la carte et la coupe

La carte et la coupe

En géomorphologie, nous sommes constamment confrontés au fait que les roches et les structures terrestres s'expriment en trois dimensions. La distribution des roches à la surface de la Terre est simplement fonction de la façon dont cette disposition tridimensionnelle recoupe la surface actuelle, soit comment affleure le roc.
Les informations utiles relevées sur les cartes géologiques sont nécessaires à l'explication de la morphologie de la surface terrestre. Avec un peu de pratique, on peut lire sur ces cartes la façon dont les couches rocheuses sont disposées, et en déduire leur allure en profondeur et comment elles auraient été au-dessus de la surface actuelle avant d'être érodées.
On peut aussi représenter l'allure des couches en élaborant une coupe géologique. La plupart des cartes géologiques et géomorphologiques sont accompagnées de coupes et, ensemble ils constituent un puissant outil de communication de l'aspect tridimensionnel des terrains. Ils sont si intimement liés que, même si la coupe peut être construite à partir d'une carte, en pratique ils sont élaborés simultanément et dans certains cas, la carte est dérivée de plusieurs coupes, elles même issues des données de forrages ou sismiques.
La coupe peut être autant un croquis dépouillé qu'un dessin précis selon l'usage auquel elle est destinée. Avec les cartes à petite échelle, on ne peut normalement produire qu'une coupe schématique parce que les détails n'apparaîtront pas.
Sur les cartes à grande échelle, comme celles au 1:50 000 et plus grandes, il est possible de dresser une coupe à la même échelle que la carte lorsque l'information sur l'orientation de la structure et le pendage des couches le permettent.

Le choix du tracé de la coupe

Le tracé devrait recouper à angle droit l'orientation générale de la structure. C'est le meilleur angle de vue, de plus, s'il est orienté dans le sens du pendage et que l'exagération verticale est nulle, la coupe permettra la mesure du pendage des couches ainsi que leur épaisseur réelle sur la coupe.
Si le tracé n'est pas perpendiculaire à la structure, il montrera un pendage atténué des couches. Un tracé parallèle à la structure ne révèlera point de pendage mais pourrait être utile pour représenter la variation d'épaisseur dans une direction.
Lorsque le tracé de la coupe risque de traverser une région où plusieurs structures d'orientation différente sont présentes, plusieurs choix s'offrent:


Si une des structures domine la région alors, il faudra orienter le tracé perpendiculairement à celle-ci, en ne perdant pas de vue que les autres structures auront une allure faussée;
On pourrait réaliser plusieurs coupes (chacune d'elle orientée à angle droit d'une structure) de façon à représenter le plus réellement possible chacune des structures présentes sur la carte;
Un troisième choix est de faire bifurquer le tracé pour représenter plusieurs structures sur la même coupe.


La procédure

Elle est semblable à celle de la construction du profil topographique auquel on ajoutera la structure du substrat.


i-Sur la carte, dégagez puis regroupez les ensembles, relevez l'orientation de la structure ainsi que la direction et le degré de pendage, imaginez le modelé en profondeur.

ii-Choisissez un tracé, orientez le perpendiculairement à la structure que vous désirez représenter.

iii-Posez la bordure d'une feuille le long du tracé, et indiquez:


les limites de la coupe;
les limites des formations rocheuses, des failles, des plis, etc.;
la direction et la valeur du pendage;
le nom des éléments du paysage croisés par le tracé.


iv-Dessinez le cadre du croquis, soit:


dessinez l'abscisse ou l'axe horixontal de la longueur du tracé de la coupe avec l'échelle graphique à sa base;
tracez les ordonnées ou les axes verticaux (sans exagération) avec les valeurs d'altitude.


v-Reportez la bordure de la feuille sur l'abscisse et transposez les informations relevées en iii sur le [url=http://www.er.uqam.ca/nobel/k20322/ptopo.html#profil vert]profil topographique[/url].

vi-Dessinez l'allure des formations rocheuses en profondeur en utilisant les données de direction et de pendage.

