Les pop-ups - 2

 

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Le monde des sciences de la terre

Table des matières

Cartes du monde

Le Monde selon Serge

 

II- Les pop-ups

 

A- Définition et types de pop-ups

 

Les pop-ups ou coins expulsés pour les puristes sont des structures de déformations post-glaciaires ayant la forme d'un anticlinal allongé (fig. 1: Pop-up naturel Joshua Creek, Oakville, Ontario) de White et Russell (1982). Il y a deux types de pop-ups. Les pop-ups proprement dits sont des "pop-ups naturels" à cause qu'ils sont reliés à des phénomènes naturels. Tandis que l'autre type, nommé "structure du plancher des carrières" (crête de pression), est dû à des excavations humaines. De nombreux auteurs les ont définis de différentes façons, mais toutefois, sans toujours bien distinguer les deux types.

 

Fig. 1: Pop-up naturel Joshua Creek, Oakville, Ontario de White et Russell (1982)

 

Winder (1954) a été le premier à les décrire. Selon lui, ce sont des anticlinaux de 12 pieds de haut qui sont dirigés parallèlement avec le fleuve. Ils représenteraient un "relief de pression secondaire" compte tenu de l'enlèvement de la couverture le long d'une ligne de faiblesse (joint). La carte de Winder les démontre comme une ligne de roche affleurant à 600 m environ le long d'une direction de 065o.

Les structures du plancher des carrières doivent être considérées comme des fissures déformées, résultant de l'élévation due à l'enlèvement d'une charge de mort-terrain, et limitant à l'extérieur la dissipation des hautes contraintes horizontales, lesquelles sont présentes antérieurement à l'excavation (Coates, 1964).

Quelquefois sur le plancher des carrières, lorsque le mort terrain et la roche sont enlevés des carrières, des strates en couches minces ou des roches massives avec des joints horizontaux se soulèvent. Les déformations du plancher des carrières peuvent être de 100 m de long et de 1-2 m de hauteur au-dessus du plancher des carrières (Lo, 1978).

Les déformations du plancher des carrières sont causées par de hautes contraintes de compression horizontales qui sont libérées lorsque le mort terrain est enlevé. Le terme "déformation" est utilisé ici dans un sens restreint pour décrire ces phénomènes de soulèvement associés avec l'enlèvement historique de la charge pour les roches avec de hautes contraintes horizontales (Adams, 1982).

Selon Russell et al. (1982), les pop-ups sont des anticlinaux allongés ou des plans de charriages affectant seulement la surface des lits du socle rocheux. Des caractéristiques similaires aux pop-ups, qui ont été observés dans les planchers de plusieurs carrières, seraient survenues après l'excavation des roches sus-jacentes comme une réponse à une contrainte verticale libérée et nommée des déformations du plancher des carrières.

Les pop-ups sont des phénomènes naturels de détentes prolongées des contraintes. Les déformations du plancher des carrières sont géométriquement similaires aux pop-ups qui sont causés en partie par la libération de contraintes verticales par l'exploitation des carrières (White et al. , 1982).

Les pop-ups se disent des structures de déformations post-glaciaires reliées soit à des phénomènes naturels ou à des excavations humaines. Les pop-ups naturels sont reconnus d'origine post-glaciaire par la présence de surfaces de roc bien polies renotées de stries glaciaires. Ces déformations se caractérisent par une fracturation du roc, sous une forme de dôme surélevé sur une distance de plusieurs mètres. Le dôme, faillé en son centre, procède en un effritement du roc, souvent cassé en plaques, dont les côtés sont relativement de part et d'autre de la crête centrale. Plusieurs exemples de ces structures ont été examinés dans diverses carrières près de Montréal, en Ontario, près des Chutes Niagara et plus au Sud, dans l'état de New York (Jérôme Pouliot, 1982).

Les pop-ups sont des plis superficiels post-glaciaires qui se sont produits dans le Sud de l'Ontario au Paléozoïque. Ils ressemblent à une déformation qui a eu lieu sur le plancher des carrières. Un pop-up typique est une crête anticlinale brisant la roche de 5 à 10 mètres de large et de 50 à 500 m de long, avec un flanc plongeant d'environ 20o, qui doit s'élever de 1 à 2 m environ au-dessus du niveau du sol environnant. Les déformations du plancher des carrières se forment lorsque le mort-terrain est enlevé. (Adams, 1984).

