Éléments géométriques servant à la description des plis

Afin de décrire la forme des plis et leur disposition dans l'espace on utilise différents éléments géométriques qui sont résumés dans les figures ci-dessous

il est important de noter
- que si l'on ignore l'age relatif des couches plissées les plis sont dits antiformes (en voûtes) ou synformes (en gouttières).
Les termes d'anticlinaux et de synclinaux ne sont utilisés que si l'on sait que les couches du coeur sont, respectivement, plus anciennes que celles de la périphérie ou plus récentes.
(Lorsque des des plis affectent une succession renversée, les plis en voûtes ont leur coeur formé de couches plus récentes et ceux en gouttière ont leur coeur formé de couches plus anciennes : ce seront respectivement des "antiformes synclinaux" et des "synformes anticlinaux").

diversité de forme des plis
Rapports entre les plis et la schistosité

Formes de plis :

éléments géométriques servant à la description des plis

La description des plis en fonction des variétés d'enchaînements de courbures auxquels ils correspondent a conduit à créer divers qualificatifs :

figure agrandissable

clichés montrant des exemples de plis anguleux droits : défilé de Potrachon (Dévoluy) : page gorges de la Béoux, cliché seul environs du col d'Espréaux (Bochaine méridional) : page ravin du Drouzet, cliché seul clichés montrant le passage de plis déversés à des plis couchés en savoir plus sur les plis "coffrés

noter (rappel)
- que si l'on ignore l'age relatif des couches plissées les plis sont dits antiformes (en voûtes) ou synformes (en gouttières).
Les termes d'anticlinaux et de synclinaux ne sont utilisés que si l'on sait que les couches du coeur sont, respectivement, plus anciennes que celles de la périphérie ou plus récentes.
Lorsque des des plis affectent une succession renversée, les plis en voûtes ont leur coeur formé de couches plus récentes et ceux en gouttière ont leur coeur formé de couches plus anciennes : ce seront respectivement des "antiformes synclinaux" et des "synformes anticlinaux".

- que les flexures, ou plis monoclinaux (qui se caractérisent par le sens de pendage identique de leurs deux flancs) peuvent être antiformes (en haut sur le schéma) ou synformes (en bas sur le schéma).
Une variante particulière, très anguleuse, est constituée par les "Kink-bands"

Kink-bands

Littéralement "bandes en genou" ces "bandes de froissure" correspondent à l'association de deux flexures très anguleuses, le long d'une bande relativement étroite (par rapport à sa longueur), qui traverse obliquement un empilement de feuillets (strates d'épaisseur régulière, schistosité). Elles font penser de très près aux froissures anguleuses qui affectent les feuilles d'un cahier maltraité.

Le long de ces bandes les feuillets rocheux du flanc court du pli sont brutalement basculés, souvent brisés même, le long de la surface de basculement que constitue le plan axial du pli ; ils se disposent (dans l'idéal) symétriquement vis-à-vis du flanc long, par rapport à ce plan axial.

vue d'ensemble d'un bloc de calcschistes affecté de deux kink-bands (désignées par les flèches rouges) (cliquer sur l'imagette)

Une bande de froissure, vue en coupe (tranche de l'échantillon ci-dessus) noter les espaces remplis de calcite, entre les feuillets basculés et à leur pliure. (cliquer sur l'imagette)

Pour en comprendre l'origine il faut les considérer comme l'équivalent de surfaces de faille où le rejet par glissement serait remplacé par le basculement des feuillets de la bande rocheuse : ce sont en somme des failles à faible rejet avortées.

Les kink-bands sont souvent espacées les unes des autres par des flancs longs excédant très fortement la longueur des flancs courts. On en trouve très souvent deux familles, disposées l'une par rapport à l'autre comme les familles de failles conjuguées, c'est-à-dire formant entre elles un angle plus ou moins proche de 90° et ayant un sens de rejet opposé ; cela délimite des compartiments non plissés en forme de coins, les uns convergents et les autres divergents.

Plis coffrés

On appelle ainsi des plis à voûte plate, sub-horizontale, encadrée de deux flancs opposés plutôt plats également, se raccordant à la voûte en un genou plus ou moins anguleux. Ils correspondent en fait à l'association de deux flexures monoclinales à sens de déversement opposé, qui convergent vers le bas (anticlinal coffré) ou vers le haut (synclinal).

Ce type de pli est particulièrement typique du Jura et caractérise un style de plissement qualifié pour cela de "jurassien".

