsoïde peut être allongé si l’axe de rotation est le grand axe (par exemple, un ballon de rugby) ou est aplati comme la surface de la Terre. La sphère peut être considérée comme un cas particulier d’ellipsoïde de révolution dans laquelle l’ellipse est un cercle. Érosion : ensemble des phénomènes qui enlèvent tout ou partie des terrains existants en modifiant de ce fait le relief. On distingue souvent l’érosion (mécanique, par ablation) de l’altération (modification chimique des roches en place). Les deux phénomènes sont complémentaires. Falaise : escarpement vertical ou subvertical de hauteur variable, quelques mètres à plusieurs centaines de mètres, synonyme de mur, d’à-pic, ou de précipice. Certains préconisent de réserver ce terme aux dispositifs littoraux (par exemple, les falaises d’Étretat), d’autres acceptent un usage plus large (par exemple, les falaises du Saussois, dans l’Yonne). Géodésie : la géodésie est la science qui s’intéresse à la forme de la Terre, notamment pour l’établissement de cartes. Géoïde : le géoïde est la surface moyenne des océans. Il s’agit d’une surface où tous les points ont la même valeur de gravité. Le géoïde de référence a la forme d’un ellipsoïde, légèrement aplati aux pôles (de 0,335 %). Géomorphologie : discipline de sciences de la Terre qui a pour objet la description et l’explication des formes du relief, et, par voie de conséquence, des processus internes ou externes qui les contrôlent. GIEC : abréviation (voir IPCC). 101

Le relief de la terre

Glaciation : période de temps durant laquelle des glaciers se répandent sur une grande partie de la surface de la Terre. La dernière glaciation s’est produite entre – 115 000 ans à – 10 000 ans. Un synonyme de glaciation est période glaciaire. Il peut être employé comme nom propre. Le terme Grand Âge glaciaire réfère à la période géologique que les scientifiques appellent le Pléistocène (qui va de – 1,8 million d’années à – 10 000 ans). Une succession de glaciations s’est produite durant le Pléistocène, séparées par des périodes plus chaudes, dites interglaciaires. Ne pas confondre ère glaciaire, comme le système Quaternaire, dit parfois âge glaciaire – qui malgré une tendance globale au froid peut contenir des périodes plus chaudes (interglaciaires) – et période glaciaire, toujours plus froide qu’un interglaciaire. Une ère glaciaire peut contenir plusieurs périodes glaciaires. Glaciel : se dit des processus sédimentaires induits par des glaces flottantes, comme des galets lâchés. Gouffre : le gouffre, appelé aven (causses) en morphologie kars-

tique, est un trou vertical, un puits naturel. Il se différencie d’une grotte dont l’entrée est sur une paroi.

Gour  : nom arabe, pluriel de gara, butte-témoin, typique du Sahara algérien ; en occitan, gour (du latin gurges, gouffre), désigne soit un trou d’eau au pied d’une falaise, soit pour les spéléologue, le bassin situé en amont d’une concrétion formant barrage (voir karst). Gravité : la gravité est le fait que deux objets s’attirent l’un et l’autre. Elle existe dès que deux objets massiques sont en présence. La constante qui entre en jeu dans les équations pour prendre en compte la gravité est la constante universelle de gravitation, notée G. Lorsque nous sommes debout, nos pieds restent sur le sol parce que nous sommes attirés par la Terre. Un objet, un stylo par exemple, « tombe » car en fait le stylo et la Terre s’attirent mutuellement, mais c’est le stylo, bien moins lourd, qui va vers la Terre. Grotte  : en spéléologie, cavité karstique ouverte par les eaux infiltrées. Lorsqu’une vallée s’approfondit, le réseau karstique souterrain est recoupé et des grottes (voire des niveaux de grottes) apparaissent à flanc de versant. IPCC : abréviation. Sigle anglais qui désigne l’Intergovernmental Panel on Climate Change, dont l’équivalent en français est le GIEC : Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat. On élargit l’emploi de ces sigles au rapport écrit pas ce groupe (dernier en 2014). 102

