PLIS (géologie)

PLIS (géologie)

Les plis sont des accidents tectoniques, c’est-à-dire des déformations affectant la croûte terrestre. À moyenne échelle, ils sont souvent plus directement apparents – et plus diversifiés dans leur forme – que les failles, les chevauchements et les charriages; aussi sont-ils plus connus, à tel point que l’on parle généralement de «chaînes plissées» pour désigner les chaînes de montagnes, dont ils déterminent la structure et la morphologie (cf. BASSIN SÉDIMENTAIRE, CHAÎ- NES - Géomorphologie, CHAÎNES DE MONTAGNES - Typologie, MASSIFS ANCIENS), ou de «plissement» comme synonyme de l’orogenèse. C’est cependant accorder aux plis trop d’importance, les autres accidents tectoniques jouant fréquemment un rôle plus déterminant dans la formation des montagnes.

Définitions

Les plis sont des ondulations des couches auxquelles on donne le nom d’anticlinal ou de synclinal : le cœur du pli étant du côté de la concavité de celui-ci, un anticlinal est un pli dont le cœur est constitué par les couches les plus anciennes; un synclinal est un pli dont le cœur est constitué par les couches les plus récentes.

En prenant l’exemple d’un pli anticlinal droit, c’est-à-dire à plan de symétrie vertical, on définit (fig. 1): le plan axial , plan de symétrie du pli; la charnière , intersection d’une couche avec le plan axial; l’axe , intersection du plan axial et d’un plan horizontal; les flancs , parties du pli situées de part et d’autre du plan axial; la terminaison périclinale (périanticlinale dans le cas présent), région où se termine le pli dans la direction de l’axe; le pendage , ou plongement des flancs, inclinaison des couches dans le plan perpendiculaire au plan axial; le plongement périclinal , inclinaison des couches dans le plan axial du pli, au niveau de la terminaison périclinale; la crête , point le plus élevé atteint par une couche et où le pendage s’annule. Crête et charnière sont confondues dans le cas d’un plan axial vertical (pli droit), ce qui est le cas dans la figure 1. Enfin, en ce qui concerne une couche, on appelle extrados le côté convexe du pli, et intrados le côté concave, c’est-à-dire celui qui est situé vers le cœur du pli, qu’il s’agisse d’un anticlinal ou d’un synclinal (fig. 5).

D’une manière générale, anticlinal et synclinal se succèdent régulièrement, de sorte que le flanc d’un anticlinal est en même temps le flanc du synclinal voisin; on peut à la rigueur, et par commodité, limiter le flanc de l’un et de l’autre à l’endroit du changement du sens de courbure des couches, où se place un point d’inflexion. Si un pli est tout à fait régulier, les points d’inflexion de ses flancs sont contenus dans un plan horizontal. L’intersection de ce plan avec le pli permet de définir, selon l’axe, la longueur L du pli entre les deux terminaisons périclinales, et la largeur l dans le plan perpendiculaire (fig. 2): lorsque la longueur est égale ou supérieure à deux fois la largeur, on parle simplement d’anticlinal ou de synclinal; lorsque la longueur est comprise entre la largeur et le double de celle-ci, on désigne le pli par le terme brachyanticlinal ou brachysynclinal ; lorsque la longueur est sensiblement égale à la largeur, on parle de dôme (anticlinal) ou de cuvette (synclinal).

Les plis ainsi définis sont dit cylindriques quand leurs axes sont parallèles; mais, le plus souvent, ils sont coniques – quand leurs axes sont convergents –, voire quelconques (fig. 3).

Classification

On peut classer les plis selon deux points de vue principaux: l’un géométrique, l’autre génétique. On peut aussi les considérer en fonction de leurs dimensions, ainsi que d’un point de vue cinématique.

Point de vue géométrique

On définit les plis, du point de vue géométrique, selon la position de leur plan axial ou selon l’étirement des couches accompagnant leur plissement.