Un pop-up typique se situe près de Wellman (44,33o N 77,63o W) dans le Sud de l'Ontario. Il est d'environ 12 m de large, près de 1 km de long et d'une hauteur de 4 m environ au-dessus du sol environnant. À l'extrémité nord, les pop-ups sont asymétriques avec un flanc NW très escarpé (30o) et un flanc SE à l'horizontal. L'axe des pop-ups est une fissure béante, de 300 à 400 mm de larges, qui forme plus ou moins une charnière ouverte dans laquelle les deux flancs sont brisés. La fissure n'est pas complètement rectiligne, mais enlève les blocs autour du bord et suit probablement quelques joints pré-existant (Adams, 1984).

Les caractéristiques linéaires du relief positif, présentes dans le Comté de Prince Edward en Ontario, sont orientées approximativement à 125o et à 148o et s'étendent de 0,40 à 2,0 m. Ils sont apparus à la suite de l'enlèvement du mort-terrain. Ces caractéristiques linéaires positives sont similaires, en apparence, aux pop-ups et aux déformations du plancher des carrières qui ont été décrits par White et al. (1974). Ils suggèrent qu'ils ont été formés à cause de l'enlèvement du mort-terrain, des changements brusques de température, des tremblements de terre, ou des altérations normales (Gorrell, 1988).

 

B- Distribution géographique

 

Tous les pop-ups se situent d'Hamilton à Ottawa, à une distance de plus de 400 km (fig.2: Failles post-glaciaires et pop-ups dans l'Est du Canada de John Adams (1984) & fig.5: Localisation des caractéristiques indiquant les hautes contraintes horizontales en Ontario de White et Russell (1982)). Les deux principales régions où l'on retrouve les pop-ups sont: a) autour du lac Ontario (cette zone s'étend aussi dans la rivière Niagara dans l'état de New York) et b) au lac Simcoe à Kingston. La surface entre ces deux zones peut être affectée, mais comme elle est couverte par une grande épaisseur de dépôts glaciaires, les conditions du socle rocheux ne sont pas connues. Les pop-ups ne sont présents que dans les roches de l'Ordovicien et du Silurien inférieur. Aucun pop-up n'a été enregistré dans les strates du Dévonien. Il y a une surface large au NW de Toronto qui n'est pas affectée par les pop-ups. S'ils sont absents dans les strates du Dévonien, c'est peut-être dû aux tensions qui sont liées par "l'articulation des solutions élargies" plutôt que de l'absence des contraintes majeures horizontales. S'ils sont absents dans cette région, c'est probablement dû à la résistance supérieure de ces roches (roches du Précambrien) et de l'absence de plans de détachement adéquats. C'est peut-être dû aussi à des facteurs géologiques, puisqu'une association géographique (moins évidente dans les régions de l'Est de Toronto) tend à être fermée aux directions NE-SW proéminentes (White et al., 1982).

 

Fig.2: Failles post-glaciaires et pop-ups dans l'Est du Canada de John Adams (1984)

 

Fig.5: Localisation des caractéristiques indiquant les hautes contraintes horizontales en Ontario de White et Russell (1982)

 

On retrouve aussi dans quelques carrières de l'Ontario, du Québec (régions de Montréal, soit Terrebonne et St.-Eustache, et à Beauport) et probablement ailleurs, des déformations du plancher des carrières. Ils semblent être reliés à des structures majeures.

Les pop-ups semblent privilégier les grès compétents, les calcaires et les dolomies.

 

C- Dimension et forme

 

La dimension des pop-ups naturels varie dans le Sud de l'Ontario, mais des dimensions maximales ont été déterminées. L'amplitude maximale est de l'ordre de quelques mètres, et la longueur d'onde maximale est d'environ de dix mètres. Les pop-ups sont symétriques (figure 1: Pop-up naturel, Joshua Creek, Oakville, Ontario) de White et Russell (1982) et asymétriques (figure 3: Pop-up naturel, près du Lac Ontario, Toronto, Ontario) de White et Russell (1982). Les longueurs des traces axiales observées varient de zéro (lorsqu'elles ne peuvent être retracées sous l'épaisse couche de dépôts meubles) à plus de 1,5 km. L'uniformité relative de la géométrie et de la dimension suggère que les pop-ups sont causés par un processus simple (White et al. , 1982). La forme des pop-ups, qui peut être assez sinueuse dans le sens de la longueur, est probablement due à la nature du litage de la couche mince de la roche sédimentaire et de la contrainte horizontale qui sera discutée plus loin.

