• Home
• Data science
• Research topics
  • Deformation of cratonic lithospheres
  • Mantle-surface interactions
  • High plateaus' dynamic
• Field work
• Lab tales
• Teaching
  • Coupe géologique
  • InfoTerre
  • Google Earth
• Publications
• CV
• Links

flora bajolet geodata

Etapes de construction

Le but de la coupe géologique est de représenter la structure en profondeur à partir des informations de surface : topographie, limites de couches, direction/pendage, etc. Elle permet de reconstituter l'histoire d'une zone, aussi bien en termes de sédimentologie et d'environnements de dépôt que de déformation et tectonique. On représente généralement la coupe associée à une zone en la traçant perpendiculèrement aux structures géologiques. Etant donné que l'on va représenter des pendages (donc des angles), il est nécessaire de tracer la coupe à l'échelle 1:1 (même échelle dans les directions horizontales et verticales). La coupe est complémentaire de la carte géologique et s'accompagne souvent d'un log simplifié et d'un schéma structural.

La première étape consiste à tracer le profil topographique, c'est à dire à reporter les altitudes le long la ligne de coupe, grace aux courbes de niveaux :

Puis il faut reporter les limites des couches géologiques et les failles sur la coupe :

Calculer les pendages des limites de couche et des failles (voir méthode des 3 points ou méthode du cercle) et reportez leurs amorces sur la coupe :

Reconstruisez la structure en profondeur de façon à respecter la stratigraphie (empilement des couches de la plus âgée à la plus jeune) sauf en cas de discontinuité (faille, discordance...). Dans un premier temps, on essaie de reconstituer la coupe en supposant que les couches sédimentaires sont isopaques (une même couche doit conserver la même épaisseur sur toute la coupe). Si cela est impossible, il faudra réfléchir à quelle(s) unité(s) sont susceptibles de varier en épaisseur (dépôts syn-tectoniques, etc...).

Enfin, compléter le schéma avec la toponymie (noms de lieux, rivières...). Il faudra également ajouter une légende, un log synthétique et éventuellement un schéma structural (non représentés ici). Toutes ces informations permettront d'interpréter et de reconstiturer l'histoire géologique de la zone.

Pendage des couches : les "V" dans les vallées

Tracer une coupe nécessite de déterminer le pendage des couches, c'est à dire de savoir dans quelle direction elles sont inclinées. Pour cela, on regarde l'intersection entre les couches et la topographie (les courbes de niveaux) au niveau des vallées qui forme des chevrons. Plusieurs cas de figure sont possibles.

En carte, la limite de couche est parallèle aux courbes de niveaux. Dans ce cas, la couche géologique est horizontale.	En carte, la limite de couche est droite et n'est pas affectée par les courbes de niveaux. Dans ce cas, la couche géologique est verticale.
En carte, la limite de couche dessine une courbe qui recoupe les courbes de niveaux. La couche pend dans la direction indiquée par la pointe de son "V" : ici le Nord.	En carte, la limite de couche dessine une courbe qui recoupe les courbes de niveaux. La couche pend dans la direction indiquée par la pointe de son "V" : ici le Sud.

Attention : ici on observe l'intersection entre les couches et la topographie vue en carte, mais la pente topographique et le pendage des couches sous-jacentes sont 2 choses différentes, il ne faut pas les confondre ! Les couches géologiques se sont déposées il y a plusieurs millions d'années et ont pu être basculées et déformées par la tectonique (d'où leur pendage). La topographie (le relief) actuelle est elle le résultat de l'érosion par les cours d'eau. La surface topographique peut être pentée vers l'Est alors que les couches géologiques sont pentées vers l'Ouest.

Il est facile en se balladant sur Google Earth de repérer ces chevrons, en particulier dans les zones relativement désertiques (où l'absence de végétation facilite l'observation) et composées de couches bien marquées. Ci-dessous, deux exemples montrant la vue de dessus (en carte, à gauche) et une vue oblique (à droite).

Chevrons dans la chaîne de l'anti-Atlas (Maroc), les couches sont pentées vers le SE :

Chevrons dans la chaîne de l'Atlas (Algérie), les couches sont pratiquement horizontales, légèrement pentées vers l'Ouest :

Localisation de ces structures dans Google Earth, avec d'autres exemples : télécharger ce fichier et l'ouvrir avec Google Earth.

Calcul du pendage : Méthode des 3 points

La méthode dite "des 3 points" permet de calculer le pendage d'un plan (limite de couche, faille...) en prenant 3 points situés sur ce plan dont 2 sont à la même altitude.

