Les environnements froids
Glaciaire et périglaciaire
Cours et exercices corrigés
Master sciences de la terre sciences de l'environnement
Brigitte Van Vliet-Lanoë
Vuibert
Introduction1
Chapitre 1. Le Quartenaire et l'Holocène5
Introduction5
1-1. Les forçages tectoniques, orbitaux, atmosphériques et non orbitaux du climat6
Les reliefs6
Le volcanisme7
L'effet de serre8
Le forçage orbital et le forçage astronomique non orbital8
Météorites et rayonnement cosmique11
Le rayonnement particulaire ou cosmique11
Bilan des forçages12
1-2. Eustatisme, glaciation, aridité et circulation océanique12
1-3. Le Cénozoïque14
Le prélude Néogène16
Le Pléistocène ou Quaternaire17
Le Dernier Glaciaire22
Le pergélisol weichsélien24
Le Last Glacial Maximum (LGM) atlantique25
Fin du Dernier Glaciaire et transition Holocène28
Le début de l'Holocène (Holocène inférieur)32
L'Optimum holocène (Holocène moyen)34
Le Néoglaciaire34
Chapitre 2. Propriétés mécaniques et thermiques : le froid, une dessication orientée39
2-1. Propriétés de l'eau et de la glace de type I39
2-2. Nucléation de la glace et conséquences thermiques directes41
2-3. Glace et vapeur d'eau, ou comment créer de gros cristaux42
2-4. La glace et ses diverses formes44
2-5. Un cas particulier : les hydrates de gaz44
2-6. Les glaces : un enregistreur du paléoclimat, via une ségrégation isotopique de l'oxygène47
2-7. Le froid, une dessiccation orientée. Implications hydrologiques et géologiques50
2-8. Implications : érosion et aridification52
Chapitre 3. Le monde vivant57
3-1. Implications biologiques d'un environnement froid : l'évolution physiologique et les limites métaboliques57
Un cas à part : la contraction thermique au gel58
3-2. Le monde végétal58
3-3. La reproduction des végétaux62
La croissance63
L'enracinement63
La microflore64
3-4. Évolution des flores au Cénozoïque66
3-5. Le monde animal67
La faune68
L'anthropisation71
Un cas particulier : le sol72
3-6. La biodiversité et les refuges73
Chapitre 4. La végétation et les sols75
4-1. La végétation et les paléo-environnements (biomes)75
4-2. La pédogenèse79
Les facteurs géologiques80
Les facteurs biologiques limitants82
4-3. Les grands types de sols (fig. 4-7 et fig. 4-8)83
Sols humifères83
Sols podzoliques83
Sols hydromorphes85
Les tourbières86
4-4. Dynamique de la matière organique, altération et changements climatiques86
Action mécanique du gel sur les débris végétaux87
Rôle des algues, du mycélium et des lichens88
Rôle de la pédofaune89
L'altération biogéochimique et ses conséquences91
Matières organiques et changements climatiques92
Chapitre 5. Les avatars de la banquise et la dynamique glacielle95
Introduction95
5-1. Dynamique de la glace de mer, de lac et de rivière96
Cristalisation96
Exclusion et cristallisation des sels98
5-2. Banquise et climat : les effets directs99
5-3. La banquise et la circulation thermohaline : le pacemaker indirect de notre climat100
5-4. Implications biologiques103
Implications biologiques directes103
Rôle de la dynamique glacielle sur la dispersion des espèces105
5-5. Typologie des glaces flottantes105
Glace de mer105
Glace de lac et de rivière106
Le rôle du pied de glace108
5-6. Érosion et transport glaciel : un façonnement rapide de plates-formes littorales111
5-7. Les faciès sédimentaires glaciels et les transferts sédimentaires115
5-8. Implications paléoclimatiques et confusions121
Implications paléoclimatiques121
Confusions122
5-9. Implications géotechniques et environnementales actuelles122
Chapitre 6. Le monde glaciaire125
Introduction125
6-1. Les types de glaces126
La neige126
La glace de glacier127
Les glaces polaires : un paléoenregistreur de la composition de l'atmosphère129
6-2. Les glaciers : typologie134
Régime thermique135
Fonctionnement des calottes glaciaires137
6-3. Dynamique de la glace de glacier et des glaciers139
Modalités de l'écoulement : fluage et glissement basal139
Crevasses et séracs140
Profil d'équilibre et bilan glaciaire141
Le fluage143
Crevasses et séracs144
Glissement basal145
6-4. Hydrologie glaciaire et sous-glaciaire146
L'écoulement superficiel146
L'aquifère et l'écoulement interne147
Le surge, ou crue glaciaire151
Les débâcles glaciaires : jökulhlaups et événements de Heinrich154
6-5. Implications mécaniques : abrasion, hydrofracturation, déchaussement et arrachage156
6-6. Érosion glaciaire : mécanismes et contrôles géologiques157
6-7. La morphologie glaciaire158
Généralités158
Les microtopographies d'érosion161
6-8. La morphologie sédimentaire glaciaire163
Les formes et formations d'accumulation simples163
Les morphologies sédimentaires dynamiques sous-glaciaires164
6-9. Les formations sédimentaires glaciaires continentales et marines168
Le till basal ou de fond168
Le till d'ablation170
Le système fluvio-glaciaire171
Le système glacio-lacustre174
