Mesures structurales sur les affleurements (règle de la main droite)
Les géologues du ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles (MERN), comme plusieurs professionnels en Amérique du Nord, utilisent la règle de la main droite ou règle du pendage à droite comme convention pour la prise des mesures structurales sur les affleurements. Cette convention est également employée dans les bases de données du Système d’information géominière du Québec (SIGÉOM) pour sauvegarder les données planaires (direction et pendage). L’unité de mesure utilisée est le degré.
Définition et règle d’écriture
Définition
La règle de la main droite pour l’orientation d’une structure planaire peut être représentée de la façon suivante :
- La paume de la main droite est placée sur le plan à mesurer
- Les quatre doigts pointent vers le bas de la pente
- Le pouce ouvert indique la direction du plan
La règle de la main droite peut aussi être visualisée ainsi : la direction d’un plan est celle vers laquelle l’observateur regarde lorsque le pendage est à sa droite
Structures planaires
Direction (strike) : correspond à l’azimut de la ligne horizontale perpendiculaire à la ligne de plus grande pente du plan. La direction est mesurée par rapport au nord géographique dans le sens horaire sur le plan horizontal. Les valeurs sont comprises entre 0° et 360° où 360° indique le Nord.
Pendage (dip) : correspond à l’angle entre la ligne de la plus grande pente du plan et l’horizontale. La valeur du pendage est comprise entre 0° (plan horizontal) et 90° (plan vertical).
Structures linéaires
Direction (trend) : correspond à l’azimut du plan vertical qui contient la ligne dans le sens de son plongement. La direction est mesurée par rapport au nord géographique dans le sens horaire sur un plan horizontal. Les valeurs sont comprises entre 0° et 360° où 360° indique le Nord.
Plongement (plunge) : correspond à l’angle de la linéation par rapport à l’horizontale. La valeur du plongement est comprise entre 0° et 90° et ne peut excéder la valeur du pendage du plan sur lequel elle est mesurée.
Les marques d’érosion glaciaire (par exemple les stries glaciaires) représentent un cas particulier de mesure linéaire. Les marques laissées par l’érosion glaciaire sont considérées comme une ligne et leur mesure consiste à déterminer l’azimut de leur orientation dans le sens du mouvement (si connu). L’orientation est mesurée par rapport au nord géographique dans le sens horaire sur un plan horizontal. Les valeurs sont comprises entre 0° et 360° où 360° indique le Nord. Le plongement n’est pas mesuré.
Règle d’écriture
Les mesures des plans et des lignes sont notées de la façon suivante :
- Plan : direction/pendage (0°-360°/0°-90°)
- Ligne : direction/plongement (0°-360°/0°-90°)
- Marques d’érosion glaciaire : orientation (1°-360°)
Méthodes de mesure des éléments structuraux sur les affleurements
La direction, le pendage et le plongement sont mesurés sur les affleurements à l’aide d’une boussole. Les boussoles de la marque Brunton de type Transit sont les plus utilisées au MERN. Elles sont réglées pour compenser la déclination magnétique dans le secteur cartographié. L’utilisation d’une plaque d’aluminium ou d’un autre objet planaire rigide et non magnétique (un carnet par exemple) est souvent nécessaire pour mesurer convenablement les structures. La plaque d’aluminium est toutefois recommandée et est généralement utilisée au MERN. La plaque permet de prendre des mesures plus précises et ce, de façon reproductible.
Mesure d’une structure planaire
La mesure d’un plan est réalisée en deux temps. Si nécessaire, la plaque d’aluminium est utilisée pour matérialiser la surface à mesurer. Dans un premier temps, la boussole est placée contre la plaque d’aluminium et mise en position horizontale à l’aide du niveau à bulle intégré. La mire de la boussole doit indiquer le sens de l’azimut à mesurer. En d’autres termes, la mire de la boussole remplace le pouce de la main droite. Une fois l’aiguille de la boussole stabilisée, il est possible de relever la valeur de l’azimut du plan (direction) en observant l’extrémité Nord de l’aiguille. Dans un second temps, on place le côté long de la boussole contre la plaque avec la mire dans le sens de la ligne de plus grande pente du plan (c.-à-d. perpendiculairement à la direction mesurée précédemment). À l’aide du clinomètre, on mesure l’inclinaison du plan (pendage). Le niveau du clinomètre doit être à l’horizontale.
