La carte géologique est une représentation, sur un fond topographique, de la nature, de l’âge et de la disposition des roches affleurant à la surface d’une région. Associée à la coupe géologique, qui en donne une vue en profondeur, elle constitue l’outil de base permettant au géologue de reconstituer, étape par étape, l’histoire géologique complète d’une région, depuis les premiers dépôts sédimentaires jusqu’aux déformations tectoniques les plus récentes.
Les éléments constitutifs d’une carte géologique
Une carte géologique comporte plusieurs éléments essentiels : une légende, dans laquelle chaque couleur (et parfois chaque trame) correspond à une formation géologique d’âge et de nature données, classées de la plus récente à la plus ancienne ; des limites de couches (contacts stratigraphiques ou tectoniques) ; et des symboles structuraux indiquant, par exemple, la direction et le pendage des couches, l’emplacement des failles, ou l’axe et le sens d’un pli (anticlinal, synclinal). L’échelle de la carte précise le rapport entre les distances mesurées sur le document et les distances réelles sur le terrain.
La construction d’une coupe géologique
Une coupe géologique est une vue verticale, en profondeur, le long d’une ligne choisie sur la carte. Sa construction consiste à tracer d’abord le profil topographique le long de cette ligne, puis à reporter, à l’aplomb de chaque point où la ligne de coupe croise une limite de couche sur la carte, l’altitude de cette limite. On relie ensuite ces points en tenant compte du pendage indiqué sur la carte, ce qui permet d’extrapoler raisonnablement la position des couches en profondeur, au-delà de ce qui est directement observable en surface.
Relations géométriques entre les couches : concordance et discordance
Deux couches sont dites en concordance lorsqu’elles sont parallèles entre elles, signe d’une sédimentation continue sans interruption majeure. On parle de discordance lorsque des couches plus récentes reposent, avec un contact net, sur des couches plus anciennes ayant subi une déformation et/ou une érosion avant le dépôt des premières (discordance angulaire) ; une discordance peut aussi correspondre à une simple interruption de la sédimentation sans déformation notable (lacune, ravinement). Une discordance matérialise toujours un événement : émersion, érosion, parfois déformation tectonique, entre deux épisodes de sédimentation.
Démarche de reconstitution de l’histoire géologique d’une région
La reconstitution de l’histoire géologique d’une région combine les principes stratigraphiques (superposition, recoupement, identité paléontologique) et la lecture de la carte et de la coupe : on identifie d’abord la succession des dépôts sédimentaires (du plus ancien au plus récent), puis on situe, grâce au principe de recoupement et aux discordances, les événements tectoniques (failles, plis) et magmatiques (filons, intrusions) par rapport à cette succession sédimentaire. On obtient ainsi un récit chronologique ordonné des grandes étapes qu’a connues la région.
Exemple de démarche d’interprétation
Sur une carte simplifiée montrant, du plus ancien au plus récent d’après la légende, un socle plissé, une série sédimentaire concordante le surmontant en discordance angulaire, puis une faille normale affectant l’ensemble sauf la couche la plus superficielle, on peut reconstituer l’histoire suivante : dépôt et plissement des terrains du socle ; érosion de ce relief plissé (aplanissement) ; transgression marine et dépôt, en discordance, de la série sédimentaire concordante ; puis phase de distension tectonique responsable de la faille normale, antérieure au dépôt de la couche la plus récente qui la scelle.
Exercices
Exercice 1 — Citer trois éléments que l’on trouve obligatoirement sur une carte géologique et préciser le rôle de chacun.
Exercice 2 — Expliquer, en deux ou trois étapes, comment on construit une coupe géologique à partir d’une carte géologique et d’un profil topographique.
Exercice 3 — Définir les termes « concordance » et « discordance » entre deux couches, et préciser ce que traduit géologiquement une discordance angulaire.
Exercice 4 — Sur une carte, une couche de calcaire C1 est recoupée par une faille F, elle-même scellée (non recoupée) par une couche de grès G1 déposée horizontalement au-dessus. Établir la chronologie relative entre C1, F et G1 en justifiant chaque relation.
Exercice 5 — Une région présente, de la plus ancienne à la plus récente d’après la légende de la carte : (1) un socle métamorphique plissé ; (2) une série sédimentaire calcaire concordante, en discordance angulaire sur le socle ; (3) un filon de basalte recoupant à la fois le socle et la série calcaire. Reconstituer, dans l’ordre, les grands événements de l’histoire géologique de cette région.
Exercice 6 — Sur une coupe géologique, on observe une série de couches sédimentaires plissées en un synclinal, recoupée par une faille normale qui décale les deux flancs du pli, l’ensemble étant surmonté en discordance par une couche horizontale non affectée par la faille. Proposer, en la justifiant à chaque étape, la succession chronologique des événements ayant affecté cette région (dépôt, plissement, faille, discordance).
