I. GENERALITES Une carte géologique est la représentation sur un fond topographique des terrains qui affleurent à la surface du globe ou qui ne sont cachés que par une faible épaisseur des formations superficielles récentes dont on ne tient pas compte (éboulis, alluvions, sols et altération superficielle). La cartographie géologique en Géoscience 2 envisage : - la reconnaissance des structures ; - la construction des coupes géologiques ; - le commentaire des cartes géologiques. I.1. NOTION ET TYPES DE STRUCTURES A l’échelle cartographique, la structure d’une région désigne l’agencement des terrains (couches) les uns par rapport aux autres. En pays sédimentaires, les types de structures sont déterminés par l’évolution stratigraphique ou tectonique. I.1.1. Structures liées à la tectonique (Figure 1). - Structure monoclinale (S-L) Elle englobe la structure tabulaire et la structure monoclinale au sens strict. Dans la structure tabulaire, les terrains sont disposés en couches horizontales. Dans la structure monoclinale, les terrains ont subi un basculement d’ensemble plus ou moins important, ils sont alors inclinés du même côté. - Structure plissée Les terrains initialement horizontaux ou basculés ont subi dans les zones instables de l’écorce terrestre des compressions, il en résulte après torsion des déformations sous forme d’ondulation appelées plis. I.1.2. Dispositions liées à la stratigraphie Elles représentent des ensembles de terrains d’âge différents (chaque ensemble étant constitué de terrains concordants) séparés par un contact normal et on distingue : - des transgressions-régressions ; - des discordances. En pays des roches cristallines, les structures des terrains sont complexes et régies par la zonéographie (En géologie, désigne une reconnaissance et une représentation d'un volume de terrain ayant un certain degré de métamorphisme. Elle permet d'effectuer des classifications, dans l'espace, du métamorphisme). En général, les terrains plutoniques aux limites plus ou moins régulières recoupent les terrains encaissant ou se moulent à leurs structures. Les coulées (épanchement de magma) ou projection volcaniques peuvent être concordantes ou discordantes sur les terrains sur lesquels elles sont épanchées. Il est à noter que les contacts anormaux (faille, chevauchement, charriage) peuvent affecter n’importe quel type de structure. Structure tabulaire Structure monoclinale Structure plissée Figure 1 : Structures liées à la tectonique 1.2. PROPRIETES GEOMETRIQUES DES COUCHES 1.2.1. Notion de pendage La géométrie d’un plan (couche géologique) est déterminée par deux paramètres : Le pendage : c’est l’angle dièdre d’une couche (ou d’une faille) avec un plan horizontal h. C’est l’angle (β) entre le plan horizontal et la ligne de plus grande pente (Lpp) du plan de stratification. La valeur (β) varie de 0° à 90°. Il faut noter que pour une direction donnée, on a deux plans qui présentent la même valeur de pendage mais présentent des sens du pendage (sp) opposés (Figure 2). Le pendage est dit réel lorsqu’il est mesuré perpendiculairement à la direction de la couche. Il est dit apparent lorsqu’il est mesuré dans une position intermédiaire et est compté entre 0 et le pendage réel. Dans ce cas, la mesure est faite parallèle à la direction de la couche et l’angle est nul. La direction : c’est la valeur angulaire (α) que fait avec le nord, une ligne horizontale tracée dans le plan de stratification de la couche (P). La valeur (α) varie de 0° à 180°. I.2.2. Représentations de la direction et du pendage : un plan est représenté sur une carte par des signes conventionnels, généralement en (T) dont la barre horizontale est parallèle à l’horizontale du plan et la barre verticale à sa ligne de plus grande pente. La longueur de cette dernière est inversement proportionnelle à la valeur du pendage. Parfois le signe reste le même, mais on note, à côté de lui, la valeur du pendage en degrés (figure 2). I.2.3. Détermination du sens de pendage Le pendage peut être déterminé de façon qualitative ou quantitative I.2.3.1. Evaluation qualitative du pendage a) A l’aide des signes conventionnels (Figure 4) On utilise des signes conventionnels en forme de T comprenant une barre horizontale parallèle à la direction et une barre verticale parfois fléchée orientée dans le sens du pendage. Ces signes peuvent varier. La valeur du pendage ne peut excéder 90°. Les pendages horizontaux et verticaux sont indiqués par des signes spéciaux : Figure 2 : Pendage d’une couche A Figure 3 : Orientation d’un plan dans l’espace B b Figure 4 : Représentation des directions de pendage sur une carte géologique N.B : Les signes de pendage ne s’appliquent pas aux failles b) A l’aide de l’intersection des couches avec la surface topographique (Figure 5) On distingue trois cas : si la couche est horizontale, ses limites sont parallèles aux courbes de niveau A B a si la couche est verticale, ses limites traversent de manière rectiligne les courbes de niveau quelque soit le relief si la couche est inclinée avec notamment un angle compris entre 0 et 90°, les limites se rapprochent d’autant plus de la formation des courbes de niveau qu’elles le sont de l’horizontale. A B c Figure 5 : Evaluation du pendage à l’aide de