Notions de base

La tectonique est l'étude des déformations de la croûte terrestre et des structures qui en sont l'expression. Elle correspond aux phénomènes qui sont responsables des déformations des roches après leur formation. Ces phénomènes font intervenir des forces physiques importantes de compression, cisaillement, écartement.

Le volcanisme et les tremblements de terre sont les deux principales manifestations de la tectonique à l'échelle humaine. La déformation des roches est une conséquence à plus long terme de ces manifestations. Toutes les mégastructures, mésostructures et microstructures enregistrées à l’échelle cartographique, affleurement et microscopique, résultent généralement des événements tectoniques à travers les temps géologiques. Cette déformation peut correspondre à des mouvements minimes difficilement décelables, comme elle peut être spectaculaire provoquant des déplacements kilométriques.

1.1.Les failles

Les failles sont des cassures accompagnées d’un déplacement relatif des deux compartiments. La faille est le résultat d’un cisaillement dont les effets se localisent en une surface dite « plan de faille ». Ce plan est caractérisé par une direction dont la valeur est comprise entre (0 – 180°) et un pendage qui va de 0 – 90°. (Fig. 68)

Fig. 68 : Schéma illustrant des failles verticales A : faille normale, B : faille décrochante normale

Explication du schéma : les deux points F et F’ initialement contigus sont décalés. Le déplacement FF’ se décompose en un rejet vertical Rv et un rejet horizontal Rh (cas A), les stries ont un pitch de 90° (attitude par rapport à l’horizontal sur le plan de faille). En B, une composante décrochante R1 est ajoutée, les stries sont alors obliques (pitch plus petit que90°).

1.1.1. Types de failles

On distingue fondamentalement trois sortes de failles, selon le type de décalage des deux compartiments (Fig.69)

- Failles normales (extensives): cassures résultant d'une extension horizontale et caractérisées par l'ouverture d'un hiatus entre les compartiments initialement contigus d'une même tranche de couches. Le coté de la faille où se trouve le compartiment supérieur (où le miroir tend à se dénuder du fait du mouvement extensif) correspond au sens de "regard" d'une faille normale.

- Failles inverses (compressives): cassures qui réalisent un raccourcissement en amenant en superposition l'un sur l'autre deux compartiments initialement contigus d'une même tranche de

159 couches (chevauchement des deux compartiments). Le sens dans lequel se fait le glissement de la tranche supérieure par rapport à l'inférieure est appelé la « vergence » du chevauchement (c'est l'équivalent du déversement des plis).

- Failles décrochantes (coulissantes) : déchirures le long desquelles les mouvements étaient des coulissements horizontaux (le décalage vertical est faible en regard du décalage horizontal). Les surfaces de cassures des failles de décrochement sont à peu près verticales. Leurs miroirs sont porteurs de stries ou cannelures horizontales. Le mouvement est de sens dextre (ou "horaire") si le pivotement que subirait un objet pris dans le plan de cassure se fait dans le sens des aiguilles d'une montre (vu de dessus) ; il est dit sénestre (ou "anti-horaire") dans le cas contraire (Fig.69).

- Une faille est dite oblique si elle enregistre un mouvement en même temps vertical et horizontal. Les stries dans ce cas forment un angle inférieur à 90° (Fig. 69).

Fig. 69 : Types de Failles résultant des différents mouvements tectoniques

1.1.2. Rejet d'une faille

Le jeu d'une faille (son fonctionnement) induit un décalage des deux compartiments qu'elle sépare. Le déplacement global (rejet réel) peut être déterminé par le décalage d'un repère linéaire tracé sur une surface. Le pendage, c’est l’angle que fait le plan de faille avec l’horizontale.

- Le rejet apparent n'est qu'une des composantes du rejet global. Il correspond au décalage de surfaces repères (couches, principalement), beaucoup plus fréquemment observées et dont l'écart entre les deux lèvres est plus facile à repérer

- Le rejet vertical : c’est la valeur du déplacement relatif d’une couche verticalement ;

160 Fig. 70 : Rejets des failles

1A et 1B : deux rejets apparents identiques correspondent ici à deux vecteurs déplacement (flèche grasse)

très différents. 1C : différentes manières de mesurer les rejets verticaux (r.v.) et horizontaux (r.h.l = longitudinal ; r.h.t. = transversal.

