Transcription
Notion de géologie de terrain, partie 1 : Les plans géologiques.
[Musique]
Les géologues de terrain étudient les affleurements. Ce sont des lieux où l'on peut directement observer les roches du sous-sol. La plupart du temps, l'affleurement montre des lignes qui divisent la roche en couches ou en blocs. Ces lignes sont en fait la trace de plans qui découpent la roche. Ces plans ont différentes origines. Ils peuvent provenir de la formation initiale de la roche, ou alors apparaître secondairement lors des déformations tectoniques.
Il existe quatre principaux plans géologiques : les surfaces de stratification, la schistosité, les diaclases et enfin les failles. Les strates sont en fait des couches de sédiment qui se sont déposées à l'horizontale au fond d'un milieu, le plus souvent aquatique. Chaque strate peut être décrite par deux surfaces : le mur et le toit. Les couches se superposent donc les unes au-dessus des autres selon le principe de superposition. La couche la plus ancienne est donc la couche la plus profonde.
Sur leur carnet de terrain, les géologues notent les surfaces de stratification par le symbole [Musique] S0. Le meilleur critère pour reconnaître S0 est de définir la nature de la roche de part et d'autre de cette surface. En général, les strates sont de nature différente. S0 sépare deux types de roches différentes.
Au cours des temps géologiques, les strates sédimentaires et les surfaces qui les définissent peuvent être déformées. Par exemple, elles peuvent être basculées, ou encore verticalisées, voire plissées. Ces déformations peuvent faire apparaître dans la roche d'autres plans géologiques particuliers. Ils sont tous postérieurs à leur formation et sont souvent liés à des contraintes tectoniques dans les régions proches des limites des plaques.
La schistosité fait partie de ces nouveaux plans géologiques qui apparaissent au cours de la déformation des roches. La schistosité se définit par des plans nombreux et parallèles qui traversent la roche. Ces plans se développent particulièrement bien dans les roches homogènes à grain fin, comme par exemple les ardoises. Sur le carnet de terrain, les géologues la notent S1. Les plans de schistosité apparaissent de manière secondaire quand la roche est soumise à des forces tectoniques appelées contraintes. L'orientation dans l'espace des plans de schistosité permet de reconstituer le sens des contraintes, initialement perpendiculaires aux plans de schistosité.
Sur cette photographie prise dans les Alpes, on peut distinguer deux plans géologiques de nature différente. Tout d'abord S0, qui définit des couches sédimentaires qui ont été plissées. Dans un second temps, lors du plissement, un deuxième plan est apparu : le plan de schistosité, parallèle au plan de l'axe du pli.
Un troisième type de plan géologique peut traverser les roches : les diaclases. Les diaclases divisent la roche en blocs. Les diaclases sont des fractures qui traversent la roche, mais qui ne montrent pas de déplacement de part et d'autre, comme on peut le voir par l'absence de décalage de part et d'autre des diaclases. Les diaclases peuvent avoir une origine tectonique, mais elles peuvent aussi se former lors de la décompression quand les roches remontent vers la surface, ou lors de leur refroidissement, comme par exemple pour un granite.
Il existe un dernier plan géologique remarquable, capable de recouper tous les autres dans la roche : ce sont les failles. Les failles sont des structures très importantes pour la compréhension des déformations tectoniques qui ont lieu dans les zones de limite de plaque lithosphérique. Elles permettent de reconstituer les mouvements convergents, divergents, ou encore coulissants rencontrés dans la tectonique des plaques.
Comme les diaclases, les failles sont des fractures dans les roches, mais elles montrent un déplacement des blocs qu'elles [Musique] délimitent. Sur cette photographie, les plans de stratification S0, recoupés par les failles en rouge, ont été [Musique] décalés. Le déplacement vertical ou horizontal de ces marqueurs de déformation se nomme le rejet. On peut ainsi définir le déplacement relatif des blocs sur ces failles, qu'on représente par des demi-flèches sur le carnet de terrain.
