Initation a la cartographie geologique partie 2

MINSITERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE UNION – DISCIPLINE - TRAVAIL

ETABLISSEMENT D’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR PRIVE

GÉOLOGIE MINES PÉTROLE (GMP) SUP-MINES 1A & 2A BTS

Initiation à la Cartographie Géologique (Manuel de Travaux Pratiques en Géologie) Apports théoriques, travaux dirigés et pratiques

ANNÉE SCOLAIRE 2011 - 2012

Enseignant M. ASSOMA TCHIMOU VINCENT Hydrogéologue – Master SIG, Télédétection et Sciences de l’Information Géographique, Chargé de cours

**Support de cours de TP**

GSM : 05 65 61 48 - [email protected]

Etudiant Nom & prénoms : : ……………………………………………………………………... Contacts : ………………/ Courriel : ……………………………………………………..

Initiation à la cartographie géologique – GMP

PRESENTATION La carte géologique constitue le support indispensable pour l’étude des formations géologiques et la reconstitution de leur histoire. L’objet de ce manuel est une initiation à l’acquisition des techniques de base pour d’une part, la lecture des cartes géologiques, et d’autre part la réalisation des coupes géologiques. Cette introduction s’appuie sur des notions géométriques et géologiques (morphologie, tectonique et stratigraphie), selon un ordre de difficulté croissant. Ce manuel constitue un support utile à l’enseignement de la cartographie assuré par le département des sciences de la Terre. Il est destiné aux étudiants débutants dans cette discipline (Licence 1 ou BTS) ; il servira d’aide-mémoire et pourra être complété par des notes personnelles et des exercices qui seront effectués en salle de travaux pratiques (TP). La cartographie englobe un ensemble de techniques conduisant à l’établissement et à l’étude des cartes. La carte géologique est un outil indispensable pour l’étude du sol (pédologie, géographie, écologie, etc…) et du sous-sol (recherche pétrolière, minière, hydraulique, etc…). La lecture correcte d’une carte topographique est une nécessité pour ceux (géologues, pédologues et biologistes entre autres) qui vont faire des sciences de la nature leur profession. Elles sont aussi utiles dans les activités de loisirs (randonnées en montagne, la navigation en) etc…. Couplées avec le GPS et une bonne boussole. Le choix du type de carte dépend du but recherché. Ainsi, donc, au cours des travaux pratiques de géologie, nous allons étudier deux parties: La première se rapporte à la réalisation de profil topographique : Il s’agit des cartes topographiques qui permettent de décrire avec précision les différents éléments du relief. La deuxième est consacrée à l’étude des cartes géologiques simples qui nous permettront de comprendre la structure du sous-sol. Elle est consacrée à la reconnaissance des principales structures de déformation.

Prérequis :  Notions de géologie simple comme connaissance, même succincte, des principaux types de roche et leurs caractéristiques ;  Notions simple de géométrie (trigonométrie de base) ;  Aptitude à percevoir les schémas en trois dimensions (3D).

Objectifs :  Savoir utiliser de manière rationnelle et prudente les cartes géologiques à votre disposition ;  Connaître les méthodes de construction des cartes ;  Savoir présenter les données sous une forme explicite et/ou simple pour les utiliser sur chantier ou dans les rapports et/ou présentations.

Avertissement - Les thèmes abordés ici sont totalement interdépendants et présentent une complexité croissante. Il est donc très conseillé d’assurer une présence continue. - Durant toutes les séances, le matériel requis est le suivant : Crayon à dessin (à mine ou HB), papier millimétré, une gomme, un papier calque et éventuellement un rapporteur d’angle et une calculatrice.

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Initiation à la Cartographie Géologique – 1AGMP

SOMMAIRE CHAPITRE 1 : CARTE ET RÉALISATION DE PROFIL TOPOGRAPHIQUE ........................................................... 4 1.1. LA CARTE TOPOGRAPHIQUE ........................................................................................................... 5 1.2. LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUE DE LA TERRE ..................................................................... 6 1.3. LES SYSTEMES DE PROJECTION .................................................................................................... 7 1.4. REPERAGE D’UN POINT ET NOTION D’ECHELLE .......................................................................... 7 1.5. ETUDE OU ETABLISSEMENT DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE ................................................ 10 1.5.1. L’OROGRAPHIE ............................................................................................................................................ 10 1.5.2. LA PLANIMETRIE (SIGNES CONVENTIONNELS UTILISES SUR UNE CARTE TOPOGRAPHIQUE) ..................... 13 1.6. LIGNES CARACTERISTIQUES EN COURBES DE NIVEAU ........................................................... 13 1.6.1. DIFFERENTS TYPES DE PENTES (FORMES DES VERSANTS) ....................................................................... 13 1.6.2. LES FORMES DU RELIEF .............................................................................................................................. 17 1.7. PROFIL CARTOGRAPHIQUE ........................................................................................................... 22 1.7.1. ÉTAPES ET PROCEDURE DE CONSTRUCTION D’UN PROFIL......................................................................... 22 1.7.2. ORIENTATION SUR UNE CARTE ................................................................................................................... 24 CHAPITRE 2 : CARTOGRAPHIE GÉOLOGIQUE .............................................................................................. 26 2.1. NOTIONS FONDAMENTALES EN GEOLOGIE ................................................................................ 27 2.1.1. COUCHES OU STRATES .................................................................................................................................. 27 2.1.2. LA STRATIGRAPHIE : SES PRINCIPES .............................................................................................................. 27 2.1.3. LE FACIES ..................................................................................................................................................... 27 2.1.4. FOSSILES STRATIGRAPHIQUES (BONS FOSSILES) ............................................................................................ 27 2.1.5. FOSSILES DE FACIES ...................................................................................................................................... 28 2.2. LA CARTE GEOLOGIQUE................................................................................................................. 28 2.3. PROPRIETES GEOMETRIQUES DES COUCHES .......................................................................... 29 2.3.1. NOTION DE PENDAGE .................................................................................................................................... 29 2.3.2. ORIENTATION D'UN PLAN DANS L'ESPACE ..................................................................................................... 30 2.4. PRINCIPE DE LA CONSTRUCTION D’UNE COUPE GEOLOGIQUE.............................................. 30 2.4.1. DEFINITIONS ................................................................................................................................................. 30 2.4.2. DEMARCHE A SUIVRE .................................................................................................................................... 31 2.4.3. REPRESENTATION DES FIGURES..................................................................................................................... 31 2.5. STRUCTURES TABULAIRES............................................................................................................ 33 2.5.1. CRITERE DE RECONNAISSANCE ..................................................................................................................... 33 2.5.2. COUPE GEOLOGIQUE D’UNE STRUCTURE TABULAIRE .................................................................................... 34 2.6. STRUCTURE MONOCLINALE OU INCLINEE .................................................................................. 34 2.6.1. EN RELIEF PLAT ........................................................................................................................................... 34 2.6.2. EN RELIEF ACCIDENTE................................................................................................................................... 35 2.6.3. DETERMINATION QUALITATIVE DES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES D’UNE COUCHE ............................ 35 2.6.4. DETERMINATION QUANTITATIVE DES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES D’UNE COUCHE A PARTIR DE LA CARTE GEOLOGIQUE ............................................................................................................................................... 35 2.7. CONSTRUCTION D’UNE COUPE GEOLOGIQUE MONOCLINALE ................................................ 37 2.7.1. DETERMINATION DU PENDAGE ET CONSTRUCTION DES COUCHES GEOLOGIQUES .......................................... 37 2.7.1.1. LA METHODE DES TROIS POINTS ................................................................................................................... 37 2.7.1.2. LA METHODE DU CERCLE (POUR MEMOIRE) ................................................................................................. 40 2.7.2. CONSTRUCTION DES COUCHES GEOLOGIQUES EN COUPE : PROCEDURE ......................................................... 40 2.8. STRUCTURES PLISSEES................................................................................................................. 41 2.8.1. DEFINITIONS ................................................................................................................................................. 41 2.8.2. RECONNAISSANCE DES STRUCTURES PLISSEES SUR UNE CARTE GEOLOGIQUE ............................................... 42 Page -2-

Initiation à la Cartographie Géologique 1AGMP (BTS) 2011/2012

Prof. M. ASSOMA TCHIMOU V – [email protected]