Le pendage est l'angle entre la ligne de plus grande pente du plan et l'horizontale (angle p sur la figure ci-contre). Au passage, la direction de la couche est l'angle par rapport au Nord dans le plan de l'horizontale (angle d sur la figure ci-contre).

On choisi 3 points situés sur le même plan (même limite de couche, même faille...) dont 2 sont à la même altitude. Ici, sur la vue en carte, les trois points sont à la limite entre la couche bleue et la couche jaune. Ces trois points dessinent dans l'espace un triangle rectangle dont un des angle est le pendage du plan. On trace la droite AB et sa perpendiculaire passant par le point C. On connait la différence d'altitude entre nos différent points (distance E'C = ED = z, ici z = 500-330 = 170 m). On peut également mesurer la distance DE' (= EC = f) qui correspond à DC sur la carte puisque E' est la projection de C. On mesure donc f, que l'on convertit en m grace à l'échelle de la carte. Dans le triangle rectangle DCE', on a la relation tan(angle p) = z/f, donc le pendage est : angle p = arctan(z/f). Cette relation est valable que le point C soit situé au-dessus ou en dessous des points A et B (voir le triangle rectangle DC'E'' ci-dessous dans lequel on peut trouver les même relations géométriques).

Voici un exemple extrait de la carte de Millau au 1/25000e. 3 courbes de niveaux (560, 580 et 700 m) sont surlignées en blanc. Peut-on utiliser les points A, B et C pour déterminer le pendage dans les cas proposés ci-dessous ?

Exemple 1 A et B sont à la même altitude (560 m), C a une altitude différente (point côté à 486 m), tout va bien de ce côté. A et B sont bien situé sur une même limite de couche (entre la bleue et la rouge) mais C n'est pas situé sur cette même limite. On ne peut donc PAS utiliser ces 3 points.	Exemple 2 A et B sont à la même altitude (560 m), C a une altitude différente (700 m). Les 3 points sont sur une limite de couche. Mais A et B sont sur la limite bleue-rouge (Aalénien inférieur/Aalénien supérieur), et C est sur la limite marron-beige (Bajocien inférieur/Bajocien supérieur). Ces 3 points ne sont donc pas situé sur un plan géologique et on ne peut PAS les utiliser.
Exemple 3 A et B sont à la même altitude (560 m), C a une altitude différente (700 m). Et cette fois, A, B et C sont tous sur la limite bleue-rouge, c'est à dire à la limite Aalénien inférieur/Aalénien supérieur. On PEUT donc utiliser ces points pour notre construction afin de déterminer le pendage de cette limite Aalénien inf/Aalénien sup.	Exemple 3 : construction On trace la droite AB et sa perpendiculaire passant par C. Le pendage sera p = arctan(z/f) = arctan((700-560)/1100) = 7°

On remarque que le pendage est très faible. On aurait pu s'épargner le calcul en observant que les limites de couche sont quasiment parallèles aux courbes de niveaux, donc que les couches sont sub-horizontales.

Calcul du pendage : Méthode du cercle (épaisseurs réelles des couches connues)

Si on connait l'épaisseur réelle des couches et la direction dans laquelle elles pendent (à déterminer auparavant avec les "V" dans les vallées), on peut les retrouver leur pendage géométriquement sur la coupe.

Sur l'exemple ci-dessous, on connait l'épaisseur réelle de chaque couche comme indiqué sur le log à droite, et on a préalablement tracé le profil topographique et reporté les limites de couches. On peut maintenant reconstruire les amorces d'une couche en traçant au compas un cercle de rayon égal à son épaisseur réelle (ici 90 m pour la couche orange, convertit à l'échelle de la coupe). Sachant que les couches pendent vers le SW, on trace un cercle dont le centre est situé au sommet de la couche (point s), puis on trace la tangente à ce cercle passant par la base (point b), et la parallèle passant par s. Le pendage est l'angle alpha que l'on peut mesurer au rapporteur. Il est nécessaire de faire cette construction pour toutes les couches étant donné qu'elles n'ont pas nécessairement le même pendage comme sur l'exemple ci-dessous. De plus, les couches peuvent être déformées. La valeur de pendage mesurée par cette méthode est donc valable au niveau des amorces des couches, proche de la surface topographique, mais peut varier le long de la coupe.

Failles

Sur les cartes géologiques, certaines failles sont représentées avec des figurés indiquant leur type (faille inverse, normale ou décrochante). D'autres sont représentée par un simple trait gras, et il vous faudra déterminer le sens de la faille pour réaliser votre coupe.

