Pour les articles homonymes, voir Faille (homonymie) .

En geologie , une faille est une structure tectonique consistant en un plan ou une zone de rupture le long duquel deux blocs rocheux se deplacent l'un par rapport a l'autre. Ce plan divise un volume rocheux en deux compartiments qui ont glisse l'un par rapport a l'autre dans un contexte de deformation fragile. Ce deplacement et la deformation cisaillante sont dus aux forces exercees par les contraintes tectoniques , qui resultent de la tectonique des plaques ou a la force gravitaire ( instabilite gravitaire ). La valeur du deplacement est le rejet de faille .

Le langage touristique emploie souvent a tort le mot faille pour designer des diaclases , fissures sans decalage des compartiments. La fracture est un terme plus general designant toute cassure avec ou sans rejet, de terrains, de roches, voire de mineraux.

Les failles existent depuis l'echelle microscopique (millimetrique) jusqu'a celle des plaques tectoniques (plusieurs centaines de kilometres). Les grandes failles se trouvent aux limites de plaques et aussi au sein des zones deformees intraplaques. Les failles plus modestes sont souvent masquees par le couvert vegetal ou les formations superficielles .

De facon simplifiee et de maniere pratique, les sismologues distinguent ^{[ 1 ]}  : les failles inactives (aucun mouvement depuis plusieurs milliers d'annees ^{[ note 1 ]} et qui a priori n'en engendreront pas de nouveau), les failles actives   (en) asismiques (ayant subi un mouvement recent, elles ne generent aucun seisme ou ont une sismicite diffuse de tres faible magnitude, leur vitesse de glissement annuel etant de l'ordre millimetrique ou inframillimetrique) et les failles actives sismogenes qui sont responsables de la majorite des tremblements de terre . Ceux-ci sont dus au glissement rapide (quelques secondes a quelques dizaines de secondes) sur le plan de faille lors du brusque relachement des contraintes accumulees de facon elastique pendant une longue periode intersismique. En realite, la complexite d'une faille qui montre des relais et des portions diverses (actives, asismiques et inactives), interdit d'appliquer des modeles simples explicatifs.

Les failles conjuguees resultent d’une meme contrainte . Elles peuvent etre synthetiques ayant le meme sens qu’une autre faille plus importante servant de reference, ou antithetiques ayant un sens oppose a une autre faille plus importante servant de reference.

Terminologie [ modifier | modifier le code ]

Origine du terme [ modifier | modifier le code ]

Faille est un deverbal de l'ancien francais faillir, litteralement ≪ manquer ≫, terme utilise par les mineurs du Nord-Est de la France lorsqu'il ne trouvaient plus le filon ou la couche qu'ils exploitaient. Ils disaient alors que cette couche avait ≪ failli ≫, c'est-a-dire qu'elle manquait car elle avait ete decalee par une discontinuite ^{[ 2 ]} .

Nomenclature relative aux failles [ modifier | modifier le code ]

Il existe toute une terminologie autour de la faille ^{[ 6 ]}  :

• Champ de failles : recoupement de failles dans plusieurs directions dans un secteur donne
• Compartiments : blocs rocheux separes par une faille, l'un est ≪ souleve ≫, l'autre ≪ affaisse ≫
• Cosismique : mouvement sur la faille lors du seisme, qui montre souvent plusieurs zones de glissement dont la repartition spatiale est controlee par les variations de resistance de la faille
• Crochon de faille : courbure brusque des couches au contact d'une faille, la torsion de ces couches s'effectuant en sens inverse du deplacement des deux compartiments
• Dislocation : deplacement moyen des deux blocs le long de la faille, appele aussi coulissage, glissement ou glissement cosismique
• Escarpement de faille  : talus entre les deux blocs, donne par le jeu de la faille ^{[ note 2 ]}
• Faisceau de failles : ensemble de failles ayant globalement la meme direction (failles paralleles ou subparalleles) dans un secteur donne
• Jeu : mouvement qui deplace les levres d'une faille l'une par rapport a l'autre (on dit que la faille joue)
• Levres : Surfaces de contact engendrees par la cassure sur chacun des bloc separes
• Miroir de faille : section du plan de faille ayant subi par frottement un polissage mecanique ou affecte de stries, de rayures, de cannelures orientees dans le sens du deplacement. Morphologiquement, il s'agit de la partie visible en surface du plan de faille, souvent recristallisee
• Plan de faille : surface de glissement, verticale ou oblique, d'un compartiment par rapport a l'autre
• Regard : cote vers lequel plonge la levre du compartiment souleve
• Rejet de faille  : ampleur du deplacement relatif d'un compartiment par rapport a l'autre le long du plan de faille
• Rejeu : reactivation d'une faille ancienne (dans le meme sens ou un autre sens) qui presente une seconde denivellation.

