Géologie structurale
MODULE 7
Les plis

Objectifs spécifiques
  • Classifier les différents types de plis d'après leur morphologie et leur géométrie.
  • Comprendre les différents mécanismes de plissement.
  • Déduire le mécanisme de plissement ayant engendré un pli observé sur le terrain à partir des structure secondaires (fractures de cisaillement et d'extension, clivage, etc...).
  • Préparer et interpréter des études statistiques de plis.

  • Projeter en coupe la trace de plis qui affleurent en surface.

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    Théorie
    7.1 Analyse descriptive des plis
    7.2 Analyse cinématique: les mécanismes de plissement
    7.3 Structures secondaires associées au plissement
    7.4 Plissement d'un ensemble stratifié
    7.5 Analyse structurale des surfaces plissées


    Lexique
    Vocabulaire des plis


    Exercices courts
    Classification de plis mésoscopiques
    La position et la nature des plis selon les plis secondaires
    Descriptions d'échantillon
         		Exercices pratiques
    Classification morphologique des plis
    -> Les plis idéaux
    -> Les plis naturels
    Analyse structurale de surfaces plissées


    Questions à travailler chez-soi
    Les plis


    Répertoire des photos
    Photos

    PLI: Déformation souple des roches sous forme d'ondulations résultant d'une contrainte ou d'un glissement gravitaire (OLFQ, 1991).

    Lorsque les roches sont soumises à un état de contrainte, elles se déforment de différentes façons. elles se comporteront de façon élastique jusqu'à ce que leur limite d'élasticité (ou seuil de plasticité) soit atteinte, après quoi il y aura soit perte de cohésion et rupture (fracturation)ou déformation ductile de la roche. Le plissement de strates est le résultat de la déformation ductile. Les plis peuvent avoir toutes les dimensions depuis l'échelle du millimètre jusqu'à celle de la dizaine de kilomètres.

    7.1 Analyse descriptive des plis
    7.1.1 Morphologie et géométrie des plis
    Les plis consistent en une déformation hétérogène d'une succession de strates, ou de toute autre surface planaire pénétrative (schistosité, foliation). Les antiformes correspondent à des plis à courbure vers le haut tandis que pour les synformes, la courbure est vers le bas (figure 1).


    Figure 1: a) Antiforme; b) synforme.


    Lorsque la succession stratigraphique des couches est normale, c'est-à-dire que les couches sont restées dans leur position initiale au moment du dépôt, les plus vielles sous les plus jeunes, on utilisera plutôt le terme d'anticlinal lorsque la courbure du pli sera vers le haut et de synclinal lorsque la courbure du plis sera vers le bas (figure 2). Dans une succession de strates plissées et érodées, les couches les plus jeunes se retrouveront dans le coeur des synclinaux tandis que les plus vieilles seront localisées dans le coeur des anticlinaux. Lorsque la succession stratigraphique des couches est inversée, c'est-à-dire que les couches ont été renversées et que les strates les plus jeunes se retrouvent en-dessous des strates les plus vieilles, on utilisera le terme synclinal antiforme pour un pli dont la courbure est vers le bas mais dont les strates les plus jeunes se retrouvent dans le coeur de la structure antiforme (figure 2). Aussi, on utilisera le terme anticlinal synforme lorsque la courbure du pli est vers le haut mais dont les strates les plus anciennes se retrouvent au coeur de la structure synforme (figure 2).


    Figure 2: a) Couches non déformées. La couche la plus ancienne avec un patron ligné, la couche la plus jeune en gris b) anticlinal c) synclinal d) synclinal antiforme e) anticlinal synforme.


    L'axe d'un pli est la ligne décrivant le lieu de courbure maximum de la surface plissée et la charnière, l'intersection de cette ligne et d'un plan perpendiculaire au pli (figure 3). La surface axiale, ou plan axial, correspond à la surface qui contient les axes de plis de toutes les surfaces plissées. La crête d'un pli, à ne pas confondre avec l'axe, correspond à l'endroit du pli le plus élevé topographiquement. De même, le creux d'un pli, est le lieu topographiquement le plus bas de la surface plissée. Les flancs d'un pli se situent de part et d'autre de l'axe et contiennent les points d'inflexion, soit l'endroit sur chaque flanc qui correspond à une variation du sens de courbure de la surface plissée (figure 3). Un flanc sera dit normal si la succession stratigraphique normale des strates est respectée tandis qu'il sera dit renversée lorsque la succession des strates sera inversée (figure 3).


    Figure 3: Architecture d'un pli et nomenclature des principaux éléments d'un pli.


