Microstructures des couloirs de faille

Le plus souvent une faille n'est pas une surface plane, sans épaisseur, mais se révèle jalonnée par un coussinet de roche plus ou moins épais, qui constitue un "couloir de faille", entre les lèvres de chacun des deux compartiments en mouvement relatif. Sa largeur varie, d'une faille à l'autre et d'un point à l'autre d'une même faille, depuis un décimètre jusqu'à quelques mètres pour les failles importantes.

Cette tranche de roche intercalaire est "broyée" plus ou moins intensément car il s'exerce, entre les deux compartiments en déplacement, un serrage qui induit une friction analogue à celle qui a lieu dans une meule (c'est-à-dire associant du cisaillement et de l'écrasement). Il en résulte la formation d'une brèche de faille ou d'une mylonite, suivant la nature de la roche et l'intensité des pressions.

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 Le couloir de faille du passage des Roches Rousses (sentier entre le col de Léchaud et le col de Bovinant)
vu du sud // vu d'enfilade, du sud-est
schéma cartographique

Le sac à dos est posé sur la lèvre sud-ouest du couloir de faille. La flèche rouge est tracée sur sur le calcaire massif urgonien de la lèvre opposée (lèvre NE).
La zone de brèche du couloir de faille, large de 2 m et de teinte plus jaunâtre, est déprimée et utilisée par le sentier. Elle est bordée par un miroir de faille (visible à l'extrémité gauche du cliché). Dans le quart inférieur droit de la photo un morceau de brèche de faille plus compacte, correspondant à une navette* intercalaire, affleure en saillie devant le miroir et le cache : on y voit une ébauche de feuilletage mylonitique (encore espacé et grossier), noté S1 sur le schéma, dont l'angle aigu par rapport au miroir de faille pointe vers la gauche (vers le nord-ouest).
La verticalité du miroir atteste qu'il s'agit d'un décrochement et la disposition du feuilletage de la brèche tectonique montre que son jeu était sénestre (comme c'est le cas général pour les cassures NW-SE) : le sens de la flèche correspond donc au mouvement relatif de la lèvre qui la porte (voir à ce sujet le schéma A ci-après).

 

 Couloir de faille rempli de brèche ayant subi un début de mylonitisation

sentier du couloir ouest du Petit Som, 20 m sous le débouché sur la crête (pour plus de précisions voir le fascicule 1Q)
version plus grande, sans commentaires, de cette image

La vue est prise presque verticalement (et donne donc une vue quasi cartographique). Le trait S donne l'orientation du feuilletage mylonitique fruste qui apparaît ici dans la brèche de faille (noter la verticalité du miroir qui indique que l'on a affaire à un décrochement).
Les demi flèches indiquent le sens relatif (sénestre) du déplacement des lèvres de ce décrochement, tel que l'on peut le déduire de l'orientation du feuilletage.

Le résultat peut se limiter à ce broyage. Dans d'assez nombreux cas il se développe au contraire des microstructures organisées, dont l'agencement géométrique est d'ailleurs étroitement lié au sens du mouvement.


figure agrandissable

Schémas montrant les relations géométriques existant entre les failles et les structures microtectoniques associées

On s'est limité aux cas fréquemment observés en Chartreuse.
Le mouvement relatif des deux compartiments est indiqué par les demi-flèches grasses.

Les schémas A, B et C donnent un représentation schématique de la disposition géométrique des plans de déformation microtectonique dans le couloir de faille, entre les deux miroirs de faille (Mf), c'est-à-dire dans la "zone cisaillée", où se concentre la déformation et leur disposition par rapport à la direction principale de raccourcisement (Z).
Le schéma B montre notamment la disposition angulaire des failles secondaires, "de Riedel", ainsi créées et le schéma C montre comment elles sont disposées en échelons. Leur intersection avec le feuilletage schisteux aboutit à une texture de déformation microtectonique de la roche dite texture S/C, où les plans de schistosité (S s'entrecroisent avec des plans de cisaillement (C) que sont les microfailles P.

Le schéma D montre le rôle que jouent souvent les fractures secondaires pour donner au tracé des failles principales un dessin en baïonnette (notamment à l'échelle décamétrique). Le schémas E montre enfin comment ce tracé en zig-zag peut détacher des "navettes" entre les deux miroirs de faille majeurs (Mf).

N.B. : comme le résument les deux schémas encadrés en bas à gauche, la figure représente aussi bien les géométries observables en vue verticale (cartographique), dans le cas d'un décrochement dextre (sens de mouvement de loin le plus représenté en Chartreuse) que celles visibles en coupe, dans le cas d'une faille "inverse" (c'est à dire de chevauchement). Dans ce dernier cas, pour se placer dans l'orientation la plus fréquemment rencontrée en Chartreuse, il faut considérer que l'ouest serait à droite (donc que l'on observe la coupe depuis le coté nord).
On trouvera des commentaires plus détaillés ci-après, dans le texte de la page.

