Chapitre 7 - sciences sec 4

RAPPEL

Lithosphère:

• C’est la couche externe solide de la Terre formée de la croute terrestre et de la partie supérieure du manteau.

• Elle est d’une épaisseur variable: 150km sous les continents et 70km sous les océans

• Roches:

  • Assemblages de minéraux qui forment la croute terrestre.

• Minéraux:

  • Se distinguent par leurs propriétés caractéristiques.

Hydrosphère:

• Elle correspond à l’ensemble de l’eau présente sur Terre sous les trois formes de la matière: solide, liquide, gazeuse.

7.1. LA LITHOSPHÈRE (ST)

7.1.1 LES MINÉRAUX:

Minéraux (minéral):

• Ils sont des corps solides inorganiques, ils ne proviennent ni d’un animal, ni d’un végétal.

• Ce sont des substances pures qui possèdent leur propre composition chimique et leurs propriétés sont bien définies.

• Ils possèdent une structure atomique ordonnée; les atomes sont organisés de façon à former des cristaux toujours semblables.

• Il y a plus de 4000 minéraux différents sur terre.

Roches:

• Ils sont des solides hétérogènes composés de minéraux.

• Une roche est un assemblage de minéraux.

Minerai:

• Un minerai est une roche extraite de la lithosphère. Cette roche contient une quantité suffisante de minéraux utiles, ce qui en justifie l’exploitation.

• On peut en extraire le minéral par différents procédés.

Impacts de l’exploitation minière sur l’environnement:

• Utilisation de grandes quantités d’eau pour exploiter le minerai. Cela peut la rendre impropre à la consommation ; la contamination des nappes phréatiques par lessivage.

• Dégradation de la surface terrestre.

• Modification de l’habitat de plusieurs organismes vivants.

• Productions de résidus miniers toxiques contendant des métaux lourds comme le cadminium, l’arsenic et le plomb.

• Production de gaz à effet de serre par la machinerie employée.

L’exploitation et la transformation des minéraux:

1) Localisation des minéraux d’intérêt (faire de la prospection).

2) Lorsque la quantité et la concentration d’un minéral sur un site sont suffisamment intéressantes poour permettre l’exploitation du minerai, on parle alors d’un gisement. Le québec est reconnu pour ses gisements d’or, de zinc, de cuivre, de nickel et de fer.

3) L’extraction du minerai dépend de sa situation dans le sol:

• En surface: une mine à ciel ouvert permet de récupérer le minerai à l’aide de machinerie (foreuses, pelles, camions à benne). On enlève les couches successives du sol, une à une.

• En profondeur: il faut creuser des galeries souterraines.

4) Une fois le minerai récupéré, plusieurs étapes sont nécessaires pour en extraire le minéral. Ex.: le minerai d’or est broyé puis traité avec des produits chimiques, comme le cyanure, pour détacher le métal pur. Le métal est alors fondu, puis coulé dans des moules pour former des lingots.

7.1.2 LES HORIZONS DU SOL:

La pédogénèse:

• La formation d’un sol est possible grâce à l’eau qui aide à transporter des minéraux et des éléments organiques aux différents horizons:

  • La composante organique est obtenue par la décomposition de la matière végétale (mouvement descendant).

  • La composante minérale d’un sol est obtenue par l’altération physique et chimique de la roche-mère (mouvement ascendant).

• Le sol assure de multiples fonctions:

  • Support à la production alimentaire.

  • Stockage, filtration et épuration de l’eau.

  • Habitat pour la faune et la flore.

  • Stockage du carbone.

  • Source de matières premières.

Types de sol:

• Il est déterminé par la dimension des particules qui le composent et par leur agencement. C’est donc la texture, la structure, et la porosité des sols plutôt que leur composition chimique qui permettent de classifier les sols.

• Classification des particules du sol selon la taille:

  • Sable:

    • Poreux.

    • Couleur généralement pâle.

    • Glisse entre les doigts.

    • Sensible à l’érosion et au lessivage (phénomène d’entraînement en profondeur des nutriments ou de contaminants par l’eau.

  • Argile:

    • Loud et compact.

    • Retient l’eau et les nutriments.

    • Reste collé comme la pâte à modeler.

    • Tendance à être alcalin.

    • Difficile à travailler.