Leur géométrie peut essentiellement s'interpréter de deux façons :

1/ ils peuvent résulter de l'entrecroisement de deux bandes de froissure symétriques (conjuguées), leur voûte plate correspondant à la zone non plissée entre ces deux bandes : ils représentent même parfois l'amortissement en plis de failles conjuguées (délimitant un coin expulsé vers le haut, dans le cas d'un anticlinal coffré)

2/ ils peuvent être la conséquence des flexures subies par une tranche de roche déplacée, par chevauchement, sur une surface comportant une succession de paliers et de rampes (voir "failles de chevauchement"). Ce sont des "plis au toît" du chevauchement :
- les uns sont induits par les rampes du compartiment inférieur ("plis de rampe inf." de la figure) : ils sont déversés à l'opposé du sens de déplacement de la tranche chevauchante ;
- les autres sont crés par de la rampe du compartiment supérieur ("plis de rampe sup." de la figure) : ils sont dûs à ce que la partie en porte-à-faux créée par le biseau se rabat sur le palier du compartiment inférieur et sont déversés dans le sens du déplacement de la tranche chevauchante.

Clichés montrant des exemples de

Plis coffrés : Montagne de Ratz (confins sud-ouest de la Chartreuse)

Plis de rampes : Montagne de Charance (au dessus de Gap) ; Bec de l'Orient (Vercors septentrional)

Modes de plissement

Dans les plis, la disposition géométrique des surfaces de couches successives varie selon les conditions de plissement :

a - Plissement concentrique
Lorsque les couches se plissent sous des conditions de faible pression et température elles se cintrent, à la façon d'une pile de feuilles de papier, et les surfaces de couches restent concentriques du coeur vers l'extérieur du pli : leur dessin se caractérise par un rayon de courbure d'autant plus court que l'on est plus proche du coeur du pli.
C'est le plissement par flexion (1, planche ci-dessous), où la longueur d'onde du pli dépend essentiellement de l'épaisseur des couches. Dans ce cas les couches ont tendance à subir des déformations internes, le plus souvent localisées à la charnière (schémas c1 - c2 de la figure 1, planche ci-dessous), et surtout à glisser les unes par rapport aux autres (schémas e1 - e2 de la figure 1, planche ci-dessous), ce qui se manifeste par une striation des surfaces de bancs.

Les plis "concentriques" sont ceux de la déformation à proximité de la surface et sont associés à de la fracturation ; ils prédominent dans les massifs subalpins.

b - Plissement semblable
Si les conditions de pression et température sont plus sévères, la roche devient déformable comme de la pâte à modeler et les strates ne jouent, dans le plissement, que le rôle purement passif de marqueurs de la déformation (au profit du futur observateur ...). En ce cas leurs surfaces s'espacent d'une égale valeur et se déplacent à l'intérieur des plans d'aplatissement : leur dessin est semblable d'une surface à la suivante (et se déduit par simple décalque et décalage).
C'est le plissement par glissement-aplatissement (schémas 2, planche ci-dessous), où la longueur d'onde du pli dépend de la répartition des hétérogénéités de la roche (qui déclenchent des variation dans le taux de glissement des particules rocheuses, voire des inversions de son sens).

Les plis "semblables" sont ceux de la déformation profonde, synschisteuse ; ils sont la règle dans la plupart des roches des zones internes et dans les enveloppes sédimentaires des massifs cristallins externes.

c - Modes composites
Entre ces deux types extrêmes il existe bien entendu de nombreuses variétés intermédiaires, en particulier dans le cas ou les couches plissées sont formées alternativement de lits de nature (et donc de déformabilité) différente (3, planche ci-dessus).

Une autre possibilité aboutissant à un résultat intermédiaire est que le pli se soit d'abord formé de façon concentrique, puis qu'il ait, par la suite évolué selon un mode plus "semblable". Le résultat peut être appelé "pli concentrique aplati", car il combine les effets de glissements relatifs des couches, du premier mode, avec l'étiment des flancs et les charnières épaissies, du second.

Evolution, par aplatissement, d'un pli initialement concentrique 1 = pli concentrique 2 = aplatissement modéré (voir l'exemple des plis de la Croix des Têtes) 3 = aplatissement fort (cas des microplis intrafoliaux des gneiss) 4 = aplatissement extrème (cas des "rods" en forme de baguettes de certains gneiss "oeillés").

