Coupe transversale dans le modèle à la fin de l’expérience.


Les coupes pratiquées dans le modèle montrent que selon les conditions de l’expérience (présence ou absence de silicone à la base du sable) les failles se développent différemment.

De nombreuses failles normales sont apparues dans le sable perpendiculairement à la direction d'extension. Elles délimitent des zones effondrées (grabens) entre des zones restant en relief (horsts).

En l’absence de silicone ductile à la base : un fossé étroit
Sur le côté du modèle, là où le sable sec repose directement sur le fond de la boîte (monocouche fragile), on observe en coupe des failles normales qui décalent nettement les lits de sables, la déformation est uniquement cassante, "fragile". Le fossé (ou graben) formé est étroit et les failles prennent naissance au niveau de la discontinuité de vitesse (DV), au bord de la plaque mobile. Toute la zone qui a subi la déformation extensive se situe au-dessus de la DV. On remarque que le rift présente une nette asymétrie : du côté droit s’est formée une faille majeure unique, alors que du côté gauche s’est formée une séries de failles secondaire antithétiques.

Dans le module pédagogique nous proposons une autre boîte, plus simple mais qui permet de suivre l’évolution en coupe pendant que s’ouvre le graben : elle nous apprend que les failles conjuguées se forment progressivement au cours de la déformation, en se relayant.

En présence de silicone ductile à la base : un fossé plus large

Au centre du modèle, là où le sable repose sur une couche de silicone (système bicouche fragile-ductile), l’aspect général est différent : la zone de déformation est nettement plus large.

La déformation des couches de sables qui représentent la partie superficielle et rigide de la croûte répond à l’étirement en formant des failles normales, comme dans le cas précédent. Cependant plusieurs grabens se sont formés. La couche de silicone, elle, est amincie de façon homogène sans cassure nette, elle a été étirée par l’extension du modèle.

Les zones de déformation se situent à environ 15 cm devant et 5 cm derrière la discontinuité de vitesse. Les failles délimitent des blocs de taille à peu près régulière. On remarque qu’au pied des failles, l'interface sable-silicone est défléchie vers le haut ce qui indique un basculement des blocs.

La faille normale majeure dans le sable se prolonge en profondeur par un cisaillement dans la silicone. Ce cisaillement n’est pas très visible ici, mais d’autres expériences incluant des marqueurs dans la silicone montrent que le sens de cisaillement dans la silicone et le sens de basculement des blocs sont liés.

Ainsi la déformation est différente dans les deux niveaux, mais une relation géométrique simple est observée entre les deux : la zone de cisaillement est dans le prolongement de la faille majeure.

Les photos de l’expérience sont confrontées aux images obtenues dans le fossé du Rhin par les méthodes géophysiques. L’importance des conditions choisies pour l’expérience apparaît.

En absence de silicone

En absence de silicone à la base : comparez la coupe du modèle monocouche et le profil sismique du graben du Rhin.

La disposition des failles est remarquablement semblable dans les 15 cm de sable et les premiers 15 km de la lithosphère ! Les niveaux rigides soumis à une extension s’ouvrent en graben, la partie centrale est affaissée et forme un fossé.

En présence de silicone

En présence de la couche ductile inférieure de silicone : comparez la coupe du modèle bicouche et le dessin extrait du profil sismique du graben du Rhin.

L’ouverture affecte alors une zone plus large, plusieurs grabens s’y forment. La différence provient donc de la couche ductile inférieure de silicone qui est bien analogue à la croûte inférieure.

L’ouverture affecte alors une zone plus large, plusieurs grabens s’y forment. La différence provient donc de la couche ductile inférieure de silicone qui est bien analogue à la croûte inférieure.

Observez la déformation en profondeur sous les dépôts tertiaires. Sur chaque profil, on observe l’existence d’une faille majeure dont on peut suivre la trace jusqu’à la base de la croûte supérieure. Ces failles majeures ne traversent pas la croûte inférieure. En effet, à la base des failles de la croûte supérieure, la déformation se répartit sur de multiples plans de glissement.

Les profils sismiques du programme ECORS mettent en évidence l’existence des niveaux rhéologiques différents dans la lithosphère continentale, un niveau de croûte supérieure cassante où s’individualisent de grandes failles et un niveau de croûte inférieure ductile où se développe une zone de cisaillement diffuse.

La déformation s’exprime donc différemment dans la croûte inférieure et dans la croûte supérieure, comme dans l’expérience.