2.9. LES STRUCTURES DISCORDANTES ............................................................................................. 44 2.9.1. DEFINITION ................................................................................................................................................... 44 2.9.2. DIFFERENTS TYPES DE DISCORDANCES ................................................................................................................... 46 2.10. LES STRUCTURES FAILLEES ....................................................................................................... 46 2.10.1. DEFINITIONS ............................................................................................................................................... 46 2.10.2. DIFFERENTS TYPES DE FAILLES ........................................................................................................................... 47 2.10.3. RECONNAISSANCE DES FAILLES SUR LES CARTES GEOLOGIQUES ........................................................... 49 2.11. LES CHEVAUCHEMENTS............................................................................................................... 50 2.11.1. DEFINITIONS .............................................................................................................................................. 50 11.2. RECONNAISSANCE DE CHEVAUCHEMENTS SUR LES CARTES GEOLOGIQUES ..................................................................... 50 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................................... 50

ANNEXE ………………………………………………………………………………………………… 51

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CHAPITRE 1 : CARTE ET RÉALISATION DE PROFIL TOPOGRAPHIQUE (Méthodes géométriques de construction des cartes géologiques)

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1.1. LA CARTE TOPOGRAPHIQUE On appelle carte topographique la représentation, sur un plan, d’une partie de la surface de la terre avec ses formes et son modelé : - représentation plane à une échelle déterminée d'une partie de la surface terrestre ; - éléments du relief situés en latitude et en longitude par rapport à un ellipsoïde de référence ; - projection sur une surface plane. En Côte d’Ivoire, les cartes sont éditées par l’IGCI (Institut de Géographie de Côte d’Ivoire) qui, depuis 1992 a été remplacé par le CCT (Centre de Cartographie et de Télédétection). En fonction de l’échelle de représentation choisie, la région à présenter est divisée en plusieurs portions, appelées coupures, représentés par des feuilles. En Côte d’Ivoire, la couverture topographique à l’échelle 1/50 000 nécessite 33 coupures (figure 1).

Figure 1 : Coupure de la Côte d’Ivoire au 1/50 000 Un exemple de notation utilisée pour la désignation des feuilles est présenté à la figure 2, qui est la localisation de la feuille de GUIGLO, de laquelle nous avons extrait la carte topographique qui nous servira de document de travail.

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Figure 2 : Localisation de la feuille Guiglo 1.2. LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUE DE LA TERRE D’ans l’univers, la position de la terre est donnée par la figure 3. Rayon équatorial : 6 378,14 km

Vitesse de libération : 11,186 km/s

Rayon polaire : 6 356,78 km

Période de rotation : (jour sidéral) 0,9972696 d (jour

Périmètre équatorial : 40 075,03 km

sidéral, qui correspond à 23 h 56 min 4,084 s)

Superficie : 510 067 420 km²

Vitesse de rotation : (à l'équateur) 1 674,38 km/h Inclinaison de l’axe : 23,4388 degré ;

2

Volume : 1,08321×101 km³ Masse : 5,9736×10

24

Albédo moyen : 0,367

kg 3

Masse volumique moy. : 5,515×10 kg/m³

Température de surface : Tmin : -89,2 °C ; Tmoy :

Gravité à la surface : 9,780 m/s² (0,9973 g)

15 °C ; Tmax : 57,8 °C

De façon pratique, la terre est considérée comme une sphère (aplatie aux pôles) ayant un rayon de 6 371 km. Du fait de la sphéricité de la terre, la transformation de sa surface courbe en un plan (surface plane) pose des problèmes géodésiques et géométriques dont la résolution passe entre autre par les systèmes de projection.

Figure 3 : La terre dans l’espace Page -6-



1.3. LES SYSTEMES DE PROJECTION Il existe plusieurs systèmes de projection. Nous n’en retiendrons que deux : - les projections conformes Ces types de projection conservent tous les angles mais modifient les longueurs et les surfaces. Elles seront donc plus couramment utilisées pour la topographie. Les cartes topographiques que nous utiliserons sont faites dans ce type de projection (figure 4). - les projections équivalentes Ces types de projection conservent les surfaces ou, plus précisément, les rapports de surfaces. Elles seront donc employées de préférence aux premières pour la cartographie des gisements de matériaux exploitables (Figure 5).

Figure 5 : Projection équivalente 1.4. REPERAGE D’UN POINT ET NOTION D’ECHELLE Un point est parfaitement repéré s’il est défini en longitude, latitude et altitude (figures 6) : Les éléments du relief sont situés en latitude et en longitude par rapport à un ellipsoïde de référence et sont ensuite projetés sur une surface plane. Pour la Côte d’Ivoire, une projection des données géographiques est faite sur la base de l’ellipsoïde WGS84.

Figure 6 : Repérage d’un point par Latitude et Longitude Page -7-



La longitude (α) : c’est l’angle dièdre formé par le plan passant par le point considéré et les deux pôles avec un autre plan méridien pris comme origine. Le méridien d’origine (de Greenwich) est celui qui passe à Accra. Cette mesure varie de 0° à 180° (degré) vers l’Est et de 0° à 180° vers l’Ouest. La latitude (λ) : c’est l’angle dièdre formé par le plan passant par la verticale en ce point avec le plan de l’équateur. La latitude de l’équateur étant zéro, la valeur de l’angle ainsi mesurée varie de 0° à 90° vers le Nord et de 0° à 90° vers le Sud. A titre d’exemple, on rappelle que la Côte d’Ivoire est située entre les Longitudes : 3°W et 8°W d’une part et d’autre part, entre les latitudes : 5°N et 10°N. L’Altitude (z) : c’est la distance mesurée du point considéré au-dessus du niveau de la mer. Cette mesure est exprimée en mètre (m). L’altitude zéro correspond au niveau moyen des mers. EXERCICE 1 : Repérage d’un point sur le plan (figure 7). Avec, 1 cm  1° (graduation en degré). a) Positionnez 4 points (A, B, C, D) de votre choix dans le plan et après avoir tracé quelques latitudes et longitudes, déterminez les coordonnées de ces points : A(

,

);

B(

,

); C(

,

);D(

,

)

b) Placez les points suivants sur le plan après les avoir convertis de DMS en DD : E (8°E, 6°30’N) ;

F (3°25’W, 5°45’S) ;

G (0°30’W, 5°28’N);

H (7°20’W, 3°50’S)

Figure 7 : Repérage d’un point sur le globe La nécessité de repérer une grande surface de terrain sur une carte a conduit à l’adoption d’un rapport de réduction appelé Echelle (E). La projection planaire (figure 8) s’est faite sans réduction, ni agrandissement de la topographie initiale. Cependant, pour la réalisation d’une carte topographique (moins de 1 m²) d’une grande superficie de terrain (plusieurs dizaines de km²), il est évident qu’une forte réduction s’impose. C’est ce coefficient de réduction ainsi choisi, correspondant à un nombre fractionnaire, qu’on appelle échelle : Page -8-



E = Dc/Dt

où Dc : distance sur la carte ; Dt : distance sur le terrain ; Dr : distance réelle

Figure 8 : Projection planaire Remarque : L’échelle d’une carte est fonction de Dt (distance sur le terrain, appelée aussi distance à vol d’oiseau), qui est la projection sur un plan horizontal de la distance réelle sur le terrain (Dr). Cette dernière est fonction de la pente topographique (α) selon la formule : Dr = Dt/Cos(α). Les unités employées doivent être les mêmes au numérateur et au dénominateur : le numérateur est toujours l’unité (1) et le dénominateur, un nombre entier quelconque. Ce type d’échelle est dit numérique par opposition à l’échelle graphique qui s’exprime par un segment de droite. Ce segment est divisé et gradué en km de gauche à droite (figure 9). Si le segment est très long, on resserre la graduation à gauche en centaine de mètres pour affiner la précision. Une échelle de 1/50 000 signifie que 1 cm sur la carte représente 50 000 cm sur le terrain. Deux points distants de 5 km, sont séparés de : 

10 cm sur une carte au 1/50 000 (carte à petite échelle).



20 cm sur une carte au 1/25 000 (carte à grande échelle).

