Introduction à la structure faillée

On appelle faille une cassure, une rupture de la continuité de terrains primitivement situés au même niveau et qui s’accompagne d’un déplacement relatif des compartiments qu’elle détermine. Une faille va donc décaler deux blocs dans l’écorce terrestre sur une longueur et une hauteur variables (quelques mètres). La faille résulte généralement de la mauvaise transmission d’une poussée ou d’un effet tectonique dans un matériel rigide et inapte à la déformation souple ou au plissement. La série est alors dite incompétente.

Il existe d’autres types de cassures qui affectent les roches à des échelles différentes et qui ne sont pas des failles. C’est le cas de :

–          La fracture : c’est une cassure sans déplacement de quelques mètres

–          La diaclase : c’est une fissure sans déplacement dans une roche dure en général

Du fait des déplacements des compartiments, la faille se repère par des contacts latéraux anormaux entre des couches d’âges différents mais aussi de nature et de résistance différentes. La dénivellation peut créer un relief, mais souvent l’érosion modifie complètement l’aspect de l’escarpement originel. Ainsi, même si on évoque des cas de mise en place des reliefs liés à la faille et de leur évolution simple, dans la réalité les failles peuvent rejouer, les escarpements peuvent aussi être fossilisés et exhumés plusieurs fois. Leur évolution devient alors complexe.

Les reliefs de failles existent dans tous les types de structures mais les failles sont particulièrement nombreuses dans des structures de roches dures, comme le basalte, le granite ou des couches épaisses de calcaire. Au contraire dans d’autres roches sédimentaires plus déformables les failles sont moins fréquentes. Les fractures sont particulièrement nombreuses au niveau des marges actives de la planète et elles s’accompagnent de séismes. Le long de ces fractures, du magma peut remonter en surface et provoquer des éruptions volcaniques.

II. Les éléments constitutifs de la faille  

1.       Description d’une faille et terminologie

La faille dénivèle deux blocs ou compartiments. Le compartiment soulevé est appelé horst (A dans le schéma suivant) et le compartiment effondré est appelé graben (B dans le schéma).

On peut décrire la faille en utilisant une terminologie adaptée :

a) Le plan de faille

C’est la surface le long de laquelle les deux compartiments ont glissé, soit à l’oblique, soit à la verticale. Lorsque ce plan présente une surface régulière résultant du frottement des deux compartiments, on parle alors d’un miroir de faille.

On peut décrire le plan de faille en mesurant son inclinaison ou son angle de pendage (en vert) par rapport à la verticale. On peut aussi mesurer son orientation (en rouge) par rapport aux points cardinaux.

Certaines orientations de failles sont caractéristiques à un épisode tectonique et indiquent une période particulière. On retiendra 3 cas essentiels :

–          Direction armoricaine (faille primaire ou birrimiennes) : NW-SE. En France, cette orientation est appelée orientation varisque et elle caractérise le plissement hercynien qui date de l’ère primaire

–          Direction alpine ou méridienne : NE-SW ou N-S

–          Direction pyrénéenne ou longitudinale : E-W

b) Le rejet de la faille

C’est la distance qui mesure la dénivellation créée entre les deux compartiments par la faille. On distingue :

–          Le rejet vertical (Rv): c’est la différence d’altitude entre les deux blocs.

–          Le rejet horizontal latéral (RHL) : mesure du glissement des blocs l’un conte l’autre.

–          Le rejet horizontal transversal (RHT) : mesure l’écartement entre les blocs.

–          Le rejet stratigraphique (RS) : est une composante des trois mouvements différents dans l’espace et correspond à une dénivellation mesurée le long d’un miroir de faille oblique.

c) Le rejeu

C’est la réactivation d’une faille ancienne qui présente une seconde dénivellation.

d) Le regard de la faille

C’est le côté vers lequel est tourné le bord du compartiment soulevé.

2.       L’âge de la faille

L’âge d’une faille se détermine en fonction des couches qu’elle dénivelle.