• Lorsqu’un sol contient beaucoup de matière organique en décomposition on parle d’un:

  • Sol humifère (humus)

    • Sol spongieux: bonne aération et écoulement facile de l’eau.

    • Couleur généralement foncée.

    • Retient bien les nutriments (engrais).

    • Facile à travailler.

Réactivité chimique et biologique du sol:

• Réactivité chimique:

  • La circulation de l’eau dans le sol influence sa composition chimique car la solubilité des composés chimique présents n’est pas la même.

  • Le présence d’air dans le sol, et particulièrement du dioxygène, entraine des réactions d’oxydation qui modifie la composition chimique du sol. Dans certains cas, cela peut acidifier le sol.

  • La présence d’argile et d’humus permet de maintenir le pH relativement stable.

• Réactivité biologique:

  • Le rôle des organismes vivants (animaux et microorganismes, les principaux organismes sont: rongeurs, limaces et escargots, vers de terres, champignons et bactéries) d’un sol est d’assurer:

    • La décomposition de la matière organique.

    • Le brassage des couches du sol.

    • L’aération du sol.

Pourquoi est-ce que la forêt est un appareil digestif?

• Arbre ⇾ feuilles ⇾ sol ⇾ décomposition ⇾ nutriments ⇾ racines ⇾ arbre

Les horizons du sol sont causés par:

• Des phénomènes naturels provoquent l’érosion et l’altération de la roche mère. Des fragments de roches se mêlent ainsi aux végétaux et aux animaux en décomposition et s’accumulent en couches superposées pour former les horizons du sol.

Les horizons du sol:

• Ils sont les différentes couches du sol qui se différencient par leurs propriétés physiques (épaisseur, texture, structure, couleur) et par leurs propriétés chimiques (pH, % de matière organique, % d’azote, etc.).

7.1.3 LE PERGÉLISOL

Le pergélisol:

• Dans certaines régions nordiques ou situées en altitude, la température passe rarement au-dessus de 0°C et une partie d sol conserve une température égale ou inférieure à 0°C durant une longue période. L’été y étant souvant très court, le sol reste gelé en profondeur. Il est présent dans une vaste partie du Grand Nord canadien.

• C’est la partie du sol considérée comme gelée en permanence pendant au moins deux années consécutives. «Sol gelé en permanence» donc «per-gel-i-sol».

• Son épaisseur varie: 30cm dans les zones plus au sud et peut atteindre 1000m de profondeur (en Sibérie par exemple).

• Surmonté d’une couche superficielle, appelée couche active ou «mollisol» qui dégèle en été.

Conséquences du réchauffement climatique sur le pergélisol:

• Libération de dioxyde de carbone et de méthane atmosphérique, deux puissants gaz à effets de serre produits par l’action des microorganismes.

  • Dégel de la matière organique morte = activité accrue des décomposeurs = libération de CO₂ et de CH₄ dans l’atmosphère.

• Glissements de terrain provoqués par les sols plus meubles.

• L’instabilité des bâtiments et des routes causée par l’instabilité des sols.

• La fonte de banquise donc la disparition du lieu de reproduction de certaines espèces animales et la diminution de la nourriture disponible.

• Des innondations.

• L’apparition d’une végétation plus persistante.

• Modification des écosystèmes.

• Anciens virus et bactéries.

7.1 LA LITHOSPHÈRE (STE)

7.1.4 LA CONTAMINATION DES SOLS:

La contamination des sols:

• Elle se produit lorsque la concentration d’une substance toxique dans le sol est supérieure à la normale.

• Les contaminants sont entraînés par les eaux de pluie vers les cours d’eau et la nappe phréatique. Ils peuvent alors être absorbés par les végétaux, se répandre dans les chaînes alimentaires et contaminer l’ensemble des organismes, y compris les êtres humains.

Exemples de contamination:

La capacité tampon des sols:

• C’est la capacité qu’ont certains sols à résister à divers degrés aux variations du pH.

• Les acides peuvent être en partie neutralisés par le sol qui a la capacité de résister aux variations du pH.

• Elle dépends du type de sol.

• La résistance des sols aux pluies acides varie selon leur composition. La matière organique et l’agrile, tous deux très fins, aident à contrer les variations de pH.

• Certains sols, par exemple les sols calcaires, ont la capacité de neutraliser chimiquement les acides.

Fonctionnement de la capacité tampon:

• Il existe de manière naturelle des échanges entre les parties solide et aqueuse du sol; les minéraux (ions) sont constamment échangés entre les deux.