EXERCICE 2 : Calcul d’échelle (figure 8). 1/ Mesure Dc = …..… cm = …….....…………….m ; Pour Dr = 180 km (AB), calculez : Dt = ……………………………………………………………………………………………………………………. L’échelle de projection de la carte E = ……………………………………………………………………………. tan (α) = …………………………………… ; La pente α = …………………………………….……… degré (°) EXERCICE 3 : Convertissez les échelles graphiques suivantes (figure 9) en échelles numériques :

E1 = ………………………………………………………………………………………………

E2 = ……………………………………………………………………………………………… Figure 9 : Passage d’une échelle graphique en une échelle numérique Page -9-



EXERCICE 4 : Complétez le tableau 1 ci-dessous : Distance sur la carte (Dc)

Distance sur le terrain (Dt)

10 cm

1/20 000 5 km

15 cm

1/100 000

150 km 1250 km

1/200 000

250 mm

1/50 000

40 cm

800 hm

60 cm

30 km

50 mm 100 cm

Echelle (E)

1/100 000 100 km

EXERCICE 5 : 1) Une carte est à petite échelle lorsque le rapport est petit autrement dit, quand la réduction qu’elle permet est importante. On dira par contre qu’une carte est à grande échelle lorsque le rapport est grand. La carte géologique de la Côte d’Ivoire est à l’échelle 1/1 000 000 et celles des coupures des cartes topographiques sont à l’échelle du 1/200 000 et 1/50 000. Qu’en concluez-vous quant à la grandeur relative des échelles des deux types de carte ? Réponse :……………………………………………………………………………………..…….………………… …………………………………………………………………………..……………………………………………... 2) Classez ces échelles par ordre croissant : 1/1 000 ; 1/500 000 ; 1/1 000 000; 1/10 000 ; 1/25 000 et 1/50 000 …………………………………………………………………………………………………………………………. 3) La carte de la figure 12 est issue de la réduction d’une carte topographique. Qu’elle est l’échelle de la nouvelle carte que vous avez ? Réponse : E = ………………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………..……………………………………………... 1.5. ETUDE OU ETABLISSEMENT DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE La topographie, c’est la représentation plane, à une échelle déterminée, d’une partie de la surface terrestre avec ses formes et son modelé. Le relief se représente par les courbes de niveaux (ou courbes hypsométriques), qu’on peut définir comme étant l’intersection de plans horizontaux équidistants avec la surface topographique. La mise au point d’une carte nécessite deux opérations importantes : l’orographie et la planimétrie. 1.5.1. L’orographie L’orographie est la partie de la géographie qui traite du relief terrestre. Elle permet de représenter le relief du terrain, mais cette représentation pose des problèmes : on ne peut indiquer l’attitude de chaque point de la carte et de ce fait, le système de courbe de niveau est utilisé comme modes de représentation du relief. a) La courbe de niveau Une courbe de niveau correspond à l'intersection de la surface topographique avec un plan horizontal d'altitude donné. C’est une ligne imaginaire qui joint donc un ensemble de points d’un relief de même altitude. En représentation cartographique, les courbes de niveau constituent les projections des traces de l’intersection de plans horizontaux successifs avec la surface topographique (figure 10). Page -10-



Considérons une série de plans horizontaux (H2, H2 et H3) parallèles, équidistants qui coupent idéalement une surface topographiques (une colline par exemple). Les intersections de la colline avec ces plans sont reportées sur le plan de la carte. Ces projections se nomment, courbes de niveau.

Figure 10 : Principe de l’établissement des courbes de niveaux L’espacement des courbes de niveau est inversement proportionnel à la valeur de la pente (courbes espacées = pente faible; courbes serrées = pente forte). Les courbes de niveau sont continues sur la carte et leur établissement obéit à certaines règles : - Altitude des courbes de niveau : elle est souvent indiquée le long de leur tracé. En principe le bas des chiffres indiquant cette altitude est dirigé vers le bas de la pente. - Equidistance (e) : C’est la différence d’altitude qui sépare deux plans horizontaux successifs : sur la carte elle correspond à la différence d’altitude entre deux courbes de niveau consécutives. Cette grandeur est constante pour une carte donnée, de sorte que les valeurs des courbes de niveau sont des multiples entiers de l’équidistance. Le choix de l’équidistance (e) est dicté par le type de relief à représenter et par l’échelle de la carte. L’équidistance est indiquée dans la légende en bas et à droite de la carte. Dans tous les cas, même si elle n’est pas mentionnée, elle peut se calculer en comptant sur une pente (toujours montante ou descendante), le nombre d’intervalles séparant deux courbes d’altitude connue (courbes de niveaux ou points côtés). La différence d’altitude entre ces deux courbes divisée par le nombre d’intervalles donnera l’équidistance. Exemple (700-600)/5  e = 20 m. Dans les zones plates à faible relief elle est de 5 à 10 m ; pour les zones montagneuses, elle peut atteindre 20 m, sinon une densité trop grande des courbes de niveau rendrait la carte illisible. Remarque : à ne pas confondre l’équidistance (e) grandeur lue dans le plan vertical avec l’écartement (d) des courbes en projection sur la carte (lu dans le plan de la carte).

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b) Différentes sortes de courbes de niveau - Courbes maîtresses : Elles sont dessinées en traits plus accentués (en gras) qui indiquent toutes les courbes de rang 5 (toutes les 4 courbes) c'est-à-dire tous les 50 ou 100 m, le plus souvent, elles sont côtées (l’altitude est indiquée sur les courbes maîtresses). En effet, le sommet des chiffres indique le sens de la montée des pentes, tandis que la base des chiffres indique le sens de la descente des pentes. Noter qu’entre deux courbes maitresses il y a toujours 4 courbes normales (figure 11 et 12). - Courbes normales : Elles sont dessinées en traits fins en respectant les valeurs d’équidistance et elles s’intercalent entre les courbes maîtresses. - Courbes intercalaires : Elles sont dessinées en général en tirets. Lorsque la surface topographique est plate, les courbes de niveau sont espacées, pour amener plus de précision on est conduit à ajouter une courbe dite intercalaire dont l’altitude diffère d’une demi-équidistance de celle des deux courbes qui l’encadrent.

Figure 11 : Les différents types de courbes de niveau

Figure 12 : Les différentes sortes de courbes de niveau et calcul de pente sur une carte topographique entre A-B, C-D, E-F et G-H Page -12-



c) La densité des courbes de niveau rend compte du relief : les pentes fortes sont caractérisées par des courbes nombreuses et serrées ; à des courbes espacées peu nombreuses correspond une région plate ou à faible pente. d) Les points côtés : A côté des courbes de niveau, il existe un certain nombre de points remarquables où l’altitude exacte est donnée, permettant de trouver facilement la valeur des courbes de niveau proches. Ils peuvent se retrouver aussi bien sur les sommets, les flancs que les vallées. Exemple : soit une carte où l’équidistance des courbes est de 10 m, supposons qu’au sommet d’une ère butte il y ait un point côté 279 m, la 1 courbe entourant ce sommet et donc de valeur inférieure sera la courbe 270 car elle sera un multiple de 10. 1.5.2. La planimétrie (signes conventionnels utilisés sur une carte topographique) C’est la représentation des divers éléments de la surface terrestre sur la carte topographique par des figurés caractéristiques conventionnée dont la signification est indiquée dans la légende de la carte. On adopte en générale, en ce qui concerne les couleurs les conventions suivantes :  le bleue est affecté à l’hydrographie  le vert à la végétation  le noir à la planimétrie, à la toponymie (nom de lieu) et tout ce qui touche à l’œuvre humaine (ville, chemin de fer, route, etc.)  en bistre (brun noirâtre ou teinte voisine du marron) à l’orographie (courbes de niveau). 1.6. LIGNES CARACTERISTIQUES EN COURBES DE NIVEAU 1.6.1. Différents types de pentes (formes des versants) La pente d’un versant est perpendiculaire aux courbes de niveau et son sens est déterminé par la lecture de ces dernières. Toutes les formes de relief peuvent être décomposées en trois types élémentaires de pente (régulière, convexe et concave) caractéristiques des formes des versants. Un versant est la zone reliant une ligne de faite à une ligne de thalweg. a) Pente régulières (rectiligne) : pentes à inclinaison sur horizontale constante Les pentes constantes s’observent (figure 13) lorsque les courbes de niveau sont régulièrement espacées : - plus la pente est forte, plus les courbes de niveau sont rapprochées ; - plus la pente est faible, plus les courbes de niveau sont écartées.

Figure 13 : Pentes régulières (continues constantes) b) Pentes régulièrement variables (pente concave et pente convexe) Les pentes concaves sont des pentes dont l’inclinaison diminue constamment du haut vers le bas (figure 14a) : Une pente concave vers le haut est caractérisée par des courbes de niveau de plus en plus écartées en allant vers le bas. Page -13-



Les pentes convexes sont des pentes dont l’inclinaison augmente constamment du haut vers le bas (figure 14b) : Une pente convexe vers le haut est caractérisée par des courbes de niveau de plus en serrées en allant vers le bas.

Figure 14 : Pentes continues mais variables c) Pentes à variation brusques : Rupture de pente, abrupts et falaises. L’écartement des courbes de niveau change brusquement (figure 15).

