Géologie physique

Un corps de roche qui est fragile – soit parce qu’il est froid, soit à cause de sa composition, soit les deux – est susceptible de se briser plutôt que de se plier lorsqu’il est soumis à une contrainte, et le résultat est la fracturation ou la faille.

La fracturation est courante dans les roches proches de la surface, soit dans les roches volcaniques qui ont rétréci en se refroidissant (figure 12.4a), soit dans d’autres roches qui ont été exposées par l’érosion et qui ont pris de l’expansion (figure 12.9).

Une fracture dans une roche est également appelée un joint. Il n’y a pas de mouvement latéral de la roche de part et d’autre d’un joint. La plupart des joints se forment lorsqu’un corps de roche se dilate en raison d’une pression réduite, comme le montrent les deux exemples de la figure 12.9, ou lorsque la roche elle-même se contracte mais que le corps de roche conserve la même taille (la roche volcanique en refroidissement de la figure 12.4a). Dans tous ces cas, le régime de pression est un régime de tension et non de compression. Des joints peuvent également se développer là où la roche est pliée car, alors que le pliage se produit généralement en compression, il peut y avoir certaines parties du pli qui sont en tension (figure 12.10).

Enfin, les joints peuvent également se développer lorsque la roche est sous compression comme le montre la figure 12.11, où il y a une contrainte différentielle sur la roche, et les ensembles de joints se développent à des angles par rapport aux directions de compression.

Faille

Une faille est une limite entre deux corps de roche le long de laquelle il y a eu un mouvement relatif (figure 12.4d). Comme nous l’avons vu au chapitre 11, un tremblement de terre implique le glissement d’un corps de roche sur un autre. Les tremblements de terre ne se produisent pas nécessairement sur des failles existantes, mais lorsqu’un tremblement de terre se produit, une faille existe dans la roche à cet endroit. Certaines grandes failles, comme la faille de San Andreas en Californie ou la faille de Tintina, qui s’étend du nord de la Colombie-Britannique à l’Alaska en passant par le centre du Yukon, présentent des signes de mouvement sur des centaines de kilomètres, tandis que d’autres présentent un mouvement de moins d’un millimètre. Afin d’estimer la quantité de mouvement sur une faille, nous devons trouver une certaine caractéristique géologique qui apparaît des deux côtés et qui a été décalée (figure 12.12).

Il existe plusieurs types de failles, comme l’illustre la figure 12.13, et elles se développent dans des conditions de contrainte différentes. Les termes mur suspendu et mur de pied dans les diagrammes s’appliquent aux situations où la faille n’est pas verticale. La masse rocheuse située au-dessus de la faille est appelée paroi suspendue, et la masse rocheuse située en dessous est appelée paroi inférieure. Si la faille se développe dans une situation de compression, il s’agira d’une faille inverse, car la compression fait que la paroi suspendue est poussée vers le haut par rapport à la paroi inférieure. Si la faille se développe dans une situation d’extension, alors il s’agira d’une faille normale, car l’extension permet au mur suspendu de glisser vers le bas par rapport au mur de pied en réponse à la gravité.

La troisième situation est celle où les corps de roche glissent latéralement les uns par rapport aux autres, comme c’est le cas le long d’une faille transformante (voir chapitre 10). On parle alors de faille coulissante car le déplacement se fait le long de la « grève » ou de la longueur de la faille. Sur les failles coulissantes, le mouvement n’est généralement qu’horizontal, ou avec une très faible composante verticale, et comme nous l’avons vu plus haut, le sens du mouvement peut être latéral droit (le côté le plus éloigné se déplace vers la droite), comme dans les figures 12.12 et 12.13, ou latéral gauche (le côté le plus éloigné se déplace vers la gauche). Les failles transformantes sont des failles de glissement de grève.

Dans les zones qui sont caractérisées par une tectonique d’extension, il n’est pas rare qu’une partie de la croûte supérieure s’affaisse par rapport aux parties voisines. Ce phénomène est typique le long des zones de rifting continental, comme la vallée du grand rift d’Afrique de l’Est ou dans certaines parties de l’Islande, mais on l’observe aussi ailleurs. Dans de telles situations, un bloc qui s’affaisse est appelé graben (fossé en allemand), tandis qu’un bloc adjacent qui ne s’affaisse pas est appelé horst (tas en allemand) (figure 12.14). On trouve de nombreux horsts et grabens dans la région du Basin and Range de l’ouest des États-Unis, en particulier dans le Nevada. Une partie de la région de la vallée du Fraser en Colombie-Britannique, dans la région de la prairie de Sumas, est un graben.

Un type particulier de faille inverse, avec un plan de faille à très faible angle, est connu sous le nom de faille de chevauchement. Les failles de chevauchement sont relativement courantes dans les régions où les montagnes de la ceinture de plis ont été créées lors de la collision continent-continent. Certaines représentent des dizaines de kilomètres de poussée, où d’épaisses feuilles de roche sédimentaire ont été poussées vers le haut et par-dessus d’autres roches (figure 12.15).

Il existe de nombreuses failles de chevauchement dans les Rocheuses, et un exemple bien connu est le chevauchement McConnell, le long duquel une séquence de roches sédimentaires d’environ 800 m d’épaisseur a été poussée sur environ 40 km d’ouest en est (figure 12.16). L’âge des roches poussées varie du Cambrien au Crétacé, de sorte que dans la région du mont Yamnuska, des roches d’âge cambrien (environ 500 Ma) ont été poussées et reposent maintenant sur des roches d’âge crétacé (environ 75 Ma) (figure 12.17).

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