Le système glacio-marin175
6-10. La glacitectonique (active et passive) : arguments et confusions177
La glacitectonique passive178
La glacitectonique active181
6-11. Implications géodynamiques184
Glacio-isostasie184
Implications glacio-eustatiques187
Implications sédimentaires en stratigraphie séquentielle187
6-12. Bilans sédimentaires globaux et implications paléoclimatiques190
Implications paléoclimatiques et morphologiques192
6-13. Séismicité et volcanisme193
6-14. Implications géotechniques et environnementales actuelles195
Chapitre 7. Le pergélisol, dynamique et extension199
Introduction199
7-1. Répartition actuelle du pergélisol200
7-2. Les grands types de glaces : externe, interstitielle et de ségrégation203
Les glaces de sol d'origine externe203
Les vraies glaces de sol : ciment de glace et glace de ségrégation204
Classification des formes de glace dans les sols205
7-3. Comportement thermique du sol206
Généralités206
Rôle des flux et des gradients géothermiques207
Rôle de la neige208
Rôle de la glace et des eaux de fonte208
Rôle de la végétation210
7-4. Le pergélisol dans la topographie et son comportement à court et long terme211
Répartition dans la topographie211
Apparition et évolution213
Évolution d'un pergélisol en cas de modification climatique214
7-5. Implications hydrologiques du pergélisol : les taliks et les naledy217
7-6. Pingos et glace d'injection219
Le naled (plur. : naledy)219
Les hydrolaccolithes saisonniers219
Les pingos222
Fossilisation et signification paléoclimatique226
Les confusions227
7-7. Les phénomènes thermokarstiques228
La signature sédimentaire du thermokarst231
7-8. Champs de blocs, soulèvement gélival232
Les champs de blocs (blockfield, Felsenmeer)232
Le soulèvement gélival et les glaciers234
7-9. La reptation du pergélisol, les glaciers rocheux et les formes annexes234
La cambrure de versant234
Les glaciers rocheux235
Le pergélisol des glaciers rocheux et des éboulis fluants238
Signification paléoclimatique des glaciers rocheux239
7-10. Implications géotechniques et pétrolières239
Géotechnique239
Pergélisol, pétrole et exploitation pétrolière240
Chapitre 8. La dynamique périglaciaire vraie245
Introduction245
8-1. La glace de ségrégation et la cryosuccion245
8-2. Drainage des formations superficielles, dessiccation et lessivage248
8-3. Le gonflement cryogénique et la gélivité251
La gélivité252
8-4. Implications mécaniques253
La structuration cryogénique253
Influence de l'illuviation de particules au dégel256
La cryoexpulsion256
8-5. La cryoturbation, le gonflement cryogénique différentiel et les sols structurés périglaciaires258
Les autres théories264
Confusions avec des figures biogéniques, tectoniques ou sédimentaires azonales265
8-6. La solifluxion268
8-7. La gélifraction : mythe ou réalité ?274
Mécanismes274
Les sols structurés en milieu gélif278
Les grèzes litées280
8-8. Les buttes cryogéniques, ou palses281
Signification climatique et paléoclimatique des palses283
Les traces fossiles284
8-9. La contraction thermique et les coins de glace285
Les coins de glace286
La morphologie des réseaux289
Les formes de dégradation290
Les formes fossiles294
Implications paléoclimatiques297
Confusions297
8-10. Implications paléoclimatiques, pédologiques et géotechniques de la cryogenèse et du pergélisol298
Le pergélisol discontinu298
La cryoturbation et les sols structurés périglaciaires299
La solifluxion299
Les glaciers rocheux300
Le thermokarst300
Chapitre 9. L'environnement périglaciaire azonal et l'évolution paraglaciaire303
9-1. L'évolution paraglaciaire303
9-2. Ruissellement et ravinement303
9-3. Les dépôts de pente306
Éboulis simples et stratifiés306
Versants réglés et glacis306
Couloirs, cônes et debris flows307
9-4. Le fluviatile308
Les rivières et les fleuves à fonte nivale simple309
Les fleuves à régime fluvio-glaciaire310
Les fleuves à débâcles puissantes313
Les terrasses alluviales314
9-5. La dynamique éolienne et ses implications315
Sources des matériaux315
Modalités de dépôt des loess318
La sédimentation nivéo-éolienne320
Les caractéristiques granulométriques et l'émoussé321
Les formes d'érosion et de construction321
Les implications climatiques322
9-6. La nivation et la cryoplanation : mythe ou réalité ?326
Chapitre 10. Bilans sédimentaires quaternaires et stratigraphie séquentielle329
10-1. L'érosion et l'évolution de la nature de la sédimentation depuis le Cénozoïque329
10-2. Biorhexistasie : perturbation et déstabilisation des écosystèmes et réponse sédimentaire330
Validité du signal sédimentaire331
La transition glaciaire-interglaciaire331
L'optimum interglaciaire332
La transition interglaciaire-glaciaire, ou la déstabilisation333
Le glaciaire334
Les interstades et les stades : les Dansgaard-Oeschger335
Conclusion337
Corrigés des exercices339
Glossaire347
Bibliographie385