Glossaire

Isostasie : n. f. État d’équilibre gravitaire vers lequel tend l’écorce terrestre. Elle détermine la géométrie et les mouvements en fonction des surcharges ou décharges et des densités des matériaux impliqués. Kaolinite (nom tiré d’une colline chinoise située près de Hong Kong) : minéral argileux se formant surtout sous climat chaud et humide, exclusivement constitué de silicium et d’aluminium. Karst : le karst tire son nom d’une région de Slovénie du sud. Il désigne généralement un ensemble de reliefs qui résultent de l’altération de roches calcaires par la circulation de l’eau. Les morphologies de surface ou souterraines portent autant de noms qu’il y a des formes : doline, poljé, gour, lapiaz, aven… Lœss : dépôt éolien beige-jaune clair, très poreux, pulvérulent, formé de quartz, avec des traces de feldspath et d’argile, dont le diamètre des grains varie entre 20 et 40 micromètres, généralement calcifié secondairement (voir chapitre 2, « Variations au niveau des mers au cours du temps »). Par décalcification, le lœss se transforme en lehm. Milankovitch (voir cycles) : l’ingénieur serbe Milutin Milankovitch (1879-1958) publie en français sa théorie en 1920. Celle-ci reste ignorée ou méprisée même après sa traduction en anglais en 1969. Elle devient célèbre après 1976, date à laquelle des paléoclimatologues mettent en évidence dans les sédiments du quaternaire des périodicités de 100, 41, 23, et 19 ka. Modelé : le modelé caractérise le façonnement de reliefs par les différents agents d’érosion (modelé fluviatile, glaciaire, karstique, éolien…). Moraine : expression topographique des accumulations de sédiments glaciaires, généralement du till*, et suffisamment épaisse pour créer un relief ; sa forme est variable et indépendante de la surface sur laquelle elle a été déposée. Niveau de base : surface théorique topographique qui définit l’ensemble des points neutres (non-dépôt et non-érosion) d’un profil fluviatile (voir encadré p. 84-85). Pangée : n. f. Il y a 250-300 millions d’années, tous les continents formaient un unique continent qui est appelé la Pangée. Ce « super continent » s’est disloqué essentiellement au cours des 200 derniers millions d’années. Pergélisol (syn. de permagel, merzlota) : sol ou roche gelés en permanence et, de ce fait, imperméables. 103

Le relief de la terre

Permafrost : l’équivalent anglais de pergélisol (voir pergélisol). Pesanteur : la pesanteur est la résultante de forces qui s’exercent sur les diverses parties d’un corps, comprenant les forces de gravité dues à l’attraction des masses environnantes, et les forces centrifuges dues au mouvement de ce corps. Au voisinage d’un corps de masse importante, comme la Terre, la composante principale de la pesanteur est due aux forces de gravité, c’est pourquoi on utilise parfois indifféremment l’un pour l’autre. Poljé (= plaine en slave) : c’est une forme d’un relief karstique. Il

s’agit d’une plaine à fond plat, entourée de versants rocheux escarpés. Les eaux sont généralement évacuées par un trou appelé ponor. Dans les travaux d’Hercule, le nettoyage des écuries d’Augias correspondrait à une vidange du Poljé de Fénéou (Péloponnèse). Quaternaire :  n. m. Caractérise la période géologique la plus récente, postérieure au Tertiaire avec lequel elle forme le Cénozoïque. Sa définition a beaucoup varié au cours des temps. Relief inversé : avec le temps, le relief conforme des monts et vaux jurassiens se trouvera inversé s’il existe de puissantes séries de roches argilo-marneuses : les monts primitifs seront remplacés par des combes, les vaux finiront par être perchés (on dit aussi synclinal perché). Résurgence : en géologie, réapparition à l’air libre d’une eau qui s’est enterrée dans le cadre d’un relief karstique et qui a généralement suivi un parcours souterrain. Snowball (anglais) : expression qui signifie boule de neige. On utilise cette formule pour parler d’une Terre entièrement couverte de glace. Un ou de tels épisodes auraient pu se produire durant le Cryogénien. Subnival (Étage) : en botanique, subdivision correspondant à la zone située juste sous la limite des neiges persistantes, caractérisée par des pelouses permanentes sans arbres ni arbustes. Till : dépôt glaciaire meuble avec une granulométrie très hétérogène. Tillite : conglomérat résultant de la compaction d’un dépôt glaciaire (moraine ou fleuve). On y voit souvent des galets striés. Les éléments sont de taille variable (gravier au bloc), mal classés, emballés dans une matrice fine, argilo-sableuse, parfois bariolée. 104

Glossaire

Trapp (du scandinave = escalier) : superposition de plusieurs coulées de lave régulières et horizontales. Un trapp peut avoir une épaisseur qui dépasse les 1 000 m et s’étendre sur des milliers de km. Lorsqu’une vallée se forme par incision d’un trapp, elle forme des versants en escalier. Varve (du suédois varvig, rayé) : dépôts constitués d’une alternance de sédiments fins et grossiers. La périodicité annuelle d’un couplet (un niveau fin plus un niveau grossier) est utilisée comme moyen de datation.