(A) Rupture de pente (PO)

(B) Abruptes (2)

(C) Falaises (3)

La hauteur de l’abrupt (H) = l’altitude de son sommet (S) – l’altitude de sa base (B) Figure 15 : pentes à variation brusque Page -14-



Pour calculer la pente, il faut bien faire la différence entre l’équidistance e (hauteur entre deux courbes de niveau) et la distance horizontale (d) qui est la mesure sur la carte topographique considérée entre les courbes de niveau. EXERCICE 6 : Calcul de pente topographique 1/ Sur la carte (figure 16) à l’échelle E = 1/25 000, calculez la pente (α en degré) entre les points X et Y.

Figure 16 : Calcul de pente La différence d’altitude h = Hy – Hx =………………………..….........….m ; ou h = …………………….. km. Mesure d (Dc) = ………………….. cm ; Dc = ………………………. m. Dt = ………………………………………………………….…..…...km ; Tan(α) = .........................................; -1

Pente α = tan (………………/……………) = …………….… degré. 2/ Calcul des pentes entre les points suivants (figure 11) : -1

A-B : Dc =…………m ; h =……………………m ; Dt = ……...…...………m; α = tan (.........../.........) = …….. -1

C-D : Dc =…..….…m ; h =……………………m ; Dt = ……...…...………m; α = tan (.........../.........) = …….. -1

E-F : Dc =…………m ; h =……………………m ; Dt = ……...…...………m; α = tan (.........../.........) = …….. -1

G-H : Dc =….…..…m ; h =…………………...m ; Dt = ……...…...………m; α = tan (.........../.........) = …….. EXERCICE 7 : Calcul des pentes et réalisation de profil topographique (figure 17) 1) ……………………………………………..……………………………………………………………………….. 2) Calculez les pentes suivant les segments A, B et C : A : …………………………………………………………………………………………..…………………………. B : ……………………………………………………………………………………….….…………………………. C : ………………………………………………………………………………………..……………………………. 3) Que concluez-vous en observant la configuration de la courbe ? Réponse : ……………………………………………………………………………..……….............................. .…………………………………………………………………………………………….…………………………... .…………………………………………………………………………………………….…………………………... 4) Exécutez le profil topographique sur papier millimétré (échelle des hauteurs 1/5 000).

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Figure 17 : Relation entre espacement des courbes de niveau sur la carte et la pente. (Echelle des hauteurs 1/5 000). Page -16-



1.6.2. Les formes du relief Le Sommet : c’est le point culminant d’un relief. En représentation cartographique, un sommet est traduit par des courbes de niveau fermées concentriques. Le point central a une altitude supérieure à celle des courbes qui l’entourent (figure 18). Dépression fermée : c’est une forme de relief qui s’observe dans les régions calcaires. Elle est généralement issue d’une dislocation locale. En représentation cartographique, elle s’exprime également par des courbes concentriques. Mais pour lever l’équivoque, une flèche indiquant le centre de la dépression (occupée parfois par un lac) est mentionnée. L’altitude du point centrale est inférieure à celle des courbes de niveau qui l’entourent, formant ainsi une cuvette.

Figure 18 : représentation cartographique d’un sommet et d’une dépression Ligne de crête : c’est la ligne qui joint de façon continue, les points les plus élevés d’un relief. Sa configuration est représentée par la figure 19. Le bloc diagramme (figure 20) représente la ligne de crête et les cols (un point bas sur une ligne de crête).

Figure 19 : Représentation cartographique d’une ligne de crête

Figure 20 : Bloc diagramme matérialisant une ligne de crête et les cols La ligne de thalweg : c’est le contraire des lignes de crête. Le bloc diagramme (figure 21) donne un exemple. C’est la ligne joignant les points les plus bas d’une vallée. Page -17-



Figure 21 : Bloc diagramme montrant une vallée et le tracé d’une ligne de thalweg Celle-ci est caractérisée par une forme en V des courbes de niveau, la pointe du V plus ou moins aiguë ou émoussée indique l’amont de la vallée, la courbe enveloppante est à une altitude élevée que la courbe enveloppée. Au fond de la vallée, le talweg est la ligne de drainage des eaux. Formes des vallées : La vallée est une dépression allongée, située entre deux reliefs. Elle se représente cartographiquement sous forme de V emboités les uns dans les autres. On pourra distinguer les vallées à fond plat et les vallées en V : - Vallée en V : Les courbes de niveau présentent un rebroussement anguleux à la traversée du thalweg (figure 22). - Vallée à fond plat (ou en U) : Le dessin des courbes de niveau rappelle la forme de la vallée, serrées sur les versants, elles sont écartées dans la partie plate (figure 23). Le versant : c’est toute zone comprise entre le thalweg et la ligne de crête. EXERCICES 8 : 1) Calculez l’équidistance et effectuez le tracé d’une ligne de crête (figure 19). Equidistance e = …………………………………………………………………………………………………… 2) Représentation cartographique de profils des vallées (figures 22 et 23). 3) Calculez l’équidistance des courbes de niveau et tracez les lignes de crête et de thalweg. Avec le symbole ] [ indiquez l’emplacement des cols (figure 24).

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Figure 22 : Représentation cartographique d’une vallée en V et flanc à pente régulière - - - - - Ligne de Thalweg

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Figure 23 : Représentation cartographique d’une vallée à fond plat (Vallée en U) et flanc à forte pente - - - - - Ligne de Thalweg

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Figure 24 : Carte topographique simplifiée

Figure 25 : Rose des vents

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1.7. PROFIL CARTOGRAPHIQUE 1.7.1. Étapes et procédure de construction d’un profil L’établissement d’un profil topographique est particulièrement important car d’une part il permet de visualiser le relief (les variations du modelé du relief) qui s’exprime en Crête, Vallées et Plateaux et d’autre part, il est le support de la coupe géologique. Sa réalisation passe par les étapes suivantes : 1)- On choisit une ligne de coupe (A-B), matérialisée sur la carte par un trait au crayon. 2)- Pour être sure que le papier millimétré (PM) peut contenir la coupe, il faut rechercher sur le trait de coupe, le point le plus bas (Hmin) et le point le plus haut (Hmax) et faire la différence des altitudes de ces deux points (Hmax – Hmin). En tenant compte de l’échelle E, cette différence en cm (distance = ∆H*E) doit pouvoir contenir dans le PM. 3)- Tracez parallèlement au bord gauche du PM, une droite sur laquelle on reportera les altitudes en tenant compte de l’échelle des hauteurs : ce trait doit être disposé de sorte que la distance (d’) qui sépare le bord gauche du PM soit la même que la distance (d") qui sépare la fin de la coupe au bord droit du PM. 4)- On applique le bord supérieur d’une feuille de papier millimétrée le long de la coupe. 5)- Les intersections des courbes de niveau et de la ligne de coupe sont reportées sur la feuille et ensuite abaissées à leur altitude à l’échelle de la coupe. Avec l’habitude, on pourra se passer de certaines courbes, surtout quand le relief est très contrasté (régions de montage, rebords très raides de plateau, etc.). Dans ces cas, les courbes sont tellement serrées qu’il est impossible de les identifier toutes. Aussi, lorsque la pente est parfaitement régulière, on pourra se passer également de certains points. 6)- Ces différents points sont ensuite reliés entre eux par une courbe continue (trait fin) sans laisser transparaître les différents points. On obtient ainsi le profil topographique qui correspond à une courbe en coordonnées rectangulaires, avec les altitudes en ordonnée et les distances en abscisse. 7)- Lorsque le trait de coupe traverse une vallée, on pourra déterminer l’altitude d’un point intermédiaire supposé être le fond de la vallée. On procède alors à une règle de trois en considérant respectivement le point le plus haut et le point le plus bas de part et d’autre du trait de coupe et le point d’intersection du fond de la vallée avec le trait de coupe. Ce calcul suppose que la pente entre les deux points extrêmes considérés est constante. Cette démarche reste valable dans le cas où le trait de coupe traverse une ligne de crête. 8)- En descendant de 1 cm environ du point le plus bas, on trace le trait de base. 9)- L’orientation du trait de coupe se fait conformément aux quatre points cardinaux. L’on se servira pour cela d’une rose des vents dessinée sur papier calque (figure 25). Cette dernière est appliquée sur le trait de coupe de sorte que le centre soit centré sur le trait et le Nord confondu avec le Nord indiqué sur la carte. On regarde ensuite la direction de la rose des vents qui est proche du trait de coupe et on attribue cette direction au trait de coupe. 10)- Dans le cas d'un travail à rendre, écrire enfin, le Nom et Prénoms, le titre, la date, les échelles, et la toponymie sur la carte conformément aux figures 26 et 27. Sur un profil, on distingue deux échelles : Une Échelle des longueurs : identique à celle de la carte. Une Echelle des hauteurs : suivant que l’on veuille exagérer les formes ou pas, l’on est amené à agir plus ou moins sur l’échelle des hauteurs, en dépit du fait que cette différence d’échelle entraîne automatiquement une altération de la valeur des pentes. En définitive, on retiendra que l’échelle des longueurs est celle de la carte et l’échelle des hauteurs en est le double, le quadruple ou le quintuple. Remarque : Un profil correct doit avoir la même échelle que celle de la carte dont on dispose, mais aussi une échelle identique pour les hauteurs et les longueurs. Il doit aussi comporter un certain nombre d’indications : échelle, orientation de la ligne de coupe, localisation des points de repères fixes, nom des rivières et villages, etc. (voir exemple de profil). EXERCICE 9 : Exécutez le profil topographique (figure 26) sur une feuille millimétrée. Page -22-