Il existe trois types de failles : des failles normales, les failles inverses et les failles décrochantes. Les failles normales sont caractérisées par des plans fortement inclinés, aux alentours de 60° par rapport à l'horizontal. Les surfaces S0 peuvent marquer la déformation associée à ces failles. [Musique] On remarque que le bloc A, posé sur la faille, est descendu par rapport au bloc B. Ce mouvement relatif, représenté par les demi-flèches, est caractéristique d'une faille normale. Les failles normales sont caractéristiques d'un régime de déformation dit en extension, comme par exemple à la limite des plaques divergentes.
Les failles inverses sont aussi caractérisées par des plans inclinés, mais avec une valeur moindre, autour de 30° par rapport à l'horizontal. Encore une fois, ce sont les plans S0 de la stratification qui nous donnent le sens de déplacement des blocs de part et d'autre de la faille inclinée. Dans ce cas, le bloc A s'est déplacé au-dessus du bloc B, selon un mouvement relatif représenté par les demi-flèches. Cette faille est alors appelée faille inverse. Elle est caractéristique d'un régime en compression, comme on peut le rencontrer dans les limites de plaques convergentes, par exemple dans les chaînes de montagnes.
Contrairement aux deux premiers types de failles, qui étaient associés à des mouvements verticaux, les failles décrochantes montrent eux des mouvements horizontaux. Sur cette photo aérienne, on remarque la trace d'une faille verticale. Le déplacement des blocs A et B est souligné par la trace des stratifications observées à la surface du sol. Ainsi, un observateur situé sur le bloc A voit le bloc B se déplacer sur sa droite. Dans ce cas, la faille décrochante est dite dextre. Dans le cas contraire, la faille est dite senestre.
D'autres indices sont utilisés pour déterminer si un plan géologique est une faille. Les bourrelets de faille sont des déformations plissées de la stratification qui se font au plus proche de la faille. Ils permettent d'ailleurs de déterminer le sens de déplacement. Les "fentes de tension" sont des fractures qui s'ouvrent et se remplissent le plus souvent de cristaux de quartz ou de calcaire. Les "cavités" présentes au voisinage des failles ou recoupées par elles ont des formes lenticulaires ou sigmoïdes. Les brèches de failles sont des zones de roches broyées, coincées entre les deux blocs qui se décalent. Enfin, les stries tectoniques sont des sortes de griffures portées par le plan géologique qui correspond au miroir de faille. Le miroir de faille est la surface le long de laquelle se déplacent les deux blocs l'un par rapport à l'autre. Les stries tectoniques présents sur un miroir de faille permettent de déterminer la direction de déplacement des blocs l'un par rapport à l'autre. Ici, le déplacement est vertical dans le cas d'une faille normale. Sur ce miroir de faille vertical, on observe des stries tectoniques horizontales. Elles traduisent un déplacement horizontal d'un bloc par rapport à un autre, typique d'une faille décrochante. Sur cet autre miroir de faille vertical, on observe des stries obliques. En effet, dans la nature, tous les déplacements sur les miroirs de failles sont possibles. Ici, il s'agit d'un mouvement décrochant avec une composante verticale.
En résumé, il existe trois types de failles : deux qui présentent des mouvements verticaux associés à des mouvements d'extension ou de compression, et un troisième type montrant des mouvements horizontaux associés à de l'extension et un raccourcissement, tous les deux horizontaux.
En bilan de cette première partie, nous avons vu que des stratifications séparées par des surfaces dites S0 pouvaient devenir des marqueurs de la déformation. Dans un régime de compression, avec des strates qui se déforment de manière plastique, nous observons l'apparition de plis. Un pli en creux se nomme synclinal, un pli en bosse se nomme anticlinal. Avec une déformation croissante, nous voyons l'apparition de la schistosité, nommée S1. De plus, les plis sont de plus en plus déjetés, puis déversés, et peuvent même finir par casser selon une faille de type inverse, appelée ici faille de chevauchement. Dans une déformation purement [Musique] cassante, le décalage des S0 permet de reconstituer le déplacement des deux blocs par une faille : faille inverse en compression, ou faille normale en extension, ou enfin faille de décrochement.