l’intersection des couches avec la surface topographique Au niveau des collines et des vallées, elles ressemblent à un V appelé V topographique d’allure curviligne. Pour obtenir le pendage, il faut observer l’intersection en forme de V d’une couche avec la vallée, ensuite projeter sur le profil topographique trois points A, B et C à partir de cette intersection. A se trouve à la pointe du V, B et C se trouve symétriquement à la même altitude sur des flancs opposés de la vallée. Ceci suppose que les formes de terrains présentent des dénivellations (vallées) ; les affleurements doivent être symétriques par rapport au tracé de la vallée si les flancs de celle-ci ont des pentes voisines. Si le pendage est contraire à la pente de la surface topographique, la couche dessine dans le talweg un rentrant dont la pointe indique le sens du pendage. Ce rentrant est moins accentué que celui des courbes de niveau. Le point A correspondant à la pointe du V se trouve à une altitude inférieure à celle de B et C. Si la couche a un pendage conforme à la pente de la surface topographique, deux cas sont possibles : L’angle du pendage est plus fort que celui de la pente, le rentrant dessiné dans le talweg a sa pointe dirigée dans le sens du pendage mais est disposé dans le sens contraire du rentrant des courbes de niveau. Le point A correspondant à la pointe du V se trouve à une altitude inférieure à celle des points B et C L’angle de pendage est plus faible que celui de la pente, le rentrant dessiné dans le talweg a sa pointe dirigée dans le sens inverse du pendage ; il est plus accentué et disposé dans le même sens que le rentrant des courbes de niveau. Le point A correspondant à la pointe du V se trouve à une altitude supérieure à celle des points B et C. c) A l’aide du principe de superposition des couches (Figure 6) Dans le cas d’une série normale c'est-à-dire présentant une disposition normale des couches, les couches les plus récentes sont disposées au sommet et les plus anciennes à la base. Cette disposition des couches observée sur la légende doit être respectée sur la couche géologique. I.2.3.2. Evaluation quantitative du pendage La plupart des méthodes développées ci-après passent par le tracé préalable mais exact de la structure dont on veut déterminer le pendage. - Utilisation des signes de pendage : sur certaines cartes géologiques, les pendages réels sont indiqués par des signes en forme de T ; - Méthode de l’horizontale : Elle consiste en la projection de trois points A, B et C d’un même contour géologique formant le V. A se trouve dans le talweg à la pointe du V ; B et C se trouvent à la même altitude de part et d’autre de la vallée. B et C définissent une horizontale et donnent la direction de la couche ; - Méthode de la construction géométrique : il faut au préalable connaître qualitativement le sens du pendage pour identifier les contours géologiques correspondants au toit et au mur de la couche. Connaissant l’épaisseur e de la couche et sa largeur d’affleurement, on trace sur le profil topographique un cercle centré sur la projection S’ du point d’intersection du sommet S de la couche avec la surface topographique. De la projection B’, du point d’intersection de la base B avec la surface topographique, on trace une tangente au cercle qui correspond au mur de la couche (Figure 7). - Méthode des Cuestas : les côtes ou Cuestas sont des buttes résiduelles laissées aux interfluves par les cours d’eau qui creusent leur lit dans les terrains sédimentaires. Lorsque le relief de cuesta existe, on relie entre eux les points d’intersections du toit ou du mur d’une couche donnée avec la surface topographique. Ces droites seront automatiquement alignées suivant une horizontale si le pendage est nul (structure tabulaire) et suivant une droite oblique s’il est supérieur à 0 (structure monoclinale). L’angle que fait cette dernière avec l’horizontale correspond au perelief - cs t ci l jm js ci cs js jm l t t l jm js ci ci cs js jm t l cs ci js cs jm l t Figure 6 : Evaluation du pendage à l’aide du principe de superposition des couches B S α S’ e B’ Figure 7 : Evaluation quantitative du pendage par la méthode de construction géométrique II. STRUCTURE TABULAIRE FAILLÉE II.1. Généralités Une structure tabulaire ou horizontale est une structure dans laquelle les couches ont un pendage nul (couches horizontales). Un pendage inférieur à 5° est toléré (couches subhorizontales). Ces couches n’ont donc pas de direction ni de sens de pendage. Ce sont donc des structures qui n’ont pas subi de mouvements tectoniques (ou peu), depuis leur dépôt. Tous les contacts géologiques, entre les différentes couches, aussi bien concordantes que discordantes sont dits contacts normaux (ou contacts stratigraphiques). Ultérieurement aux dépôts, des mouvements tectoniques peuvent intervenir, et en fonction de la lithologie des couches et des conditions de pression et de température de la déformation, des plans de cassure apparaissent. Les déplacements relatifs entre les différents blocs engendrent de nouveaux contacts dits contacts anormaux (ou failles) Sur la plupart des cartes géologiques, les contacts anormaux sont indiqués par des traits épais qui sont de couleur noir en ce qui concerne les failles. On