Image de la semaine | 08/03/2021

Fentes de tension et boudinage dans la vallée de la Durance (Hautes-Alpes)

08/03/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Compétence, incompétence et boudinage dans des alternances marno-calcaires.


Couche de calcaire tronçonnée par des fentes de tension remplies de calcite au sein de marnes schistosées quasiment dépourvues de fentes de calcites, bord de la D954, Savines-le-Lac (Hautes-Alpes)

Figure 1. Couche de calcaire tronçonnée par des fentes de tension remplies de calcite au sein de marnes schistosées quasiment dépourvues de fentes de calcites, bord de la D954, Savines-le-Lac (Hautes-Alpes).

Cet affleurement est caractéristique des “terres noires” (Jurassique moyen et/ou supérieur) de la zone dauphinoise dans la région de Gap.

Localisation par fichier kmz de l'affleurement à couches calcaires tronçonnées de Savines-le-Lac (Hautes Alpes).


Couche de calcaire tronçonnée par des fentes de tension remplies de calcite au sein de marnes schistosées quasiment dépourvues de fentes de calcites, bord de la D954, Savines-le-Lac (Hautes-Alpes)

Figure 2. Couche de calcaire tronçonnée par des fentes de tension remplies de calcite au sein de marnes schistosées quasiment dépourvues de fentes de calcites, bord de la D954, Savines-le-Lac (Hautes-Alpes).

Cet affleurement est caractéristique des “terres noires” (Jurassique moyen et/ou supérieur) de la zone dauphinoise dans la région de Gap.


Détail de la couche de calcaire tronçonnée des photos précédentes

Figure 3. Détail de la couche de calcaire tronçonnée des photos précédentes.

On voit très bien que la couche de calcaire est “tronçonnée” par des fentes de tension remplies de calcite, et qu'elle ne présente aucune schistosité. Cette couche de calcaire a donc subi une élongation (haut/gauche – bas/droite). Les marnes, quant à elles, montrent une schistosité indiquant un aplatissement haut/droite – bas/gauche (dans la position actuelle des couches). Les fractures de la couche de calcaire ne pénètrent pas les marnes.


Détail de la couche de calcaire tronçonnée des photos précédentes

Figure 4. Détail de la couche de calcaire tronçonnée des photos précédentes.

On voit très bien que la couche de calcaire est “tronçonnée” par des fentes de tension remplies de calcite, et qu'elle ne présente aucune schistosité. Cette couche de calcaire a donc subi une élongation (haut/gauche – bas/droite). Les marnes, quant à elles, montrent une schistosité indiquant un aplatissement haut/droite – bas/gauche (dans la position actuelle des couches). Les fractures de la couche de calcaire ne pénètrent pas les marnes.


Cette situation est caractéristique des deux types de déformation qu'on enseigne dans les livres : déformation cassante et discontinue dans les calcaires, et déformation ductile et continue dans les marnes, les calcaires et les marnes ayant été soumis en même temps, au même champ de contrainte régionale, aux mêmes pression et température (même profondeur). Dans leur position actuelle (qui n'est sans doute pas la position dans laquelle se sont faites les déformations), la masse de l'affleurement a été allongée dans une direction et aplatie dans la direction perpendiculaire, le tout à volume constant. Aux conditions de pression et de température régnant sur ce site pendant la déformation (à faible profondeur, quelques kilomètres tout au plus), les marnes peuvent se déformer de façon plastique et ductile ; elles se sont allongées et aplaties à la fois, puisqu'on déforme à volume constant. Mais à ces mêmes conditions de température et de pression, les calcaires sont trop résistants pour se déformer de façon plastique et ductile, et, au-delà d'un certain seuil d'étirement élastique, ne peuvent que se casser. Et, comme la déformation se fait à volume constant et qu'il n'y a pas d'aplatissement possible, la conservation du volume se fait par ouverture de fractures (maintenant remplies de calcite). Cette différence de comportement entre calcaire et marnes qui se voit ici à l'échelle de l'affleurement pourrait se voir à l'échelle de l'échantillon si on avait trouvé une bélemnite (cf. Bélemnite tronquée dans des marnes). Notons que dans leur jargon, les géologues nomment « compétents » les matériaux qui résistent à la déformation ductile et qui, soumis à une déformation, ne peuvent que casser. Les matériaux qui peuvent se déformer de façon ductile sont dit « incompétents ». À faible profondeur (faibles température et pression), granite, gneiss, calcaire, grès, basalte… sont compétents, alors qu'argiles et marnes, évaporites… sont incompétentes. Par contre, soumis à une déformation appliquée à une plus grande profondeur (température et pression plus fortes), même les calcaires, granites… deviennent incompétents et se déforment de façon ductile et plastique. Les deux types de déformation (plastique-ductile ou cassante) d'un même matériau (en fonction des température et pression (profondeur) sont manifestes dans Oolites déformées où l'on voit comment se déforment un calcaire oolitique.