 

Figure 1: Pop-up naturel, Joshua Creek, Oakville, Ontario) de White et Russell (1982)

 

Figure 3: Pop-up naturel, près du Lac Ontario, Toronto, Ontario) de White et Russell (1982)

 

Les déformations du plancher des carrières ont des dimensions et des formes similaires aux pop-ups naturels, comme le démontrent la figure 4: Section à travers une crête de pression. Carrière de Milton de "Dufferin Materials and Construction Ltd." de White et al. (1973) et ces données prises dans la région de Montréal:

 

Figure 4: Section à travers une crête de pression. Carrière de Milton de "Dufferin Materials and Construction Ltd." de White et al. (1973)

 

Dans le calcaire ordovicien de Chazy, localisé à 3 km au Sud de Terrebonne, les crêtes de soulèvement, qui ont été dénombrées, sont de 0,5 à 1,5 m de haut, de 40 à 100 m de long et de 18 m de larges. Elles auraient légèrement une orientation NW (T.H. Clark, 1969 et MacGregor, 1954) et sont fracturées parallèlement à leurs longueurs (T.H. Clark, 1969).

Dans la dolomie ordovicienne de Beekmantown, qui est localisée à 3 km au nord de St-Eustache, les crêtes de déformation sont de 1 m de haut, de 30 à 45 m de long, de 10 m de larges et orientées NW. Elles ont été fracturées parallèlement à leurs longueurs.

 

D- Orientation

 

Selon les données recueillies dans le Sud de l'Ontario (fig. 5: Localisation des caractéristiques indiquant les hautes contraintes horizontales en Ontario) de White et Russell (1982), qui sont très éparses, il semble y avoir une concentration dans l'orientation des pop-ups naturels. Cette orientation est de 130o (50o NW). Selon la figure 6: Orientation des pop-ups naturels en Ontario de White et Russell (1982) l'orientation des axes des pop-ups naturels se divise en deux groupes. Un groupe principal orienté entre 100o et 140o et un groupe mineur orienté entre 160o et 040o. On peut ainsi déduire une contrainte prédominante de compression orientée NE-SW, à l'aide du groupe principal NW-SE. Cependant, neuf des pop-ups sont observés à l'est du lac Simcoe dans une région relativement petite, ce qui peut fausser la validité des observations.

 

Fig. 5: Localisation des caractéristiques indiquant les hautes contraintes horizontales en Ontario) de White et Russell (1982)

 

Figure 6: Orientation des pop-ups naturels en Ontario de White et Russell (1982)

 

La figure 7: Orientation des déformations du plancher des carrières en Ontario et au Québec de White et Russell (1982) montre que la direction NW-SE est dominante dans les déformations du plancher des carrières, malgré que les fractures préexistantes et la contrainte du mur de la carrière peuvent fausser cette direction (Adams, 1982). Selon Coates (1964), la forme des excavations, qui concentrent des contraintes sur le plancher des carrières, peut fausser aussi les données.

 

Figure 7: Orientation des déformations du plancher des carrières en Ontario et au Québec de White et Russell (1982)

 

Selon la figure 8: Diagrammes sommaires montrant la direction principale des contraintes: qui ont été mesuré directement (A), des déformations du plancher des carrières (B), des failles post-glaciaires (C) et des pop-ups (D). Les flèches indiquent la moyenne des données (Hasegawa et al). de John Adams (1984), qui est composée de diagrammes sommaires, la direction des déformations du plancher des carrières est de 037o et est déduite pour représenter le relief des contraintes dirigées brusquement NW-SE. Les failles post-glaciaires (et à une extension faible, les pop-ups) indiquent une compression N-S dans un temps post-glaciaire, pendant que les déformations du plancher des carrières et les contraintes directes mesurées indiquent une compression contemporaine NE-SW. La différence est significative à un niveau de 95 % et confirme que la dernière glaciation du Bouclier Canadien a été accompagnée d'une contrainte qui a changé de façon similaire (Adams, 1984).