En fonction de la position du plan axial, on définit (fig. 4 a): les plis droits , au plan axial vertical, dans lesquels charnière et crête se trouvent confondues, cette dernière pouvant être plane et les flancs verticaux, comme dans le pli «coffré»; les plis dissymétriques , au plan axial incliné, dans lesquels la crête est décalée, par rapport à la charnière, du côté du flanc qui a le plus faible pendage. Dans les plis dissymétriques, les pendages peuvent être de sens opposés (pli simplement déjeté ) ou de même sens (plis déversé , renversé ou couché ), et, dans ce dernier cas, l’un des flancs est «inverse», l’autre «normal»; dans le pli en genou , l’un des flancs est vertical. Enfin, dans certains cas, un pli peut être retourné, si bien qu’un anticlinal apparaît comme un synclinal, et inversement.

En fonction de l’étirement des couches, on définit les plis (fig. 4 b): étiré , lorsque les couches sont étirées sans être rompues; laminé , quand les couches sont étirées au point d’être rompues, au moins certaines d’entre elles; chevauchant , quand, la rupture s’accentuant, l’un des flancs se déplace par rapport à l’autre selon une surface dite de chevauchement. La partie «frontale» d’un pli chevauchant correspond à la position de la charnière anticlinale, et la partie «radicale» à la position de la charnière synclinale; la portée du chevauchement est la distance séparant, pour une couche donnée, le front de la racine.

En principe, un pli peut être décrit par deux qualificatifs empruntés respectivement aux deux classifications; mais, si les plis étirés et laminés peuvent être quelconques, les plis chevauchants sont nécessairement déversés, renversés ou couchés, tout chevauchement ayant une composante horizontale.

Point de vue génétique

Sur le plan génétique, on peut définir des plis concentriques et des plis semblables (fig. 4 c).

Les plis concentriques sont tels que les couches y conservent leur épaisseur. Il en résulte que, considérant par exemple un anticlinal, le rayon de courbure des couches de plus en plus profondes diminue progressivement jusqu’à être nul. Au-delà de ce niveau limite, les couches situées plus bas ont donc obligatoirement un comportement différent: il y a disharmonie de plissement (cf. La disharmonie ) de part et d’autre. En réalité, le phénomène est retardé par le fait que la disharmonie est entre chaque couche: dans la genèse d’un pli concentrique, les couches glissent les unes sur les autres selon les plans qui les séparent (plans de stratification, s’il s’agit de roches sédimentaires); l’image en est facilement donnée par le ploiement d’un jeu de cartes ou d’un livre dont on voit bien que les pages ont glissé les unes sur les autres par la déformation de sa tranche. Renversant l’ordre du raisonnement, c’est-à-dire lui restituant son contexte naturel, on voit que le pli concentrique est le mode de déformation des roches feuilletées, le feuilletage permettant ces glissements différentiels: c’est par excellence le pli des roches sédimentaires, à cause de leur stratification. Les plis concentriques produisent un raccourcissement des couches qu’ils affectent: le raccourcissement maximal est contenu dans un plan perpendiculaire au plan axial et il est égal à la différence de la longueur de la couche dans ce plan entre les deux points d’inflexion qui limitent les flancs du pli et la distance qui sépare ceux-ci en droite ligne.

Les plis semblables sont des plis tels que les courbes des surfaces plissées successives sont identiques: elles se déduisent les unes des autres par une simple translation parallèle au plan axial; l’épaisseur des couches n’est donc pas conservée. De tels plis peuvent être obtenus par des glissements parallèles au plan axial; l’image en est obtenue sur la tranche d’un jeu dont on fait glisser les cartes les unes sur les autres: alors que le plan axial du pli concentrique est perpendiculaire aux cartes vues sur la tranche, celui du pli semblable leur est parallèle. On observe qu’il n’est pas besoin que la roche soit préalablement stratifiée et qu’il n’y a pas de raccourcissement évident correspondant à de tels plis.

Plis concentriques et plis semblables ont une répartition caractéristique. Grossièrement, au-dessus du domaine du métamorphisme, autrement dit dans la superstructure, se forment des plis concentriques; ceux-ci affectent presque uniquement les roches sédimentaires en raison de leur stratification, tandis que les socles cristallins y sont rebelles en raison de leur homogénéité; c’est la raison de la distinction la plus simple dans la superstructure: le socle casse, la couverture se plisse. Dans le domaine du métamorphisme, autrement dit dans l’infrastructure, tendent à se développer, au contraire, des plis semblables à différentes échelles: c’est notamment dans le domaine de la minitectonique et de la microtectonique de l’infrastructure que les plis semblables abondent ^{[cf. TECTONIQUE]}.