vii-Ajoutez l'habillage, indiquez, s'il y a lieu, les forrages, les bifurcations de tracé et utilisez dans la mesure du possible, les mêmes symboles (couleurs, trames, lettres, etc.) que les formations représentées sur la carte.

vii-Ajoutez une légende des formations rocheuses et des symboles utilisés.
Il n'y a pas de règles strictes sur la façon dont doivent être représentées les structures en profondeur. Chaque cas est particulier. En général, on optera pour un modèle simple et conforme aux informations exprimées sur la carte.
L'exemple suivant (coupe B-B') est tiré de la carte géologique fictive ci-après. La coupe est dépouillée car elle fait l'objet d'un exercice.








La direction et le degré de pendage

Ils sont utilisés pour décrire la direction des surfaces rocheuses comme le sommet d'une strate sédimentaire, les plans de stratification, les plans de failles, les diaclases et les dykes. La direction de la structure est l'orientation de n'importe quelle ligne horizontale imaginaire le long d'une strate ou d'un élément planaire . Elle n'a pas de position, uniquement une direction. Ainsi, on peut la mesurer partout sur le plan de l'objet. Elle est donnée habituellement comme un azimut (ex: NE), ou encore en degré par rapport au nord géographique (flèche rouge). Sa valeur est exprimée à l'aide de trois nombres (ex: 045° est l'équivalent de la direction NE, flèche bleue).





Le degré de pendage est l'inclinaison maximale ou la plus grande pente d'une couche mesurée en degré par rapport à l'horizontale. Il est toujours mesuré perpendiculairement à la direction (flèche jaune). Pour ce, on utilise la règle dite de la main droite, où le pendage se trouve toujours à droite de la direction (flèche bleue). Pour éviter toute confusion avec la direction, le pendage est exprimé à l'aide de deux nombres entre 0° et 90° (ex: 09°) et toujours énoncé après celle-ci (ex: 045°/09° sont la direction et le degré de pendage des formations rocheuses du bloc diagramme ci-dessus). Sur la carte géologique, la direction de la structure et le pendage sont représentés ainsi .

L'épaisseur apparente et réelle des couches

Il est parfois opportun de connaître l'épaisseur d'une formation à partir d'une carte. Que ce soit pour voir la manière dont l'épaisseur des couches varie en profondeur et dresser un tableau plus précis du mode de mise en place, ou encore pour évaluer si le matériel sera en quantité suffisante pour un usage commercial et si son extraction en vaut le coût.
Parfois, l'épaisseur est indiquée sur la légende de la carte. Lorsque l'épaisseur varie, un ordre de grandeur est souvent donné. Certaines cartes récentes mentionnent l'épaisseur sur une colonne avec une description de la variation latérale. Mais plusieurs cartes géologiques n'indiquent pas l'épaisseur. Il faut alors la déduire.
La méthode trigonométrique offre un outil de calcul pour la plupart des cas d'inclinaison de la pente et du pendage (voir les trois exemples ci-après). Sur une coupe à l'échelle, on peut mesurer le degré de pente et de pendage, l'épaisseur apparente et la hauteur de l'affleurement (épaisseur verticale).
L'épaisseur réelle d'une formation ou d'une couche est la distance entre le sommet et la base mesurée à angle droit. C'est la distance la plus courte entre les limites sommitales et basales. Tout autre mesure à angle différent donnera une plus grande distance appelée l'épaisseur apparente.
La relation entre le degré de pendage et l'inclinaison de la pente produit des effets surprenants. Par exemple, les terrains disséqués avec une structure monoclinal (couches faiblement inclinées dans le même sens) produisent sur la carte une variation considérable de l'épaisseur apparente, même si les couches ont toutes la même épaisseur en réalité. L'épaisseur apparente est parfois beaucoup plus importante que l'épaisseur réelle (a) et parfois moins importante (c).