2 = pour un même rejet réel (vecteur fléché) les rejets apparents varient en fonction du pendage de la surface

repère (2A = moins incliné que le déplacement ; 2B = plus incliné, 2C = incliné en sens opposé)

1.1.3. Indicateurs de mouvement

Les miroirs de faille sont généralement porteurs d’éléments témoins du mouvement. Se sont les tectoglyphes : des microstructures qui indiquent le sens et la direction du déplacement. On distingue plusieurs types de tectoglyphes (Fig.71)

- Les stries de friction : se sont des traces gravées dans la roche, dues à un creusement du plan de faille par des éléments durs par rapport à la matrice. On peut repérer la direction, le pitch et le sens des stries. dans certains cas on peut trouver plusieurs familles de stries superposées permettant de déduire l’existence de plusieurs rejeux successifs de la faille.

- Les enduits de cristallisation : de la calcite ou du quartz développés, à l’abri, dans les vides créés par le jeu de la faille.

- Les joints stylolithiques : se sont des discontinuités très irrégulières, hérissées de pointes (pics stylolithiques) et matérialisées par une accumulation de minéraux argileux, des oxyhydroxydes de fer au sein du joint. Ils ne sont bien développés que dans les calcaires. Ils peuvent être soit obliques soit parallèles à la stratification.

Fig.71: Microstructures de failles

A : Stries, B : Enduits de calcite, C : Joints stylolithiques

1.2.Les fentes de tension

Se sont des fractures sigmoïdes, discontinues, à remplissage secondaire sans mouvement et ouvertes dans des roches compétentes, traduisant généralement une intense déformation. Elles sont de quelques centimètres à décimètres de longueur et de quelques millimètres à centimètres de largeurs. (Fig.72)

161 Ces microstructures sont généralement de bons indicateurs des directions tectoniques, dans les zones de cisaillements. Ces fractures de forme lenticulaires, dont l’agencement en échelon souligne le plan de la zone de cisaillement. Elles sont généralement parallèles à la direction de contrainte maximum (ρ1)

Fig.72: Fentes de tension en échelon le long d’une faille potentielle avec un détail montrant la géométrie de l’ouverture par rapport aux contraintes

1.3.Les diaclases

Le terme de diaclase est utilisé pour désigner l'épisode au cours duquel une roche se fend sans que les parties disjointes s'éloignent l'une de l'autre. Il n'y a ni déplacement (pas de rejet), ni remplissage. Ce type de fracture est souvent orienté perpendiculairement aux limites de stratification.

Une diaclase peut apparaître du fait des pressions auxquelles est soumise la roche : pression lithostatique et contrainteslocales liées aux mouvements, mais en général, de faibles contraintes tectoniques

sont nécessaires et les diaclases se forment facilement. (Fig. 73)

Fig. 73 : Système de diaclases

1.4. Modèle de Riedel

Réseau de fractures conjuguées en échelons se développant dans une zone affectée d’un mouvement décrochant ductile (non exprimé par un contact anormal séparant nettement deux compartiments). (Fig. 74) On note :

- R les fractures synthétiques du décrochement (mouvement de même sens) : elles font avec lui un angle de 15° environ.

- R’ les fractures antithétiques du décrochement (mouvement de sens inverse) : elles font avec lui un angle de 75° environ.

162 - Dans un tel système, l’axe Z de l’ellipsoïde de déformation est horizontal et bissecteur du dièdre aigu

R-R’, l’axe X étant horizontal, et Y vertical.

- A ces failles R et R’ s’ajoutent les fentes de tension (T) qui s’ouvrent à 45+ de la direction du décrochement

- Dans les cas simples, la reconnaissance sur le terrain des fractures R et R’, et éventuellement de fentes de tension, permet de reconnaître ce type de mouvement décrochant et d’en préciser le jeu.

Fig. 74 : Système de Riedel 1.5. Les plis

Un pli est une structure courbe due à une déformationductile de la roche sous l'effet d'une contrainte compressive. La connaissance de la forme avant la déformation permet de la quantifier. Le cas le plus simple est le pli de roches sédimentaires, dont la structure et les marqueurs sont planaires avant la déformation.

Cette structure résulte de la déformation continue ; sans rupture, ductile ; d’une couche plane, le plissement engendre le changement de pendage initial. (Fig. 75).

Fig. 75 : Structure d’un pli