Comment analyser une coupe géomorphologique : Eléments de réponses

Comment analyser une coupe géomorphologique ? Je propose, dans cet article, de répondre à cette question cruciale afin de vous permettre de réussir vos travaux pratiques dans le cadre des cours de géomorphologie structurale.

Le travail d’analyse (commentaire) d’une coupe géomorphologique s’effectue suivant plusieurs étapes : l’introduction ou présentation de la coupe, l’analyse topographique, l’analyse structurale, l’analyse géomorphologique et l’analyse du réseau hydrographique. Ces différentes étapes sont présentées ci-dessous.

Le contenu préparé s’appuie essentiellement sur des éléments de cours du Professeur Amadou Abdoul SOW (Géographe, Ex-Doyen de la Faculté des Lettres et Sciences Humaines), qui j’ai dû compléter avec une adaptation et des illustrations.

Comment analyser une coupe géomorphologique : les différentes étapes

I. L’introduction ou la présentation détaillée de la coupe géomorphologique

Il s’agit de faire ressortir les renseignements relatifs aux éléments suivants :

• nom de la feuille : exemple de Neuf-Marché, Longeau, Charpey, etc.,
• limites de la coupe : il s’agit des points cotés ou autres bornes utilisées,
• longueur de la coupe : celle-ci est exprimée en km suivant l’échelle des longueurs
• l’orientation du profil : exemple : WNW / ESE, etc.
• échelles utilisées : échelles de longueurs et des hauteurs (en précisant la dénivellation)

Précautions à observer : dire ce qu’il faut dire, dans un langage cohérent et correct, sans faute d’orthographe, de grammaire ou d’accord, et n’oublier aucun élément important pour la présentation. Les éléments importants sont mentionnés ci-dessus, en gras.

II. L’analyse topographique 

Il s’agit à ce niveau de définir les caractères dominants du relief. Il ‘agit d’une analyse topographique regroupant les formes en fonction de plusieurs éléments :

• leurs hauteurs : quelle est l’altitude (relative) atteinte ?
• leurs longueurs : sur combien de km s’étend tel élément ou telle forme du relief ?
• le tracé : est-il régulier ou irrégulier ?
• les formes qui relient les parties identifiées : pentes, vallées de rivières, dépressions, etc.

L’analyse topographique se termine par l’identification des formes de relief représentées par la coupe et du type de type de relief :

• Plateaux et plaines : relief en structure tabulaire
• Monts et dépressions : relief en structure plissée
• Parties soulevées et parties affaissées : relief en structure faillée, faillée en structure tabulaire ou faillée en structure plissée).

L’identification du type de structure et l’observation du pendage des couches (horizontalité ou inclinaison en structure monoclinale) permettent d’identifier les reliefs que l’on peut rencontrer dans la coupe  :

Des abrupts d’érosion à corniche en structure tabulaire horizontale ou monoclinale. Dans ce cas, en fonction du pendage, on aura : coteau (en structure tabulaire horizontale) ; cuesta, crête, barre (en structure monoclinale);

Des anticlinaux et synclinaux en structure plissée. La structure plissée peut et incorpore souvent des formes de relief tabulaire. Dans ce cas, du fait des forts pendages et de leur variation constante (ce qui est propre à la définition de la structure plissée), on peut rencontrer des cuestas, des barres, etc.

Des horsts (parties soulevées) et graben (parties affaissées) en structure faillée. La structure faillée peut, elle aussi, incorporer les formes connues de relief tabulaire (abrupt d’érosion à corniche) si les conditions topographiques et stratigraphiques sont réunies.

Précautions à observer : selon le cas la coupe peut se présenter avec des parties différentes par l’altitude, la longueur et le tracé. On analyse dans ce cas chaque partie en fonction de ces critères (altitude, longueur et tracé). Elle peut être découpée en parties par les vallées des rivières qui s’encaissent. Dans ce cas aussi on peut considérer chaque partie ainsi déterminée par l’encaissement des vallées. On peut diviser même la coupe en parties distinctes, différentes en fonction des critères d’altitude, de longueur et de tracé. Quelle que soit l’option  retenue, il faut regrouper à la fin de l’analyse les parties qui se ressemblent par les formes dégagées en fonction des critères d’altitude, de longueur et de tracé. On termine par identifier le type de relief, observer le pendage des couches, et conclure cette partie sur le type de structure.

