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La tectonique décrochante à toutes les échelles

Leçon de contre-

Proposition de plan par Mathieu Rodriguez

rodriguez@geologie.ens.fr

Introduction :

La répartition de la sismicité mondiale permet de définir les frontières de 25 grandes plaques tectoniques.

La sismicité aux frontières de plaques est due aux forces de frottement générées par leur mouvement

relatif. On distingue selon la répartition des séismes les frontières de plaques localisées et les frontières

de plaque diffuses. Il existe trois grandes catégories de limites de plaque : les limites convergentes (zones

de subduction et de collision), les limites divergentes (zones de rifting et d'ouverture océanique) et les

limites coulissantes (failles transformante & décrochante), issues du mouvement horizontal entre deux

plaques. La tectonique de ces dernières constitue la thématique de cette leçon. un exemple qui permet de comprendre comment fonctionne un décrochement au cours du temps et du

cycle sismique. En situation initiale, les arbres sont parfaitement alignés. Lorsque les contraintes

: cela correspond au

glissement asismique. Lorsque les contraintes accumulées dépassent le seuil de rupture, il y a

élastique. Lorsqu'un bloc est décalé vers la droite par rapport au bloc lui faisant face, le jeu de la faille

est dit "dextre". Lorsqu'il est décalé vers la gauche, le jeu de la faille est dit "sénestre".

Au sens strict, une faille décrochante se définit par les stries horizontales que le mouvement relatif des

blocs laisse sur le plan de faille, quelque soit le pendage de ce dernier. Les décrochements néoformés

direction du plan de faille.

Il convient de distinguer les failles décrochantes des failles transformantes qui décalent les segments de

dorsale en domaine océanique. La définition initiale des failles transformantes a été établie par J.T.

Wilson (1965), qui a découvert les failles transformantes à partir des décalages horizontaux des

anomalies magnétiques du plancher océanique, atteignant par endroits des centaines de kilomètres. Le

dorsale, les failles transformantes océaniques deviennent inactives et les morceaux de plaque sont soudés

: c'est la zone de fracture, vestige de l'épisode actif. La sismicité et les mécanismes au foyer sur les failles

transformantes océaniques illustrent bien la localisation de l'activité tectonique entre les segments

C'est une différence majeure avec les failles décrochantes continentales, pour lesquelles la sismicité est

localisée sur tout le long de la faille. La confusion des

du vocabulaire employé dans la cinématique des plaques. Dans cette discipline, les failles transformantes

à une autre. Par exemple, la faille du Levant transforme la divergence au niveau de la Mer Rouge en

convergence au niveau du Zagros. Dans le cadre de cette leçon, nous limitons le sujet à la tectonique

des failles décrochantes au sens strict.

Faille d

en 1940

A travers le monde, les failles décrochantes sont rencontrées dans différents contextes géodynamiques

1) Les décrochements constituant des limites de plaque localisées (exemples de la faille de San Andreas

la limite de plaque Inde-Arabie).

2) Les décrochements au sein de zones de déformation diffuses, qui séparent des blocs continentaux

dans les zones de collision continent-continent ou arc-continent, phénomène décrit sous le nom

extrusion latérale ("tectonic escape"). Des exemples sont : la faille Nord anatolienne dans le cas de

olien, ou les décrochements tibétains (Hayuan, Altyn Tagh, Kunlun, Red dans le cas du poinçonnement de l'Asie par l'Inde.

3) Les décrochements formés à la faveur de subduction oblique et du partitionnement de la déformation

qui en résulte, comme dans le cas de la faille de Sumatra ou des décrochements Chiliens;

4) et enfin une dernière catégorie, formée par les décrochements que l'on trouve en contexte intraplaque

(ex. dans les cratons continentaux ou issus de la réactivation de zones de , souvent

issus d'anciennes limites de plaques actives, et agissant actuellement comme des zones de concentration

des contraintes à l'intérieur des plaques (exemple des zones de cisaillements armoricaines en France).

qui stipule que les structures observées à

pas toujours les mêmes caractéristiques selon le matériau affecté par la déformation, ou selon les

conditions de pression et température gouvernant la déformation (autrement dit, selon le niveau

structural considéré). aura pas toujours la même structure

selon les propriétés rhéologiques des lithosphères mises en jeu, et selon le contexte géodynamique.