Rapports entre les plis et la schistosité

Plongement axial, ensellement, culmination

Il est rare que les plis aient des axes rectilignes et horizontaux, contrairement à ce que les schémas tendraient à faire croire.
Le plongement axial du pli (c'est-à-dire le pendage de son axe) amène souvent les couches sectionnées par l'érosion à dessiner à la surface du sol une disposition périclinale.
Il peut d'autre part changer de sens, ce qui aboutit soit à créer des points hauts ou culminations (bosses) du pli et des points bas ou ensellements.

La cause du plongement axial peut être, selon le cas
1) que, lors même du plissement, le taux de raccourcissement variait d'intensité d'un secteur à un autre du pli (parallèlement à son axe) ; le pli a, en ce cas une géométrie "cônique" .
2) que les couches étaient inclinées avant le plissement, soit pour des raisons sédimentaires (litages obliques) soit par basculement tectonique (flanc de bloc basculé ou de pli plus ancien).
3) que le pli a lui-même été basculé, dans un sens ou dans l'autre, plus ou moins tranversalement à son axe.

Culminations et relais formés en une seule étape de déformation :
a = Culminations et ensellement dûes à des variations du taux du raccourcissement responsable de la création d'une antiforme ;
b = relai entre deux antiformes déversés (à la différence du cas précédent les plans axiaux PA 1 et PA 2 ne se prolongent pas l'un l'autre, mais sont décalés).
NB : A1 comme A2 sont des plis côniques.

Basculements dus à une seconde étape de déformation (plis en forme de selle) :
a = synforme (axe 1) reployée par une antiforme transverse (axe 2);
b = synforme (axe 2) reployant une antiforme transverse (axe 1).
Noter la très grande variabilité ("dispersion") des valeurs des plongements axiaux, tant sur les axes 1 (ronds blancs) que sur les axes 2 (ronds noirs).
Noter aussi que l'on ne peut pas déterminer si l'on a affaire au cas a ou b sur la simple géométrie résultante, car il y a de grandes similitudes d'aspect entre le résultat final de a et b, malgré une chronologie inverse.

périclinal(e)

Une disposition périclinale des couches consiste en ceci que, d'un point d'observation au suivant, l'azimut du pendage d'une même couche tourne progressivement (vers la gauche ou vers la droite). Il en résulte que le tracé d'une couche donnée décrit, sur la surface topographique, une courbe qui correspond à la section, par l'érosion, de la voûte d'un pli.

Cette disposition résulte de ce que l'axe du pli est incliné. Le plus souvent cela correspond à des surfaces de couches affectées de plis cylindriques (c'est-à-dire à génératrices parallèles), qui s'enfoncent sous la surface du sol (pli "plongeant"). Il s'agit d'un anticlinal si les pendages sont divergents (pentes ayant le bas dans des directions opposées) et d'un synclinal si ceux-ci sont convergents.

Cette disposition peut aussi correspondre à un pli conique, c'est-à-dire dont les flancs ont des génératrices convergentes vers un point, qui est l'endroit où se termine le pli. On parle donc de terminaison périclinale du pli lorsque celui-ci dessine un périclinal du fait qu'il devient conique (alors qu'il montre ailleurs des flancs plus ou moins parallèles qui résultent d'une forme cylindrique et d'un axe à peu près horizontal).

Les deux sortes de dispositions périclinales :
a= terminaison conique d'une antiforme;
b = ennoiement d'une antiforme cylindrique, sous la surface du sol, ici horizontale (H).

Il n'est pas aisé de distinguer les périclinaux de simple plongement axial de ceux de terminaison conique (cela ne peut souvent se faire qu'à l'aide d'un report des mesures de pendage sur canevas stéréographique).

dôme structural, cuvette structurale

L'entrecroisement de deux familles de plis superposées, l'une créée postérieurement à l'autre, aboutit à la formation de dômes structuraux (ou "brachy-anticlinaux"), qui correspondent à l'entrecroisement de deux anticlinaux, et de cuvettes structurales (ou "brachy-synclinaux"), qui correspondent à l'entrecroisement de deux synclinaux.
De beaux exemples de telles cuvettes sont visibles en Bochaine (La Faurie, Céüse) et en Diois-Baronnies (Bois de l'Ubac, Aigues-Champ).
Comme dôme structural on peut notamment citer le Chauvet en Beaumont.