Mesure d’une structure linéaire
Il existe deux principales méthodes pour mesurer une structure linéaire.
La première méthode, la plus courante, est la mesure directe de la ligne. Celle-ci s’effectue en deux temps. On place d’abord l’une des arêtes de la plaque d’aluminium contre la ligne à mesurer de façon parallèle à celle-ci. À cette étape, il peut être utile de tracer d’abord la ligne à l’aide d’une craie. Cette ligne matérialise alors un axe ou une charnière autour duquel on pourra faire pivoter la plaque. La boussole est placée contre la plaque d’aluminium avec la mire dirigée dans le sens du plongement de la ligne. En s’assurant que l’arête de la plaque demeure toujours contre la ligne à mesurer, on fait pivoter la plaque jusqu’à ce que cette dernière soit en position verticale en utilisant le niveau à bulle. On peut alors mesurer la direction de la ligne qui est indiquée par le Nord de l’aiguille de la boussole une fois celle-ci stabilisée. Dans un second temps, tout en gardant la plaque dans la même position, on place la boussole contre l’arête de la plaque parallèle à la linéation. À l’aide du clinomètre, on peut ainsi lire le plongement de la ligne.
La deuxième méthode est indirecte et passe par la mesure de l’angle entre la ligne à mesurer et une ligne horizontale (soit la direction) sur le plan qui la porte. Cet angle est appelé angle de chute ou pitch (ou rake au États-Unis) et doit être compris entre 0° et 90°. La mesure est réalisée à l’aide d’un rapporteur d’angle ou d’un Douglas après avoir tracé la linéation et la direction du plan à la craie. Elle correspond à l’angle aigu entre la linéation mesurée et l’horizontale. On inscrit également le sens de plongement de la linéation, car celui-ci peut avoir deux orientations. Par exemple, une ligne portée par un plan orienté à 300/45 peut avoir un angle de chute vers le NW si l’angle a été mesuré à partir de la direction 300°, ou bien un angle vers le SE si l’angle a été mesuré à partir de la direction 120°. La mesure complète d’un angle de chute se présente donc sous la forme 30°SW, 62°NW, etc. Pour utiliser cette méthode, il est indispensable de connaître l’orientation (direction et pendage) du plan qui porte la ligne. La conversion d’un angle de chute en direction et plongement d’une linéation s’effectue au moyen d’un canevas stéréographique ou de logiciels et nécessite que la mesure du plan porteur soit connue.
Marques d’érosion glaciaire
Des marques issues de l’érosion glaciaire sont observées et mesurées sur les affleurements lors des travaux de terrain. Des relevés systématiques de ce type sont même réalisés lors des levés du Quaternaire. L’orientation des différents types de marques d’érosion permet aussi de déterminer la direction et le sens de l’écoulement glaciaire.
Pour mesurer une marque d’érosion glaciaire, un objet rigide et allongé (un crayon par exemple) peut être utilisé pour matérialiser la ligne à mesurer à la surface de l’affleurement. Dans les cas où l’on observe plus d’une génération de marques d’érosion, on dépose un crayon sur chaque génération de marques, afin de les différencier et de facilter la prise des mesures par la suite. La boussole est placée au-dessus de la ligne à mesurer et mise en position horizontale à l’aide du niveau à bulle intégré. La mire de la boussole est alignée avec la ligne à mesurer. Dans les cas où la polarité (le sens du mouvement) est connue, la mire de la boussole doit pointer vers l’aval de l’écoulement glaciaire. Après que l’aiguille de la boussole se soit stabilisée, l’extrémité Nord de l’aiguille indique la valeur de l’azimut de la ligne.
Enfin, iI est recommandé d’effectuer une correction des mesures de direction (planaire et linéaire) afin de contrer les effets du magnétisme induit par la présence de magnétite dans les roches. Par temps ensoleillé, il est possible de mesurer l’orientation du soleil sur le site de la mesure structurale en prenant soin de noter l’heure et la date de la mesure. Celle-ci est effectuée en plaçant un objet (un crayon par exemple) verticalement sur l’affleurement et en traçant à la craie l’ombre projetée par cet objet. On mesure ensuite l’angle entre la direction du plan et celui de l’ombre. La mesure peut être corrigée par la suite en consultant les éphémérides solaires sur des sites WEB spécialisés (par ex. https://gml.noaa.gov/grad/solcalc/) où la position du soleil dans le ciel est déterminée partout sur la terre à n’importe quel moment de la journée. Des applications spécialisées existent aussi pour les tablettes et les téléphones intelligents.