• Lorsqu’un surplus d’ions H⁺ arrive dans la solution du sol, ils sont échangés avec d’autres ions fixés sur les particules du sol. Ce phénomène les retire de la solution du sol, donc, cela enlève leur effet d’acidification.

Avantages d’une bonne capacité tampon:

• Le pH joue un rôle essentiel dans l’activité microbiologique du sol et dans l’absorption des nutriments et de l’eau par les racines. Donc plus le pH est stable, mieux sera le sol et les plantes qu’il supporte.

• En plus, les sols ayant une bonne capacité tampon sont des sols peu vulnérables à la perte des éléments nutritifs par lessivage.

• Autrement dit, les sols ayant une bonne capacité tampon sont des sols fertiles.

Les types de sols en fonction de leur capacité tampon:

7.1.5 L’ÉPUISEMENT DES SOLS

Fertilité d’un sol:

• Un sol qualifié de «fertile» répond aux besoins des végétaux.

• Plusieurs facteurs influencent la fertilité des sols dont les principaux sont:

  • Présence des minéraux en quantité suffisante (azote, phosphore, potassium).

  • Taux d’humidité adéquat.

  • pH approprié.

• L’épuisement des sols correspond à une perte de fertilité.

L’épuisement des sols:

• Il se traduit par une perte d’éléments nutritifs, ce qui en diminue la fertilité.

Facteurs causant l’épuisement des sols:

7.2 L’HYDROSPHÈRE (ST)

Sur les continents, les précipitations s’écoulent en fonction du relief et des caractéristiques du sol. C’est ainsi que l’eau s’accumule et circule à l’échelle de vastes territoires. Sous l’effet de la gravité, l’eau s’écoule du haut (en amont) vers le bas (en aval) et selon la dénivellation du terrain. Ce ruissellement définit des lignes imaginaires qui relient les points les plus hauts des reliefs. Les lignes délimitant ces territoires se nomment «lignes de crête» ou «lignes de partage des eaux».

7.2.1 LES BASSINS VERSANTS:

Les bassins versants:

• C’est une partie du territoire, délimitée par des lignes de crête (qui sont des frontières naturelles), qui draine les précipitations vers une rivière, les eaux souterraines ou un réseau de cours d’eau.

  

• L’eau des précipitations ruisselle vers des bassins versants différens selon qu’elle tombe d’un côté ou l’autre de la ligne de crête. Le ruissellement entraîne de fines particules, des matières organiques provenant de la surface des sols et des substances dissoutes.

• On dit que l’eau s’écoule de l’amont (de la montagne) vers l’aval (vers la vallée), c’est-è-dire du point le plus haut vers le point le plus bas.

• En général les petits bassins versants font partie de bassins plus grands.

• Le bassin versant contient un réseau de cours d’eau, qui comprend aussi les eaux souterraines et de ruissellement. Cet ensemble de cours d’eau forme le «réseau hydrographique».

• C’est l’action de la gravité qui conduit l’eau d’un point à un autre dans le bassin versant.

• Les bassins versant s’imbriquent les uns dans les autres, du plus petit au plus grand. On retrouve ainsi des: bassins versants locaux, secondaires, fluviaux, et les plus grands de tous sont les bassins versants océaniques.

  

Impacts d’activités humaines sur les bassins versants:

7.2.2 LA SALINITÉ

La salinité:

• Elle correspond à la quantité de sels minéraux dissous dans un volume déterminé de liquide.

• Plus la salinité de l’eau est élevée, plus la masse volumique de l’eau est grande et, inversement, moins la salinité est élevée, moins la masse volumique de l’eau est grande.

Comparaison de la salinité (g/L):

• Eau distillée: 0

• Eau douce: < 1

• Eau de mer: 35 (variable)

  • Cette concentration est relativement stable car autant de nouveaux sels arrivent dans la mer que de sels qui en partent.

• Mer Morte: 275

• Eau saumâtre: entre 1 et 10

Modifications de la salinité:

• Légère augmentation:

  • Le flux solaire cause de l’évaporation.

• Baisse de la salinité:

  • Les pluies font fondre de la glace.

• Augmentation de la salinité:

  • La formation de glace.