Motif structural en "carton à oeufs" obtenu par l'entrecroisement de deux familles de plis formées à des étapes successives 1 = Plis de la première étape (a1 = antiforme ; s1 = synforme) : on a les a figuré tranchés par une surface horizontale pour montrer le parallélisme des tracés des couches sur la surface topographique. 2 = thème du plissement de deuxième étape ( b2 = direction axiale des plis, choisie ici orthogonale à celle de la première étape ; PA2 = attitude des plans axiaux, choisie ici verticale) On a représenté des plis d'amplitude décroissante et de longueur d'onde croissante, de la gauche vers la droite 3 = plis en dômes et en cuvette : la section horizontale montre le dessin capricieux du tracés des couches sur la surface topographique.   figure agrandissable

"anticlinorium" , "synclinorium", plis "parasites"

Cest termes sont utilisés pour désigner des plis qui sont, en fait, au niveau considéré, formés par un enchaînement de plis de plus petite taille (longueur d'onde de 2 à 10 fois plus courte).
La terminaison en "-orium" ("anticlinorium", "synclinorium") est principalement appliquée pour désigner des plis de grande taille, de longueur d'onde plurikilométrique. Lorsqu'il s'agit de plis de taille métrique ou inférieure les plis de second ordre sont souvent qualifiés de "plis parasites" (également nommés "drag-folds" en anglais).

On remarquera que ce schéma s'applique au cas des plis couchés, simplement au prix d'un basculement d'environ 90° . On peut, en ce cas, savoir si l'on se trouve dans un flanc inverse d'anticlinorium (le flanc court des anticlinaux parasites est en haut) ou dans un flanc normal (le flanc court des anticlinaux parasites est en bas)
(voir la coupe du Haut-Giffre et les clichés des plis qui y affectent le Jurassique moyen et le Néocomien )

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Un cas particulier est celui des anticlinoriums couchés, qui reposent donc par leur flanc inverse sur un ensemble à l'endroit et qui le recouvrent par l'intermédiaire d'un synclinorium plus ou moins écrasé. De longue date cette disposition a été considérée, en raison de la grande dimension du recouvrement ainsi obtenu, comme constituant un type de nappe de charriage qui a été qualifié de "nappes plis-couchés".

Ce phénomène consiste en une différence dans le dessin (nombre taille, dimensions) des plis d'un niveau à l'autre de la succession stratigraphique qui a été plissée.

Il peut être dû à des facteurs multiples :

- différences entre les longueurs d'onde de plissement en fonction de l'épaisseur des strates (1, 2);
- raccourcissement plus accentué, par pincement, dans le coeur des plis, lorsqu'il y a peu de glissement couches sur couches (1) ;
- désolidarisation entre deux niveaux de la succession (2), par suite de la présence d'un niveau intercalaire très déformable (marnes entre bancs calcaires ou gréseux) ;
- changement du mode de plissement (3), par passage d'un mode "concentrique" (caractéristique de roches peu déformables, "compétentes") à un mode de plissement par glissement - aplatissement (propre aux roches très déformables, "incompétentes"). Un des facteurs de ce changement de comportement est l'accroissement, vers le bas, de la pression "lithostatique" dans une pile de couches.

Ce phénomène est particulièrement bien illustré dans le massif des Bauges où il a d'ailleurs été défini.
un exemple de dysharmonie au coeur d'un anticlinal : le pli des Pierres Aigües, près de Saint-Julien-en-Bochaine

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virgation

Ce terme désigne une disposition cartographique particulière des plis : il s'agit de zones de torsion des directions (azimuts) des axes d'un faisceau de plis.
La torsion des axes s'accompagne assez souvent d'un reserrement des plis au niveau de la zone d'inflexion ("virgation libre") ou, au contraire, de leur espacement ("virgation forcée").

Les virgations sont créées, soit pendant soit après le plissement, par la présence d'obstacles (souvent qualifiés de "môles résistants") qui ont bloqué le déplacement de la tranche de roche plissée : les virgations libres correspondent à un écrasement contre un môle ; les virgations forcées correspondent à une zone ou les plis se sont avancé entre deux môles.

Une virgation de plis peut aussi correspondre à un cisaillement* décrochant.

Plis en échelons

Se dit lorsque les plis se disposent cartographiquement le long d'une bande plissée avec une direction d'axe oblique à la direction de cette bande (à la façon des barreaux d'une échelle, sauf que ceux-ci sont orthogonaux aux montants)

Cette disposition traduit une origine du plissement liée à un mouvement coulissant orienté selon la direction de la bande plissée : il s'agit souvent du jeu d'une faille dans le soubassement de la tranche de terrain plissée.

Une disposition analogue caractérise souvent aussi les fentes de tension (ouvertes et remplies de cristallisation, ou les failles secondaires dans un couloir de cisaillement. Dans tous ces cas les éléments disposés en échelons affectent aussi un dessin sigmoïde.

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