En définitive, il faut retenir que : Décrire une coupe, c’est passer sur chaque élément de relief de la coupe en fonction des critères d’altitude, de longueur et de tracé. Analyser une coupe c’est regrouper les éléments de relief en fonction des critères d’altitude, de longueur et de tracé.

III. L’analyse structurale

Elle se fait sur la base du tableau structural. La plupart des éléments constitutifs du tableau structural sont tirés à partir de la carte : étages, symboles, faciès, épaisseur, résistance. Parmi ces éléments, certains sont directement lus et recopiés :  les étages et les symboles. Il faut tenir compte tout juste des subdivisions entre étages (voir ce cours).

Stratigraphie		Lithologie		Tectonique
Étages	Symboles	Faciès	Épaisseur	Résistance	Tectonique
Bajocien	JIV	Calcaire et intercalations de marnes minces	20m	Dure	Incompétent
Aalénien	L5	Calcaires gréseux	10m	Dure	Incompétent
Toarcien	L4	Marnes  et    intercalations    de calcaires	50m	Tendre	Compétent
Charmouthien	L3	Calcaires gréseux et marnes épaisses	60m	Tendre (ou moyennent dures)	Compétent

Certains éléments font appel à une petite réflexion pour éviter des confusions :

Le faciès figure es caractéristiques des roches représentées. Quand on dit “calcaire avec intercalations de marnes”, cela signifie qu’il y a 2 faciès : le calcaire et la marne. Quand on dit “calcaire gréseux” : il y a un seul faciès (le calcaire), gréseux est un adjectif qualificatif qui caractérise le calcaire comportant du grès dans la formation de la roche. C’est la même chose quand on dit “calcaire sableux”, “argileux”, etc. Il ne faut donc pas confondre les qualificatifs et les faciès.

L’épaisseur que l’on donne dans le tableau structural est l’épaisseur que l’on a affecté à la couche dans la coupe. Elle est déterminée par les limites d’affleurement sur la coupe. Il est conseillé de ne pas prendre l’épaisseur que donne la carte pour la couche sommitale (celle qui est au sommet de la série) car elle peut être érodée. Elle faut une conformité parfaite entre les épaisseurs de la coupe et du tableau structural.

La résistance : parfois la carte donne directement la caractéristique de la couche. Elle peut dire clairement “DURE” ou “TENDRE”, on considère dans ce cas la caractéristique qui est donnée. Le plus souvent la caractéristique n’est pas donnée, on la déduit alors de sa connaissance du faciès indiqué. Certaines roches sont tendres (sables, marnes, argiles, etc.), d’autres sont dures (calcaires, grès, etc.). La présence de certains minéraux dans la roche suggère que le faciès est dur : c’est l’exemple minerai de fer, du quartz (l’élément minéral le plus dur).

La caractéristique du faciès suggère que c’est dur. Exemples : cohérent, compact, résistant. Quand une roche dure s’associe avec une roche tendre, le faciès qui en résulte est alors composite et qualifié de moyennement dure (ce qui veut dire à l’inverse moyennement tendre). Cela est valable par exemple quand on dit “calcaire et marne” ou “calcaire marneux”. Pour départager, c’est-à-dire choisir de mettre “moyennement dur” ou “moyennement tendre“, on regarde sur la coupe que l’on a réalisée, notamment la position de cette série composite sur la coupe :

Si elle dégage un revers et un front (dans le cas d’une structure tabulaire) et que l’on sait que ces deux éléments (revers et front) sont sur la roche dure, alors on qualifie le faciès de moyennement dur. On privilégie dans ce cas la caractéristique de “DURE”.