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Bibliographie

• Bichet V., Campy M. (2008). Montagnes du Jura. NEO Éditions, 304 p. • Delannoy J.-J., Deline P., Lhénaff R. (2016). Géographie physique. Aspects et dynamique du géosystème terrestre. Vuibert, 977 p. • Delcailleau B. (2004). Reliefs et tectonique récente. Vuibert, 259 p. • Mercier D. (2010). Le commentaire de paysages en géographie physique. Armand Colin, 256 p. • Salomon J.-N. (2006). Précis de karstologie. Presses Universitaires de Bordeaux, 287 p. • Tardy Y., Roquin C. (1998). Dérive des continents. Paléoclimats et altérations tropicales. Éditions BRGM, 473 p.

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Index A activité biologique 50 Albert le Grand 88 Alpes 41, 42 Alsace 40, 41 altération 43, 44 altimétrie 12, 25, 26 Andes 9, 11, 33, 34 Apollon 92 Ararat 93 Ardennes 46 arène 43 Arizona 54 astroblèmes 72 auréoles 66 Avicenne 88

climat 85 compression 33 continent des grès rouges 86 coulées 64 coulissage 38 coulissants 40 cratère 74 cratères d’impacts 72 cycle de Wilson 81, 82 Cyclopes 93

D décrochements 39, 40 Dentelles de Montmirail 71 déséquilibre dynamique

B barkhane 54, 55 bassin de Paris 67 blocs erratiques 59

C calcaires 45 calotte 30, 31 Cantal 64 canyons 62 Carrare 77, 78 carrière 77, 78 Cassini 20, 89 Caucase 92 Causses 61 Cénotes 96 Challenger 10 chaos 59, 60 chevauchement 70 cisaillement 38, 40

86

Devil’s Tower 94 dilatations 49 dioxyde de carbone 48 dissolution 48 distension 35, 37 Dolomieu 89, 90 dolomites 90 dune 50, 55 dunes 54, 56 dyke 65

E eau 43 effondrement 73 effondrement minier 76 ellipsoïde 21, 22 équilibre 30 érosion 45, 50, 85 Etna 51, 63, 93 107

étoiles 91 Everest 13, 98

F faille 38, 39, 40, 41 falaise morte 19 filon 65 fossé bressan 41 Fuji 63

G gaz 48 gaz carbonique 48, 49 géoïde 16, 21, 22, 23 glaciaire 56 glaciation 30 glacier 30, 56, 57, 58 glissement 35 gorge 45, 62 GPS 26 grandes expéditions 10 granite 44, 60 gravité 16, 23, 28, 31 grottes 45 Guatemala 73

H Haut-Kœnigsbourg 87 Hawaii 32 Herzog 97 Himalaya 14, 34

I iceberg 28 Île de Hawaii 13 inversion de relief 64, 68 inversion du relief 67

Le relief de la terre

Islande 36 isostasie 29

J Jordanie 41 Jules Verne 98

K karst 48 Kimberley 75

L laves 63 Levant 41 Loire 46, 47, 79 Luzenac 75

M Mallory 97 marées 52 marégraphe 15, 16 Mariannes 34 mer Rouge 41 Meteor Crater 72 Meuse (la) 46, 47 Mexique 73 mont Blanc 15 mont Fuji 97 Mont-Saint-Michel 51, 92

Monument Valley 54 moraines 57, 58

morphologies 53 mouvements visqueux 31 Moyen-Orient 41

N nappes de charriage 70 Newton 89 niveau de base 82, 83 niveau marin 17, 18, 19 niveau moyen 15

O Olympus Mons 13

P Pangée 81 pergélisols 74 Philippine 34 plasticité 29 Ploumanac’h 59 Polje 61 profil d’équilibre 83, 84

R racines 51 récif 34 relief appalachien 69 relief conforme 67 relief jurassien 67, 68 Réunion (la) 32

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S Sainte-Victoire 70, 99 San Andreas 38 satellite 27, 66, 69 Scandinavie 30 Seine (la) 46, 47 Sibérie 74 sill 65 stries 57

T Telliamed 88 température 49 terrasses 85 Terre-Mère 95 tour de Babel 95 Turquie 39, 40

V valse des continents 80 vent 49 Verdon 46 vie 50 viscosité 29 volcan 32, 35

W Wallers-Aremberg 76

Y Yucatán 96