Point de vue dimensionnel

L’ensemble de ces distinctions peut être fait à différentes échelles.

Les plis proprement dits ont des dimensions allant de l’hectomètre au kilomètre; ils constituent des éléments du paysage.

À plus petite dimension, on définit des miniplis (du décamètre au décimètre), des microplis (du centimètre au millimètre) et des nanoplis . Si les miniplis sont encore visibles à l’affleurement, certains microplis ne peuvent s’étudier qu’au microscope, comme ceux qui peuvent affecter un cristal de mica (cf. STRUCTUROLOGIE - Géologie). Miniplis, microplis et nanoplis ont les mêmes caractéristiques que les plis; notamment, ils peuvent être concentriques ou semblables. Ils abondent particulièrement dans l’infrastructure, témoignant de son intense déformation.

À plus grande échelle, on définit des mégaplis , d’ordre décakilométrique ou plus; dans un paysage, ils ne sont visibles que partiellement et doivent être reconstitués par une étude cartographique dont l’échelle dépend de celle des mégaplis. Ceux-ci entrent le plus souvent dans la catégorie des plis de fond , à grand rayon de courbure, qui déforment l’ensemble du socle et de la couverture sédimentaire. Les antéclises et les synéclises sont des plis de fond anticlinaux et synclinaux dont la largeur peut atteindre 100 kilomètres ou plus. Ils se rencontrent surtout dans les domaines de plate-forme (par exemple, la plate-forme russe). À la limite, les bassins sédimentaires, comme le bassin de Paris, sont des synéclises en forme de cuvette ^{[cf. BASSIN SÉDIMENTAIRE]}, et les massifs anciens, comme le Massif schisteux rhénan, des antéclises en forme de dôme ^{[cf. MASSIFS ANCIENS]}.

Point de vue cinématique

En se limitant à un pli droit, et en se plaçant dans un plan perpendiculaire à l’axe du pli (fig. 5 a et b), on voit que la déformation est différente en tous les points du pli, maximale aux charnières dans le cas du pli concentrique, ou dans les flancs dans le cas du pli semblable. En outre, raccourcissement et allongement sont associés dans les charnières comme dans le flancs; ce qui conduit, pour les plis concentriques, à la formation de fentes de tensions à l’extrados et de stylolites ^{[cf. TECTONIQUE]} de compression à l’intrados (fig. 5 c).

Dans la formation d’un pli, la contrainte principale est perpendiculaire à l’axe du pli, ce qui correspond, en outre, au sens du déplacement. Cependant, dans les zones de grands déplacements horizontaux (charriages), notamment dans l’infrastructure, l’accentuation de la déformation conduit à des plis en fourreau allongés selon la contrainte maximale (fig. 5 d). Leur reconnaissance est capitale pour la compréhension de la déformation régionale, puisque leur allongement est perpendiculaire à celui des plis les plus courants.

La disharmonie

La disharmonie peut se définir, dans le plissement concentrique, comme un plissement différentiel d’une couche à l’autre, à la faveur de glissements le long des plans de stratification; elle est donc générale et la cause même du développement des plis concentriques.

Modalités générales

À l’égard du plissement, les différents types de roches ne se comportent pas de la même manière: les plis seront d’autant plus souples que la roche est plus litée et moins rigide, et inversement. On dit, dans le premier cas, que la roche est incompétente et, dans le second, qu’elle est compétente : par exemple, les calcaires, les grès seront des roches compétentes, les schistes et les argiles des roches incompétentes. Or, dans le détail, une série sédimentaire est formée d’une alternance de roches plus ou moins compétentes; de sorte qu’une disharmonie plus ou moins importante se marque entre les unes et les autres: les strates incompétentes tendent à se plissoter, notamment dans les charnières anticlinales, qui se trouvent gonflées d’autant (fig. 6 a).

À grande échelle, le plissement tend à s’accentuer en profondeur par une disharmonie grandissante jusqu’à une limite au-dessous de laquelle le comportement des couches est brusquement différent; cette limite, en général déterminée par l’existence d’une couche particulièrement plastique (telles les couches de gypse ou de sel), est marquée par une surface de décollement (fig. 6 b), entre ce que, au sens tectonique, on appelle socle au-dessous et couverture au-dessus. Indépendants du socle, les plis qui en résultent sont alors dits plis de couverture , par opposition aux plis de revêtement (fig. 6 c), qui résultent de l’adaptation des terrains sédimentaires aux déformations du socle et sont dépendants de celui-ci.

