Cours tectonique analytique BCG
Cours de Tectonique Analytique
INTRODUCTION
La tectonique, ou géologie structurale, est l'étude de la déformation des roches qui constituent l'écorce terrestre. Ces déformations sont organisées en « structures » telles que les plis et les failles.
Rappels
Types de déformation
- Déformations cassantes (fragiles) : failles
- Déformations souples (ductiles) : plis
Ces déformations dépendent des conditions physiques (température et pression) et de la nature pétrographique des roches, distinguant les roches compétentes et incompétentes. Les conditions de température et de pression influencent le comportement des roches, avec une augmentation favorisant la déformation ductile et retardant la rupture.
Répartition verticale des déformations
Dans les chaînes de montagnes, on observe une répartition verticale des déformations :
- Niveau structural supérieur : failles
- Niveau structural moyen : plis
- Niveau structural inférieur : schistosité et foliation
Objet du cours
Ce cours se concentre sur les structures ductiles observables à l'œil nu, allant des échantillons (cm) aux paysages (km).
Problématique
L'objectif du géologue est de comprendre comment une structure tectonique s'est formée, en proposant un modèle expliquant le passage de l'état initial (non déformé) à l'état final (déformé).
Méthodes
Maîtrise des outils d'analyse et de description
L'analyse structurale ou tectonique analytique nécessite :
- Maîtrise de la terminologie
- Techniques de repérage et d'orientation dans l'espace pour obtenir une image 3D des structures
Interprétation
L'interprétation des structures implique :
- Recherche de la direction des forces et des contraintes
- Conditions de température (T°) et de pression (P)
- Mécanismes de déformation
- Chronologie des déformations
LES DONNÉES THÉORIQUES NÉCESSAIRES À L’ÉTUDE DE LA DÉFORMATION DUCTILE
Notion de déformation
La déformation des roches est la réponse à des forces appliquées et peut se décomposer en :
- Translation
- Rotation
- Distorsion (strain)
La distorsion peut être :
- Discontinue (cassante)
- Continue (ductile)
- Homogène
- Hétérogène
Mesure et quantification de la déformation
Pour quantifier la déformation, on compare l'état initial à l'état final en utilisant deux paramètres principaux :
- Variation de longueur ou extension (élongation) :
- Déformation angulaire ou cisaillement :
L’ellipsoïde de déformation
La déformation homogène d'un objet initialement circulaire (2D) ou sphérique (3D) donne une ellipse ou un ellipsoïde. On définit trois axes :
- X : direction d'allongement
- Z : direction de raccourcissement
- Y : direction intermédiaire
Ces axes perpendiculaires définissent l'ellipsoïde de déformation.
Types de déformation homogène
Deux processus principaux pour déformer un objet simple :
- Déformation coaxiale (cisaillement pur, pure shear) : les axes X, Y, Z gardent la même orientation, l'objet est « écrasé ».
- Déformation rotationnelle (cisaillement simple, simple shear) : les axes X et Z changent d'orientation, l'objet est « cisaillé ».
Classification des ellipsoïdes de déformation
La détermination de l'ellipsoïde de déformation (mesure et orientation) se fait en utilisant des objets déformés dont la forme initiale est connue. Les rapports axiaux de l'ellipsoïde (X/Y et Y/Z) sont reportés dans le diagramme de Flinn, et le paramètre de forme K est calculé :
Ce paramètre caractérise trois grands types de déformations :
- Aplatissement (flattening)
- Constriction (constriction)
- Déformation plane (plane strain)
On distingue donc :
- Tectonites L : roches étirées ou allongées
- Tectonites S : roches aplaties
- Tectonites L+S : combinaison des deux types de structures.
Cours tectonique analytique
INTRODUCTION
La tectonique est l’étude de la déformation des roches qui constituent l’écorce terrestre. Les roches déformées sont organisées en « structures » (les plis, les failles, sont des structures tectoniques). La tectonique est aussi appelée géologie structurale.
Rappels
Les géologues ont l’habitude de distinguer les déformations cassantes ou fragiles (failles) et les déformations souples ou ductiles (plis). Ces deux catégories de déformations ou de comportement des roches dépendent principalement des conditions physiques (température et pression) qui s’exercent pendant la déformation. Elles dépendent aussi de la nature pétrographique, on distingue ainsi des roches compétentes et incompétentes. Les données de tectonique expérimentale (la mécanique des roches) expliquent bien ces différences de comportement. Les courbes contrainte/déformation (Fig. 1) montrent que l’augmentation de la température et de la pression de confinement (donc de la profondeur dans l’écorce) favorise la déformation ductile (le comportement plastique) et retarde la rupture. Les déformations s’observent principalement dans les chaînes de montagnes, parties les plus déformées de l’écorce terrestre situées dans les zones de convergence des plaques lithosphériques. La répartition verticale des déformations correspond à la notion de niveau structural (Fig.2). Dans la coupe théorique d’une chaîne de montagne les failles apparaissent dans le niveau structural supérieur, la déformation se concentre le long de discontinuités. En réponse aux contraintes, l’écorce a un comportement plutôt cassant. En profondeur, les failles disparaissent progressivement, la déformation est continue ou ductile. Elle s’exprime d’abord par des plis dans le niveau structural moyen puis par un aplatissement de la roche qui acquiert une structure planaire : la schistosité et la foliation qui caractérisent le niveau structural inférieur.
Objet du cours
Les roches sont déformées depuis l’échelle du minéral (mm, µ) jusqu’à celle du continent (nxkm), ces structures nécessitent l’utilisation de moyens d’observation, microscope, cartes géologiques, photos aériennes, images satellitaires. Dans ce cours on s’intéressera aux structures ductiles directement observables à l’œil nu par le géologue c’est à dire des structures de taille moyenne (méso structures) depuis l’échantillon (cm) jusqu’au paysage (km) en passant par l’affleurement (m, hm).
Problématique
Une structure tectonique correspond à une déformation finie. L’objectif du géologue est de comprendre comment elle s’est formée. Un travail d’analyse et d’interprétation doit permettre de proposer un modèle possible expliquant le passage de l’état initial (non déformé) à l’état final (déformation actuellement observable).
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