Base de données du SIGÉOM
Dans les bases de données du SIGÉOM, on trouve des valeurs de direction, de pendage et de plongement pour les entités géoscientifiques suivantes :
| Thème | Entité géoscientifique | Classe d’entité(GDB) | Fichier de forme (Shape file) |
|---|---|---|---|
| Géologie du socle | Structure planaire | F3E02_STRUCTURE_PLANAIRE | Structure planaire |
| Structure linéaire | F3E03_STRUCTURE_LINEAIRE_PLIS | Structure linéaire plis | |
| Sondage | Forage au diamant | F5E02_FORAGE_DIAMANT | Forage au diamant |
| Géologie du Quaternaire | Marque d’érosion glaciaire | F10E22_MARQU_EROSI_GLACI | Marque erosion glaciaire |
Le tableau suivant indique le nom des champs dans lesquels sont stockées les mesures structurales pour chacune des entités ainsi que les valeurs permises :
| Entité géoscientifique | Nom du champ | Description | Valeurs permises |
|---|---|---|---|
| Structure planaire | AZMT | Azimut de la direction du plan |
0 à 360 La valeur 360 indique le Nord. La valeur 0 indique un plan horizontal. |
| PEND | Pendage du plan |
0 à 90 et 99 La valeur 99 indique que le pendage est indéterminé. Dans ce cas précis, la valeur de l’azimut est approximative. Elle peut représenter par exemple la trace de la foliation à la surface d’un affleurement plat. |
|
| Structure linéaire | AZMT | Azimut de la direction de la linéation |
1 à 360 La valeur 360 indique le Nord. |
| PLON | Plongement de la linéation |
0 à 90 et 99 La valeur 0 indique une linéation horizontale. Dans ce cas précis, il existe deux valeurs possibles pour l’azimut, l’une et l’autre opposées de 180°. La valeur 99 indique un plongement indéterminé. |
|
| Forage au diamant | AZMT_DEPR | Azimut de départ du forage au niveau du collet |
0 à 360 La valeur 360 indique le Nord. La valeur 0 indique un plan horizontal. |
| AZMT_FIN | Azimut à la fin du forage | ||
| PLON_DEPR | Plongement au début du forage |
0 à 90 et 99 La valeur 99 indique un plongement indéterminé |
|
| PLON_FIN | Plongement à la fin du forage | ||
| Marque d’érosion glaciaire | AZMT | Azimut de l’orientation de la marque d’érosion |
1 à 360 La valeur 360 indique le Nord. Lorsque la polarité est connue, l’azimut indique la direction de l’écoulement glaciaire. Dans le cas contraire, il existe deux valeurs possibles pour l’azimut, l’une et l’autre opposées de 180°. |
Symboles cartographiques
Les structures planaires, linéaires et les forages sont représentés sur les cartes géologiques et la carte interactive par des symboles particuliers (consultez le DV 2014-06 à cet effet). De façon générale, le pendage des structures planaires est indiqué par une courte ligne perpendiculaire à une ligne plus longue représentant la direction. Seule la valeur du pendage ou du plongement des structures linéaires est indiquée sur les cartes. En utilisant la règle de la main droite pour les structures planaires, on en déduit l’azimut de la direction. Sur la carte interactive du SIGÉOM, les symboles des mesures structurales sont interrogeables et les valeurs d’azimut, de pendage et de plongement sont indiquées.
Exemple d’utilisation de la règle de la main droite pour déterminer le sens de la direction des structures planaires sur les cartes géologiques du SIGÉOM. Dans l’encadré 1, la direction de la structure planaire est vers le sud-ouest (SW); dans l’encadré 2, la direction de la structure planaire est vers le sud.
Crédits
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Ghyslain Roy, géo. (rédaction) Yannick Daoudene, géo., Ph. D.; James Moorhead, géo., M.Sc. (lecture critique); Claude Dion, ing., M. Sc. (révision linguistique) |
Références
Daigneault, R., 1991. Déformation et cisaillement, concepts et applications. UQAC, MRN; DV 89-16, 57 pages.
Holcombe, R.J., 2016. Mapping and structural geology in mineral exploration: where theory hits the fan. HCOV Global; 233 pages. (source)