Chap. II Introduction aux cartes géologiques Constructions géométriques

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1 Chap. II Introduction aux cartes géologiques Constructions géométriques Objectifs TP3 : savoir orienter un plan dans l espace, représenter des structures géologiques (en 3D) sur une carte (en 2D). BOUR Ivan CFA-UNICEM Chap. II-1: Généralité sur les cartes géologiques, Structures, Géométrie du plan

2 II-1.1 Les cartes géologiques Principe 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. 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).

3 II-1.1 Les cartes géologiques Principe. La carte géologique. Le contour géologique o Roches sédimentaires o Roches magmatiques Extrait de la carte géologique de Gisors au 1/ BRGM(échelle modifiée) o Roches métamorphiques. Couche géologique ou strate

4 II-1.1 Les cartes géologiques Echelles Carte géologique = représentation, sur un fond topographique, des formations géologiques qui affleurent à la surface, où qui sont masquées par un mince recouvrement superficiel (sol). Carte géologique de Lyon au 1/ Etablie à partir de levées sur le terrain par les géologues

5 II-1.1 Les cartes géologiques Echelles Carte géologique de Lyon au 1/ / Carte intermédiaire (synthèse de cartes au 1/50 000)

6 II-1.1 Les cartes géologiques Echelles Carte de synthèse (1/ ) 1/

7 II-1.1 Les cartes géologiques Principe Carte au 1/ : représente la nature lithologique et la disposition géométrique des formations à l aide d un symbolisme. = image des observations d affleurements (carte d affleurement SUR FOND TOPOGRAPHIQUE) + le fruit d une interpolation entre ces mêmes affleurements. Extrait de la carte topographique de Lyon au 1/ Extrait de la carte géologique de Lyon au 1/ Légende : unités géologiques dans l ordre des successions naturelles, âge

8 II-1.1 Les cartes géologiques Principe Problème de la lecture des cartes géologiques : détermination de la géométrie tridimentionnelle des formations géologiques d après l image plane de leur intersection avec la surface topographique Orienter des plans correspondant aux limites de couches 3 cas de complexité croissante : - Structures tabulaires - Structures monoclinales - Structures plissées

9 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Structure tabulaire (stratification horizontale) Photo Davide Olivero Grand Canyon, Colorado

10 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Structure tabulaire (stratification horizontale) Limites de couches parallèles aux courbes de niveau

11 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Stratification monoclinale (limites de couches sont planes et parallèles, mais présentent un PENDAGE) Pierlas (06), dalle de Bathonien inférieur

12 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Structure monoclinale (stratification inclinée) Les limites de couches recoupent les courbes de niveau. Ici, orienter les couches géologiques = orienter des plans dans l espace

13 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Structure plissée (stratification déformée de manière ductile) Stratification plissée Anticlinal Synclinal Anticlinal

14 II-1.1 Les cartes géologiques Structures Structure plissée (stratification déformée de manière ductile) Sous l'action des contraintes tectoniques, les roches peuvent se déformer de façon plus ou moins plastique, en formant des plis.

15 II-1.1 Les cartes géologiques Structures En résumé Structure tabulaire Structure monoclinale Structure plissée

16 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Orientation nécessite la définition de 2 droites remarquables : Horizontale du plan = matérialise, sur le plan P, la trace d un plan horizontal passant par A. Ligne de plus grande pente = visualise la direction d écoulement d un filet d eau sur une surface P. Cette ligne est orthogonale à l horizontale du plan. C est un axe puisqu on la polarise selon son plongement. Donner la géométrie d un plan géologique revient à donner l orientation de ces 2 droites! Horizontale de P P A Ligne de plus grande pente Plan horizontal passant par A

17 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage On mesure, à l aide d une BOUSSOLE : 1. La direction de l horizontale du plan (direction = intersection d une couche inclinée avec un plan horizontal ; mesurée / au Nord selon le sens horaire) 2. Le pendage a du plan (pendage = angle entre 1 couche et 1 plan horizontal ; mesuré avec le clinomètre de boussole) et son secteur géographique de plongement Direction : angle ( ) mesurée par rapport au Nord avec un sens horaire (toujours compris entre 0 et 180 ) N a Pendage

18 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage On mesure, à l aide d une BOUSSOLE : 1. La direction de l horizontale du plan (direction = intersection d une couche inclinée avec un plan horizontal ; mesurée / au Nord selon le sens horaire) 2. Le pendage a du plan (pendage = angle entre 1 couche et 1 plan horizontal ; mesuré avec le clinomètre de boussole) et son secteur géographique de plongement Azimut : angle ( ) mesurée entre l axe du Nord et la ligne de + grande pente avec un sens horaire (compris entre 0 et 360 ). Contrairement à la direction, l azimut a un sens ligne de + grande pente N a Pendage