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Figure 27 : Exemple de construction d’un profil topographique 1.7.2. Orientation sur une carte La boussole (figure 28) est l’instrument utilisé pour s’orienter sur le terrain. Grace à son aiguille aimantée, la boussole indique le Nord Magnétique qui diffère du Nord Géographique d’un certain angle appelé déclinaison. En Côte d’Ivoire, la déclinaison est de l’ordre de 12°. Cette valeur de déclinaison est variable dans le temps et suivant le lieu où l’on se trouve. Le Nord indiqué sur les cartes étant le Nord géographique, les mesures effectuées doivent être corrigées. Sur la carte et par convention, le Nord est dirigé vers le haut de la carte, par conséquent, l’Ouest à gauche et l’Est à droite. Nord géographique : axe de rotation de la Terre ; point de convergence des méridiens Nord magnétique : point de convergence des lignes du champ magnétique.

Figure 28 : Exemple de boussole CONCLUSION Le dessin cartographique des courbes de niveau nous renseigne sur les différentes formes du relief, donc avant la réalisation d’un profil il ne faut pas hésiter à observer votre carte le long du trait de coupe afin de reconnaître l’allure du profil. La représentation précise et exacte des formes du relief facilitera grandement l’établissement des coupes géologiques dont nous allons maintenant aborder l’étude. Page -24-



EXERCICE 10 : Construction d’une coupe topographique suivant la coupe AB. E = 1/5000

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CHAPITRE 2 : CARTOGRAPHIE GÉOLOGIQUE "Lecture de carte (Coupes géologiques, schématisation, ... )"

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2.1. NOTIONS FONDAMENTALES EN GEOLOGIE 2.1.1. Couches ou strates Les roches sédimentaires sont le plus souvent arrangées en couches ou strates, on dit qu’elles sont stratifiées. – On appelle strate la plus petite division lithologique, limitée par deux surfaces parallèles son épaisseur est de l’ordre du mètre. – On appelle toit d’une couche le sommet de la couche ou sa limite supérieure, le mur étant sa partie basale ou sa limite inférieure. Ces deux surfaces, généralement parallèles peuvent, sous l’action de l’érosion, être recoupées par la surface topographique, ces intersections sont appelées des contours géologiques et elles limitent l’affleurement de la couche (= partie d’une couche visible en surface). 2.1.2. La stratigraphie : ses principes C’est l'étude de la succession des couches ou des formations rocheuses d'une région qui permet de reconstruire les événements géologiques. Par exemple, la nature des roches sédimentaires nous informe sur le milieu de sédimentation et comment cet environnement a évolué dans le temps. En outre, la stratigraphie permet d'établir une chronologie relative des terrains par l'application des principes suivants:  principe de continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue.  principe de superposition : dans les terrains non-déformés, les formations les plus basses sont les plus anciennes et les formations les plus hautes sont les plus jeunes. C'est la façon d'exprimer l'âge relatif.  principe d'horizontalité : les couches sédimentaires sont déposées à l'origine horizontalement. Une séquence sédimentaire qui n'est pas en position horizontale aurait subi des déformations ultérieurement à son dépôt.  Le principe de recoupement : les couches 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. 2.1.3. Le faciès C’est l’ensemble des caractères pétrographiques et paléontologiques qui caractérisent une roche. Certains de ceux-ci permettent d’en préciser les conditions de dépôt. Certaines couches peuvent présenter des variations latérales de faciès d’un point à l’autre. 2.1.4. Fossiles stratigraphiques (bons fossiles) Ce sont les fossiles utilisés pour la datation des différentes strates (couches), ils doivent répondre aux conditions suivantes : - évolution rapide dans le temps - large dispersion géographique, - grande abondance - conservation facile Exemples :

- Graptolites à l’Ordovicien et au Silurien (Paléozoïque) - Ammonites au Secondaire (Mésozoïque). Page -27-



2.1.5. Fossiles de faciès Ce sont des fossiles le plus souvent d’une longue durée de vie ; ils caractérisent des faciès bien déterminés ; ils apportent des renseignements sur le milieu de dépôt. Exemples : Hélix : milieu continental ; Coraux : milieu récifal ; Huîtres : milieu marin côtier 1.6. La tectonique : c’est l’étude des déformations de la croûte terrestre et des structures qui en résultent, à différentes échelles, depuis l’échelle du globe (tectonique des plaques) à l’échelle d’échantillons (microtectonique). Ici, on l’envisagera surtout du point de vue des structures à l’échelle régionale (carte géologique). 2.2. LA CARTE GEOLOGIQUE La carte géologique est une représentation sur un fond topographique des différentes formations géologiques qui affleurent à la surface du sol (ou masquées par une faible épaisseur de formations superficielles récentes : sol, terre végétal, éboulis,…), par la projection de leurs contours géologiques, c’est à dire l’intersection des limites géologiques avec la surface topographique. Nous considérons une formation géologique comme un volume de roche que l’on identifie sur un ou des critères particuliers, comme par exemple la lithologie ou l’âge. Couche géologique : dans la plupart des cas, les roches sédimentaires sont naturellement subdivisées en couches ou strates, qu’on peut considérer comme un volume limité par deux plans de stratification : plans inférieur et plan supérieur. Le plan de stratification correspond à une surface assez régulière, séparant deux couches. Le plan qui sépare la couche de celle qui lui est sous-jacente (plus ancienne) détermine la limite inférieure de la couche, tandis que celui qui la sépare de la couche sus-jacente (plus jeune) en constitue la limite supérieure. Principe de notation et de figuration : Sur une carte géologique, chaque formation géologique est représentée par une couleur et affectée d’une notation (ou indice), qui indiquent leur âge géologique quand on le connaît (tableau 2). Si on ignore celui-ci, on différencie les formations grâce à leurs caractères pétrographiques, comme c’est le cas habituel des terrains magmatiques et métamorphiques. Sur toutes les cartes géologiques, la signification stratigraphique ou pétrographique de ces couleurs et notations est donnée dans la légende de la carte, qui figure généralement en bordure de celle-ci. La légende est toujours disposée de telle manière que les terrains se suivent dans l’ordre stratigraphique (du plus ancien à la base au plus récent en haut). Comme nous le découvrirons dans les chapitres ultérieurs, les cartes géologiques fournissent aussi d’autres données relatives à la structure du sous-sol (pendage des couches, axes de plis, contacts anormaux,…), ainsi que des renseignements relatifs à la présence de substances minérales (minerais, pierres de taille, sables, sources, etc.) Légende géologique : Elle est imprimée en marge de la carte, les différentes couches représentées par leur couleur et la notation correspondante sont disposées sous forme d’un petit rectangle dans l’ordre de superposition normale (de bas en haut, on va de la couche la plus ancienne vers la couche la plus récente). Devant chaque rectangle sont rappelées brièvement : i)- l’âge ; ii)- la nature lithologique ; iii)- l’épaisseur quand on la connaît. Page -28-



Tableau 2 : couleur et notation (indice) indiquant l’âge géologique des formations 2.3. PROPRIETES GEOMETRIQUES DES COUCHES 2.3.1. Notion de pendage Le pendage : c’est l’angle dièdre d’une couche (ou d’une faille) avec un plan horizontal h. C’est l’angle (β) entre le plan horizontal et la ligne de plus grande pente (Lpp) du plan de stratification. La valeur (β) varie de 0° à 90°. Il faut noter que pour une direction donnée, on a deux plans qui présentent la même valeur de pendage mais présentent des sens du pendage (sp) opposés (Figure 28). La direction : c’est la valeur angulaire (α) que fait avec le nord, une ligne horizontale tracée dans le plan de stratification de la couche (P). La direction d’un plan se mesure sur le terrain avec la boussole, c’est à dire par rapport au nord magnétique et se reporte sur la carte par rapport au nord géographique. La valeur (α) varie de 0° à 180°. Représentations de la direction et du pendage : un plan est représenté sur une carte par des signes conventionnels, généralement en (T) dont la barre horizontale est parallèle à l’horizontale Page -29-



du plan et la barre verticale à sa ligne de plus grande pente. La longueur de cette dernière est inversement proportionnelle à la valeur du pendage. Parfois le signe reste le même, mais on note, à côté de lui, la valeur du pendage en degrés (figure 29).