Schéma simplifié expliquant l'affleurement des figures 1 à 4

Figure 5. Schéma simplifié expliquant l'affleurement des figures 1 à 4.

La déformation se faisant à volume constant (à surface constante dans ce schéma à deux dimensions), et si je ne me suis pas trompé dans mon dessin, la surface du matériel incompétent (orange clair) est la même avant et après la déformation. Il en est de même pour le matériel compétent (orange foncé). Dans le cas du matériel incompétent, l'allongement s'est accompagné d'une diminution d'épaisseur et de la genèse d'une schistosité ; dans le cas du matériel compétent, l'allongement ne s'est pas fait avec diminution d'épaisseur, mais par ouverture de fissures.


Cette coexistence de types de déformation est classique dans les terrains constitués d'alternances marno-calcaires. Or de tels terrains abondent dans la vallée de la Durance entre le lac de Serre-Ponçon et Briançon. Nous vous montrons deux autres sites : l'Argentière-la-Bessée dans des marnes et calcaires Jurassique supérieur-Crétacé inférieur du Subbriançonnais, et Saint-André-d'Embrun dans des marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais.

Alternance de couches marneuses schistosées et de bancs calcaires fracturés (calcaires du Jurassique supérieur-Crétacé inférieur subbriançonnais), comme dans les figures 1 à 4, L'Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes)

Figure 6. Alternance de couches marneuses schistosées et de bancs calcaires fracturés (calcaires du Jurassique supérieur-Crétacé inférieur subbriançonnais), comme dans les figures 1 à 4, L'Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes).

Par rapport au site de Savines-le-Lac, on peut noter qu'il y a beaucoup plus de calcaire que de marnes. Comme à Savines-le-Lac, les bancs calcaires sont continus mais leur épaisseur est légèrement variable. On voit bien cette variation d'épaisseur 10 à 20 cm à droite du couteau suisse (qui mesure 8 cm de long). Il s'agit là d'une striction, d'un début de boudinage.

Localisation par fichier kmz de cet affleurement au bord de la RN94, à la sortie Nord de L'Argentière-la-Bessée.


Alternance de couches marneuses schistosées et de bancs calcaires fracturés (calcaires du Jurassique supérieur-Crétacé inférieur subbriançonnais), comme dans les figures 1 à 4, L'Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes)

Figure 7. Alternance de couches marneuses schistosées et de bancs calcaires fracturés (calcaires du Jurassique supérieur-Crétacé inférieur subbriançonnais), comme dans les figures 1 à 4, L'Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes).

Par rapport au site de Savines-le-Lac, on peut noter qu'il y a beaucoup plus de calcaire que de marnes. Comme à Savines-le-Lac, les bancs calcaires sont continus mais leur épaisseur est légèrement variable. On voit bien cette variation d'épaisseur 10 à 20 cm à droite du couteau suisse (qui mesure 8 cm de long). Il s'agit là d'une striction, d'un début de boudinage.


Localisation et cadre du site de Saint-André-d'Embrun (Hautes-Alpes) au bord de la D994d dans les marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais

Figure 8. Localisation et cadre du site de Saint-André-d'Embrun (Hautes-Alpes) au bord de la D994d dans les marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais.

Toutes les photos qui suivent ont été prises en été 2004 ou en hiver 2007 sur le bord de la route entre le deux punaises jaunes (distantes de 500m).

Localisation par fichier kmz des calcaires boudinés de Saint-André-d'Embrun (Hautes-Alpes).


Couche compétente fracturée au sein de couches incompétentes schistosées (marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais)

Figure 9. Couche compétente fracturée au sein de couches incompétentes schistosées (marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais).

Cette photo dans les marnes de Saint-André-d'Embrun illustre aussi que la frontière entre ces deux comportements n'est pas forcément nette, puisqu'on voit quelques fentes de calcite recouper les marnes schistosées. Pour un matériel donné, le passage d'un comportement à un autre dépend bien sûr de la pression et de la température (donc de la profondeur), mais aussi de la vitesse de déformation, de la pression de fluide… Les conditions ont dû changer entre la genèse des deux types de fentes.