19 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage On mesure, à l aide d une BOUSSOLE : 1. La direction de l horizontale du plan (direction = intersection d une couche inclinée avec un plan horizontal ; mesurée / au Nord selon le sens horaire) 2. Le pendage a du plan (pendage = angle entre 1 couche et 1 plan horizontal ; mesuré avec le clinomètre de boussole) et son N secteur géographique de plongement Représentation de l orientation d une couche sur une carte : Direction W 75 E 40 S Pendage a 40 L orientation de ce plan est : Direction = N75 Pendage = 40 S

20 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage On mesure, à l aide d une BOUSSOLE : 1. La direction de l horizontale du plan (direction = intersection d une couche inclinée avec un plan horizontal ; mesurée / au Nord selon le sens horaire). 2. Le pendage a du plan (pendage = angle entre 1 couche et 1 plan horizontal ; mesuré avec le clinomètre de boussole) et son N secteur géographique de plongement. Représentation de l orientation d une couche sur une carte : N Direction W 75 E 40 β S Pendage a 40 L orientation de ce plan est : Direction = N75 Pendage = 40 S β a

21 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Pierlas (06), dalle de Bathonien inférieur direction pendage Photo Davide Olivero

22 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Représentation / Signe conventionnel

23 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Représentation / Signe conventionnel

24 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Représentation / Signe conventionnel Méthode des directions et de l azimut Direction Exemple : N 30, 60 NW caractérise un plan dont les lignes horizontales font un angle de 30 avec l aiguille de la boussole et dont le pendage est de 60 vers le NW Azimut Notation avec la méthode des azimuts (flèche) d un plan et relation avec la direction. Valeur de l azimut entre 0 et 360 définit vers où pend la ligne de plus grande pente. plus facile de se représenter un plan par sa direction et sa ligne de plus grande pente (le T des cartes) que par le seul azimut.

25 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Représentation / Signe conventionnel Intensité du pendage

26 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Mesure orientation-pendage Représentation / Signe conventionnel Pendage apparent

27 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Exemple du polycop : Un plan P 3 horizontales de ce plan (aux altitudes 50, 100 et 150 m) AB = ligne de + grande pente A P B H150 H100 H50 H150 H100 Représentation cartographique : Sur la carte, les horizontales sont les ISOHYPSES du plan P A H50 B Carte Nord 50 m échelle Equidistance : 50 m dans cet exemple

28 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace 1 isohypse = lieu des points d un plan qui sont situés à la même altitude (1 isohypse d un plan est une droite horizontale dont les points ont la même altitude). Les isohypses d un plan = famille de droites parallèles et équidistantes. Plans horizontaux isohypse

29 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Construction de l intersection d un plan incliné avec la topographie Construction des isohypses d un plan : considérations Courbe de niveau = ensemble des points de la surface topographique qui sont à la même altitude. La trace cartographique d un plan géologique (S) incliné représente l ensemble des points de ce plan situés sur la surface topographique. 1 isohypse correspond donc à l intersection d un plan géologique avec les courbes de niveau isohypse La droite joignant 2 points, au moins déterminés le long d une même courbe de niveau, est l isohypse d altitude correspondant à celle de la courbe de niveau. isohypse

30 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Exemple simple : i150 i100 i50 carte Trace cartographique d un plan : Trace cartographique Nord isohypse échelle 500m Direction : angle entre le N géographique et la direction d une des isohypses du plan Pendage : rapport trigonométrique établi dans un plan de coupe orthogonal à la direction des isohypses (c. à d. parallèle à la ligne de plus grande pente) donner la géométrie (direction et pendage) de ce plan

31 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Exemple simple : i150 i100 i50 carte Trace cartographique d un plan : donner la géométrie (direction et pendage) de ce plan Nord échelle 500m Direction : angle entre le N géographique et la direction d une des isohypses du plan Pendage : rapport trigonométrique établi dans un plan de coupe orthogonal à la direction des isohypses (c. à d. parallèle à la ligne de plus grande pente) tg a = différence d altitude entre 2 isohypses/distance apparente horizontale (calcul qui fait abstraction de la topographie) 150m 50 A A B,B échelle50m

32 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Exemple simple : i150 i100 i50 carte Trace cartographique d un plan : donner la géométrie (direction et pendage) de ce plan Nord échelle 500m Direction : angle entre le N géographique et la direction d une des isohypses du plan Pendage : rapport trigonométrique établi dans un plan de coupe orthogonal à la direction des isohypses (c. à d. parallèle à la ligne de plus grande pente) tg a = différence d altitude entre 2 isohypses/distance apparente horizontale (calcul qui fait abstraction de la topographie) tg a = 50 m / 430 m Direction : N40 Pendage : 7 mais dans quel sens? 150m 50 A A B,B échelle50m

33 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Détermination du sens des pendages : «règle des V ou du chevron» Le contours dessine, dans les vallées, un «V» dont la pointe est dirigée selon la direction de plongement des surfaces (sauf quand pendage < pente). C est l inverse sur les lignes de crêtes (ouverture du V dirigée dans le sens du pendage). i150 i100 i50 carte Nord échelle 500m Direction : N40 7 SE