Types de failles [ modifier | modifier le code ]

Suivant le type de mouvement relatif, on definit trois principaux types de failles : faille normale, faille inverse, decrochement.

• 
  Les 3 principaux types de failles qui correspondent aux trois types de mouvements tectoniques ( transformant , divergent , convergent ). Ce bloc-diagramme masque deux faits : bon nombre de failles sont composites et ont ces trois composantes ; les failles visibles sont rares par rapport aux failles aveugles qui ne se traduisent par aucun decalage en surface.

Faille normale [ modifier | modifier le code ]

Une faille normale accompagne une extension ; le compartiment au-dessus de la faille ("toit") descend par rapport au compartiment situe en dessous de la faille ("mur"). La geometrie obtenue entre des failles normales de pendage convergent oppose est appelee graben . L'inverse (faille normale de pendage divergent oppose) correspond a un horst .

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  Faille normale en bordure de Þingvellir ( Islande ).
• 
  Animation.
• 
  Faille normale pres de Vercorin ( Valais ).

Faille inverse [ modifier | modifier le code ]

Une faille inverse , ou chevauchement accompagne une compression ; le compartiment au-dessus de la faille ("toit") monte par rapport au compartiment situe en dessous de la faille ("mur").

Decrochement [ modifier | modifier le code ]

Un decrochement accompagne un mouvement de coulissage essentiellement horizontal ; les decrochements purs (faille verticale et deplacement horizontal) ne s'accompagnent d'aucun mouvement vertical. Les decrochements peuvent etre dextres ou senestres , suivant que le compartiment oppose a l'observateur se deplace vers la droite ou la gauche (respectivement).

Reliefs de failles [ modifier | modifier le code ]

Le role geomorphologique des failles peut etre direct (le relief traduit l'ampleur de la denivellation verticale), indirect (l' erosion differentielle exploite les differences de durete des roches de part et d'autre du plan de faille), direct et indirect (le relief resulte du jeu combine de la tectonique et de l'erosion differentielle). Il resulte de ces differencers des types varies de reliefs de faille, avec ou sans ^{[ note 3 ]} escarpement. L'influence de la structure faillee sur le reseau hydrographique peut etre caracterisee par l'adaptation a cette structure (une vallee installee a l'emplacement de la faille sera dite vallee de ligne de faille) ^{[ note 4 ]} ou l'inadaptation, soit par l' antecedence (le cours d'eau precede le jeu de la faille) soit par l'epigenie ou surimposition (le cours d'eau passe au-dessus de l'escarpement remblaye apres l'avoir entaille). Lorsque la faille met en contact des roches differentes, elle peut se traduire par une veritable dissociation entre les paysages, avec des variations en termes de vegetation, de pratiques agricoles ^{[ 7 ]} .

Relations hydrogeologiques et geochimiques [ modifier | modifier le code ]

En surface, les failles et faillettes interferent fortement avec la circulation horizontale et verticale de fluides (eau mineralisee, entre autres) dans le sol (en surface et jusqu'a plusieurs metres de profondeur) ainsi qu'avec le systeme racinaire des plantes et surtout des arbres dont certaines racines peuvent etre retrouvees jusqu'a plusieurs dizaines de metres de profondeur. On trouve parfois l'equivalent d'une veritable toile racinaire dans le plan d'une faille, jusqu'a plusieurs metres de profondeur parfois. Dans les roches carbonatees (calcaires), les racines produisent des acides organiques qui leur permettent de dissoudre la roche et d'eviter le colmatage eventuel des fracturations de la roche par une (re)cristallisation du calcium dissous.

Localement des biofilms bacteriens ou des concretions ferrugineuses (dans un gres ferrugineux par exemple) peuvent se former.

Meme en profondeur, les failles peuvent etre le lieu d'une circulation preferentielle de l'eau, plus ou moins verticale. Ainsi, les mineurs detectaient-ils souvent l'approche d'une faille (dans un filon de charbon ) par une augmentation des infiltrations et des suintements a travers les roches du gisements ^{[ 8 ]} .

Les failles sont egalement frequemment associees a des mineralisations ( calcite , quartz , chlorite , epidote , hematite , etc) suivant les conditions mineralogiques et thermiques . Le broyage associe au mouvement forme des breches de faille (incohesives), des cataclasites (cohesives) ou des veritables gouges de faille (argiles de faille formees par friction tectonique).

