Correction de l`examen - Perso-sdt

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.