Pour cela il vous faut d'abord vérifier dans quel sens pend la faille à l'aide des "V" dans les vallées. Dans notre exemple (voir figure ci-contre), les 2 cas possibles sont un pendage vers l'Ouest ou vers l'Est :

Regardez ensuite la stratigraphie pour déterminer par quelle cinématique la faille à mis en contact les terrains. Stratigraphiquement, la formation verte est plus jeune, et normalement au-dessus de la formation orange. Dans le cas de droite elle est donc descendue (faille normale), à gauche c'est la formation orange qui est montée (faille inverse). On peut maintenant compléter la coupe en fonction de la stratigraphie et de la structure des couches. Ici on suppose une structure tabulaire, mais les couches peuvent être basculées et/ou déformées. Le pendage des couche est indépendent de celui de la faille et de la topographie, il vous faudra le déterminer (voir méthode des 3 points ou méthode du cercle).

Une partie des couches a bien entendue été érodée. Si on les reconstitue, voici ce que cela donne :

Plis

Les couches peuvent être déformées de façon continue, sans rupture (faille) et former des plis. Les plis sont repérables en carte lorsqu'une même couche pend dans des directions opposées de part et d'autre d'un axe. La charnière d'un pli est la ligne marquant le changement de pendage et délimitant les flancs du pli. Le plan axial est le plan contenant les charnières des couches qui constituent le pli. Dans l'exemple ci-dessous, les couches du flanc NE pendent vers le NE et celles du flanc SW pendent vers le SW. En carte, les couches dessinent une forme d'ovale ou d'ellipse plus ou moins allongée. L'extrémité d'un pli est appellée la terminaison périclinale. Ici, le pli a une forme convexe vers le haut (il forme une "bosse"). En carte, les formations au centre (couches bleues, voir le log stratigraphique) sont plus vieilles que les formations à l'extérieur du pli. Il s'agit d'un pli anticlinal.

Dans cet autre cas, le pendage des couches est différent : le flanc NE pend vers le SW et le flanc SW pend vers le NE. Le pli a une forme concave ("en creux"). En carte, les couches au centre de la structure sont les plus jeunes (couches grises). Il s'agit d'un synclinal.

Les plis sont facilement repérables sur les images satellites, comme dans l'exemple ci-dessous (Sheep Mountain, USA). Vues en carte, les couches dessinent une forme ovale assez allongée (photo de gauche). En zoomant sur la partie SW (photo de droite), on repère des chevrons de part et d'autre de l'axe de la structure, indiquant des pendages opposés.

(Passer le curseur sur l'image pour l'interprétation)

Les vues obliques ci-dessous rendent compte de la forme asymétrique du pli (un flanc court et un flanc long) et des magnifiques chevrons du flanc NW.

Localisation de ces structures dans Google Earth, avec d'autres exemples : télécharger ce fichier et l'ouvrir avec Google Earth.

Afficher les cartes géologiques

Rendez‐vous sur le site d'InfoTerre (http://infoterre.brgm.fr). Allez dans Données > Cartes géologiques, puis "Accéder au contenu prédéfini géologie et notices au 1/50000"

Cliquez sur le triangle gris dans le coin supérieur droit afin d'agrandir la fenêtre de visualisation.

Vous disposez de plusieurs barres d'outils (en haut, à droite et à gauche), de l'échelle (réglable) en bas à gauche, des coordonnées en bas à droite (plusieurs projections disponibles). La barre d'outil du haut permet principalement de naviguer sur les cartes. A gauche, vous pouvez aller directement à un lieu grâce à l'outil Localisation, rechercher des données dont vous avez la référence BRGM, télécharger et imprimer. Allez par exemple à Lavelanet.

Il faut souvent bouger un peu la carte avec l'outil "main" pour qu'elle s'actualise. Dans le menu de droite, l'icône "Couches affichées" permet de réorganiser/masquer/afficher les données. Vous avez accès aux cartes à différentes échelles : 1/50000e, 1/250000e ou carte au million.

Vous avez également accès à une version simplifiée de la légende numérisée de votre carte, parfois à la version pdf complète : cliquez sur l'icône "Légendes", puis "Accéder à la légende dynamique et aux notices". Les légendes qui s'affichent sont celles correspondant à la zone actuellement ciblée dans votre navigateur. Cherchez la feuille de Lavelanet et cliquez sur "Notice", vous serez redirigés vers le fichier pdf.

Les données de sondages

De nombreuses données sont numérisées et disponibles à l'affichage dans InfoTerre. Aller dans "Choix des couches". Vous avez accès aux données de sondages, à la cartographie des réserves naturelles, aux mouvements de terrain, séismes et autres risques répertoriés, etc… Affichons par exemple les sondages : dans "Dossiers du sous-sol BSS", choisissez "BSS - Tous les ouvrages de la Banque du Sous-Sol (BRGM)". Il vous faudra peut­‐être bouger un peu la carte pour actualiser l'affichage.

