Ce document traite de la géologie structurale, en particulier de la tectonique et des déformations de l'écorce terrestre. Il explique les notions de déformation, les types de forces et contraintes, ainsi que les différente formes de déformation des roches, incluant la déformation cassante et ductile. Les chapitres présentent également les concepts de schistosité, foliation, plis et leurs relations avec les déformations géologiques.

1. GÉOLOGIE STRUCTURALE
Par COULIBALY Abdias dit Karamoko A. U: 2023 / 2024

2. ❑ Tectonique ou Géologie structurale: Discipline de la géologie consacrée
à l’étude
- des déformations de l’écorce terrestre
- des causes qui ont induit ces déformations
- et des structures géologiques postérieurement à leur formation.
❑ Structures tectoniques: Différentes formes géologiques que prennent les
roches après leur déformation.
❑ Tectonites

3. Plan du cours
➢Chapitre I. Notions élémentaires
➢Chapitre II. Déformation cassante
➢Chapitre III. Déformation souple

4. Chapitre I. Notions élémentaires

5. Objectifs
Expliquer les notions et comprendre les relations entre
forces, contraintes et déformation.

6. I. Notions de déformation
• La notion de « déformation » décrit les changements de forme, de position
ou d’orientation d’un corps soumis à des contraintes.
• Un corps est déformé s'il y a eu variation de la forme, des dimensions
et/ou de la localisation dans l'espace de ce corps d'un état initial à un état
final.

7. 1. Les composants de la déformation

11. Il s’agit de quels composants de déformation ?

12. 2. Ellipsoïde de déformation
❑ L'état de déformation d'un objet géologique quelconque peut être
représenté par un ellipsoïde de déformation comportant trois axes
perpendiculaires (X, Y, Z) :
✓ X représente la direction d'allongement maximal ;
✓ Y correspond à la direction intermédiaire, et
✓ Z représente la direction de raccourcissement maximal.

16. II. Les types de déformation à l’échelle du globe
1. Déformation homogène – hétérogène

17. 2. Déformation continue - discontinue

18. 3. Déformation finie

19. • Les axes de la déformation
restent fixes .
• Des lignes parallèles avant
déformation, sont toujours
parallèles après déformation
➔ Pure shear.
• Les axes de la déformation changent
au cours de la déformation.
• Des lignes initialement parallèles ne
le sont plus après déformation
➔ Simple shear.

20. A la suite des déformations, on observe :
➢Les structures primaires :
A la suite des déformations, on observe :
➢Les structures secondaires :

23. III. Notions de forces et de contraintes
1. Les forces
En géologie structurale, on peut distinguer deux types de forces :
❑ Les forces de volume,
❑ Les forces aux limites

24. 2. Les contraintes
Contrainte: Ensemble des forces affectant un corps matériel et tendant à le
déformer.
En un point d’un solide qui est soumis à une force tectonique, on peut
définir un état de contrainte caractérisé par trois contraintes principales
perpendiculaires entre elles avec la convention :
σ1 : étant la contrainte maximale.
σ2 : étant la contrainte moyenne.
σ3: étant la contrainte minimale.

26. Donnez les types de déformation qui correspondent á caractériser la
déformation sur cette image.

29. Parmi les propositions suivantes, choisissez celles qui correspondent à
caractériser la déformation sur cette image.

31. Lorsqu’un agrégat de minéraux de forme sphérique soumis á des
contraintes compressives (pendant une déformation), les minéraux
subissent une pression-dissolution et changent de forme
1. Montrez par un dessin, l’état final de cet agrégat ci-dessous après déformation
(pensez á la forme/allure finale des grains et á la position des produits de
recristallisation) :
2. Donnez trois qualificatifs á une telle déformation.

32. IV. Relations entre contraintes et déformation : rhéologie
a. Nature de la roche
• Des roches différentes vont avoir des réponses rhéologiques différentes,
selon qu’elles sont plus ou moins « molles »: on parle de compétence.
• Une roche est plus compétente, si elle a un seuil plastique élevé
(autrement dit, il est difficile de la déformer de façon plastique).

33. b. Pression lithostatique

34. c. Température

35. d. Vitesse de déformation

36. Sur les figures suivantes, dessinez l’ellipsoïde de déformation et en-déduisez
l’ellipsoïde de contrainte correspondante.

37. Sur les figures suivantes, dessinez l’ellipsoïde de déformation et en-
déduisez l’ellipsoïde de contrainte correspondante.

38. Pour chaque figure (A, B, C et D) identifier la variable et dites son influence sur une
roche soumise à l’essai mécanique.

39. Chapitre II: Déformation cassante

40. Notions de joints, fractures et veines
1. Joints et diaclases

43. 2. Stylolithes
• Ce sont des surfaces
portant des pics et des
creux, formées par la
dissolution sous pression
de la roche.
• Ces surfaces sont
fréquentes dans les
calcaires et les roches
siliceuses.