Si on trouve la série composite dans la dépression, alors on la qualifie de moyennement tendre en privilégiant la caractéristique de tendre car la dépression (en structure tabulaire) se dégage dans les roches tendres. Une rivière dans une dépression peut être sur une couche dure. Elle a, dans ce cas, enlevé la couche tendre (sus-jacente (dessus) dans laquelle elle se trouvait avant) et a atteint la couche dure (sous-jacente : en bas) sur laquelle elle s’écoule.

Un faciès dur ou moyennement dur donne une couche incompétente, inapte à une déformation souple : ondulations, plis, etc. Un faciès tendre ou moyennement tendre donne une couche compétente apte à des déformations.

Une fois le tableau structural fait,  on ne le commente pas en reprenant les éléments notés dans le tableau car cela serait de la répétition. On l’analyse plutôt pour en déduire des informations multiples.

Les éléments d’analyse du tableau structural sont la stratigraphie, la lithologie et la tectonique.

1. La stratigraphie

Par essence, la stratigraphie est une discipline principale de la géologie qui étudie la succession des roches dans le temps et qui permet une reconstitution des paysages du passé ou paléogéographie. Elle repose sur deux principes qui semblent unanimement acceptés : le principe de continuité et le principe de superposition. Selon le principe de continuité, une même couche a le même âge sur toute son étendue. Selon le principe de superposition, en l’absence de bouleversements structuraux, une couche est plus récente que celle qu’elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre.

D’autres principes existent, notamment :

• Le principe d’identité paléontologique : deux couches ayant les mêmes fossiles sont considérées comme ayant le même âge.
• Le principe d’horizontalité : les couches sédimentaires se déposent horizontalement ; une séquence sédimentaire qui n’est pas en position horizontale a subi des déformations postérieures à son dépôt.
• Le principe de recoupement : les couches sédimentaires sont plus anciennes que les failles ou les roches qui les recoupent.
• Le principe d’inclusion : les morceaux de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur contenant.
• Le principe d’uniformitarisme : les structures géologiques passées ont été formées par des phénomènes (tectoniques, magmatiques, sédimentaires ou autres) agissant comme à notre époque.

Il faut noter que certains principes peuvent connaitre des contre-exemples et doivent être validés par l’observation de la situation étudiée. Cependant, ils constituent des points de départ utilisés par les géologues à chaque fois qu’ils sont en face d’une situation inconnue.

La succession verticale des strates matérialise la durée de la sédimentation et la place que chacune d’elles y occupe, définit l’âge stratigraphique. Cette chrono-stratigraphie repose sur le principe de la superposition et aboutit à l’établissement d’une échelle stratigraphique comportant des divisions hiérarchisées : étages, époques ou séries, périodes ou systèmes, ères, éons.

Pour l’analyse stratigraphique, il convient de :

• Préciser la nature de la série : sédimentaire ou cristalline, complète ou incomplète, concordante ou discordante
• Préciser l’origine : continentale, marine, etc.
• Préciser l’âge de la couche en se référant à la notice de la carte. Ex : Dévonien (ère primaire), Jurassique (ère secondaire), Néogène (ère tertiaire), etc.

Pour effectuer ce travail d’analyse, on se réfère au tableau sur l’échelle stratigraphique que l’on compare avec les séries de la coupe réalisée :

On observe la série représentée par la coupe pour voir si elle est complète ou non. Si elle est incomplète on donne la série qui manque par son étage, son symbole et son faciès.

On observe le parallélisme des couches pour rappeler la concordance ou non des couches.

On regarde les faciès pour déterminer la ou les familles de roches représentées : sédimentaires (le cas le plus fréquent), magmatiques ou métamorphiques (cela peut être le cas, quoique rarement, pour les séries les plus anciennes, au bas de la succession stratigraphique sur la feuille).

On lit la légende de chaque faciès pour en déduire l’origine de la couche : marine ou continentale (lacustre).

Quand la légende parle de “inférieur” ou “supérieur” on en déduit des séries “avant” ou “après” la transgression marine, donc l’origine des séries est marine.