L’eau saumâtre:

• L’eau saumâtre, quant à elle, est un mélange d’eau douce et d’eau salée. On trouve des eaux saumâtres là où l’eau douce des continents attent les océans, à l’embouchure des fleuves, dans les estuaires ou les deltas, par exemple.

La composition de l’eau de mer:

• Une petite partie des sels de l’eau de mer provient de l’eau douce des bassins versants fluviaux qui se déverse dans les océans. Ces sels proviennent de l’érosion des roches de la lithosphère par les eaux de ruissellement et les eaux souterraines. La plus grande partie des sels provient de l’activité volcanique et des sources sous-marines situées le long des dorsales océaniques.

7.2.3 LA CIRCULATION OCÉANIQUE

Circulation océanique:

• Elle correspond à l’ensemble des courants circulant dans les océans de la planète.

• L’eau des océans est en mouvement continu. Le mouvement d’une masse d’eau dans une direction donnée est appelé «courant marin». Il existe deux types de courants marins: courants de surface et les courants de profondeur ou de densité.

Courants de surface:

• Les vents qui soufflent à la surface des océans sont principalement responsables des courants de surface. Ces courants sont aussi soumis à une force créée par la rotation de la Terre (effet de Coriolis). Ils sont provoqués par les vents dominants.

• Se déplacement à l’horizontale, généralement dans les premiers 400m sous la surface de l’eau.

• Sont déviés de leur trajectoire par les continents.

Courants de profondeur ou de densité:

• Ils sont causés par une différence de salinité et de température de l’eau des océans. D’une part, l’eau salée, en raison de sa masse volumique élevée, a tendance à se diriger vers les fonds marins, en dessous de l’eau douce qui provient des grands fleuves et de la fonte des glaces des régions polaires. D’autre part, lorsque la température de l’eau refroidit (l’atmosphère absorbe une partie de sa chaleur), son volume diminue, ce qui augmente la masse volumique de l’eau. Ainsi, l’eau froide se dirige vers les fonds marins et l’eau chaude, vers la surface. Il s’agit d’un mouvement de convection.

• Influences sur la densité de l’eau:

  • La température:

    • Lorsque l’eau se refroidit, sa masse volumique augmente. Le maximum de densité de l’eau pure se situe à 4°C.

  • La salinité:

    • Plus la salinité augmente, plus la masse volumique augmente.

  • Ainsi, lorsque l’eau de surface s’approche des pôles, elle se refroidit au contact de l’air froid. Sa densité augmente ce qui l’amène à plonger et à se déplacer en profondeur.

  • En plus, lorsque l’eau gèle près des pôles, la salinité de l’eau non gelée augmente puisque le sel est graduellement expulsé de la glace formée. Ainsi, la densité de l’eau augmente encore, ce qui accentue son plongeon vers les profondeurs.

  • La plongée des eaux favorise l’approvisionnement des fonds marins en dioxygène dissous.

La circulation thermohaline / « le grand convoyeur» / «le ruban océanique» : (thermos = chaud et halos = sel)

• Les courants de surface et de profondeur forment la circulation thermohaline. Un des effets de ce phénomène de convection est de permettre à l’eau froide, plus dense, de descendre dans les fonds marins et à l’eau plus chaude de remonter en surface.

• La plongée des eaux dans l’Atlantique nord force les eaux plus chaudes du sud à migrer vers le nord pour prendre sa place. Et à l’inverse, cette plongée des eaux provoque des montées des eaux à d’autres endroits du globe. Cette montée favorise la remontée d’éléments nutritifs dont le plancton peut se nourrir.

• Elle répartit la chaleur entre les océans en combinant les courants chauds et les courants froids. Cela réduit les écarts de température entre les pôles et à l’équateur, donc elle régule le climat à la surface de la Terre.

• Le Gulf Stream, une portion de la boucle thermohaline, est l’un des courants les plus importants de la planète. Il transporte l’eau chaude de la mer des Caraïbes et du golfe du Mexique, remonte vers le nord en longeant la côte américaine, puis se dirige vers l’Europe. De façon générale, on considère que ce courant océanique contribue en partie à réchauffer le climat des parties nord et ouest de l’Europe.

  

7.2.4 LES GLACIERS ET LES BANQUISES:

Une partie de l’hydrosphère existe sous forme de neige ou de glaces, qui se trouvent dans les régions polaires et en altitude.

Les glaciers:

• C’est une masse formée de glace (eau douce solide) provenant de l’accumulation et de l’entassement de neige à la surface d’un continent.

