Image de la semaine | 01/03/2021

Fentes en échelons dans les Alpes, les Pyrénées et le Sahara

01/03/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Fentes en échelon décimétriques à métriques remplies de quartz et/ou de calcite, et dykes hectométriques sahariens en échelons : des fentes aux failles.


Fentes en échelons remplies de quartz recoupant une dalle de grès siliceux presque verticale, gorges du Guil, Hautes-Alpes

Figure 1. Fentes en échelons remplies de quartz recoupant une dalle de grès siliceux presque verticale, gorges du Guil, Hautes-Alpes.

Les fentes en échelons sont parallèles les unes aux autres, et leur alignement dessine une “échelle” (avec des barreaux inclinés, certes). Ces grès siliceux bien recristallisés sont connus sous le nom de « quartzites briançonnaises » et datent du Trias inférieur.

Localisation par fichier kmz des quartzites de la vallée du Guil.


Zoom arrière sur la dalle de la photo précédente qui imageait la moitié inférieure de cette figure 2

Figure 2. Zoom arrière sur la dalle de la photo précédente qui imageait la moitié inférieure de cette figure 2.

Cette photo montre que l'“échelle” à une grande dimension. Elle montre aussi des ripple marks (cf. Rides de sable actuelles et fossiles) ce qui indique que cette dalle correspond à une surface de stratification, stratification redressée presque à la verticale (pendage de 70°) par la tectonique alpine.


Zoom sur la partie supérieure de la photo précédente, avec ses fentes remplies de quartz et ses ripple marks bien visibles

Figure 3. Zoom sur la partie supérieure de la photo précédente, avec ses fentes remplies de quartz et ses ripple marks bien visibles.

La notice de la carte géologique de Guillestre décrit ainsi ce Trias inférieur gréseux : « t1a : Werfénien (Stythien) inférieur (noms locaux du Trias inférieur alpin quartzeux). Il comprend 100 à 300 m de quartzites blancs, bien lités, avec des ripple-marks et des stratifications entrecroisées. [….]. La base montre des dragées de quartz rose annonçant les faciès grossiers du terme sous-jacent. »


Nous avons vu ces dernières semaines des minéralisations remplissant filons et fentes. Fentes et filons ne se disposent pas n'importe comment si la région (ou la roche) est soumise à un champ de contrainte anisotrope. La géométrie typique en 3D d'une fente a la forme d'une aile d'avion, avec longueur, largeur et épaisseur (cf. figure 4, ci-dessous, qui représente cette demi-aile d'avion). La fissure (l'épaisseur de l'aile d'avion) s'ouvre dans le sens de l'extension, donc de la contrainte minimale σ3. La largeur de l'aile correspond à la direction du raccourcissement, donc de la contrainte maximale σ1. Et la longueur de l'aile qui ne subit aucune variation de dimension correspond à la contrainte intermédiaire σ2. Dans le cas des fentes des figures précédentes, dans leur géométrie actuelle sur leur dalle verticale, la grande dimension de l'aile d'avion s'enfonce derrière la dalle, à l'horizontal (direction de σ2). Il y a un écartement haut-gauche / bas-droite, parallèle à l'épaisseur de l'aile d'avion et à la direction de l'extension et de σ3. Il y a un raccourcissement haut-droite / bas-gauche, parallèle à la largeur de l'aile d'avion et à la direction du raccourcissement et de σ1.

Schéma théorique d'une fente verticale (du moins de sa moitié inférieure) montrant sa forme d'aile d'avion

Figure 4. Schéma théorique d'une fente verticale (du moins de sa moitié inférieure) montrant sa forme d'aile d'avion.

Sont indiquées les relations entre (1) les trois directions principales des champs de contrainte et de déformation, et (2) la forme et la position de « l'aile » d'avion. Chacun peut, par la pensée, tourner le schéma pour mettre cette fente théorique dans la position des fentes réelles observées sur le terrain (et sur les figures précédentes).


Zoom arrière sur la même dalle montrant d'autres “échelles” avec leurs fentes alignées

Figure 5. Zoom arrière sur la même dalle montrant d'autres “échelles” avec leurs fentes alignées.

On voit une autre “échelle” verticale à droite des échelons vus au photos précédentes, ainsi que des “échelles” presque horizontales (apparemment inclinées de 20° vers la gauche) en haut de la photo.


Détail sur la partie inférieure de la photo précédente avec le bas des deux “échelles” verticales

Figure 6. Détail sur la partie inférieure de la photo précédente avec le bas des deux “échelles” verticales.

L'“échelle” de gauche est celle des photos 1 à 3. Les intersections des fentes (les barreaux de l'échelle) avec la surface de la dalle sont plus ou moins rectilignes. Les traces des fentes de l'“échelle” de droite ne sont pas rectilignes, mais sigmoïdes.