Maintenant que nous avons appris à définir et à interpréter certains plans géologiques, dans la partie 2 de ce cours, nous allons apprendre à les mesurer.
Dans la première partie de ce cours de géologie de terrain, nous avons vu comment reconnaître et interpréter les différents plans géologiques. Dans cette seconde partie, nous allons apprendre à mesurer ces plans géologiques afin de connaître leur orientation dans l'espace. Cela nous permettra de reconstituer l'origine, la direction et le sens des forces tectoniques qui ont pu les former.
Pour mesurer l'orientation d'un plan géologique, nous avons besoin d'un certain nombre d'applications que vous devez préalablement installer sur votre smartphone. Tout d'abord, nous devons avoir une boussole, qui permettra d'orienter le plan par rapport au nord. Un niveau, qui permettra de mesurer l'inclinaison de ce plan. Et enfin, nous pouvons utiliser un logiciel de localisation par photo satellite avec des coordonnées GPS. Il existe une multitude d'applications gratuites sur Android ou Apple Store qui permettent d'avoir accès à ces fonctions. Par exemple, pour la marque iPhone, l'application boussole permet de regrouper toutes les fonctionnalités : au milieu, le niveau ; autour, la boussole ; en bas, les coordonnées GPS. Enfin, un carnet de terrain, un crayon à papier bien taillé et une gomme sont nécessaires pour annoter vos mesures dans votre carnet.
Sur cette vidéo, je vais vous expliquer comment mesurer la direction et le pendage d'un plan géologique incliné. La direction d'un plan incliné correspond à sa ligne horizontale. Le pendage d'un plan incliné correspond à la ligne de plus grande pente. Elle est perpendiculaire à la ligne [Musique] horizontale.
Pour mesurer ces deux lignes, je vais utiliser deux applications sur un smartphone : une boussole qui intègre aussi un niveau, qui permettra de déterminer la ligne horizontale. La boussole permettra de mesurer l'angle que fait cette ligne avec le nord. Avec une autre application, je vais avoir accès à l'inclinaison de ce plan. Car ici, en haut à gauche, en fonction de l'inclinaison, j'obtiens l'angle du smartphone. Je pourrai ainsi mesurer le pendage du plan.
Tout d'abord, je vais déterminer la ligne horizontale du plan. J'essaie de trouver la valeur zéro. Ainsi, le grand côté du smartphone représente la ligne [Musique] horizontale. Avec la boussole placée sur cette ligne horizontale, je vais pouvoir mesurer l'angle que fait cette ligne avec le nord. Ici, je mesure 148°. 148° par rapport au nord. Enfin, grâce au clinomètre, je vais placer mon smartphone [Musique] perpendiculairement à la ligne de direction, c'est-à-dire le long de la ligne de plus grande pente, et je mesure ici un angle d'environ 28° [Musique] 5.
Sur la boussole, je vois que le nord est situé en bas à gauche. [Musique] Cela veut donc dire que le plan incliné, au second plan ici, est incliné vers l'ouest. Ici, [Musique] les mesures de direction et de pendage du plan géologique doivent être systématiquement reportées sur un carnet de terrain. Sur le carnet de terrain, le nord est toujours en haut de la page. Ainsi, on peut replacer les quatre points cardinaux : l'est, l'ouest et le sud. Pour représenter la direction, nous devons tracer un trait qui va montrer un angle comparable à celui mesuré sur le terrain par rapport au nord. Tout à l'heure, nous avons mesuré un angle d'environ 148°. 148°, c'est donc un angle qui a environ cette valeur. Donc, sur le carnet, nous pouvons faire un trait de 148° par rapport au nord.
