Les pop-ups - 3

 

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Le monde des sciences de la terre

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Le Monde selon Serge

 

III- Les contraintes

 

A- Les contraintes

 

Les directions des contraintes dans l'est du Canada (fig. 10: Orientation des composantes des contraintes maximales dans l'Est du Canada de H. S. Hasegawa, 1984) sont assez variées. Ce champ de contraintes se caractérise par une haute contrainte horizontale à faible profondeur. Sbar et Sykes (1973) ont présenté des évidences (déformations post-glaciaires, mesures des contraintes de la roche, solutions des mécanismes focaux séismiques) qui montrent que la région de l'est de l'Amérique du Nord est en compression horizontale. Selon Hasegawa (1984), les facteurs causaux possibles de ces champs de contraintes peu profondes sont les contraintes rémanentes d'une orogénie tectonique antérieure, les contraintes de la tectonique des plaques et les contraintes apparentées à la glaciation. Selon Hasegawa, Adams et Yamazaki (1985), la contrainte de la dorsale, se propageant (Médio-Atlantique), serait considérée comme l'un des importants collaborateurs du champ de contraintes dans l'est du Canada.

 

Fig. 10: Orientation des composantes des contraintes maximales dans l'Est du Canada de H. S. Hasegawa, 1984

 

La présence des jeunes plis, des failles et des pop-ups sur la surface est une manifestation des concentrations de contraintes ou des contraintes brusques du relief (Franklin et Hungr, 1978 ).

De nombreux travaux ont été réalisés un peu partout en Amérique du Nord dans le but de connaître la direction de la contrainte principale. Les contraintes sont détectées par l'analyse des données des tremblements de terre (fig. 11: Séismicité du sud-est du Canada identifiant les quatres zones les plus actives) de Adams et Basham (1989) et des contraintes (mesurées in situ). Selon Saull et Williams (1974), la contrainte maximale dans la région de Montréal est est-nord-est . Selon Lee (1981), les mesures des contraintes dans le sud de l'Ontario sont très dispersées. Des cinquante mesures à six sites, les deux tiers des directions des contraintes maximales tombent dans le quadrant NE-SW . Selon Dames & Moore (1981), la contrainte principale majeure du nord-est des États-Unis est un axe orienté environ est-ouest, approximativement à angles droits. La contrainte mineure tend à être verticale.

 

Fig. 11: Séismicité du sud-est du Canada identifiant les quatres zones les plus actives) de Adams et Basham (1989)

 

B- Mécanismes d'accumulation des contraintes

 

Les deux principaux mécanismes d'accumulation des contraintes seraient le modèle tectonique et le modèle de recouvrement glaciaire. Selon Hasegawa (1984), le processus responsable des pop-ups serait une combinaison de ces deux facteurs. La tectonique serait responsable des contraintes profondes et le recouvrement des glaciers serait responsable des contraintes près de la surface.

 

i) Tectonique

 

Le modèle tectonique est soutenu par de nombreux auteurs. Sbar et Skyes (1973) ont donné une origine tectonique aux contraintes compressives qui produisent les "pop-ups" dans l'état supérieur de New York. Saull et Williams (1974) ont corrélé les orientations des déformations du plancher des carrières (pop-ups) près de Montréal avec des caractéristiques tectoniques majeures. Selon Zoback et Zoback (1980), la région autour des lacs Ontario et Érié (sud de l'Ontario) serait dans un état de compression (NE-SW) qui serait provoqué par des processus asténosphériques (c.-à-d. processus profond, tectonique). Dames et Moore (1981) croient que les forces tectoniques actives, modifiées localement par la topographie et la structure, apparaissent adéquates pour générer d'assez grandes contraintes qui pourraient causer les pop-ups, ainsi que la séismicité. La figure 12: La partie du haut montre les forces agissant à la limite des plaques tectoniques (plaque nord américaine) et la partie du bas indique le modèle des contraintes principales qui y est associé de la partie du modèle E31: Richardson et al., 1979 appuie l'hypothèse du modèle tectonique et démontre que les forces développées tectoniquement sont importantes.

 

Figure 12: La partie du haut montre les forces agissant à la limite des plaques tectoniques (plaque nord américaine) et la partie du bas indique le modèle des contraintes principales qui y est associé de la partie du modèle E31: Richardson et al., 1979

 

ii) Recouvrement glaciaire ou rocheux

 

Le modèle du recouvrement glaciaire ou rocheux est une hypothèse aussi populaire que le modèle tectonique, mais c'est surtout Adams (1984) qui a permis de le mettre en évidence.

Lorsque la roche est recouverte par une pile de sédiments ou une calotte glaciaire, des contraintes horizontales sont générées. Lors de la décharge, cependant, quelques-unes de ces contraintes ne sont pas employées, puisqu'une partie des tensions est viscoélastique (Voigt 1967). Asmis et Lee (1980) ont estimé que, si 20 % des tensions verticales sont viscoélastiques, plus de la moitié des contraintes horizontales emmagasinées ne peuvent être immédiatement relâchées.