Le sujet ne précise pas ,

ou t aussi considérer les différentes échelles temporelles. la lame mince ne se font pas sur la même durée et à la même vitesse que les

spatiale se rajoute donc la problématique de la durée et de la vitesse de la déformation sur la diversité

des structures décrochantes observées. Existe-t-il des phénomènes de tectonique décrochante qui

nt que sur de très longues durées ?

1) et de la lame mince

de la tectonique décrochante, et la plupart des structures décrites ci-après peuvent se retrouver

aussi au niveau de détachements ou chevauchements, ou même à proximité de plutons dont la mise

en place a entraîné des processus de déformation. -Approche : description de la tectonique décrochante selon le niveau structural

continentale qui sont étudiés (accès aux affleurements). La croûte supérieure adopte un comportement

cassant. En profondeur, selon les conditions de température et de pression, la croûte inférieure peut

adopter un comportement ductile.

des études de terrain peuvent être aussi menées sur des régions ayant été affectées par de la tectonique

ductile, au-delà de la dizaine de kilomètres

de déformation cisaillante en profondeur. La combinaison des études réalisées sur les déformations en

Schéma de la déformation décrochante selon le niveau structural a/ La tectonique cisaillante/décrochante en domaine cassant

-Déformation cassante, incohérente (brèches) ou cohérente. Epaisseur de la zone affectée par la

-Zones incohérentes : Cataclasite, pseudotachylite (roches vitreuse ou à grain très fin issu du mélange

). Zones pulvérisées (roches entièrement broyée, la zone -Tectoglyphes, systèmes de fractures.

*Ex-Stries horizontales sur un plan de faille en décrochement. Permet de reconstituer les paléo-

contraintes. *Ex-Système de fracture conjugué, avec fentes en extension remplies de calcite, et stylolithes en compression *Systèmes de fractures en-échelon

Gauche : ;

Droite : Diversité des terminaisons

-Comment expliquer les systèmes de fracture en cisaillement en domaine cassant ? Les expériences analogiques de Riedel : une première explication des systèmes de fracture en cisaillement en domaine cassant.

Ces expériences permettent de comprendre la

formation des fentes de tension et des joints de précédents. deux plaques de métal jointives reposant sur un plan horizontal. Des cercles sont impressionnés déformation. Les plaques sont déplacées parallèlement à leur bord de sorte que le gâteau moteur, dextre ou sénestre selon le mouvement déformation, nous observons : a) que les cercles subissent un cisaillement simple et se e est orienté à

45° par rapport au décrochement ; b) si les

argiles sont mouillées, il y a formation de fentes, à 45° elles aussi ; c) si les argiles sont sèches il y a formation de joints de cisaillement, à 60°.

Les fentes ainsi formées sont les Riedel.

b/ La tectonique cisaillante/décrochante en domaine ductile

-Mylonites : roches foliées avec linéation apparente. Observables sur le terrain dans les zones de

cisaillement qui ont été exhumées. Ex. au niveau des décrochements tardi-hercyniens du massif

armoricain. -Les fabriques C-S et C-Indicateurs du sens de cisaillement. Sens de cisaillement de C- considérée.

*Porphyroclastes et porphyroblastes et leurs ombres de pression : indicateurs du sens de cisaillement.

Ex. le cas des grenats hélicitiques.

2) même façon selon le niveau structural considéré. ici de mieux comprendre comment

-Identification de segments relativement linéaires suivant leur petit cercle, sans grande complexité

structurale. (typiquement, une vingtaine de km pour le continent, une soixantaine de km pour les océans).

- Le jeu des failles décrochantes met en contact étroit des portions de lithosphère dont les propriétés

physiques et rhéologiques sont très différentes. La faille est alors considérée comme une interface

bimatérielle. Contraste océan/continent ; ex. Point Arena sur San Andreas -Les relais & leur diversité structurale : qui prennent

place entre les segments de systèmes décrochants. Selon la façon dont le tracé du décrochement dévie

de son petit cercle, des composantes extensives ou compressives peuvent se surimposer au mouvement décrochant, et contrôler la formation des relais. -Les relais en relâchement : les bassins pull-apart . Le terme de pull-apart désigne de façon générique tout bassin formé le l

se cache cependant une grande diversité de structures. Les contraintes extensives peuvent être

colinéaires à la direction du décrochement (bassin formé en décrochement pur), ou obliques à la

direction du décrochement (bassin formé en transtension). Les bassins pull-apart ont des géométries

Un point commun à la plupart des bassins pull-apart est leur taux de subsidence extrêmement rapide, de

500 m/Ma pour la Mer Morte par ex.