Exercice 7 — Une carte géologique montre un massif granitique entouré d’une auréole de roches métamorphiques, elle-même en contact, par une discordance angulaire, avec une série sédimentaire calcaire horizontale non déformée, elle-même recoupée par une faille normale qui n’affecte pas une dernière couche d’alluvions récentes. a) Identifier, en justifiant, l’ordre chronologique de mise en place de chacun des éléments cités. b) Rédiger, en quelques phrases, le récit synthétique de l’histoire géologique de cette région, du plus ancien épisode au plus récent.
Corrigés
Corrigé 1 — On trouve obligatoirement : (1) une légende, qui associe à chaque couleur/trame une formation géologique datée, classée par âge décroissant, et qui permet d’identifier la nature et l’âge des terrains représentés ; (2) les limites de couches (contacts stratigraphiques ou failles), qui délimitent l’extension spatiale de chaque formation ; (3) des symboles structuraux (pendage, direction, axes de plis, failles), qui renseignent sur la disposition tridimensionnelle et l’histoire tectonique des terrains. On peut y ajouter l’échelle, indispensable pour toute mesure sur la carte.
Corrigé 2 — On trace d’abord, le long de la ligne de coupe choisie sur la carte, le profil topographique (variation de l’altitude en fonction de la distance). On reporte ensuite, sur ce profil, les points où la ligne de coupe croise chaque limite de couche visible sur la carte, à l’altitude correspondante. Enfin, on relie ces points en profondeur en tenant compte du pendage indiqué par les symboles de la carte, ce qui permet d’extrapoler raisonnablement le tracé des couches sous la surface.
Corrigé 3 — Deux couches sont en concordance lorsqu’elles sont parallèles entre elles, traduisant une sédimentation continue. Elles sont en discordance lorsqu’un contact net sépare une série inférieure d’une série supérieure, avec interruption de la sédimentation entre les deux. Une discordance angulaire, en particulier, traduit une histoire en plusieurs temps : dépôt de la série inférieure, déformation tectonique (plissement, basculement) de cette série, érosion qui aplanit le relief créé, puis dépôt discordant de la série supérieure, horizontale, sur la surface érodée.
Corrigé 4 — D’après le principe de recoupement, la faille F, qui recoupe la couche C1, lui est postérieure : C1 est donc plus ancienne que F. La couche G1, qui n’est pas affectée par la faille (elle la scelle), est plus récente que F. La chronologie relative complète est donc : dépôt de C1 → mise en place de la faille F → dépôt de G1.
Corrigé 5 — 1) Formation puis plissement du socle métamorphique (déformation ancienne). 2) Érosion du relief créé par ce plissement, aplanissant la surface. 3) Transgression marine et dépôt, en discordance angulaire sur le socle érodé, de la série sédimentaire calcaire. 4) Mise en place, plus tardivement, du filon de basalte, qui recoupe à la fois le socle et la série calcaire et leur est donc postérieur (principe de recoupement).
Corrigé 6 — 1) Dépôt de la série de couches sédimentaires (sédimentation initiale). 2) Plissement de cette série, formant le synclinal (déformation tectonique compressive postérieure au dépôt). 3) Mise en place de la faille normale, qui recoupe le pli et décale ses flancs : elle est donc postérieure au plissement (principe de recoupement). 4) Érosion du relief ainsi formé, puis dépôt, en discordance, de la couche horizontale la plus récente, qui n’est affectée ni par le pli ni par la faille et qui scelle donc l’ensemble des événements précédents.
Corrigé 7 — a) Ordre chronologique : le massif granitique et son auréole métamorphique se mettent en place en premier (le métamorphisme résultant du contact avec le granite) ; suit une phase d’érosion qui aplanit ce massif ; la série sédimentaire calcaire se dépose ensuite en discordance angulaire sur cette surface érodée ; la faille normale, qui recoupe cette série calcaire, lui est postérieure (principe de recoupement) ; enfin, les alluvions récentes, non affectées par la faille, se déposent en dernier, scellant l’ensemble. b) Récit synthétique : la région a d’abord connu la mise en place d’un massif granitique en profondeur, provoquant un métamorphisme de contact dans les roches encaissantes. Ce massif a ensuite été exhumé et érodé, aplanissant le relief. Une transgression marine a alors permis le dépôt d’une épaisse série calcaire, en discordance sur le socle granito-métamorphique érodé. Une phase de distension tectonique a ensuite affecté la région, créant une faille normale qui a décalé la série calcaire. Enfin, le dépôt d’alluvions récentes, non affectées par la faille, marque le dernier épisode connu de l’histoire géologique de la région.