• Les deux plus grandes calottes glaciaires sont celles de l’Antarctique et celle du Groenland.

Les banquises:

• C’est un amas de glaces flottantes (formées principaleemnt d’eau saumâtre solide) à la surface des océans polaires.

• Elle se forme sur les océans polaires à la fin de l’été.

• L’eau de mer en surface gèle et s’épaissit lentement jusqu’à 2 ou 3 mêtres.

• La banquise est constituée d’eau saumâtre, dont la salinité est moindre que celle de l’eau salée sur laquelle elle se forme.

• La formation de la banquise fait augmenter la salinité de l’eau de mer sous elle.

• L’étendue de la banquise varie selon les saisons.

Impacts liés à la fonte des banquises:

• La banquise est déjà comptée dans le volume des océans puisqu’elle repose sur l’eau. Sa fonte ne provoquera pas une hausse du niveau de la mer.

• Comme la surface de l’eau est moins réfléchissante qu’une étendue de flace, elle absorbe davantage l’énergie solaire, ce qui fera augmenter sa température. On dit alors que la fonte de la banquise entraîne une diminution de l’albédo.

• L’eau saumâtre provenant de la fonte de la banquise, perturbera la circulation thermohaline. Il y aura une diminution de la salinité, ce qui peut nuire à la plongée des eaux et ralentir la circulation

• Ouverture de nouvelles voies navigables et de nouvelles zones d’exploitation des ressources:

  • La banquise Arctique a perdu un peu plus de deux millions de km² de superficie en été depuis 30 ans. Certains prédisent un océan Arctique libre de toute glace vers l’an 2050, ce qui conduit à des enjeux économiques et politiques de taille.

La fonte des glaciers provoquerait:

• L’augmentation du niveau des mers due à l’apport de la fonte des glaciers en eau douce provoquerait:

  • La disparition de villes côtières ou construites sous le niveau de la mer, comme la Nouvelle-Orléans, aux États-Unis.

  • Des inondations menant parfois à la création de nouvelles voies navigables, à la diminution de la surface réfléchissante de la Terre (albédo) et aux déplacements de populations humaines.

7.2 L’HYDROSPHÈRE (STE)

7.2.5 LA CONTAMINATION DE L’HYDROSPHÈRE

La contamination de l’hydrosphère:

• Elle survient lorsque les propriétés et la composition de cette dernière sont changées par diverses substances au point de perturber l’équilibre du milieu.

Principaux contaminants de l’hydrosphère:

L’eutrophisation:

• C’est un phénomène naturel qui se déroule généralement sur de très longues périodes, mais l’activité humaine peut contribuer à l’accélérer. Certaines substances comme les engrais et certains nettoyants contribuent à l’eutrophisation par leur apport en nitrates ou en phosphates. Le déversement d’eaux usées, le ruissellement des eaux provenant des terres agricoles et la déforestation participent notamment à ce phénomène.

  • Les activités agricoles: l’élevage d’animaux produit beaucoup de fumier et il est utilisé comme engrais sur les terres; la fertilisation des sols avec engrais artificiels; le ruissellement entraîne ces engrais vers les cours d’eau.

  • Déforestation: cela provoque l’augmentation du ruissellement dans le bassin versant; il y a donc un transport accru de matière organique et de nutriments vers les cours d’eau.

  • Les rejets d’eaux usées: elles contiennent des phosphates provenant des détergents, des savons à lessive et à lave-vaisselle. La réglementation imposée dans les dernières décennies a grandement amélioré cette source de contamination.

• Étapes:

  • 1) Le ruissement enrichit le plan d’eau en phosphore et en azote. Les organismes photosynthétiques se multiplient. Ils bloquent ainsi la lumière aux végétaux situés en profondeur et entraînent leur mort.

  • 2) Les végétaux morts se déposent au fond de l’eau. Ils sont ensuite décomposés par des microorganismes. Les microorganismes décomposeurs prolifèrent vu l’abondance de nourriture. Diminution en dioxygène (O₂)

  • 3) La raréfaction du dioxygène dans le plan d’eau provoque la disparition progressive de certaines espèces animales (poissons, crustacés, insectes, etc.). Ultimement, le plan d’eau n’est plus qu’un terrain recouvert d’une épaisse couche de boue où pousse une végétation adaptée.