    L'ouverture d'un pli correspond à l'angle entre les deux flancs d'un pli et se mesure dans un plan perpendiculaire à l'axe du pli et d'un point d'inflexion à l'autre. D'autres éléments descriptifs peuvent être utilisés pour décrire la géométrie d'un pli telle que la longueur d'onde, l'amplitude et la longueur d'arc (figure 4). Lorsque la surface plissée présente des ondulations de longueurs d'onde différentes on dira que les plis sont disharmoniques. Les plis polyharmoniques, sont des ondulations d'ordres différents, les plis de plus petites longueur d'ondes correspondant aux plis parasites.


    Figure 4: Géométrie d'un pli. L'angle entre les deux flancs (ρ), se mesure d'un point d'inflexion à l'autre, la longueur d'onde (Lw), l'amplitude (a) et la longueur d'arc (La).


    7.1.2 Classification des plis
    Une des façons les plus simples de décrire un pli est d'utiliser sa forme générale, telle qu'observée dans un plan perpendiculaire à l'axe. On distinguera les plis en chevrons (pli dont la charnière est anguleuse et les flancs plats et symétriques, OLFQ, 1991), circulaires, elliptiques, cuspidés (pli à flancs concaves et à charnière aiguë, OLFQ 1991), ptygmatitiques, coffrés (pli dont la crête est large et les flancs subverticaux, et qui possède deux charnières et deux surfaces axiales, OLFQ, 1991), etc. Il est également possible de décrire un pli en utilisant les termes modéré, ouvert, fermé, serré et isoclinal, qui font référence à l'angle d'ouverture entre les flancs (figure 5).


    Figure 5: Classification des plis en fonction de leur angle d'ouverture.


    La classification géométrique des plis tient compte de leur orientation qui est donnée par l'orientation de l'axe et de la surface axiale. La classification de Fleuty (1964) utilise les valeurs du plongement de l'axe d'un pli et du pendage de la surface axiale (figure 6). Ces deux paramètres permettent de décrire la géométrie des plis dans une ceinture orogénique. Par exemple, un pli sera dit droit et horizontal lorsque sa surface axiale sera verticale et son axe horizontal.


    Figure 6: Classification géométrique des plis selon Fleuty, basé sur la plongée de l'axe (axe δ) et le pendage du plan axial (axe α).


    La classification morphologique des plis tient compte de l'aspect des plis dans un plan perpendiculaire à leur axe. Cette classification permet de distinguer deux types de plis idéaux, soit les plis concentriques (isopaques ou parallèles) et les plis semblables. La distinction entre ces deux types de plis est basée sur l'épaisseur des couches plissées. Pour les plis concentriques, l'épaisseur réelle des couches e est constante (e, l'épaisseur mesurée perpendiculairement au plan de litage) (figure 7).


    Figure 7: Plis concentriques (parallel folds).


    Dans le cas des plis semblables, l'épaisseur réelle des couches est variable le long des flancs du pli, tout en étant maximale aux charnières et minimale aux flancs (figure 8). Par contre pour les plis semblables, l'épaisseur des couches mesurée parallèlement à la surface axiale du pli est constante (figure 8). Le rayon de courbure des couches plissées pour les plis semblables est constant tandis que pour les plis concentriques, le rayon de courbure est variable d'une couche plissée à l'autre.


    Figure 8: Plis semblables (similar folds).


    La classification proposée par Ramsay (1967) est une des méthodes utilisée pour classer les plis en fonction de critères morphologiques. Cette classification est basée sur l'orientation des isogones de pendage, tracés sur un plan perpendiculaire à l'axe des plis (figure 9). Les isogones correspondent à des lignes d'isopendange des couches plissées, soit une ligne qui joint les points de même pendage à l'extrados et à l'intrados de la couche plissée (voir Exercice pratique 7.1 - Classification morphologique des plis pour plus de détails concernant la technique de construction des isogones de pendage et la classification de Ramsay).


    Figure 9: Classification morphologique des plis selon Ramsay, basée sur le patron des isogones de pendage.


    7.2 Analyse cinématique: les mécanismes de plissement
    7.2.1 Gauchissement (buckling, bending)

    Figure 10: A. Buckling; B. Bending.


    7.2.2 Plissement par flexion

    Figure 11: Pli formé par flexion-glissement (flexural-slip).


    Figure 12: Pli formé par flexion-écoulement (flexural-slip).


    7.2.3 Plissement par aplatissement (déformation passive)

    7.3 Structures secondaires associées au plissement


    7.4 Plissement d'un ensemble stratifié
    7.4.1 Épaisseur des strates plissées
    7.4.2 Plis semblables et isopaques


    7.5 Analyse structurale de surfaces plissées



    Figure 13: Relation géométriques entre les principaux éléments d'un pli et les axes cinématiques. a1 indique la direction du transport tectonique, b1 est parallèle à l'axe du pli, c1 est perpendiculaire à a1 et b1.


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