Correction de l’examen TP/TD TECTONOPHYSIQUE L3 2016 Sujet JD /10 points Géomorphologie, tectonique et sismotectonique (10/20) Une étude géomorphologique menée au niveau d’une grande faille inverse intracontinentale a permis de repérer les marqueurs géomorphologiques suivants de part et d’autre de celle-ci : - d’amont en aval, une surface de cône détritique est décalée verticalement de 16 ± 2 m au passage à travers la faille ; - en bordure d’une rivière actuelle qui incise ce cône perpendiculairement à la faille, une terrasse fluviatile est décalée verticalement par la faille d’une valeur de 4 ± 1 m. 1- Est-il logique que le décalage de la terrasse fluviatile soit plus faible que le décalage du cône ? Justifier votre réponse. Qu’est-ce que cette observation indique ? (1 pt) REPONSE : oui, c’est logique car la rivière incise le cône, elle est donc postérieure à la mise en place de celui-ci. Ceci indique qu’à cet endroit les facteurs climatiques (par exemple, périodes glaciaires ou interglaciaires) qui contrôlent la mise en place de ce cône interviennent à des échelles de temps plus longues que ceux qui déterminent la mise en place de ce réseau fluviatile particulier. 2- Deux méthodes de datation ont été employées pour dater la mise en place du cône détritique et la formation de la terrasse fluviatile : pour le cône, la méthode du 10Be a fourni un âge de 43 ± 4 ka, et pour la terrasse, un âge de 11 ± 1 ka. 2a- En utilisant ces âges, déterminer les vitesses verticales minimales et maximales de déformation pour chacun de ces 2 marqueurs (en mm/an). Arrondir les valeurs à 2 chiffres après la virgule. MERCI DE PRESENTER VOS RESULTATS DANS UN TABLEAU (2 pts) AGE min (en ka) AGE max (en ka) Décalage vertical min (m) Décalage vertical max (m) Vitesse verticale min (mm/an) Vitesse verticale max (mm/an) CONE DETRITIQUE 39 47 14 18 14/47 = 0.30 18/39 = 0.46 TERRASSE FLUVIATILE 10 12 3 5 3/12 = 0.25 5/10 = 0.50 2b- En déduire une vitesse verticale moyenne et l’écart-type associé pour chacun de ces 2 marqueurs. (1 pt) Pour le cône détritique, la vitesse verticale moyenne est donc de (0.30 + 0.46)/2 = 0.38 mm/an et l’écart-type de 0.38 – 0.30 = 0.08 mm/an (on peut aussi obtenir la vitesse moyenne en divisant directement le décalage moyen, 16 m, par le temps moyen, 43 ka). Pour la terrasse fluviatile, la vitesse verticale moyenne est donc de (0.25 + 0.50)/2 = 0.37 mm/an et l’écart-type de 0.37 – 0.25 = 0.12 mm/an (on peut aussi obtenir la vitesse moyenne en divisant directement le décalage moyen, 4 m, par le temps moyen, 11 ka). 2c- Ces valeurs sont-elles compatibles ? Qu’en déduisez-vous sur la vitesse moyenne de glissement sur cette faille inverse ? (1 pt) OUI, ces valeurs sont compatibles puisque les valeurs moyennes sont incluses dans les incertitudes des mesures pour chacun des 2 marqueurs. On en déduit que dans la limite des incertitudes, il n’est pas possible de détecter un changement de vitesse de la faille dans les 2 périodes de temps investiguées (43 000 ans et 11 000 ans) : on peut donc considérer la vitesse de glissement sur cette faille comme constante aux incertitudes près, et la vitesse verticale moyenne comme égale à 0.37-0.38 mm/an environ. 3- Une étude sismique menée sur ce secteur a permis de déterminer que cette faille inverse a un pendage moyen de 30°. En déduire la vitesse moyenne de raccourcissement horizontal accommodé dans la zone de faille, ainsi que la vitesse moyenne de glissement sur la faille. Qualifieriez-vous cette faille de rapide ou de lente ? Justifiez votre réponse. (2 pts) Pour avoir le raccourcissement horizontal, il faut diviser le rejet vertical cumulé par la tangente du pendage. En vitesse, pour le cône détritique comme pour la terrasse fluviatile, on trouve donc : Vitesse horizontale moyenne (en raccourcissement) = (0.375mm/an)/tg(30°) = 0.375/0.577 = 0.65 mm/an Pour le glissement sur la faille, il faut prendre l’hypothénuse, soit le rejet vertical divisé par sin(30°) ; donc on trouve une vitesse de glissement de : Vglissement = 0.375/0.5 = 0.75 mm/an On peut donc qualifier cette faille de lente car elle fonctionne à une vitesse plus de 100 fois plus faible que celle des failles actives actuelles entre les grandes limites de plaques (qui font fréquemment 8 à 10 cm/an). 4- Une tranchée effectuée perpendiculairement à cette même faille a permis de mesurer un décalage cosismique sur cette faille de 1,5 m environ. La datation d’un colluvion de faille associé à cette rupture par la méthode du 14C a donné un âge moyen de 3000 ans (par rapport à l’année de référence 2000). On suppose négligeables les incertitudes sur cet âge et sur ce décalage cosismique. 4a- En supposant que cette rupture est caractéristique et que la vitesse de glissement sur la faille est constante au cours du temps, proposer un intervalle de récurrence théorique sur cette faille en utilisant la vitesse moyenne trouvée à la question 2c. (1 pt) Dans la partie 2c, on a trouvé une vitesse (verticale) moyenne de 0.375 mm/an, en prenant en compte les 2 marqueurs. Donc, avec les hypothèses mentionnées, et si le décalage cosismique indiqué est bien le décalage vertical, on peut dire que l’intervalle de récurrence théorique t entre les séismes sur cette faille est : t = X/V avec X = 1.5 m et V = 0.375 mm/an. Donc t = 1500/0.375 = 4000 ans. 4b- Avec ces mêmes hypothèses, indiquer la date possible d’une future rupture. (1 pt) Par rapport à la dernière rupture, puisque 3000 ans se sont écoulés depuis la dernière rupture, alors il faut théoriquement attendre encore un temps égale à t (intervalle de récurrence théorique) – 3000 = 4000 – 3000 = 1000 ans environ (avec comme référence de temps l’an 2000). Une future rupture pourrait donc se produire en l’an 3000 environ. 4c- Si les mesures des 2 marqueurs (surface de cône détritique et terrasse fluviatile) avaient été faites juste avant cette rupture sur la faille, quelles auraient été les valeurs de vitesse verticales moyennes ? (1 pt + 1 pt de bonus éventuel) En ce cas, il faut diminuer les valeurs de décalages cumulées sur le cône détritique et sur la terrasse fluviatile de 1,5 m (juste avant une rupture « caractéristique ») pour apprécier cet effet. On obtient alors des valeurs de vitesse verticales moyennes plus faibles : - Pour le cône détritique, 14.5m/43ka = 0.34 mm/an (au lieu de 0.37-0.38) - Pour la terrasse fluviatile, 2.5m/11ka = 0.23 mm/an (au lieu de 0.36-0.37) On note donc, très logiquement, que cet effet est plus important sur le marqueur jeune – la terrasse – que sur le marqueur ancien – le cône. En conséquence, il est important de tenir compte du moment auquel on se trouve dans la période intersismique (c’est-à-dire le temps écoulé depuis le dernier séisme) si on veut comparer valablement des vitesses obtenues sur des marqueurs d’âges différents.