La pente est dans le même sens que le pendage La pente est de direction opposée au pendage Le terrain est plat







ér = éa x sin q - g x cos q
Les cas a et b sont complexes. Il manque le sommet de la formation et la pente est variable. Il serait préférable de diviser l'affleurement en deux sections et de calculer chacune d'elle selon la direction de la pente. ér = éa x sin q + g x cos q


ér: épaisseur réelle

éa: épaisseur apparente

q: degré de pendage

g: épaisseur verticale ér = éa x sin q



Sur une carte, il n'y a que lorsqu'une couche est inclinée à la verticale (pendage de 90°) que l'affleurement est équivalent à l'épaisseur réelle (éa = ér). Dans tous les autres angles d'inclinaison, la largeur de l'affleurement observée sur la carte sera l'épaisseur apparente.
L'épaisseur d'une formation ou d'une couche mesurée à partir d'un forrage ou déduite de la hauteur de l'affleurement (épaisseur verticale) donnera une valeur apparente. Il n'y a que dans le cas d'une disposition horizontale des couches que l'épaisseur réelle sera équivalente aux données de forrages (g = ér).




Carte géologique fictive

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La carte géologique
La carte géologique présente une description de l'étendu, de l'allure et de l'âge du substrat rocheux dans une localité ou une région particulière. La carte fictive ci-dessus fournit un exemple simplifié des informations véhiculées par cet outil.
Une carte géologique représente l'espace géographique en une diversité de zones classées par couleur (voir l'exemple de la carte simplifiée de la région de Montréal). Ce classement s'effectue selon l'âge et la succession des terrains : on appelle cette branche d'étude la stratigraphie.
La plupart des cartes géologiques sont des cartes lithostratigraphiques. Les roches y sont classées par formation et sont identifiées par leur lithologie (type de roches) et leur ordre de sédimentation (succession géologique ou stratigraphie) : ce qui résulte en une carte colorée facile à consulter. La plupart des cartes à moyenne (1/50 000) et grande échelle sont de ce type.
Plus rarement, les cartes géologiques sont chronostratigraphiques lorsqu'elles font référence surtout à l'âge des roches et à leur succession (la lithologie restant très résumé). C'est le cas des cartes à petite échelle (1/250 000).
On distingue souvent les cartes traitant du substrat rocheux de celles présentant les dépôts de surface. Bien que le mode de construction de celles-ci soit similaire, la distinction provient de l'aspect consolidé du roc qui est ancien et de l'aspect meuble des dépôts de surface qui sont récents. Parfois mais rarement, le roc et les dépôts de surface sont représentés simultanément sur la carte. Il n'en reste pas moins que ce sont des documents indispensables qui expriment, sous la forme d'une maquette, la répartition spatiale des différents affleurements rocheux.
L' étude de la disposition des terrains repose sur les préceptes de la tectonique c'est-à-dire, de l'étude des pendages. En effet, les sols subissent des déformations ultérieures à leur dépôt. Cette architecture apparaît sur la carte par le dessin des contours du substrat. Ces contours correspondent a l'affleurement des différentes couches. Leur forme est donc extrèmement variée et dépend de l'angle que fait la pente de la couche avec la surface topographique.

La coupe géologique et l'analyse structurale

La construction de tranches (coupes géologiques) de terrain à partir d'une carte géologique permet de mettre en évidence les structures et de dater les différentes phases de déformation (tectonique) ayant modelé un même ensemble rocheux. L'examen ou l'étude des structures, de leur succession, de leur âge et de leurs caractéristiques lithologiques conduit à déterminer les conditions et les causes des déformations.
L'analyse structurale comporte trois objectifs généraux :


-définir la nature des terrains selon deux critères: âge et lithologie;
-définir la disposition ou l'architecture du relief en respect de la tectonique;
-définir les causes et la succession des événements.

Pour mener à bien cette analyse, l'examen systématique d'une carte géologique est impératif. De plus, l'élaboration de coupes géologiques bien localisées est essentielle pour appuyer cette analyse. En dernier lieu, la synthèse des informations tirées de la carte, de la légende et des coupes apportera des éléments pour l'interprétation des causes et des événements