Quand on lit : lacustre (un lac), on en déduit une origine continentale.

Le tableau suivant donne les familles de roches que l’on rencontre le plus souvent sur les feuilles géologiques.

Roches sédimentaires	Roches magmatiques	Roches métamorphiques
Calcaire, grès, argile, marne, sable, conglomérat, poudingue, pélite, craie, dolomie, phosphates, gypse, sel gemme, silex, houille, lignite, tourbe, tuf, travertin, lœss, jaspe, etc.	Granite, microgranite, basalte, ou quand la feuille parle de laves. . .	Quartzite, ardoise, schistes, micaschiste, phyllades, gneiss, protogine, orthogneiss leptynite, marbre, etc.

2. La lithologie

La lithologie est l’étude de la nature des roches d’une formation géologique. Elle est indispensable à la compréhension des modelés et de l’érosion, en ce sens qu’elle s’intéresse à l’observation des faciès qui se définissent comme l’ensemble des caractéristiques pétrographiques[1] et paléontologiques faisant la particularité d’une roche.

En faisant l’analyse lithologique, on procède comme suit :

on cherche le faciès dominant, c’est-à-dire le faciès qui est cité le plus souvent dans les couches;

On donne les faciès auxquels, ce faciès dominant est associé, et là où le faciès dominant existe seul;

On cite en donnant les symboles concernés pour être précis ;

On évoque le contraste de résistance (ce qui y est franchement dur, ce qui est franchement tendre et ce qui est moyennement dur ou tendre) ;

On donne le ou les couples de résistance (Roches Dures / Roches Tendres), c’est-à-dire le rapport d’épaisseur qu’il y a entre les RD et les RT en se référant à la résistance sur le tableau. On fait le rapport avec les étages, les symboles des couches et les épaisseurs de ce ou ces couples de résistance. Une fois définie, la valeur du couple de résistance renseigne sur le style du profil d’érosion dégagé, qui peut être massif, délié ou intermédiaire (mixte). .

Précautions à observer : Veiller à analyser le tableau, mais à ne pas le commenter juste en reprenant les éléments qui y figurent. Veiller à bien faire la différence entre le faciès (la roche et ses caractéristiques) et la couche que donnent les associations de faciès.

3. La tectonique

La tectonique étudie l’ensemble des déformations ayant affecté les terrains géologiques postérieurement à leur formation : cassures (failles, décrochements), plis, chevauchements, pendage, etc. La tectonique analyse les déformations de l’écorce terrestre selon plusieurs échelles :

À l’échelle locale ou régionale, elle étudie les failles et les structures plissées.

À l’échelle mondiale, elle s’intéresse aux mouvements profonds et superficiels de l’écorce terrestre d’où plusieurs théories successives (l’isostasie[2], la dérive des continents[3], la tectonique des plaques[4]).

L’analyse de la tectonique permet de déterminer la compétence ou l’incompétence de la série vis-à-vis des mouvements qui l’affectent. Il est évident que chaque série a sa propre caractéristique, mais ici on doit dégager la caractéristique générale de toute la série de couches de la coupe afin d’apprécier la compétence ou l’incompétence en bloc de toute la série de couches. On regarde s’il existe des accidents tectoniques (failles, plis) et si ces accidents concernent le tracé de la coupe. On rappelle le pendage des couches et la structure. On donne enfin, en fonction de tous ces éléments, l’origine des formes dégagées (comment ont-elles été dégagées ?).

Précaution à observer : la tectonique se manifeste par des pendages forts donnant une inclinaison aux couches, ou si forts que les couches forment des plis et des dépressions, ou encore que les couches se cassent et comportent des failles. Toutes les formes qui découlent de ces manifestations de la tectonique sont appelées des formes structurales ou tectoniques : AEC, anticlinaux et synclinaux, parties soulevées (horst) ou affaissées (graben). Les autres formes sont des formes liées à l’érosion : vallées, accumulations dunaires, etc.