46. Les failles
1. Définition

51. Etude des failles sur le terrain
Détermination du sens de déplacement
➢ Le plan de faille est en général strié (slickenslide). L’orientation des
stries donne le sens du mouvement ;
➢ Les roches proches de la faille sont tirées et tordues de façon ductile et
forment des crochons (fault drag).

54. 2. Types de failles
• Selon la nature (sens) des mouvements, on distingue deux types de
failles:
➢Failles verticales et inclinées : FN et FI.
➢Failles décrochantes ou décrochements

74. Le bloc diagramme ci-dessous comporte une partie fixe (dessinée en traits pleins et notée PF) et une partie
mobile (dessinée en pointillés et notée PM). Sous l’effet du champ de contraintes la partie mobile de ce bloc
va se déplacer. (10 points)
1. Faites un dessin de ce bloc diagramme après que le déplacement ait eu lieu (4 pts).
2. Placer les demi-flèches indiquant le sens du mouvement. (2 pts) Représenter sur la partie
apparente du plan de faille les stries issues du mouvement. (2 pts)
3. Quelle est la nature de cette faille ? …………………………………………(2 pts)

76. Chapitre III: Déformation ductile

77. ➢La déformation ductile correspond à un étirement sans
rupture. Elle existe sous deux formes :
➢la déformation ductile homogène : schistosité et la
foliation
➢la déformation ductile hétérogène: plissement.

78. Schistosité de fracture (ou disjointe)
microfractures régulièrement espacées, séparant des volumes de roche non
déformés « microlithons ».

79. Schistosité de flux
Formé par réorientation de minéraux argileux (réorientation
mécanique, ou pression-dissolution).

80. Schistosité de crénulation
Les flancs des plis sont fréquemment étirés et finissent par évoluer en une
nouvelle schistosité (S2) ➔ Schistosité de crénulation.

81. e. Foliation
Une foliation (en anglais gneissosity, car on l’observe dans des
gneiss !) correspond à des alternances minérales dans des roches de
degré métamorphique moyen ou élevé.

82. Les éléments structuraux linéaires: linéations
On appelle linéation (lineation) n’importe quelle famille de
structures linéaires parallèles (on se limite ici aux linéations
tectoniques).

83. Linéations
1. Intersection
2. Crénulation
3. Etirement minéral
4. Etirement
5. Boudinage

84. Cgl. Borden Lake,
Kapuskasing, Superior Prov.,
Canada

87. Plis
➢Un pli résulte d’une déformation continue, hétérogène, en principe
compressive d’un matériau originellement horizontal à comportement
mécanique ductile.

88. Géométrie des plis
Elements d’un pli
➢Un pli est courbé le long de son axe ou
charnière en section.
➢Les axes de toutes les surfaces des plis
définissent une surface ➔un plan axial.
➢Entre les charnières, on a des flancs.
➢On parle aussi, parfois de la crête du pli pour
désigner le point topographiquement le plus
élevé.

89. Forme des Plis

90. Profil des plis ou angle d’ouverture
➢ Les plis peuvent être plus ou moins serrés ; on parle par exemple
de plis ouverts, serrés ou isoclinaux (open, tight, isoclinal).

91. L’angle
d’ouverture

92. Orientation
➢ Selon l’inclinaison du plan axial, on décrit un pli comme droit (upright),
incliné (inclined), déversé (overturned) ou couché (recumbent).
➢ Un pli déversé a en général un flanc normal, et un flanc inverse (upright,
overturned limb).

94. Epaisseur des
couches

95. Relations Plis – autres éléments structuraux
Plis et Schistosité
➢ De façon générale, les plis sont associés à une schistosité de plan axial
(axial planar cleavage), parallèle au plan axial du pli ou légèrement en
éventail.
➢ La schistosité de plan axial peut légèrement changer d’angle, selon la
nature des couches (réfraction de schistosité).

96. Emboîtement de plis
➢ On retrouve à petite échelle des formes semblables aux formes à
grande échelle ➔ on parle de plis parasites (parasitic folds).
➢De part et d’autre de l’axe d’un pli principal, les plis de second
ordre ont une asymétrie différente (plis en « S » et plis en « Z » )
; proche du sommet les plis secondaires sont des plis symétriques
en « M ».

101. Régime de déformation dans les plis et microstructures associées
Les déformations internes dans les couches se font de deux façons:
➢ Par déformation de charnière
➢Par déformation de flanc

102. Plis à déformation de flancs
Les structures résultantes sont des
stries (issues du glissement banc sur
banc), ou des fentes de tension
obliques au flanc du pli.

105. Plis à déformation de charnière
➢On observe des structures extensives à l’extérieur « extrados » du
pli, et compressives à l’intrados.