Figure 28. Pendage d’une couche

Figure 29 : Représentation des directions et pendages sur une carte et en coupe géologique

2.3.2. Orientation d'un plan dans l'espace Le plan est la surface géométrique la plus simple. L'orientation d'un plan (ex : stratification, miroir de faille…) nécessite la définition de deux droites remarquables. - l’horizontale du plan : elle matérialise sur le plan (P) la trace d'un plan horizontal passant par un point choisi, - la ligne de plus grande pente ou ligne de plus grande inclinaison : elle visualise la direction d'écoulement d'un filet d'eau sur le plan (P) (figure 28). Cette ligne est orthogonale à l'horizontale du plan. 2.4. PRINCIPE DE LA CONSTRUCTION D’UNE COUPE GEOLOGIQUE 2.4.1. Définitions Il existe trois principales méthodes d’étude d’une carte géologique : 1) établir son commentaire géologique ; 2) établir son schéma structural ; 3) réaliser des coupes géologiques. C’est cette dernière approche qui fera l’objet de toutes les séances ultérieures. Page -30-



Une coupe géologique est une représentation, selon une section verticale, des terrains cachés en profondeur en n’en connaissant que la partie qui affleure. La coupe géologique s’appuie donc sur une part d’hypothèses et d’interprétations déduite, logiquement, des indications de la carte. En définitif, si la carte est bien levée, et lue correctement, ces diverses interprétations ne diffèrent généralement que fort peu. Il faut noter que des données complémentaires, comme des sondages ou des données géophysiques, peuvent aider à rendre une coupe géologique plus exacte. Une coupe géologique est généralement prise perpendiculairement à la direction des structures géologiques. 2.4.2. Démarche à suivre 1) Exécuter le profil topographique de la coupe demandée avec le plus grand soin (15 à 20 min). 2) Repérer sur le bord supérieur du papier millimétré, les limites des affleurements géologiques, puis les abaisser sur le profil topographique. Chercher les correspondances dans la légende. 3) A partir de ces points, dessiner la section de terrain en profondeur, en reliant entre eux les différents affleurements. Cette étape, la plus délicate, dépend du type de structure géologique considérée. Elle doit se faire en respectant des règles issues de la bonne lecture de la carte géologiques et dont nous allons voir le détail au fur et à mesure des pages suivantes. Deux règles fondamentales sont toutefois à respecter : • Il faut commencer par dessiner la couche la plus récente dont on connaît le toit partout où elle affleure, puisque les autres couches doivent se mouler sur elle. Une fois dessinée cette première couche (et du même coup remarquons-le la couche la plus récente qui lui est superposée). On fait de même pour les couches sous-jacentes en respectant à chaque fois l’épaisseur et les limites de chaque couche. • Appliquer les valeurs de pendages déduites de la carte et donner aux couches les épaisseurs indiquées sur la légende et les maintenir constantes (dans la même couche, l’épaisseur doit rester constante) tout le long du tracé de la coupe (sauf pour la couche superficielle car elle a été soumise à l’érosion). 4) Les alluvions laissées par les rivières lors des crues n’interviennent pas dans la structure géologique, on les représente à la fin par un trait de crayon plus épais sur le tracé du profil (voir planches n°2 et n°3 en partie annexe). 5) Mettre correctement les figurés avec beaucoup de soin. 2.4.3. Représentation des figurés Si, sur une carte géologique, les formations géologiques se distinguent par une couleur et une notation, dans une coupe géologique on leur affecte un figuré. Sur la figure 30, sont représentés quelques-uns des figurés les plus utilisés.

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Figure 30 : Représentation des figurés - 1 à 10 : calcaires (1 à 5, en bancs ; 6 : marneux ; 7 : à silex ; 8 : en plaquettes ; 9 : conglomératiques ; 10 : gréseux) ; 11 et 12 : dolomies et calcaires dolomitiques; - 13 à 18 : argiles et marnes (15 : sableuses ; 17, 18 : marno-calcaires) ; 19 et 20 : roches massives ; 21 : roches salines ; 22 : dépôts en poches ; 23: couche de faible épaisseur ou épaisseur variable ; - 24 à 29 : roches détritiques (24 : sables ; 25 : grès ; 26 et 27 : conglomérats ; 28 et 29 : brèches ; 30 : socle plissé ; - 31 : roche éruptives basiques ; 32 : roches intrusives acides ; - 33 à 35 : roches métamorphiques (33 et 34 : schistes cristallins ; 35 : calcaires métamorphiques).

Le dessin des figurés doit être réaliser soigneusement, en rapport avec les limites des couches, parallèlement ou perpendiculairement (figure 31A) et non par rapport à l’horizontale de la coupe (figure 31B).

Figure 31. Représentation des figurés

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2.4.4. La présentation finale de la coupe géologique Ces remarques concernant la présentation de votre travail sont valables pour toutes les constructions de structures géologiques : 1) Centrer convenablement votre dessin 2) Indiquer le titre en majuscule 3) Rappeler l’échelle des longueurs et l’échelle des hauteurs 4) Indiquer l’orientation de la coupe, la toponymie et l’hydrographie 5) Faire une légende correcte comprenant : Les rectangles faits à la règle avec les figurés correspondant aux couches, l’âge, une description rapide et synthétique de la nature lithologique des couches et enfin, leur épaisseur (il faut simplement résumer la légende de la carte). 6) En respectant les proportions, représenter une réduction de votre carte avec la situation de votre trait de coupe. Si toutes les recommandations indiquées pour la marche à suivre et la présentation sont respectées, la réalisation de coupes simples (comme c’est le cas pour S2) ne pose aucun problème. En exemple, voir un modèle de coupe finie (page Annexe 5) 2.5. STRUCTURES TABULAIRES Dans le cas d’une structure tabulaire, les couches sont horizontales ou subhorizontales (un pendage inférieur à 5° est toléré), et n’ont, de ce fait, pas subit de mouvements tectoniques (ou peu), depuis leur dépôt. Ce sont les structures les plus simples à reconnaître sur les cartes géologiques et les plus faciles à représenter dans les coupes géologiques. 2.5.1. Critère de reconnaissance 1)- Dans les régions à relief plat Cas d’un plateau par exemple, seule la couche la plus jeune affleure, et donc la seule représentée sur la carte géologique (figure 32A) : - le relief est nul ou faible (plateau ou plaine) ; - au niveau d’une vallée les contours géologiques épousent alors les sinuosités des courbes de niveau.

Figure 32 : représentation d’une structure tabulaire Page -33-



2)- Dans les régions marquées par une plus forte activité des agents d’érosion, les couches inférieures affleurent dans les versants des vallées, alors que les couches supérieures peuvent être isolées dans les crêtes (figure 32B : vue en 3D). Il ressort de la carte géologique de la figure 32 que les contours géologiques des couches horizontales forment des bandes parfaitement parallèles aux courbes de niveau.

Figure 33 : structure tabulaire (vue en 2D) La largeur d’affleurement (Li) est directement proportionnelle à l’épaisseur (ei) (figure 33) : (e1 > e2  L1 > L2) et inversement proportionnelle à la pente topographique (Pi) : (P1 < P2  L’2


2.6.2. En relief accidenté Les contours géologiques recoupent les courbes de niveau sous un angle variable en fonction du pendage des couches. Cet angle est d’autant plus grand que le pendage du plan est fort (figure 35).

Figure 34 : Structure monoclinale en relief plat

Figure 35 : Structure monoclinale en relief accidenté 2.6.3. Détermination qualitative des caractéristiques géométriques d’une couche 1.) Relation entre le pendage d’une couche et son contour géologique Sur la figure 35, les horizontales (Hi) représentent la projection sur le plan horizontale des intersections entre le plan de stratification et le plan horizontal situé à une certaine altitude. L’intersection entre (Hi) et la courbe de niveau de même altitude représente un point d’affleurement de la couche en question. Le contour géologique est obtenu en reliant les différents points d’affleurement. 2.6.4. Détermination quantitative des caractéristiques géométriques d’une couche à partir de la carte géologique 1). Calcul de la direction d’une couche inclinée

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La direction exacte d’une couche peut être aisément déterminée sur une carte (figure 36), par deux points d’affleurement situé à la même altitude. La ligne qui les relie, correspondant à l’horizontale de la couche pour l’altitude considérée, donne la direction de la couche (ici, N0).