Le chargement, causé par la grande épaisseur de la calotte glaciaire du Pléistocène, a été évoqué par White et al. (1973) comme la cause probable des contraintes dans le Sud de l'Ontario. L'influence du chargement glaciaire serait décroissante avec la profondeur. Ainsi, la contrainte résiduelle, causée par le chargement, peut être importante dans le développement des caractéristiques près de la surface, mais les facteurs qui contrôlent leurs orientations sont les contraintes tectoniques (White et al.,1982).

Selon Adams (1984), le chargement par le cycle de glaciation-déglaciation représente le plus grand et certainement la plus récente perturbation des contraintes crustales au Canada. Selon lui, si on interprète les failles chevauchantes modernes (Ontario et Québec), les failles les plus à l'est indiquent une compression SE-NW et les failles les plus à l'ouest indiquent une compression N-S. À chaque endroit, les failles sont relativement parallèles (± 20o) à la marge des glaces, et sur cette base, ils peuvent représenter la contrainte passagère qui a eu lieu durant la déglaciation. L'addition glaciaire a induit des contraintes qui sont suffisantes pour causer la réactivation des vieilles failles et causer l'addition des tremblements de terre durant l'avancée et le recul des glaciers.

Adams (1984) suggère un modèle simple (figure 13: Profil schématique montrant les contraintes produites par la charge du glacier. Les points A, B et C sont référés dans le texte.) de Adams (1984) pour une glaciation près de la surface. Une glaciation près de la surface induit des contraintes par concentration sur les contraintes plissées dans la lithosphère qui sont induites près de l'extrémité d'une large couche de glace (Walcott, 1970). Lorsque l'épaisse couche de glace fond, il se produit une libération extrêmement rapide de la pression emmagasinée. Une épaisseur de 2 km de couches de glace induit une compression de plis d'environ 20 Mpa au-dessous de la glace et une tension de 20 MPa sur l'extérieur de l'avant-bombement de la couche de glace. Alors que le modèle de Walcott est statique, nous pouvons imaginer que, tant que la couche de glace avance et recule, la roche à A devrait être initialement sous compression et lorsqu'il y a retrait de la glace, il devrait être sous tension à B. Aussi, il devrait aller de la compression à la tension (Adams, 1984).

 

Figure 13: Profil schématique montrant les contraintes produites par la charge du glacier. Les points A, B et C sont référés dans le texte. De Adams (1984)

 

Pour un modèle simple de contraintes, comme le Bouclier, la contrainte près de la surface (S) est de s1 = 1 MPa E-W et de s2 = 10 MPa N-S (une approximation dans le champ de contraintes du Sud de l'Ontario). Si nous superposons la glaciation induisant les contraintes (à A, à B, après que le glacier ait fondu), nous constatons par addition que les contraintes (à C), qui sont de s1 = 15 MPa E-W, devraient être de 30 MPa N-S au temps A .

Les contraintes de tension peuvent être assez large à B puisque l'on trouve des fissures de tension ouvertes dans une direction N-S. Finalement à C, nous devrions encore avoir un s1 E-W et de hautes contraintes horizontales dans toutes les directions (Adams, 1984).

Les conséquences de ce modèle de contraintes additives sont ceci: pour des points très fermés de la couche de glaces (A), où s1 est dans une direction N-S (puisque la compression est additionnée), nous devrions trouvé un réseau de failles ou des pop-ups orientés E-W. Pour le stade de transition (B) (c'est là, la possibilité de tension dans la direction N-S), nous trouvons une direction N-S pour les pop-ups et le réseau de failles. C'est dû à la contrainte "régionale" horizontale de direction E-W, avec la possibilité d'ouvrir ou de mettre en tension les fissures de direction E-W. Aucune évidence de ceci n'a été vue et il est difficile d'être certain que leurs évidences devraient être préservées. Finalement sous les conditions de contraintes présentes (C), nous trouvons un réseau de failles et des déformations de directions N-S (Adams, 1984).

 

iii) Autres mécanismes

 

Étant donné que les strates dans le Sud de l'Ontario sont généralement en lits minces et que les failles sont rares, diverses hypothèses originales de l'origine des contraintes excluent spécifiquement toutes influences tectoniques (White et al. , 1982).

Gilbert (1886): les pop-ups seraient provoqués par des contraintes induites thermiquement causées par la chaleur après la glaciation.

En 1967, Voight a suggéré que la dénudation pourrait développer de larges contraintes horizontales près de la surface. Ces contraintes pourraient être responsables des structures telles que les failles chevauchantes cassantes, les fractures, etc., à une profondeur peu profonde ou modérée.

Robinsky et Morton (1973) attribuent la présence des hautes contraintes à la présence de vermiculites, mais la "direction gonflante" probable (perpendiculaire à la stratification, tandis que les minerais d'argiles sont habituellement alignés parallèle à la stratification) rend improbable qu'ils soient la cause des contraintes (White et al., 1982).

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