Vous devriez maintenant voir différents carrées sur la carte. Sélectionnez l'outil information, cliquez sur un de ces carrées. Vous avez accès aux informations de premier ordre (référence, profondeur, unité géologique en surface à l'endroit du sondage). En cliquant sur "Fiche détaillée", vous avez accès aux détails techniques et géologiques.

En particulier, le menu "Log géologique numérisé" vous donne accès aux lithologies rencontrées à chaque profondeur sous forme de tableau. Vous pouvez par exemple déduire les épaisseurs réelles de chaque couche (à l'endroit du sondage bien sûr).

Dans certain cas, le schéma du log est également disponible (aucun dans le cas de la zone de Lavelanet), ce sont les sondages classés "BSS – Ouvrages avec géologie vérifiée et documents". Dans ce cas, cliquez sur "Log géologique numérisé" puis "Afficher le log validé".

Les données de paléosismologie et de risques naturels

Prenez l'outil "Localisation" à gauche et allez à Orange. Dans le menu "Choix des couches" à droite, choisissez Risques naturels > "Déformation récentes et paléoséismes – Indices validés" et "Sismicité – Intensité épicentrale". Dézoomez votre carte (sinon la sismicité ne s'affichera pas) de façon à avoir une vue plus large et la carte au 1/250000e.

Les cercles représentent les épicentres de séismes enregistrés récemment (voir la légende pour les magnitudes). Les carrées localisent des traces de paléoséismes. En cliquant sur l'outil "Informations" dans la barre du haut, puis sur un épicentre ou un indice de paléoséisme, vous avez là encore accès à des détails. Pour la sismicité, vous serez redirigés vers www.sisfrance.net, pour les paléoséismes vers www.neopal.net, des banques de données gouvernementales. Des données de risques d'inondations, mouvements de terrain, etc… sont également disponibles. Les fiches détaillées peuvent vous rediriger vers www.georisques.gouv.fr, un autre portail officiel.

Draper les cartes géologiques sur la topographie

Une possibilité intéressante d'outil interractif disponible depuis plusieurs années est de combiner les cartes géologiques aux vues 3D de Google Earth. Pour cela, téléchargez et installez Google Earth (GE): www.google.fr/intl/fr/earth. Puis, téléchargez les fichiers kml édités par le BRGM sur le site InfoTerre sur cette page (à partir de la page d'accueil, rubrique "Pour aller plus loin" > Géoservices). En bas de la page, un tableau récapitule les données disponibles. Choisissez les fichiers KML_GEOL_1000 et KML_GEOL_50 construits à partir de la carte géologique au million et des cartes au 50 000e.

Ouvrez un de ces 2 fichiers, GE devrait démarrer automatiquement s'il n'est pas déjà ouvert. Le fichier s'affiche dans un dossier "Lieux temporaires" situé dans la barre de menu à gauche. Faites un clic droit > "Enregistrer dans Mes lieux préférés" pour le retrouver à chaque utilisation de GE. Faire de même pour l'autre fichier.

Vous pouvez maintenant naviguer avec la vue 3D accompagnée des cartes géologiques. Selon l'échelle que vous utilisez, ce sera la carte au millon ou la carte au 50 000e de la zone que vous visitez qui s'affichera.

Extraire un profil topographique

Cliquez sur l'outil "Règle" dans la barre d'outils, ou aller dans le menu Ajouter > Trajet.

Tracez votre profil, enregistrez-le avec un nom. Dans l'arborescence, clic droit sur votre profil > Afficher le profil d'élévation. Il est conseillé de l'enregistrer dans vos lieux préférés (voir ci-dessus) pour le retrouver à votre prochaine session GE.

Attention, la précision des profils s'adapte à l'échelle. Si vous êtes sur une vue large, la précision sera mauvaise. Il faut zoomer sur le trait du profil et se ballader tout le long pour voir la précision s'améliorer. Et...

ATTENTION A L'EXAGERATION VERTICALE !!! Pour l'utiliser pour une coupe géologique, il vous faudra le modifier de façon à utiliser la même échelle sur l'axe vertical et sur l'axe horizontal !

Pour plus d'info sur l'utilisation de Google Earth, vous pouvez consulter : http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/BRGM-kml.xml et http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article145.

• Home
• Data science
• Research topics
  • Deformation of cratonic lithospheres
  • Mantle-surface interactions
  • High plateaus' dynamic
• Field work
• Lab tales
• Teaching
  • Coupe géologique
  • InfoTerre
  • Google Earth
• Publications
• CV
• Links