Figure 36 : Calcul de la direction et du pendage d’une couche inclinée 2). Calcul du pendage d’une couche inclinée Sur les cartes géologiques, la valeur (α) du pendage d’une couche peut être facilement déterminée grâce à la différence d’altitude entre deux horizontales (dH). On procède de la façon suivante (figure 36): On trace deux horizontales sur le même contour, on mesure la distance L1 qui les sépare. En construisant un triangle rectangle tout en gardant la même échelle pour dH et L1, on peut donc déduire : Tan (α) = dH/L1 2.4). Calcul de l’épaisseur d’une couche inclinée Traçons deux horizontales à la même altitude (ici H400), sur les deux contours de la même couche, correspondant à sa limite inférieure et supérieure (figure 38). Connaissant la valeur (α) du pendage vrai, l’épaisseur peut se calculer par la formule suivante : e = L2.sin(α)

Figure 38 : Calcul de l’épaisseur d’une couche inclinée Page -36-



EXERCICE 8 Sur la carte topographique cicontre (figure 37):

1- Repérer les talwegs en bleu et les lignes de crête en rouge. 2- Donner l’équidistance des courbes de niveau.

e = ………………………… 3- Déterminer la direction et le pendage du plan indiqué en gras. Direction : …………………. ……………………………... ……………………………... Pendage : ………………….. ……………………………... ……………………………... ……………………………...

2.7. CONSTRUCTION D’UNE COUPE GEOLOGIQUE MONOCLINALE 2.7.1. Détermination du pendage et construction des couches géologiques Lorsque le pendage n’est pas indiqué sur la carte par le signe en forme de T, on peut le déterminer grâce à deux méthodes : (méthode des 3 points et méthode du cercle) 2.7.1.1. La méthode des trois points a) Couches dans le cas de la topographie en colline : couche oblique (inclinée) La méthode, consiste à rechercher trois points non alignés appartenant au même plan (limite inférieure ou supérieure), de telle sorte que deux se positionnent à la même altitude (B et C) et le troisième (A) à une altitude différente (figures 39). Sur la figure 39, le point A est à l’altitude 500 m alors que B et C seront projetés à l’altitude 400m. Les trois points définissent un plan représenté en coupe par AA’ dont la pente correspond au pendage de la couche que l’on veut construire. La deuxième limite de la couche étant tout simplement parallèle à celle déterminée. Rappelons que dans le cas d’une couche verticale, les limites géologiques présentent toujours un tracé rectiligne, quel que soit le relief, et les différents points (A, B, C et A’) sont alignés sur la même verticale (figure 40A), alors que les couches horizontales présentent toujours des tracées parallèles aux courbes de niveau (figure 40B).

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Figure 39. couche oblique ( = inclinée)

Figure 40 : Couches verticales (le tracé des couches verticales est rectiligne)

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b) Cas de la topographie en vallées Lorsqu’une couche inclinée traverse une vallée (figure 41), ses limites dessinent un V dont la pointe est dirigée dans le sens du pendage, sauf pour les cas particuliers : couche horizontale ou verticale, et lorsque le pendage est dans le même sens que la pente et qu’il est plus faible que la pente. De façon générale, on peut dire que pour une même topographie, plus l’angle entre les tranches du V est ouvert et plus le pendage est fort.

Figure 41 : couche dans une vallée EXERCICE 9: En suivant le même principe décrit précédemment, représenter en coupe les six plans en gras de la figure 42, en appliquant la méthode des trois points. En analysant les plans ainsi représentés, vérifier les relations entre : - le sens de la pointe du V de la trace du plan et son sens du pendage. - l’ouverture du V et la valeur du pendage.

Figure 42 : variation du pendage d’un plan (de stratification ou de faille) dans une vallée Page -39-



2.7.1.2. La méthode du cercle (pour mémoire) La construction nécessite la connaissance de l’épaisseur de la couche et du sens de son pendage.

Figure 43. Méthode du cercle Il faut d’abord, projeter les limites de la couche sur le profil, ce qui donne les points E’ et F’. Ensuite, en prenant comme centre le point F’ (toit de la couche), on trace un arc de cercle ayant comme rayon l’épaisseur e de la couche. Puis on mène la tangente au cercle à partir du point E’, la limite inférieure (c'est-à-dire le mur) se trouve ainsi dessinée avec son pendage exact. Enfin, on trace la parallèle à partir du point F’. 2.7.2. Construction des couches géologiques en coupe : procédure a) connaissant le sens et la valeur du pendage Si le pendage de la couche géologique est donné par la carte, il suffit de tracer en coupe les deux limites parallèles de la couche faisant avec l’horizontal un angle égale à la valeur du pendage indiquée. On peut ensuite facilement déduire l’épaisseur de la couche en la mesurant perpendiculairement aux limites de la couche sur la coupe (figure 44A) b)- Connaissant le sens du pendage et l’épaisseur de la couche (figure 44B) On trace un arc de cercle ayant comme centre la limite supérieure (A’) et l’épaisseur (e) comme rayon. Le segment (B’T) tangent à ce cercle constitue la limite inférieure de la couche et donne son pendage exact (α).

Figure 44 : construction des couches à angle de pendage variable Page -40-



2.8. STRUCTURES PLISSEES 2.8.1. Définitions 2.8.1.1. Les structures plissées Sous l’effet des contraintes tectoniques, les strates (couches) sédimentaires peuvent se déformer de façon plus au moins plastique. Leurs pendages deviennent alors variables et dirigés dans des sens divers, on dit qu’elles sont plissées. Les structures plissées (figure 45A) sont formées de synclinaux (plis concaves vers le haut) et d’anticlinaux (plis concaves vers le bas). Au cœur des synclinaux sont représentées les formations les plus récentes et les plus anciennes au cœur des anticlinaux. 2.8.1.2. Eléments morphologiques d’un pli (figure 45B) - charnière : c’est la zone de courbure maximale présentée par les couches, souvent représentée sur la carte par : respectivement pour la charnière anticlinale et synclinale. - Flancs : surface de la couche de part et d’autre de la charnière - Plan axial : c’est le plan de symétrie du pli passant par le milieu de la charnière. - Axe du plis (β) : c’est la direction du plan axial. Il correspond aussi à sa projection sur la carte géologique - Plan π : c’est le plan perpendiculaire à l’axe du pli

Figure 45A : structure plissée : synclinal et anticlinal

Figure 45B : morphologie d’un pli

2.8.1.3. Les différents types de plis En fonction de la géométrie du plan axial, on peut distinguer différents types de plis (figure 46): Lorsque le plan axial est vertical, on parle de pli droit. Le pli devient successivement déjeté, déversé et couché quand le plan axial s’incline de plus en plus.

Figure 46 : différents types de plis en fonction de la géométrie du plan axial Page -41-



2.8.1.4. Notions de flanc normal et de flanc inverse Lorsque sur une coupe verticale, les couches géologiques plissées se rencontrent dans l’ordre où elles sont déposées, on dit que la série est normale ; on est alors sur le flanc normal du pli. Dans le cas contraire on a une série inverse (ou renversée) qui se rencontre dans le flanc inverse du pli (figure 47).

Figure 47 : flanc normal et flan inverse 2.8.2. Reconnaissance des structures plissées sur une carte géologique Sur une carte géologique, les contours des couches plissées dépendent de la topographie, du pendage des couches mais aussi de la géométrie de l’axe du pli. Considérons la structure plissée de la figure 48, dont le plan axial est vertical est l’axe horizontal. Les contours géologiques forment sur le plan (ABCD) des lignes droites et parallèles en relief plat et plus au moins sinueuses en relief accidenté. Ils délimitent des bandes parallèles répétitives et plus au moins symétriques.

Figure 48 : structure plissée à axe horizontal Page -42-



EXERCICE 10 :

Comparer les deux axes de symétrie « S » et « A » en complétant le tableau ci-dessous :

Lorsque l’axe du pli est incliné, les contours des couches géologiques forment des « V » dont la pointe est dirigée vers le sens de l’inclinaison de l’axe, dans le cas d’un pli anticlinal et le sens contraire, dans le cas d’un pli synclinal (figure 49).