Toute faille est plus récente que le plus jeune des terrains qu’elle dénivelle et plus ancienne que le plus jeune des terrains qui la recouvrent. En d’autres termes :

–          Une faille est postérieure (plus jeune) aux derniers terrains qu’elle affecte de part et d’autre du plan de faille

–          Une faille est antérieure (plus ancienne) aux derniers terrains non déformés qui la recouvrent.

Dans le cas du schéma présenté, après une faille une couche sédimentaire (couleur grise) s’est formée dans le fossé et a recouvert le bloc surélevé. Les couches grise et orange sont donc plus récentes que l’âge de la faille.

III. Les types de faille

La définition structurale des failles dépend de l’inclinaison du plan de faille et du pendage des couches dans les blocs dénivelés ou de la pente de ces blocs dans le cas des structures cristallines.

1.       Les déplacements horizontaux

Si les deux compartiments ont coulissé horizontalement l’un contre l’autre, on parle d’un décrochement. On peut distinguer deux cas :

–          Décrochement dextre : c’est un décrochement vers la droite.

–          Décrochement sénestre : c’est un décrochement vers la gauche.

2.       Les déplacements verticaux

Si les deux compartiments ont coulissé verticalement l’un contre l’autre, on parle d’une faille. On peut distinguer deux cas :

–          Faille normale : elle correspond à un mouvement d’extension (détente) dans l’espace entre les deux blocs et à l’effondrement d’un bloc par rapport à un autre. Le plan de faille est incliné en descendant vers le bloc affaissé ;

–          Faille inverse : elle correspond à un mouvement de compression ou de rapprochement entre deux blocs avec un rejet vertical pour l’un des deux blocs. Le plan de faille surplombe le compartiment affaissé.

Les failles peuvent aussi être classées en fonction de la position du plan de faille par rapport au pendage. On peut distinguer deux cas :

–          Les failles conformes : elles présentent une continuité entre les pendages des couches géologiques et le plan de faille ; 

–          Les failles contraires : elles présentent une opposition entre le pendage des strates géologiques et le plan de faille.

 

Sur la carte géologique on distingue les failles (verticales, normales et inverses) en observant leurs tracés par rapport aux courbes de niveau :

–          Si le tracé de la faille est rectiligne ou de lignes brisées formées d’éléments rectilignes : la faille est dite verticale (F1 sur le schéma suivant)

–          Si le tracé est sinueux et de sens contraire à celui des courbes de niveau : la faille est dite normale sauf cas d’inversion du relief (F2)

–          Si le tracé est sinueux et de même courbure que les courbes de niveau : la faille est inverse (F3).

(Schéma)

3.       Les associations de failles

Lorsqu’un terrain est affecté par plusieurs failles, on parle soit de faisceau de failles, soit de champs de failles.

–          Un faisceau de failles est un ensemble de failles ayant la même direction dans un secteur donné ;

–          Les champs de failles sont des recoupements de failles dans plusieurs directions sur un même espace.

Exemple : Sur la bordure orientale des Vosges, un ensemble de horsts et de grabens qui regardent le fossé rhénan constitue les collines sous vosgiennes dont l’orientation principale est sud nord.

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[1] Ensemble des déformations et des dislocations subies par de vastes parties de l’écorce terrestre.

[2] On appelle épirogenèse (ou épeirogenèse) un processus qui fait monter ou descendre lentement des domaines continentaux. En général, les mouvements épirogéniques se traduisent, dans les régions côtières, par des transgressions de la mer lorsque le domaine continental s’enfonce, et par des régressions de la mer lorsqu’il se soulève. Un exemple de processus épirogénique est fourni par le soulèvement post-glaciaire (soulèvement scandinave) de laScandinavie, de la Finlande, du Canada et du Nord des États-Unis. On associe à l’épirogenèse une partie des séismes qui se produisent à l’intérieur des plaques tectoniques et dont la magnitude reste en général faible à modérée.