IV. L’analyse géomorphologique

Pour effectuer l’analyse géomorphologique, on procède comme suit :

On rappelle les éléments importants qui permettent d’identifier les formes : les formes et le type de relief, la disposition des couches et leurs caractéristiques, le pendage des couches;

On rappelle le ou les couples de résistance ;

On identifie les formes structurales que donne la coupe et le nombre de formes ;

On analyse chaque forme en la situant précisément sur la coupe : par les conditions stratigraphiques et lithologiques qui les déterminent et leurs caractéristiques.

Précautions à observer : il faut être très précis en situant très bien les formes que l’on analyse. Chaque est analysée dans ces caractéristiques : revers substructural ou structural, dénivellation stratigraphique à comparer avec la dénivellation topographique, largeur des vallées dégagées, étapes de dégagement des formes, type d’AEC…

V. L’analyse du réseau hydrographique

Pour effectuer cette analyse, on observe la position des rivières (rivière principale ou affluents), le sens de l’écoulement par rapport au pendage des couches, la roche sur laquelle se situent la ou les rivières. Le tableau suivant résume les cas de figures que l’on peut rencontrer.

Éléments d’analyse	Tectonique ou structure	lithologie
Adapté	Rivières cataclinales (dans le sens du pendage des couches)	Sur une roche tendre
Inadapté	Rivières orthoclinales (perpendiculaires) ou anaclinales (dans le sens contraire) du pendage des couches	Sur une roche dure

Les combinaisons sont données en fonction du ou des cas de la coupe : adaptées aux deux à la structure (tectonique) et à la lithologie ; inadaptées aux deux, adaptée à la lithologie et inadapté à la tectonique ; adaptée à la tectonique et inadaptée à la lithologie.

Précautions à observer : ne parler d’adaptation ni d’inadaptation que quand il existe un pendage. Donner en cas d’existence de pendage les 2 cas d’adaptation ni d’inadaptation à la structure et à la lithologie. Il faut retenir que la rivière cataclinale est l’artère principale qui est la première à se mettre en place. Son affluent est toujours orthoclinale et est la deuxième rivière à se mettre en place. C’est l’affluent de la rivière orthoclinale qui peut être anaclinale ou cataclinale.

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[1] La pétrographie est la science ayant pour objet la description des roches et l’analyse de leurs caractères structuraux, minéralogiques et chimiques. Elle se distingue de la pétrologie, discipline mettant l’accent sur les phénomènes de genèse, mise en place et altération des roches décrites statiquement par ailleurs.

[2] Théorie ancienne (1889) selon laquelle les différents compartiments de l’écorce terrestre se maintiennent en équilibre relatif.  Selon cette théorie, les blocs de SIAL (blocs continentaux ou cratons) reposent en équilibre sur le SIMA, fluide très visqueux.

[3] Selon cette théorie exposée par le savant Wegener en 1912, les blocs de SIAL (radeaux continentaux) dérivent sur le SIMA. Au carbonifère, les continents actuels forment un bloc unique, la Pangée, avec un continent austral, le Gondwana (=Amérique du Sud + Afrique + Madagascar + Deccan + Australie) et un continent boréal ou Laurasie (Amérique du Nord + Europe et Asie – Deccan), les deux continents étant séparés par la mer Mésogée. Par la suite, ce bloc s’est disloqué, l’écartement du bloc eurafricain et de l’Amérique donnant naissance à l’Atlantique. Longtemps controversée, la théorie de Wegener est largement confirmée par la théorie de la tectonique des plaques moyennant quelques modifications.

[4] Selon cette théorie élaborée à partir des années 1960 et vérifiée sur le terrain, la partie superficielle de l’écorce terrestre ou lithosphère est formée de plaques rigides d’une centaine de kilomètres d’épaisseur (70 km sous les océans, 150 km sous les continents), flottant sur l’asthénosphère déformable. Ces plaques sont constituées d’une partie du manteau supérieur et de la croute (continentale et océanique). Les plaques sont mobiles, le moteur de leurs déplacements étant l’expansion des fonds océaniques.