Figure 49 : Structure plissée à axe incliné

Remarque : On appelle synclinorium un groupement de plis dont l’allure générale est un synclinal et un anticlinorium un groupement de plis dont l’allure générale est un anticlinal.

EXERCICE 11 : structure plissée en bloc diagramme (figure 50) : • En analysant la carte géologique, donner les différents types de plis ainsi que la géométrie des axes. • A l’image du premier bloc-diagramme (ABCD), représenter les plans cartographiques (CDEF) et (EFGH) sur les plans correspondant en bloc-diagramme. • Etablir les coupes géologiques CD et EF.

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Figure 50 : EXERCICE 12 : Coupe Géologique d’une structure plissée 1. Retrouver sur la carte géologique proposée les structures plissées et déterminer la localisation des axes de symétrie et le type du plissement. 2. Réaliser la coupe géologique demandée en adoptant la légende proposée

2.9. LES STRUCTURES DISCORDANTES 2.9.1. Définition a). Transgression et régression Au cours des temps géologiques, les limites des mers peuvent varier, pour diverses raisons (tectoniques, climatiques,…), et ceci selon : - Une remontée du niveau marin (la mer dépasse ses limites initiales), c’est une transgression marine responsable de nouveaux dépôts qui vont s’avancer au-delà de ceux qui les avaient précédés (figure 51A). - Une baisse du niveau marin (la mer se retire en deçà de ses limites initiales), on parle de régression marine et les sédiments liés à ce phénomène sont généralement moins étendus que ceux de la période précédente (figure 51B).

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Figure : 51 : Transgression et régression b). Discordance Dans un bassin sédimentaire (80% dans le milieu marin), les strates s’organisent en couches parallèles les unes aux autres : la disposition est dite concordance. Si au cours de l’histoire géologique de ce bassin, par le jeu de la tectonique, de l’érosion ou des cycles de variation du niveau marin, la géométrie des dépôts est perturbée, on parle de discordance. Si, lors d’une phase tectonique, les sédiments se plissent et émergent de l’eau, ils sont rapidement attaqués par l’érosion qui aplanit le relief et donne une surface d’érosion. Si par la suite la mer revient en transgression, elle dépose de nouveaux sédiments sur cette surface, on a alors une discordance entre la couche horizontale m et la série plissée. On remarque que la couche discordante m », disséquée ultérieurement par l’érosion, repose indifféremment sur les différentes couches plissées.

Figure : 52 : discordance

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2.9.2. Différents types de discordances  Discordance majeure : La couverture sédimentaire transgressive se dépose sur un socle déformé et métamorphisé lors d’une phase orogénique. La discordance majeure implique au moins une phase orogénique entre les deux ensembles discordants.  Discordance angulaire sur une structure plissée : Les séries basales sont plissées, soulevées puis érodées, avant le dépôt des couches horizontales transgressives. L’angle entre les stratifications des deux ensembles est variable.  Discordance angulaire sur une série monoclinale : Une séquence sédimentaire est discordante sur une série basculée puis érodée. L’angle entre les strates des deux ensembles reste localement constant.

Figure 53 : Types de discordances

 Discordance plate ou par lacune : Les strates étant parallèles, la discordance n’est pas forcément liée à un évènement tectonique. La lacune a pour cause, soit l’absence de sédimentation durant une période plus ou moins longue, soit l’action d’une phase d’érosion intermédiaire.

2.10. LES STRUCTURES FAILLEES Tous les contacts géologiques, que nous avons étudiés jusqu’à présent, entre les différentes couches, aussi bien concordantes que discordantes sont dits : contacts normaux (ou contacts stratigraphiques). Ultérieurement aux dépôts, des mouvements tectoniques peuvent intervenir, et en fonction de la lithologie des couches et des conditions de pression- température de la déformation, des plans de cassure apparaissent. Les déplacements relatifs entre les différents blocs engendrent de nouveaux contacts dits : contacts anormaux (ou failles). 2.10.1. Définitions - faille : on appelle faille, toute cassure avec déplacement relatif des deux compartiments - plan de faille : surface le long de laquelle s’est fait le déplacement - compartiment : volume rocheux délimité par une ou plusieurs failles. - toit de la faille : compartiment situé au-dessus du plan de faille. - mur de la faille : compartiment situé sous le plan de faille. - rejet : distance qui sépare deux points situés de part et d’autre de la faille et qui étaient en contact avant la cassure. On mesure surtout ses composantes, horizontales (rejet horizontal : Rh) et verticale (rejet vertical : Rv). - contraintes tectoniques : ce sont les forces qui s’exercent sur les roches de la croûte terrestre. Elles peuvent être de deux sortes (figure 55) Page -46-



- Compressives : forces convergentes qui engendrent la création des reliefs et des chaînes de montagnes (horst). - Extensives : forces divergentes qui engendrent des dépressions et des bassins (graben).

Figure : 54 : structure faillée

Figure : 55 : contraintes tectoniques

2.10.2. Différents types de failles En fonction de leur géométrie et de leur cinématique on distingue plusieurs types de failles (figure 56): 1). Faille normale : faille dont le toit est relativement affaissé par rapport au mur. C’est une faille qui est associée aux contextes tectoniques en extension (figure 56B) 2). Faille inverse : faille dont le toit est relativement soulevé par rapport au mur. C’est une faille associée aux régimes tectoniques en compression (figure 56). 3). Faille conforme : faille dont le plan est incliné dans le même sens que les couches affectées (figure 56 B1 et C1). 4). Faille contraire : faille dont le sens du pendage est opposé à celui des couches affectées (figure 56 et C2). 5). Faille de décrochement : faille verticale à rejet horizontal. Elle peut être associée à tous les contextes tectoniques (extensifs et compressifs) (figure 56).

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Figure 56 : Les différents types de failles

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2.10.3. Reconnaissance des failles sur les cartes géologiques Les failles étant assimilées à des plans, leur trace sur la carte répond aux mêmes règles que celles des plans de stratification pour la détermination de leur direction et pendage. Aussi bien sur les cartes que les coupes géologiques, les failles se dessinent avec un trait plus fort que celui des limites des couches. EXERCICE 13: En considérant les cartes de la figure 57, compléter le tableau suivant :

Figure 57 :

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2.11. LES CHEVAUCHEMENTS 2.11.1. Définitions On dit qu’il y a chevauchement (ou recouvrement) lorsque deux ensembles géologiques d’âge très différents sont anormalement mis en contact par une faille à faible pendage. En fonction de la quantité du déplacement le long de ces failles (rejet), on peut distinguer : - Un chevauchement de faible amplitude : cas des failles inverses et des plis-failles. - Un chevauchement de grande amplitude : charriage. Dans un chevauchement (figure 58) l’ensemble chevauchant est situé au-dessus du contact alors que l’ensemble chevauché est situé au-dessous du contact.

Figure 58 : Faille chevauchante 11.2. Reconnaissance de chevauchements sur les cartes géologiques Les chevauchements sont caractérisés par: • Comme tous les contacts anormaux (failles), les chevauchements sont représentés par des traits épais. • L’âge des terrains mis en contact par les chevauchements sont généralement très éloignés dans le temps. • Les rejets sont globalement significatifs, les plans de chevauchements sont peu inclinés voir sub-horizontaux. De ce fait, ils présentent de fortes sinuosités sur les cartes géologiques. • Par conséquent, ce sont des accidents d’ampleur cartographique qu’on peut suivre sur de grandes distances. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES A. Foucault et J. –F. Raoult : Coupes et cartes géologiques, édition Doin 1975. M. Archambault, R. Lhénaff et J. R. Vanney : Documents et méthode pour le commentaire de cartes (géographie et géologie), Masson, Paris, 1974. J. Aubouin, J. Dercourt et B. Labesse : Manuel de travaux pratiques de cartographie. Dunod, Paris, 1970. Sorel D., Vergély P. Initiation aux cartes et aux coupes géologiques. Collection Sciences Sup.Série Atlas DUNOD, Paris, 1999.

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ANNEXE 1 : Echelle stratigraphique internationale.

La charte des couleurs utilisée est celle de la Commission de la Carte Géologique du Monde (Paris), exprimées en codes en RVB (Rouge, Vert, Bleu) ; exemple : D : 203/140/55 représente Dévonien, avec un mélange de couleurs (203 en Rouge, 140 en Vert et 55 en Bleu), (voir : http// :www.stratigraphy.org)

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ANNEXE 2 : Représentation type d’une coupe géologique

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Initation a la cartographie geologique partie 2

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