Observation des structures et des marqueurs morphotectoniques

La première étape d’une analyse morphotectonique consiste à observer les structures géologiques et les marqueurs morphotectoniques à plusieurs échelles spatiales – avec, si possible, des allers-retours entre les différentes échelles - et à partir de points de vue différents. Pour cela, on utilise une panoplie d’outils et de techniques : les images satellitaires, les photos aériennes, les modèles numériques de terrain (MNT) et l’observation sur le terrain.

Les images satellitaires permettent d’étudier des régions de différente taille. À l’échelle régionale (1/1000000 à 1/100000) on utilise généralement des images à moyenne résolution (quelques dizaines de mètres) comme les Landsat, Spot ou Aster pour avoir une vue d’ensemble de l’objet étudié dans le contexte tectonique et repérer les éléments morphologiques majeurs et les structures principales qui le caractérisent (Figure II.2). À l’échelle d’un massif (1/50000 à 1/10000), les images doivent permettre d’analyser en détail les segments de faille, les réseaux de drainage, les surfaces alluviales, etc. On utilise alors des images satellitaires avec une meilleure résolution comme par exemple les Coronas (quelques mètres) ou des photos aériennes. Ces dernières, si couplées opportunément, à l’aide d’un stéréoscope, permettent en plus de donner des images en trois dimensions.

Figure II.2 : Image Landsat du massif de Kukh Serhiin Nuruu, dans l’Altay, et interprétation morphotectonique correspondante. Les plateaux sommitaux sont interprétés comme les reliques d’une ancienne surface d’érosion. La faille qui longe la bordure Ouest du massif présente une cinématique oblique, dextre et inverse (rivières décalées et relief important associé), et vers le Nord elle se partitionne en deux segments à composantes purement horizontale (à l’intérieur du massif) et verticale (au front).

Les modèles numériques de terrain, construits par l’interpolation de points topographiques, permettent de représenter le relief en trois dimensions, et ainsi de quantifier les déplacements, les pentes, les dénivelés... Les points peuvent être acquis de différentes façons, suivant la taille de la région étudiée et la précision requise. Pour des régions de

plusieurs kilomètres carrés, on peut se servir des données d’interférométrie radar, telles les SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), qui déterminent l’altitude de la surface terrestre avec une précision d’environ 20 m pour une résolution horizontale qui est d’environ 90 m (Figure II.3). Une autre technique consiste à numériser les altitudes de la région étudiée à partir de cartes topographiques.

Figure II.3 : MNT du massif d’Ih Bogd (Gobi-Altay), réalisé à partir de données SRTM, habillé avec une image SPOT orthorectifiée.

Pour des régions plus réduites et qui nécessitent une précision de l’ordre du mètre, l’acquisition de points topographiques se fait directement sur le terrain. La technique la plus simple à mettre en œuvre consiste à mesurer des angles entre des segments de même longueur (1 m, 5 m, 10 m…) situés sur des plans horizontaux ou verticaux. Ensuite, des simples calculs trigonométriques permettent de retrouver les coordonnées relatives dans l’espace des points

d’intersection entre ces segments. L’autre technique d’acquisition de points topographiques sur le terrain, plus coûteuse mais aussi plus rapide et précise, se sert de l’outil GPS cinématique (Figure II.4). Deux récepteurs GPS, un mobile et un fixe, sont connectés entre eux via radio et fonctionnent de façon différentielle. Le mobile, qui est généralement porté par une personne ou un véhicule, enregistre les points de la topographie avec un pas de temps plus ou moins court (jusqu’à 0,5 secondes) en fonction de la densité désirée, et en communiquant avec la base fixe calcule les données topographiques en temps réel. La précision des mesures, dans le référentiel relatif, est de l’ordre du centimètre dans les trois directions de l’espace.

Figure II.4 : Photos du dispositif du GPS cinématique, formé par deux récepteurs : une base (à gauche) et un mobile (à droite).

Les données enregistrées par n’importe quelle technique peuvent être interpolées par différents logiciels de représentation du relief. Dans le cadre de cette thèse, les modèles numériques de terrain, acquis avec une station Trimble, ont été traités avec le logiciel TGO et puis interpolés à l’aide du logiciel Surfer, avec des modes d’interpolation de type ‘kriging’ (Figure II.5). Les MNT peuvent aussi être habillés par des images satellites, des photos aériennes, des cartes géologiques, des cartes topographiques, etc. en fonction du type de données qu’on veut mettre en exergue.

Figure II.5 : MNT réalisé à partir de points topographiques obtenus par la méthode trigonométrique, interpolés à l’aide du logiciel Surfer par ‘kriging’.

La dernière phase d’observation est constituée par le terrain (Figure II.6). Cette étape est très importante, d’abord parce que l’échelle (1/1 à 1/10000) est différente de tout autre type d’échelle utilisée par les autres outils et techniques. Contrairement à celles-ci, l’observation directe évite tout problème de distorsions lié à la projection d’images en deux dimensions et permet d’observer les objets avec une multiplicité de points de vue et éclairages. Cela est fondamental pour mettre en évidence les critères d’activité et de cinématique des failles, et de les quantifier. L’analyse des affleurements permet de déterminer la nature des roches et les environnements/géométries de dépôt des formations détritiques, d’apprécier l’état de préservation des surfaces alluviales, etc. Le travail d’observation sur le terrain est donc indispensable pour vérifier, compléter, détailler les informations acquises indirectement par la télédétection.

Figure II.6 : Deux exemples de marqueurs morphotectoniques observés sur le terrain. A) Photo de l’exutoire de la vallée de Bitut, à Ih Bogd (Gobi-Altay), avec une série de terrasses alluviales étagées, abandonnées par l’incision de la rivière. B) Photo de la rupture de surface de la faille senestre de Bolnay (Mongolie Centrale), caractérisée par l’alternance de bourrelets compressifs et d’affaissements. La rupture visible est déterminée par le déplacement horizontal lié au séisme de 1905 (~8 mètres en moyenne, (Baljinnyam et al., 1993)) et par la déformation co-sismique liée à au moins 1 ou 2 autres événements de magnitude équivalente.