La tectonique cassante regroupe l'ensemble des structures produites par une rupture des roches, depuis les fractures les plus discrètes jusqu'aux grandes failles régionales. Ce chapitre passe des diaclases (fractures sans déplacement) aux failles (avec déplacement), détaille leur morphologie, leur classification et les critères qui permettent de retrouver leur sens de mouvement — des questions très fréquentes en travaux pratiques comme en examen.
1. Diaclases et joints
Une diaclase (ou joint) est une fracture de la roche sans déplacement relatif visible de part et d'autre du plan de cassure — à la différence de la faille. Les diaclases se répartissent en familles de plans subparallèles, souvent orthogonales entre elles, dont l'orientation reflète le champ de contrainte au moment de leur formation ; leur mesure systématique (direction, pendage) et leur report sur un canevas stéréographique constituent un outil d'analyse structurale à part entière. Leur origine est variée : décompression lors de l'érosion, refroidissement (diaclases de retrait dans les basaltes), ou contrainte tectonique précoce, avant que la rupture n'évolue en véritable faille.
2. Morphologie d'une faille
Une faille est une cassure le long de laquelle les deux compartiments ont subi un déplacement relatif, ou rejet. Le plan de faille est caractérisé par sa direction et son pendage (angle par rapport à l'horizontale) ; sa surface, polie et souvent striée par le frottement des deux compartiments, forme le miroir de faille. Les stries qui le recouvrent indiquent la direction du mouvement, tandis que des figures asymétriques (marches, gradins) donnent son sens. On distingue le toit (compartiment situé au-dessus du plan de faille, quand il est incliné) et le mur (compartiment situé en dessous) ; le rejet se mesure selon différentes composantes — verticale, horizontale, ou le long du pendage.
3. Classification des failles
Selon le mouvement relatif des compartiments et le régime de contrainte qui les produit, on distingue trois grandes familles. La faille normale résulte d'un régime extensif (σ3 horizontal) : le compartiment du toit descend par rapport au mur, ce qui allonge la croûte ; son pendage est généralement fort (60° environ). La faille inverse résulte d'un régime compressif (σ1 horizontal) : le toit monte par rapport au mur, ce qui raccourcit et épaissit la croûte ; quand son pendage est faible (moins de 30°), on parle de chevauchement. La faille décrochante (ou coulissante) résulte d'un régime décrochant (σ1 et σ3 horizontaux) : le déplacement est essentiellement horizontal, parallèle à la direction du plan de faille ; on la dit dextre ou senestre selon le sens apparent du décalage observé d'un côté vers l'autre.
Un cas particulier fréquent est la faille listrique, dont le pendage diminue avec la profondeur jusqu'à devenir subhorizontal ; elle est typique des bassins en extension, où plusieurs failles listriques peuvent converger vers un même décollement basal. À l'échelle régionale, les failles normales délimitent des grabens (fossés effondrés entre deux failles à pendage opposé) et des horsts (blocs surélevés), tandis que les failles inverses et les chevauchements empilent des nappes les unes sur les autres dans les zones de collision.
4. Cinématique et critères de sens de mouvement
Retrouver le sens de mouvement d'une faille — son sens de rejet — s'appuie sur plusieurs critères de terrain. Les stries du miroir de faille donnent la direction du glissement ; les marches (petites ruptures de pente perpendiculaires aux stries, souvent soulignées par des cristallisations fibreuses de quartz ou de calcite) indiquent, par leur asymétrie, le sens du déplacement du compartiment manquant. Les fentes de tension associées au plan de faille, obliques par rapport à celui-ci, forment une géométrie en échelon dont l'orientation renseigne également sur le sens de cisaillement. Le décalage d'un marqueur repère (couche, filon, cours d'eau) de part et d'autre de la faille est le critère le plus direct, à condition de connaître la géométrie initiale du marqueur.
5. Structures et microstructures associées
Le déplacement le long d'une faille cassante s'accompagne souvent d'une zone de faille, plus large que le simple plan, où la roche est broyée : on y observe une brèche de faille (fragments anguleux non cohérents) qui passe, avec l'augmentation de la déformation et de la finesse du broyage, à une gouge (matériel très fin, parfois argileux). Les couches situées de part et d'autre du plan sont fréquemment entraînées et incurvées près de la faille, formant des plis de traînage (drag folds) dont le sens de courbure renseigne, lui aussi, sur le sens du mouvement. À plus grande échelle, plusieurs failles peuvent former un système de failles conjuguées, deux familles symétriques par rapport à σ1 qui accommodent ensemble la même déformation régionale.
Fracture de l'écorce terrestre le long de laquelle les deux compartiments ont subi un déplacement relatif (le rejet), par opposition à la diaclase qui n'en présente aucun.
Déplacement relatif des deux compartiments d'une faille, mesuré le long du plan de faille ; il se décompose en une composante verticale et une composante horizontale.
| Faille normale | Faille inverse | Faille décrochante | |
|---|---|---|---|
| Régime | Extensif (σ3 horizontal) | Compressif (σ1 horizontal) | Décrochant (σ2 vertical) |
| Mouvement du toit | Descend par rapport au mur | Monte par rapport au mur | Déplacement horizontal |
| Pendage typique | Fort, souvent ≈ 60° | Variable, faible pour un chevauchement | Subvertical |
| Effet sur la croûte | Amincissement, grabens | Épaississement, nappes | Coulissage, décalage |
Les trois grandes familles de failles
- Diaclase = fracture sans rejet ; faille = fracture avec rejet, plan caractérisé par direction, pendage et miroir strié.
- Faille normale (extension, toit descend), faille inverse/chevauchement (compression, toit monte), décrochante (coulissage horizontal).
- Faille listrique : pendage qui diminue en profondeur, typique des bassins en extension et des décollements.
- Grabens (entre failles normales) et horsts (blocs surélevés) ; nappes de charriage le long des chevauchements.
- Critères de sens : stries, marches, fentes de tension en échelon, plis de traînage, décalage d'un marqueur.
- Zone de faille : brèche (fragments anguleux) puis gouge (matériel fin) avec l'augmentation du broyage.
Épreuve classique : identifier, sur un bloc-diagramme ou une carte, le type de faille et son régime de contrainte associé, puis justifier avec un critère cinématique (stries, marches, décalage). Piège fréquent : confondre le sens du pendage (donné par la direction de la pente du plan de faille) avec le sens du rejet, ou oublier qu'une même famille de failles conjuguées encadre symétriquement σ1. Sache aussi différencier faille inverse et chevauchement par le seul critère du pendage.