34 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Détermination du sens des pendages : «règle des V ou du chevron» Le contours dessine, dans les vallées, un «V» dont la pointe est dirigée selon la direction de plongement des surfaces (sauf quand pendage < pente). C est l inverse sur les lignes de crêtes (ouverture du V dirigée dans le sens du pendage). Technique de détermination graphique du pendage discussion en fin de TP

35 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Détermination du sens des pendages : «règle des V ou du chevron»

36 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Détermination du sens des pendages : «règle des V ou du chevron»

37 II-1.2 Orientation d un plan dans l espace Détermination du sens des pendages : «règle des V ou du chevron»

38 II-1.3 Exercices Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. Equidistance : 50 m Fond de vallée Rappel : cartographier la trace d un plan, c est : Repérer les intersections entre les isohypses de ce plan et les courbes de niveau de même altitude, Relier ces points d intersection en souplesse

39 II-1.3 Exercices B et C sur la même courbe de niveau Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. Tracer d une droite (1) passant par B et C (= plan H1) Tracer d une droite (2) passant par A Tracer des droites présentant une équidistance similaire par rapport à (1) et (2) 100 m Tracer, de manière souple, l isohypse recoupant les intersections entre les droites (plans H) et les courbes de niveau en veillant à passer par les points d affleurement A, B et C

40 II-1.3 Exercices B et C sur la même courbe de niveau Tracer d une droite (1) passant par B et C (= plan H1) Tracer d une droite (2) passant par A Tracer des droites présentant une équidistance similaire par rapport à (1) et (2) Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. 100 m Détermination du sens du pendage??? Tracer, de manière souple, l isohypse recoupant les intersections entre les droites (plans H) et les courbes de niveau en veillant à passer par les points d affleurement A, B et C

41 II-1.3 Exercices B et C sur la même courbe de niveau Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. Tracer d une droite (1) passant par B et C (= plan H1) Tracer d une droite (2) passant par A Tracer des droites présentant une équidistance similaire par rapport à (1) et (2) 100 m Tracer, de manière souple, l isohypse recoupant les intersections entre les droites (plans H) et les courbes de niveau en veillant à passer par les points d affleurement A, B et C Pendage vers l Ouest

42 II-1.3 Exercices Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. On connait le sens du pendage Détermination de la direction??? 0 W E 100 m 90 W 180 Direction : N180

43 II-1.3 Exercices tan a = opp/adj Exercice 1 La trace d un plan P1 affleure au sol en 3 points (A, B et C). Par construction des isohypses, trouvez la direction et le pendage du plan et dessinez sa trace complète sur la carte. W m Direction : N180 d apparente = 100 m Dénivelé isohypse : 50 m N180.26W Pendage : tan a = différence d altitude entre 2 isohypses/distance apparente tan a = opp/adj = 50/100 = 0,5 soit a = 26,5 W

44 II-1.3 Exercices Exercice 2 La trace d un plan P2 touche le sol au point D. Sa direction est N135 et il plonge de 50 m (dénivelé) pour une distance de 100 m vers le Nord- Est. Par construction des isohypses, dessiner la trace du plan sur la carte. N 135 NE Direction : N135

45 II-1.3 Exercices Exercice 2 La trace d un plan P2 touche le sol au point D. Sa direction est N135 et il plonge de 50 m (dénivelé) pour une distance de 100 m vers le Nord- Est. Par construction des isohypses, dessiner la trace du plan sur la carte. N N135 NE Direction : N135 Pendage : 26 NE N135.26NE

46 II-1.3 Exercices Exercice 3 Lorsque le pendage n est pas indiqué sur la carte, on peut le déterminer grâce à la méthode des 3 points.

47 II-1.3 Exercices 540 Exercice 3 Lorsque le pendage n est pas indiqué sur la carte, on peut le déterminer grâce à la méthode des 3 points.

48 II-1.3 Exercices 540 Exercice 3 Lorsque le pendage n est pas indiqué sur la carte, on peut le déterminer grâce à la méthode des 3 points.

49 II-1.3 Exercices Exercice 3 Lorsque le pendage n est pas indiqué sur la carte, on peut le déterminer grâce à la méthode des 3 points.

50 II-1.3 Exercices Exercice 4 Technique de détermination graphique du pendage D1 N C P A E Eq α D2 B D 1. Tracer une droite D1 passant par 2 points A et C de même altitude et appartenant au plan P 2. Tracer une droite D2 parallèle à D1 passant par un point B d altitude différente de A,C D1 et D2 sont deux droites horizontales du plan P 3. Construire un triangle rectangle dont la base Eq = différence d altitude entre D1 et D2. Eq est tracé à l échelle de la carte. Le côté E du triangle est perpendiculaire à D1 et correspond à l écartement de D1 et D2. L angle α opposé à Eq = pendage du plan P α

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