appelle faille, toute cassure de l’écorce terrestre indépendante des structures traversées accompagnée d’un déplacement relatif des deux compartiments le long du plan de cassure. Lorsque le mouvement s’effectue dans le sens horizontal avec séparation des compartiments affectés, on parle de décrochement. Par ailleurs, une cassure de terrain peut s’effectuer sans qu’il y’ait déplacement relatif des compartiments affectés (diaclases) La surface de rupture est dite surface de faille ou plan de faille ou encore miroir de faille. Elle est parfois striée selon les directions des mouvements relatifs des deux compartiments. II.2. Construction de la coupe - exécution du profil topographique avec précision et soin ; - mise en place de la faille. On replace le profil le long du trait de coupe et on projette les intersections du trait de coupe avec la faille. Puis, on abaisse cette faille sous le profil ; - mise en place des couches. Elle se fait compartiment par compartiment comme s’il s’agissait de deux coupes. On débute toujours par la couche la plus récente ; - procéder aux finitions (figurés, légende, carte réduite, échelles, toponymie, orientation) ; - évaluation du rejet vertical (en m) et des compartiments déplacés. III. STRUCTURES MONOCLINALES OU INCLINEES III.1. Définition On appelle structures monoclinales, les structures composées de couches dont le pendage se fait dans le même sens sur une certaine étendue c’est-à-dire que les couches géologiques sont inclinées dans le même sens. Cependant, la valeur du pendage peut légèrement varier suivant les couches de même âge. III.2. Reconnaissance d’une structure monoclinale sur une carte géologique Sur la carte d’une région en structure monoclinale, le dessin des affleurements se présente sous forme de bandes sensiblement parallèles et les limites des couches recoupent les courbes de niveau sous un angle variable en décrivant des V topographiques plus ou moins prononcés. Les signes de pendage sont orientés dans le même sens. III.3. Morphologie particulière en structure monoclinale (Figure 8) - La cuesta : c’est un relief dissymétrique caractérisé par un côté raide appelé front et un côté moins raide appelé revers. Le front est tourné en sens inverse du pendage alors que le revers est dans le même sens que le pendage. - La butte-témoin : c’est un lambeau isolé d’ancienne cuesta et qui forme une colline en avant du front de la cuesta. Cette structure particulière résulte de l’érosion différentielle des couches de terrain (butte résiduelle). revers Cuesta Butte-témoin front Figure 8 : Morphologie particulière en structure monoclinale III.4. Présentation d’une structure monoclinale Figure 9 : Structure monoclinale en relief plat. Les contours géologiques des structures sont parallèles les uns aux autres ; le sens du pendage est indiqué par la succession stratigraphique. Figure 10 : Structure monoclinale en relief accidenté. Les contours géologiques recoupent les courbes de niveau sous un angle variable en fonction du pendage des couches. Cet angle est grand pour un pendage fort. - Calcul de la direction d’une couche inclinée La direction exacte d’une couche peut être aisément déterminée sur une carte (figure 11), par deux points d’affleurement situés à la même altitude. La ligne qui les relie, correspondant à l’horizontale de la couche pour l’altitude considérée, donne la direction de la couche (ici, N0). - Calcul du pendage d’une couche inclinée Sur les cartes géologiques, la valeur (α) du pendage d’une couche peut être facilement déterminée grâce à la différence d’altitude entre deux horizontales (dH). On procède de la façon suivante (figure 11): On trace deux horizontales sur le même contour, on mesure la distance L1 qui les sépare. En construisant un triangle rectangle tout en gardant la même échelle pour dH et L1. On peut donc déduire : Tan (α) = dH/L1 Figure 11 : Calcul de la direction et du pendage d’une couche inclinée - Calcul de l’épaisseur d’une couche inclinée Traçons deux horizontales à la même altitude (ici H400), sur les deux contours de la même couche, correspondant à sa limite inférieure et supérieure (figure 12). Connaissant la valeur (α) du pendage vrai, l’épaisseur peut se calculer par la formule suivante : e = L2.sin(α) Figure 12 : Calcul de l’épaisseur d’une couche inclinée III.5. Construction d’une coupe géologique monoclinale Lorsque le pendage n’est pas indiqué sur la carte par le signe en forme de T, on peut le déterminer grâce aux quatre méthodes suivantes: méthode des 3 points, méthode des horizontales, méthode du cercle et méthode des cuestas. III.5.1. Méthode des trois points (Figures Figure 13 : Méthode des trois points Figure 14 : Couche oblique (inclinée), cas de la topographie en colline 13, 14 et 1. Figure 15 : Couches verticales (le tracé des couches verticales est rectiligne), cas de la topographie en vallée III.5.2. Méthode des horizontales (Figure 16) Figure 16 : Méthode des horizontales III.5.3. Méthode de la Tangente au cercle (Figures 17 et 18) Figure 17 : Méthode de la tangente au cercle Figure 18 : Construction des couches géologiques à angle de pendage variable : A) Connaissant le sens et la valeur du pendage ; B) Connaissant le sens du pendage et l’épaisseur des couches.
