Gologie TP G3-4. La carte gologique
TP G3-4. La carte geologiqueBut du TP : se familiariser avec l'tude des cartes gologiques et notamment la ralisation de coupes gologiques. Ce TP sera dcoup en deux sances.
I. Bases de l'etude des cartes geologiques
1. Qu'est-ce qu'une carte geologique ?
Une carte gologique est une reprsentation en deux dimensions d'une rgion, qui donne des informationssur la nature des roches du sous-sol (les roches directement situes sous la couche la plus superficielle (lesol), altre et ventuellement remanie par l'homme), sur leur ge et sur leur structure (dformations,agencement des roches les unes par rapport aux autres). Elle reprsente lintersection dun agencement atrois dimensions avec la surface topographique.
Les donnes sont issues de diffrents relevs : relevs et observations de terrain, forage, donnestopographiques, photos ariennes...
a) Donnes stratigraphiques
La stratigraphie est l'tude des roches sdimentaires et de leur agencement dans l'espace. Les rochessdimentaires tant courantes en France mtropolitaine, cette tude est particulirement utile et intressantesur le territoire national.
Age des terrains :L'ge des terrains sdimentaires est rarement donn de faon absolue. Il est base sur l'echellechronostratigraphique, tablie a une poque (XIXe sicle) o on n'avait pas la moindre ide de l'ge absoludes roches. Cette chelle est base sur la biostratigraphie (voir ch. G1). Un code couleur, international, ainsique des lettre (latines pour les roches sdimentaires) facilitent la lecture.
Nature des terrains :La nature des terrains sdimentaires est parfois donne sur la carte directement, mais toujours prcise en annexe dans un document souvent copieux mais indispensable : la notice. La notice prcise l'ensemble des donnes dduites de l'observation sur le terrain et surtout de l'analyse en laboratoire (taille des lments, nature minralogique et chimique, nature des fossiles...).
Limite entre stratesLes limites entre strates, ou contours, sont clairement identifiables par le changement de couleur et un fin trait noir.
b) Magmatisme et mtamorphisme
Les roches magmatiques (plutoniques ou volcaniques) sont identifies par un code couleur (en gnral tons rouges-orangs pour le plutonisme, gris-violets pour le volcanisme). Il y a toujours des lettres aussi, comme pour les roches sdimentaires. Ce sont toujours des lettre grecques.
c) Donnes structurales
Aux donne ptrologiques s'ajoutent des donnees structurales, qui renseignent sur l'agencement tridimensionnel des roches les unes par rapport aux autres. Elles sont fondamentales, et doivent tre bien matrises.
1 BCPST1 Lyce Chtelet Douai Joseph NICOLAS
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i. Failles
Une faille est une discontinuit correspondant au dcalage d'un compartiment par rapport a un autre. Elle estmatrialise sur la carte par un trait noir plus pais que les contours. Elle s'observe par un dcalage (rejet)entre les deux compartiments. On distingue deux types (direction) et quatre sous-types (sens) de failles : lesfailles a rejet horizontal (dextres ou snestres) et a rejet vertical (normales ou inverses). Voir document 1 et 2pour une illustration.
Document 1: Faille normale (gauche) et inverse (droite). Les mouvements sont opposs (flches), ainsi que les pendages, mais l'expression la surface est rigoureusement identique. Il est donc capital d'apprendre dterminer lependage de la faille, qui permet de la caractriser. Les roches sont numrotes du plus vieux (1) au plus jeune (4).
Document 2 : reprsentation cartographique de failles. De gauche droite : faille inverse (2 monte sur 1) ; faille normale (2 s'effondre par rapport 1) ; dcrochement snestre ; dcrochement dextre.
ii. Pendages
Le pendage est un couple de deux angles : L'orientation d'un plan (strate ou faille) par rapport au Nord (c'est a dire l'angle entre l'axe S-N et
une droite horizontale perpendiculaire a la ligne de plus grande pente) dans le sens horaire. C'est une valeur entre 0 et 180.
L'inclinaison du plan par rapport a l'horizontale. Cette valeur est un angle la plupart du temps entre 0 et 90. Parfois, des couches sont tellement plisses qu'elles sont inverses, auquel cas l'inclinaisonpeut prendre une valeur suprieure a 90. Afin d'viter toute ambigit, il faut galement prciser la direction de l'inclinaison (tout plan coupe l'espace en deux demi-espaces, dont l'un contient un point cardinal, et l'autre le point cardinal oppos).