Détail sur l'“échelle” de droite avec ses barreaux sigmoïde

Figure 7. Détail sur l'“échelle” de droite avec ses barreaux sigmoïde.

Cette forme indique que la moitié gauche de l'image est “remontée” vers le haut relativement à la moitié droite (dans la position actuelle de la dalle).


Comment naissent les fentes, leur disposition en échelons, échelons parfois sigmoïdes ? Les fentes naissent en régime de déformation cassante avec une certaine orientation par rapport aux champs de contraintes et de déformations (cf. fig 4). Si la déformation élastique dépasse un certain seuil, des failles apparaissent, elles aussi avec une certaine orientation par rapport aux contraintes. Des fentes naissent en plus grand nombre dans la zone où va apparaitre la faille et elles s'ouvrent davantage. Les fentes étant orientées parallèlement à σ1, et la future faille faisant théoriquement un angle de 30° à 45°avec σ1, on comprend pourquoi on obtient un alignement de fentes (les barreaux ou échelons) faisant un angle de 30 à 45° par rapport à la future faille (l'“échelle”). La future faille, si elle n'évolue plus, est appelée faille potentielle. Si la faille se crée, on trouvera des demi-fentes de part et d'autre. Dans une situation intermédiaire, les fentes seront simplement “tordues” et prendront une forme sigmoïde.

Bloc diagramme théorique montrant comment se forment une faille potentielle (à gauche) et une faille potentielle “avancée” juste avant la rupture mais avec déjà torsion des fentes (à droite)

Figure 8. Bloc diagramme théorique montrant comment se forment une faille potentielle (à gauche) et une faille potentielle “avancée” juste avant la rupture mais avec déjà torsion des fentes (à droite).

Ce schéma a été fait avec un régime de contrainte engendrant des décrochements potentiels conjugués (σ1 et σ3 horizontaux, σ2 vertical). Si par la pensée on tourne le schéma en mettant σ1 vertical et σ2 et σ3 horizontaux, on obtiendra des failles normales potentielles. Si on met σ3 vertical et σ1 et σ2 horizontaux, on obtiendra des failles inverses potentielles.


Vue d'ensemble de la dalle de quartzite à fentes en échelons, gorges du Guil, Hautes-Alpes

Figure 9. Vue d'ensemble de la dalle de quartzite à fentes en échelons, gorges du Guil, Hautes-Alpes.

On retrouve les deux failles potentielles déjà vues en bas à gauche, ainsi que d'autres failles potentielles “verticales” et d'autres très peu inclinées en haut de la dalle. La figure suivante montre l'interprétation tectonique de cette dalle.


Images brute et interprétée de cette dalle à fentes en échelons

Figure 10. Images brute et interprétée de cette dalle à fentes en échelons.

Les directions des fentes, des failles potentielles et des contraintes principales sont les directions actuelles. Les failles potentielles forment un réseau de failles (normales) conjuguées. Il est tout à fait possible (et même probable) que ces fentes se soient faites dans un stade précoce de l'orogenèse alpine et que leur géométrie actuelle n'ait rien à voir avec leur géométrie d'origine. Des études détaillées seraient indispensables pour replacer ces fentes en échelons dans l'histoire géologique de la zone briançonnaise (du Trias supérieur au Miocène).



Situation des dalles de quartzites briançonnais en contrebas de la route des gorges du Guil (Hautes-Alpes)

Figure 12. Situation des dalles de quartzites briançonnais en contrebas de la route des gorges du Guil (Hautes-Alpes).

Au premier plan, la dalle des images 1 à 10. Au deuxième plan, les strates des quartzites vues par la tranche (détails sur les figures suivantes).


Détails sur la stratification des quartzites briançonnais de la photo précédente dans les gorges du Guil

Détails sur la stratification des quartzites briançonnais de la photo précédente dans les gorges du Guil

En se promenant dans des régions tabulaires peu déformées (Causses, avant-pays pyrénéen…) on trouve souvent des dalles sédimentaires affectées par des réseaux de fentes en échelons dans leur position d'origine. Il est possible que les fentes du Trias Briançonnais aient été dans cette situation avant les déformations alpines majeures. Dans les chaines de montagne, on trouve encore plus de fentes, des fentes contemporaines des derniers stades de déformation, mais aussi des fentes antérieures déplacées et dans une position différente de leur position d'origine. Trouver des “failles potentielles” actuellement normales ou inverses n'indique pas forcément un régime extensif ou compressif. Pour se faire plaisir, nous vous montrons deux beaux ensembles de fentes en échelons photographiés au hasard de trajets sur la route du Col du Lautaret (Hautes-Alpes) ou du Col de la Pierre-Saint-Martin (Pyrénées-Atlantiques).

Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes)

Figure 15. Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la gauche de l'affleurement chevauche la partie droite.


Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes)

Figure 16. Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la gauche de l'affleurement chevauche la partie droite.


Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes)

Figure 17. Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la gauche de l'affleurement chevauche la partie droite.


Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes)

Figure 18. Réseau complexe de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col du Lautaret vers Bourg-d'Oisans (Hautes-Alpes).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la gauche de l'affleurement chevauche la partie droite.


Réseau de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col de la Pierre-Saint-Martin vers Arette (Pyrénées-Atlantiques)

Figure 19. Réseau de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col de la Pierre-Saint-Martin vers Arette (Pyrénées-Atlantiques).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la partie supérieure de l'affleurement a été déplacée vers la gauche.


Réseau de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col de la Pierre-Saint-Martin vers Arette (Pyrénées-Atlantiques)

Figure 20. Réseau de fentes en échelons sur le bord de la route descendant du Col de la Pierre-Saint-Martin vers Arette (Pyrénées-Atlantiques).

Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la partie supérieure de l'affleurement a été déplacée vers la gauche.


Nous venons de voir des échelons décimétriques. Mais de tels échelons existent à toutes les échelles, du millimètre au kilomètre. Nous vous montrons un exemple d'échelons métriques et un exemple d'échelons pluri-hectométriques. Le premier exemple, relativement classique, est pris dans les Alpes.

Fentes en échelons métriques, remplies de quartz et de calcite, dans la vallée de la Lignarre, Isère

Figure 21. Fentes en échelons métriques, remplies de quartz et de calcite, dans la vallée de la Lignarre, Isère.

À retrouver dans Filons alpins de quartz et calcite, quartz et sidérite, quartz et amphibole…). Dans leurs positions actuelles, ces fentes montrent que la partie supérieure de l'affleurement s'est déplacée vers la droite.


Le second exemple, d'une nature bien différente, est situé en plein Sahara, au Nord du Mali dans la région du Taoudéni. Les fractures en échelons datent de la limite Trias-Jurassique (~200 Ma), et sont remplies par les basaltes de la Central Atlantic Magmatic Province (CAMP), la plus étendue en surface (mais pas en volume) des provinces magmatiques géantes du Phanérozoïque. L'érosion ayant érodé la majorité des roches volcaniques superficielles, ces fentes en échelons du Mali affleurent maintenant sous forme de dykes en échelons, parfaitement visibles sur les photographies satellitales. Une étude de ces champs de dykes, de leur géométrie, de leur chronologie… permettrait de reconstituer le champ de contrainte et son évolution pendant la mise en place de la CAMP, qui précède de peu l'ouverture de l'Atlantique central. Notons que des dykes de la CAMP affleurent aussi en France (Bretagne, Pyrénées, Guyane) ; mais le couvert végétal de ces trois régions ne permet pas d'aussi belles observations satellitaires que le Nord Mali, même si la situation « sécuritaire » au sol y est actuellement infiniment plus sûre.

Vue aérienne d'un des très nombreux faisceaux de dykes du Taoudeni, Mali

Figure 22. Vue aérienne d'un des très nombreux faisceaux de dykes du Taoudeni, Mali.

Plus d'une trentaine de dykes (longs en moyenne de 300 à 500 m) s'alignent et forment une faille potentielle de 12 km de long, faille potentielle décrochante senestre.

Localisation par fichier kmz des dykes en échelons du Taoudéni (Mali).


Détail de la partie centrale du faisceau de dykes en échelon de la photo précédente, Taoudeni, Mali

Figure 23. Détail de la partie centrale du faisceau de dykes en échelon de la photo précédente, Taoudeni, Mali.

Dans le quart supérieur droit, on voit des dykes nettement sécants sur les dykes “classiques”, montrant que la géologie régionale n'est pas simple.


Détail d'un des dykes de la photo précédente, Taoudeni, Mali

Figure 24. Détail d'un des dykes de la photo précédente, Taoudeni, Mali.

On s'aperçoit que les dykes qui semblaient simples sur les images à moyenne résolution s'avèrent être eux-mêmes constitués de dykes de deuxième ordre, eux aussi disposés en échelons, indiquant le même jeu senestre que les dykes de premier ordre.


Vue aérienne du même secteur du Taoudeni depuis une plus haute altitude

Figure 25. Vue aérienne du même secteur du Taoudeni depuis une plus haute altitude.

On retrouve à droite de l'image le faisceau de dykes en échelons indiquant un décrochement potentiel senestre. La base des trois quarts gauches de l'image est parcourue par un deuxième faisceau de dykes en échelons, traduisant un décrochement potentiel dextre. Il s'agit d'un décrochement potentiel dextre conjugué du décrochement potentiel senestre visible à gauche.