Cas particuliers

La disharmonie présente des cas particuliers quand les caractéristiques mécaniques des couches sont très différentes.

Quand certaines couches, comme le gypse et le sel, sont particulièrement incompétentes, la disharmonie devient considérable et les masses de sel ou de gypse peuvent percer les couches qui les surmontent, pour former des plis diapirs , à noyau perçant. Ces plis diapirs peuvent affecter les formes les plus variées (fig. 6 e): ils peuvent être droits ou plus ou moins couchés; le noyau de sel peut être plus ou moins perçant, jusqu’à être expulsé et perdre ses relations directes avec la masse principale de sel. Les diapirs ont été décrits pour la première fois dans les Carpates roumaines, autour de noyaux de sel néogène; mais ils existent dans toutes les chaînes de montagnes où l’on connaît des niveaux de gypse ou de sel; ainsi, en France, on les rencontre dans les Pyrénées, en Provence, dans les Alpes, dans le Jura, où ils sont provoqués par des noyaux de gypse ou de sel triasiques.

Le pli diapir ne doit pas être confondu avec le bourrage (fig. 6 d), qui est un simple cas de gonflement disharmonique des charnières anticlinales, souvent réalisé dans les chaînes où l’on trouve des plis coffrés; ainsi, dans le Jura, la plupart des anticlinaux sont-ils bourrés de Trias; il va de soi que certains bourrages peuvent s’exagérer en diapirs. Le pli diapir doit également être distingué des dômes de sel (fig. 6 f), qui sont de vastes montées de masses salifères, indépendamment de contraintes tectoniques: en effet, ils sont en général situés dans des régions dont les terrains sont, par ailleurs, restés horizontaux, comme l’Allemagne du Nord ou encore le Texas. Il semble que la montée de ces dômes de sel soit liée à la différence de densité entre le sel plus léger et les roches encaissantes, qui s’ajoute à la plasticité plus grande du sel ^{[cf. DIAPIRISME]}.

Enfin, il faut signaler qu’en certains points du monde, comme en Iran, en Afrique du Nord (près de Djelfa, par exemple), existent des montagnes de sel. Étant donné la particulière solubilité de celui-ci, qui en fait une des roches les plus facilement érodables, il faut admettre que ces montagnes sont des diapirs qui fonctionnent encore actuellement.

Quand certaines couches sont particulièrement incompétentes, comme un banc de calcaire massif noyé dans une série argileuse, tandis que celle-ci dessine des plis souples, la barre calcaire tend à se rompre et à faire extrusion ; ce cas très fréquent a été défini dans les Pyrénées occidentales (fig. 6 g).

Groupement des plis

Les plis sont rarement isolés; ils se groupent pour former tout ou partie de certaines chaînes de montagnes. Ils peuvent constituer des groupements élémentaires, tels l’anticlinorium , ensemble de plis qui dessinent un anticlinal à plus grande échelle, le synclinorium , ensemble de plis qui dessinent un synclinal (fig. 7). Plusieurs plis qui se succèdent, identiques entre eux, de telle sorte que leurs flancs aient tous le même pendage, définissent un style isoclinal , surtout répandu pour les plis déversés (fig. 8). Des anticlinaux étroits, séparés par de larges synclinaux, relèvent d’un style éjectif ; au contraire d’anticlinaux et de synclinaux sensiblement de même dimension et plus ou moins «coffrés», dont le style est déjectif (fig. 9).

Mais, dans la plupart des chaînes de montagnes, les plis s’associent, selon des styles structuraux (dans l’espace) et régionaux (dans le temps) caractéristiques ^{[cf. TECTONIQUE]}, à d’autres accidents tout aussi fondamentaux: en fait, ce sont les failles qui jouent le rôle essentiel dans la genèse des reliefs ^{[cf. OROGENÈSE]}. L’expression «chaîne plissée» ne doit donc pas faire illusion.

Encyclopédie Universelle. 2012.