Le pendage ne doit pas tre confondu avec la pente, qui est l'inclinaison de la topographie par rapport a l'horizontale. Le pendage d'une strate est souvent indiqu par un figur. Le pendage des failles n'est cependant jamais indiqu (a de rares exceptions prs). On peut estimer le pendage des failles ou des strates
2 BCPST1 Lyce Chtelet Douai Joseph NICOLAS
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par la technique du V dans les valles ou par le recoupement avec les donnes cartographiques.
Le pendage est donn par un figur conventionnel en forme de T . la barre horizontale du T donne la direction du plan la barre verticale du T donne la valeur de l'inclinaison. Elle est d'autant plus longue que le
pendage est faible.
Document 3: Quelques figurs pour des valeurs de pendage particulires. Source : ENS de Lyon
Application : reprsentez les figurs de pendage correspondant a :a. N30, 80Sb. N170, 20Nc. N90, 110S
iii. Discordances
Une discordance est un contact normald'une roche sdimentaire sur une surfaced'rosion. Elle met en contact une rocheancienne, souvent faille ou plisse, et uneroche rcente, de structure moins dforme.Une discordance est toujours associe a unelacune plus ou moins importante, c'est-a-dire l'absence de dpts sdimentairespendan t une longue p r iode . Lesd i s c o r d a n c e s o n t d e s l m e n t sfondamentaux de la comprhension d'unehis to i re gologique . e l les doiventimprativement tre reconnues.Autreexemple de discordance : document 7.
2. Construire une coupe : mode d'emploi
La carte gologique est un outil essentiel de la comprhension de la structure interne du sous-sol. Pourautant, elle reste un document en deux dimensions. La construction d'une coupe gologique est doncimportante, mais difficile. Certains principes permettront de raliser des coupes tout a fait correctes.
a) Pour commencer : o suis-je ? quelle est la topographie ? quelle est la structure ?
La connaissance de l'histoire gologique de la France permet d'avoir un a priori souvent pertinent desstructures que l'on est susceptible de rencontrer. Il faut donc systmatiquement tenter de replacer la rgion
3 BCPST1 Lyce Chtelet Douai Joseph NICOLAS
Document 4: La couche 9 a une structure tabulaire, et repose endiscordance sur les couches plus anciennes et plisses. D'aprs le
Dictionnaire de Gologie, Raoult et Foucault, 2005.
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dans un contexte global.
La question du relief est essentielle : le relief, c'est-a-dire la topographie, est souvent en lien avec lesstructures. Il peut donc renseigner sur le type de structure (une zone trs montagneuse sera quasimenttoujours plisse ou faille).
La structure des terrains est leur disposition gomtrique les uns par rapport aux autres, et les ventuellesdformations qu'ils ont pu subir. Les structures les plus simples et les plus courantes sont les structurestabulaires, monoclinales et plisses.
i. La structure tabulaire
Une structure est dite tabulaire lorsque l'ensemble des couches sdimentaires sont dpose horizontalement(ou a pendage ngligeable). Lorsque le relief et nul (topographie plane), la carte gologique ne laisse doncapparatre, en theorie, qu'une seule couche. Dans la pratique, une topographie parfaitement plane estrarissime, et mme une plaine est entaille par de petites valles. Tous les points d'une mme strate tantsitus a la mme altitude, les contours gologiques suivent dont les lignes de niveau (isohypses). L'aspectd'une rgion tabulaire est alors celui de feuilles de chne, les contours tant irrguliers a l'image de latopographie.
Les rgions tabulaires sont typiques des bassins sdimentaires peu ou pas dforms, comme le bassinparisien ou le bassin aquitain.
ii. La structure monoclinale
La structure monoclinale ressemble beaucoup a la structure tabulaire. Les couches sdimentaires ont alors unpendage constant et diffrent de zro. L'aspect cartographique se rapproche largement de la structure tabulaire pour les pendages faibles, mais les contours prennent un aspect de plus en plus indpendant de la topographie si le pendage est fort (proche de 90C). Localement, des roches ayant une structure monoclinale sont souvent des roches plisses a grande chelle.Une faon intressante d'valuer rapidement le pendage est la technique du V dans les valles, prsente dans le document 5.
Document 5: Technique du V dans les valles pour estimer le pendage d'une faille. On reprsente sur le bloc diagramme (gauche) une valle, qui va de gauche droite, et 3 failles, de pendages diffrents. On a reprsent l'intersection entre les failles de la topographie. A droite, reprsentation cartographique : on voit qu'une faille pendage vers l'amont dessine un V qui pointe vers l'amont ; qu'une faille pendage vertical apparat non perturbepar la valle ; qu'une faille pendage vers l'aval dessine un V vers l'aval. Production personnelle.
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