Couche compétente fracturée au sein de couches incompétentes schistosées (marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais), vue rapprochée

Figure 10. Couche compétente fracturée au sein de couches incompétentes schistosées (marnes à caractère flyschoïde de l'Éocène subbriançonnais), vue rapprochée.

Cette photo dans les marnes de Saint-André-d'Embrun illustre aussi que la frontière entre ces deux comportements n'est pas forcément nette, puisqu'on voit quelques fentes de calcite recouper les marnes schistosées. Pour un matériel donné, le passage d'un comportement à un autre dépend bien sûr de la pression et de la température (donc de la profondeur), mais aussi de la vitesse de déformation, de la pression de fluide… Les conditions ont dû changer entre la genèse des deux types de fentes.


Les marnes et flysch éocènes de Saint-André-d'Embrun affleurent sur plusieurs centaines de mètres sur les bords de la D994d. Sur ces centaines de mètres, on peut voir de la fracturation, du boudinage et l'association des deux processus dans des boudins fracturés. Le boudinage est un terme géologique issu du Français car les géologues français sont souvent aussi des gastronomes. Ce terme a été repris inchangé par les géologues anglo-saxons. Le boudinage est un processus géologique générant des structures formées par extension, où un corps tabulaire rigide et compétent (strate, filon…) est étiré et déformé dans un environnement moins compétent. Le lit compétent commence à s'amincir, puis à se briser au niveau des zones amincies, formant des groupements de boudins qui, en coupe, ressemblent à des chapelets de saucisses si les boudins ne sont pas trop séparés. Si l'extension est très importante, les boudins peuvent être très éloignés les uns des autres et sembler isolés. Le boudinage est un phénomène courant qui peut se produire à n'importe quelle échelle, de la microscopie à la lithosphère ou dans n'importe quelle roche, du moment qu'il y a association de couches de compétence différente, par exemple dans des gypses (Boudinage et déflection de schistosité dans des gypses) ou dans des migmatites (Boudins basiques dans les migmatites de la Sand River, Afrique du Sud). À côté du boudinage sensu stricto qu'on vient de décrire, certains géologues parlent aussi de boudinage sensu lato pour les couches fracturées comme dans les figures précédentes. Un fort contraste de compétence favorise le débitage de la couche par fracturation, alors qu'un contraste plus faible favorisera le boudinage sensu stricto. Une diminution de la compétence de la couche rigide (augmentation de la température) favorisera le boudinage sensu stricto. Une hétérogénéité de la couche, par exemple variation d'épaisseur d'origine sédimentaire comme on en voit souvent dans les turbidites, dans des séries avec chenaux… peut favoriser le boudinage sensu stricto.

Schéma théorique expliquant la genèse du boudinage

Sur le bord de cette route départementale 994d (cf. les onze photos suivantes), on peut voir des boudins de tailles décimétriques à plurimétriques. On peut aussi voir des boudins affectés de fractures remplies de calcite, comme dans les couches des figures 1 à 10. On peut proposer que la déformation ait commencé à faible profondeur, avec fracturation des couches compétentes par une série de fentes se remplissant de calcite. Une augmentation de la profondeur à laquelle s'applique la déformation (“arrivée” d'une nappe de charriage par exemple), avec passage vers la striction et le boudinage sensu stricto affectant une couche pré-fracturée (mais les fractures préexistantes étant “soudées” par la calcite). On pourrait aussi proposer une chronologie inverse : un étirement “superficiel” post-exhumation ayant fracturé des boudins préexistants ayant été formés plus en profondeur. Une étude détaillée serait nécessaire pour trancher. La figure 7 où l'on voit une couche fracturée avec un début de striction plaide pour la première chronologie.


Détail sur le boudin fracturé du centre de la figure précédente

Boudin isolé et fracturé

Ensemble de boudins plus ou moins disjoints et plus ou moins fracturés

Figure 17. Ensemble de boudins plus ou moins disjoints et plus ou moins fracturés.

Au milieu de la moitié inférieure de la photo, on voit un “gros” boudin (30 x 80 cm) quasiment non fracturé.


Détail sur un des boudins fracturés de la figure précédente


Vue d'ensemble sur un méga-boudin fracturé

Zoom sur le méga-boudin fracturé de la figure précédente


Vue de face sur le gros boudin fracturé

Vue rapprochée sur le gros boudin fracturé



Localisation des trois sites étudiés, dans les Alpes franco-italiennes