Pour la direction de pendage, le pendage est perpendiculaire à la direction. Nous avons deux possibilités : ou à gauche ou à droite du trait de direction. Nous avons mesuré tout à l'heure sur le terrain que le pendage allait vers l'ouest, c'est-à-dire de ce côté du trait de direction. Nous représentons donc par un trait plus court, perpendiculaire, le pendage, et nous indiquons l'angle mesuré sur le terrain d'une valeur de 28,5°. Voilà comment nous notons les valeurs sur le carnet de [Musique] terrain.
Suivant la nature du plan géologique mesuré, nous utilisons différents symboles. Un trait avec un autre trait perpendiculaire correspond à une surface de stratification S0. Un trait avec un triangle est utilisé pour représenter un plan de schistosité S1. Un trait avec deux petits traits perpendiculaires est utilisé pour représenter un miroir de faille.
À l'issue de cette seconde leçon, nous avons vu comment caractériser un plan géologique. Nous devons mesurer deux lignes : la ligne horizontale, appelée direction du plan, et la ligne de pendage, qui montre l'inclinaison de ce plan. Afin d'être efficace sur le terrain, je vous propose de prendre n'importe quel manuel, de l'incliner sur votre table, et grâce aux applications installées sur un smartphone, d'essayer de caractériser ces deux lignes et de les représenter sur carnet de terrain.
Dans la leçon suivante, nous allons travailler sur le croquis d'un affleurement. Les affleurements sont les lieux où l'on peut observer les roches du sous-sol. Une des méthodes pour les étudier est de réaliser un croquis de terrain. Pour réaliser un croquis sur le terrain, vous avez besoin d'un crayon à papier bien taillé, d'une gomme, de quelques crayons de couleur, d'un carnet de terrain et enfin d'une boussole ou d'un smartphone équipé d'applications.
Dans une première étape, il s'agit de définir un cadre pour le croquis. Par exemple, définir les éléments qui seront au premier plan, au second plan ici, l'affleurement rocheux, et au troisième plan, derrière, une terrasse rocheuse. On peut aussi représenter de manière schématique les éléments de la végétation posée sur le sol ici, au-dessus, ainsi que au premier plan, les petits buissons qui peuvent nous servir de référence pour localiser les objets géologiques. À l'aide d'un trait plus appuyé, on peut maintenant dessiner la trace des principaux plans géologiques qui traversent l'affleurement. Ce premier plan est une faille qui recoupe des stratifications qui sont décalées le long de cette [Musique] faille. D'autres plans sont aussi visibles sur cet affleurement. Il s'agit de diaclases, que je représente avec un trait plus fin car ce sont des plans secondaires qui nous apporteront moins [Musique] d'information.
Ajouter des légendes, c'est par exemple ajouter des couleurs pour les différentes roches rencontrées sur cet [Musique] affleurement. C'est aussi annoter les différents plans représentés sur le croquis. Par exemple, ici, les plans S0 de stratification. On peut d'ailleurs y ajouter des mesures de pendage réalisées sur le plan S0. Par exemple, ici, un plan de direction 30° par rapport au nord avec un pendage de 45° vers le sud-est. De la même manière, nous pouvons annoter le plan de faille. Ici, les surfaces de stratification montrent un décalage de type faille [Musique] normale. Rajouter un signe de pendage ici de 20° Nord pour un pendage de 40° Nord-Ouest.
L'échelle peut être donnée par une personne ou un objet dont on connaît la taille. Par exemple, cette personne mesure [Musique] 1,70 m. À l'aide d'une boussole, nous pouvons orienter la direction de cet affleurement, que l'on indique en haut à gauche et à droite de chaque côté du croquis. Ici, l'affleurement est orienté Nord-Ouest, Sud-Est. Enfin, le croquis doit être numéroté avec un numéro de site. Visiter le site numéro 1, par exemple. Ce numéro sera reporté sur la carte géologique ou la carte topographique. Ensuite, il doit être localisé le plus précisément possible par le lieu, la commune ou la route qui permet d'y accéder. De manière encore plus précise, on peut rajouter des coordonnées GPS en longitude et latitude. Et n'oubliez pas de prendre une photo de l'affleurement. Et maintenant, à vos crayons !