 

Figure 8: Diagrammes sommaires montrant la direction principale des contraintes: qui ont été mesuré directement (A), des déformations du plancher des carrières (B), des failles post-glaciaires (C) et des pop-ups (D). Les flèches indiquent la moyenne des données (Hasegawa et al). De John Adams (1984)

 

E- Relation avec les structures

 

Les joints semblent souvent en relation avec les déformations du plancher des carrières, mais ce n'est pas toujours le cas. Ainsi, sur la figure 9: Localisation des crêtes de pression. Carrière Milton de "Dufferin Materials and Construction Ltd. de White et al. (1973), on voit une certaine similitude entre les joints et les pop-ups non naturels.

 

Figure 9: Localisation des crêtes de pression. Carrière Milton de "Dufferin Materials and Construction Ltd. De White et al. (1973)

 

F- Période de formation

 

Les pop-ups sont apparus dans des temps historiques et les déformations du plancher des carrières sont clairement des cas modernes.

La plupart des pop-ups seraient survenus lentement après le dernier événement glaciaire. L'évidence de ceci est: a) la couverture des pop-ups par les derniers sédiments, b) l'altération de la roche perturbée le long d'un pli axial et c) la troncature des pop-ups par l'érosion des surfaces. Une relation complexe entre les pop-ups et les séries d'anciens niveaux des lacs existent à l'est du lac Simcoe (P. F. Finamore). Une ligne du rivage, associée au Lac glaciaire algonquin, a été déformée par un pop-up. Les niveaux des lacs sont datés approximativement de 10 500 B.P. (Karrow et al. , 1975). Ainsi, tous les pop-ups semblent être post-glaciaires (White et al. , 1982).

Mais selon Adams (1984), il semble improbable que les pop-ups - une crête brisée de 4 m de haut et de cent mètres de long - auraient surgi d'un chevauchage par la nappe de glace et d'où, certain lui attribue un âge post-glaciaire. Le degré de "solution altérée" de la fissure suggère davantage que les pop-ups seraient un vieux caractère qui se serait formé tôt après la déglaciation (Adams, 1984).

Coates a décrit une déformation du plancher des carrières, à la mine de fer de Marmora, après l'enlèvement de 15 m de couches calcaires, ainsi: "plutôt soudainement, dans le mois de janvier, le fond de la mine s'est fissuré et s'est soulevé d'environ 8 pieds en l'espace de quelques minutes". Ainsi, il semble probable que les déformations du plancher des carrières se forment lorsque le mort-terrain ou la couverture rocheuse sont enlevés, ce qui démontre que ce sont des cas modernes.

Il a été suggéré que l'accumulation de lentilles de glace à l'intérieur de la masse de la roche pourrait être un mécanisme résultant en un soulèvement de la roche. Mais la roche, qui se soulève dans les carrières, n'est pas limitée aux saisons lorsque la glace s'accumule, ni n'est limitée au soulèvement de la roche pour des régions ayant des couches gelées. Donc, cette hypothèse semble peu probable (White et al. (1973).

 

G- Utilité d'un pop-up

 

Étant donné que les mesures des contraintes sont relativement rares, ces phénomènes sont les seules sources d'information régionales sur l'orientation des contraintes (White et al. , 1982).

Généralement, les pop-ups ne causent pas d'inconvénients aux gens. Cependant, à Galt en 1949 (Karrow, 1963), une personne a démontré qu'ils avaient barré une rivière. Ainsi, dans cette Municipalité de Beverly près de Galt, la dolomie de la Formation de Guelph a été soulevée pour former une crête de 4 pieds de haut (1,3 mètre), endiguant une rivière et soulevant verticalement quelques arbres et un petit pont. Aucune autre difficulté, due à la présence des pop-ups, n'a été rapportée dans l'excavation ou dans la construction. Par contre, les déformations du plancher des carrières peuvent causer des inconvénients mineurs aux opérateurs de camion sur le plancher des carrières (White et al. , 1982).

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