Dans les couloirs de faille le mouvement relatif des deux compartiments (demi-flèches grasses) est oblique aux efforts de raccourcissement qui sont à l'origine de la faille (lesquels s'exercent en fait sensiblement selon l'horizontale de la figure). Il en résulte, au sein du couloir de faille, une tendance à l'écrasement, selon Z (direction de raccourcissement interne au couloir)

Ceci induit une déformation microtectonique qui peut s'y exprimer par l'apparition de deux sortes de surfaces, les deux se trouvant fréquemment combinés (fig. C) :
- des feuillets d'aplatissement dans les roches relativement plastiques (argileuses) : la roche devient une mylonite (schéma A) ;
- des fractures secondaires, ou microfailles (schéma B) , dans les roches plus rigides (calcaires).

La disposition géométrique de ces surfaces est étroitement liée au sens du mouvement et permet donc de déterminer celui-ci en cas d'absence d'autres indices :
- disposition du feuilletage schisteux dans une mylonite (schéma A) : les feuillets S1 (assimilables à de la schistosité) se disposent orthogonalement à la direction de raccourcissement Z et dessinent un "crochon" sigmoïde aux approches du miroir de faille le plus proche.

 Le miroir de la faille de chevauchement de la Bastille, en contrebas des remparts, le long du chemin par l'église Saint-Laurent.
Ici le miroir de faille surplombe localement une poche de mylonite, qui représente en quelque sorte une navette écrasée.

Noter la torsion "sigmoïde" (en S) des feuillets ("crochons", dans le sens du mouvement) aux approches des surfaces de cassure. Elle est mieux visible sur un cliché pris de plus près.

- disposition des microfailles (schéma B) :
Les fractures les plus importantes sont celles, dites "de Riedel" (R). Elles se disposent à environ 30° de la direction de raccourcissement Z et se branchent à angle aigu (environ 15°) sur le miroir, "dans le sens voulu pour que le mouvement de la faille principale puisse s'y engager" (en fait il peut théoriquement s'en former une deuxième famille "conjuguée" mais on n'a représenté que les failles de la famille qui se développe de loin le plus fréquemment).
Dans certaines conditions il apparaît aussi des failles "P" qui se disposent de façon à peu prés symétrique aux "R", par rapport à la direction du couloir et finissent par les connecter.

- combinaison des deux types de déformation, aboutissant à la structure dite "S/C" (schéma C). C'est l'aspect le plus commun des zones de mylonites : les microfailles R tordent en "crochons" sigmoïdes les feuillets S1 qu'elles sectionnent.
Des exemples en sont fournis par la mylonite de la faille de chevauchement de la Saucisse, dans les pentes de la Bastille, par le couloir de faille du décrochement du col de l'Alpe, à Valfroide, et par celui du chevauchement de la Chartreuse orientale, au tournant 1442 de la route pastorale du Charmant Som.

Mylonite à structure S/C typique

Cliché pris le long du chemin montant à la Bastille depuis le square Cularo, en contrebas des remparts : la surface représentée est à peu près verticale et mesure environ 50 cm de coté. 
version plus grande, sans commentaires, de cette image

 

Structure fine du Sénonien dans le couloir de cisaillement bordant le décrochement du col de l'Alpe

Cliché pris le long du sentier, en aval des ruines de Valfroide : la surface représentée est presque horizontale (photographiée en vue plongeante) et mesure environ 50 cm de coté. 

C'est un autre bel exemple de "texture S/C" :
Z indique la direction du raccourcissement responsable de l'écrasement qui crée le feuilletage S.
D indique la direction et le sens de coulissement de la faille principale (située en réalité quelques mètres plus à droite que les limites du cliché).
C désigne les microfailles crées par le cisaillement dû au mouvement le long de la faille.

- combinaison de failles de deux types, aboutissant à un tracé de faille "en baïonnette" (schéma D) : à toutes échelles, et notamment à l'échelle décamétrique, le tracé de détail des cassures est souvent formé de tronçons représentant alternativement des failles R et P interconnectées.

- formation de "navettes" (schéma E) : ceci est une variante du schéma D, dans laquelle des fragments losangiques ont été découpés par l'intersection de couples de failles P et R. Les panneaux rocheux amygdalaires ainsi isolés ("navettes") s'effilent à leurs extrémités et sont souvent séparés par des couloirs secondaires de brèche de faille. Ils subissent un déplacement de valeur moindre que celui des compartiments entre lesquels ils s'intercalent.
Des exemples en sont fournis par le monolithe de l'Oeille à la Dent de Crolles et par la cheminée ouest du Petit Som.

Il est à noter que les connections entre branches de failles élémentaires, à l'échelle décamétrique, voire hectométrique ou kilométrique, répondent également souvent au schéma de Riedel (schémas D et E) : un très bel exemple en est donné par le décrochement de l'Alpette dans le secteur de Saint-Pierre-d'Entremont.

voir aussi microstructures des lèvres de faille

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