Ci-après : exemple de relai en pull apart et de relai transpressifs, ainsi que diverses courbes de

subsidence calculées pour divers bassins en pull apart Exemples de déformation avec rotation de blocs (en contexte extensif haut- et compressif - bas)

-Les relais en serrage (ou transpression) : ex. des transverses ranges (san Francisco) le long de la faille

-Les terminaisons de décrochements : les structures en queue de cheval, formées par plusieurs failles

branchées de façon +/- orthogonale sur la faille principale lithosphère. -Les structures en fleur : les zones de relais vues en coupe dessinent des structures complexes dont

fleur est associée à une dépression topographique et se voit qualifiée de structure en fleur négative.

Inversement, dans les relais transpressifs, les fleurs forment des topographies positives (structure en

fleur positives).

-Les rotations de blocs (déformation cassante). Certains grands décrochements (faille du Levant, de San

Andreas) sont composés de plusieurs branches, qui viennent se brancher sur la branche principale (celle

qui suit le petit cercle). A la manière de dominos, les blocs crustaux délimités par les différentes branches

subissent un cisaillement et une rotation (mise en évidence par des études paléomagnétiques). Ceci est

mis en évidence au niveau des monts du Liban (faille du Levant) ou de la mer de Salton (San Andreas).

-Les granites en pinceau (déformation ductile) : ex. des granites syn-cinématiques des décrochements

tardi-hercyniens dans le massif armoricain (Exemples : les granites de Pontivy. Les granites de la carte

au 1 :50 000 de Belle-Isle-en-Terre). b/ Structure profonde des décrochement vue par les outils de la géophysique

-Distribution de la sismicité/ identification des zones de déformation cassante en première

approximation. Ex. la sismicité le long de la faille de San Andreas est concentrée pour la majeure partie

dans les 15 premiers km. Cependant, la sismicité ne reflète pas nécessairement le comportement long

terme de la lithosphère : une micro-sismicité peut être observée dans une zone dont la déformation long-

terme est essentiellement ductile. ux de décollement par sismique réflection. *Ex-Sel en Mer Morte. La structure de surface résulte donc essentiellement de la tectonique gravitaire

décollement crustal au niveau de la Mer Morte est difficile à expliquer du fait du flux de chaleur

de 40 mW/m² (considéré comme froid). Niveau semi-ductile ?

* Ex-Niveaux de décollement ductile associé à la croûte inférieure en Mer de Marmara. Les

-OBS & fonctions récepteurs & gravimétrie. Pour la Mer Morte, absence de remontée du Moho en dépit

de la déformation pour permettre la compensation isostatique.

Profil sismique du bassin de la mer morte

Profil sismique en Mer de Marmara, le long de la Faille Nord Anatolienne 3) -a/ Système de failles décrochant diffus et systèmes de failles localisés

-ex limite Pacifique/Nord Amérique : Le système de San Andreas est plus localisé que celui de Walker

Lane, qui est lui plus diffus. Ceci pose la question du rôle de la rhéologie, de la quantité de mouvement

fini, du régime de contrainte local sur le degré de localisation.

-s à la même époque (vers 15 Ma), le système de San Andreas a fonctionné à un taux plus

Lane est donc moindre que celui de San Andreas. Cela représenterait la tendance des systèmes

décrochants à évoluer de systèmes diffus vers des systèmes localisés.

-Les expériences analogiques reproduisent la situation observée au niveau de la limite Pacifique/Nord

Amérique. Situation initiale : déformation diffuse. Le système évolue vers une déformation de plus en plus localisée. Formation de failles en échelon système de failles continu. En haut schéma structural du système de Walker Lane et de San Andreas, à comparer avec les la quantité de déplacement accumulée. --apart -Le modèle -apart suppose un continuum de déformation, le principal. bassins formés le long des bassin.

durée correspond à 15-20 km de mouvement sénestre, une valeur bien inférieure à la longueur du bassin.

recouvrement (distance le long de laquelle les segments se font face). -Cas de la Mer de Marmara scuté. Certains proposent que le bassin de Corinthe actuel, et que ce bassin aurait été inclus dans une zone de cisaillement qui se

serait localisée au cours du temps avec la quantité de mouvement décrochant accumulé (grossièrement,

-c/Modes de formation des relais transpressifs

-La croissance latérale des relais transpressifs sur différents segments adjacents about à leur

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