Relation avec les seismes [ modifier | modifier le code ]

Cartes des failles actives [ 9 ] et de la sismicite historique [ 10 ] en France metropolitaine elaborees par les scientifiques du Resif . Comme ses pays voisins de l' Europe de l'Ouest , l'Hexagone peut etre defini comme une region continentale stable a fort heritage structural du socle . Cet heritage (failles, epaisseur et composition de la croute ) joue un role primordial dans le rejeu de grandes failles heritees de phases tectoniques anterieures et qui controlent la sismicite actuelle.

Des failles peuvent resulter de tremblement de terre, ou modifier les mouvements de la roche en cas de seismes. Inversement, les seismes tectoniques sont le resultat de mouvements sur une faille preexistante, dont les contraintes de blocage se sont suffisamment accumulees pour exceder la resistance des roches.

La rupture et le glissement le long de la faille s'accompagnent d'un tremblement de terre . Le potentiel sismogene d'une faille est evalue par le taux de deformation dans la zone de faille, la magnitude maximale et le temps de recurrence (periode de retour). Dans les cas relativement rares de glissement libre, apparemment asismique (sur les temps d'observation humaine), on parle de fluage , de mouvement de convergence, ou encore de seisme lent .

Le mecanisme de rupture d'une faille sismogene comprend 3 stades (notion de ≪  cycle sismique  ≫) ^{[ 11 ]}  :

• Accumulation de contraintes au niveau de la faille qui est bloquee
• Initialisation de la rupture (modele de la nucleation qui prend en compte la deformation elastique puis plastique lorsque le seuil d’elasticite est depasse, enfin rupture)
• Fin de la rupture sismique (quelques secondes plus tard).

On represente en general le mouvement de la faille a la source du seisme par une projection stereographique , le mecanisme au foyer .

Par des calculs de lois d'echelle sur de nombreux seismes, les sismologues etablissent des relations statistiques entre la longueur de la rupture, la valeur de la dislocation sur une faille (exprime en m) ^{[ note 5 ]} , la duree de la rupture et la magnitude d'un seisme notee M _w (associee a l'energie sismique liberee lors de la rupture de la faille ^{[ note 6 ]} a l'origine du seisme) ^{[ 13 ] , [ 14 ]}  :

Association des longueurs, profondeur, epaisseur, complexite [ modifier | modifier le code ]

Dimensions [ modifier | modifier le code ]

Il existe une relation entre :

• la longueur de la faille (en carte)
• la profondeur de la faille
• le mouvement total sur cette faille
• l'epaisseur de la zone fracturee

On peut souvent considerer qu'une faille longue d'environ 10  km affecte une epaisseur de roche d'un kilometre environ, pour un mouvement total hectometrique (~100 metres) et une epaisseur de la fracturee decametrique (~10 metres). Cette relation geometrique est neanmoins tres variable suivant le contexte et le type de faille ^{[ref. necessaire]} .

Structures associees a une deformation cassante [ modifier | modifier le code ]

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Transition cassant-ductile [ modifier | modifier le code ]

La transition entre la deformation ductile , continue et la deformation cassante (discontinue, faille) depend de la vitesse de deformation , de la mineralogie de la roche encaissante et de la structure de la roche (presence ou non d'anisotropies).

Il est classiquement admis que la transition ductile-cassant se situe vers 15  km de profondeur pour le granite ^{[ 15 ]} .

La transition cassant-ductile se fait a une temperature de 100   °C pour l'argile, 250   °C pour le calcaire , 450   °C pour le granite , 550   °C pour le gabbro et 650   °C pour la peridotite . Elle se fait donc a environ 4  km de profondeur pour les roches sedimentaires , 15  km pour le granite et 60  km pour la peridotite.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Notes [ modifier | modifier le code ]

References [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Zone de cisaillement
• Fracturation hydraulique
• Rejet de faille

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Notices dans des dictionnaires ou encyclopedies generalistes  :

  • Britannica
  • Store norske leksikon
  • Universalis
• Notices d'autorite  :

  • BnF ( donnees )
  • LCCN
  • GND
  • Japon
  • Israel
• ≪ Comment fonctionnent les grandes failles ? ≫ , emission de France-Culture avec Anne Socquet , physicienne, Institut des sciences de la Terre , Bertrand Meyer , professeur a l’Institut des sciences de la Terre de Paris ( iSTeP , CNRS / UPMC ) et responsable du directoire de la recherche de l’ UPMC .

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