Mesures sur le terrain et utilisation de la boussole

Un gŽologue doit caractŽriser lĠorientation dans lĠespace des structures quĠil observe sur le terrain : stratification, schistositŽ, linŽation, faille, fracture, pli et axe de plis, fluidalitŽ magmatiqueÉ La forme de ces structures peut tre ramenŽe ˆ deux figures gŽomŽtriques trs simples : le plan ou la droite (ou un ensemble de plans ou de droites comme par exemple pour les enveloppes dĠun pli ˆ axe courbe). De plus, lĠorientation dĠun plan peut tre dŽfinie ˆ partir de lĠorientation des droites quĠil contient. Dans la pratique, il suffit donc de savoir mesurer lĠorientation dans lĠespace dĠune droite sur le terrain pour pouvoir y caractŽriser celle dĠune structure gŽologique.

Pour cela, lĠoutil le plus simple dont peut disposer le gŽologue sur le terrain est une boussole spŽcifique (Fig. 1) qui permet les deux types de mesures dĠangle nŽcessaires et suffisants pour caractŽriser totalement lĠorientation dĠune droite dans lĠespace. Gr‰ce ˆ un systme de graduation spŽcifique, la boussole permet de mesurer, dans un repre horizontal, lĠangle entre la direction Nord-Sud donnŽe par lĠaiguille de la boussole et une droite horizontale caractŽristique de lĠorientation du plan ou de lĠŽlŽment linŽaire. Gr‰ce ˆ un clinomtre ou une charnire graduŽe, elle permet la mesure du plongement dĠune droite (angle avec le plan horizontal dans le plan vertical qui la contient).

 

Fig. 1a. Exemple de la graduation spŽcifique sur une boussole de gŽologue ˆ aiguille magnŽtique (modle Cadet de Brunton). La boussole est graduŽe de 0 ˆ 360Ħ dans le sens inverse des aiguilles dĠune montre (graduation externe). La graduation interne est la notation en cadrant utilisŽe aux Etats-Unis.

Fig. 1b. Exemple de boussole ˆ cadrant tournant dans un bain dĠhuile (modle Topochaix Reconnaissance). Dans ce cas, la graduation est normale car elle est portŽe par le cadrant tournant.

 

     I.     DŽfinitions

On distingue deux mŽthodes de mesure pour caractŽriser lĠorientation dĠun plan ou dĠun ŽlŽment linŽaire : la mŽthode dite de la direction et la mŽthode dite de lĠazimut. Pour un plan, elles se diffŽrencient principalement par le choix de la droite horizontale de rŽfŽrence qui est utilisŽe pour mesurer lĠangle avec la direction du Nord GŽographique ˆ la surface de la Terre. Par contre, cette droite est la mme dans les deux mŽthodes pour la mesure dĠun ŽlŽment linŽaire. Il est donc indispensable de bien comprendre comment ces droites de rŽfŽrences sont dŽfinies pour ne pas faire de confusions. Les deux mŽthodes se distinguent Žgalement par lĠintervalle de mesure dĠangle utilisŽ pour caractŽriser lĠorientation de la droite de rŽfŽrence : de 0 ˆ 180Ħ pour la mŽthode de la direction et de 0 ˆ 360Ħ pour la mŽthode de lĠazimut. Dans la mŽthode de la direction, la mesure de 0 ˆ 180Ħ nŽcessite de prŽciser le sens de pendange du plan ou de plongement de lĠŽlŽment linŽaire pour caractŽriser compltement lĠorientation de la droite de rŽfŽrence. La prise de mesure entre 0 et 360Ħ fait que cela nĠest pas nŽcessaire dans la mŽthode de lĠazimut.

 

         Direction (dĠune droite) : en gŽologie structurale, orientation du plan vertical qui contient cette droite (Raoult et Foucault, 1984). Elle est caractŽrisŽe par lĠangle, infŽrieur ˆ 180Ħ, que forme, dans un plan horizontal, ce plan vertical avec le plan vertical qui contient la direction du Nord GŽographique (Fig. 2a). Sur le terrain, la direction du Nord GŽographique est obtenue par la mesure ˆ la boussole de la direction du Nord magnŽtique terrestre, Žventuellement corrigŽe de la dŽclinaison magnŽtique. Pour caractŽriser un plan, on mesure la direction dĠune de ses lignes horizontales. La direction dĠun ŽlŽment linŽaire est celle du plan vertical qui la contient. Dans le langage courant, le terme de direction dŽsigne aussi bien une droite virtuelle horizontale du plan (ou une droite horizontale du plan vertical qui contient lĠŽlŽment linŽaire ˆ caractŽriser) que la mesure de lĠangle qui mesure quantitativement son orientation. Une direction est toujours comprise entre 0 et 180Ħ.

 

Exemple : une direction de N30 (Nord 30Ħ) signifie que lĠon peut mesurer, dans le sens des aiguilles dĠune montre et dans le mme plan horizontal, un angle de 30Ħ entre la direction du Nord donnŽe par lĠaiguille de la boussole et une ligne horizontale du plan.

 

 

 

Fig. 2a. Direction dĠun plan (angle et droite de rŽfŽrence). La mesure est toujours comprise entre 0 et 180Ħ.

 

         Ligne de plus grande pente (Fig. 2b) : ligne virtuelle du plan ˆ caractŽriser qui visualise sa plus grande pente (le trajet dĠune goutte dĠeau qui sĠŽcoule ou dĠune bille qui roule sous lĠeffet de la gravitŽ sur le plan matŽrialise une de ces lignes qui sont toutes parallles entre elles). Elle est perpendiculaire ˆ la direction.

 

 

Fig. 2b. Relations entre ligne de plus grande pente, direction et azimut dĠun plan ˆ mesurer. La direction est perpendiculaire ˆ la ligne de plus grande pente et ˆ lĠazimut. Attention ! Ici les limites des plans ont ŽtŽ choisies pour visualiser le mieux possible les relations angulaires entre azimut, direction et ligne de plus grande pente. Ainsi le plan ˆ mesurer est limitŽ par une horizontale en haut et en bas et par une ligne de plus grande pente sur ses c™tŽs.

 

         Azimut (dĠune droite): en gŽologie structurale, orientation du plan vertical qui contient cette droite. Il est caractŽrisŽ dans un plan horizontal par lĠangle compris entre 0 et 360Ħ que forme ce plan vertical avec le plan vertical qui contient la direction du Nord GŽographique. Pour caractŽriser un plan, on mesure lĠazimut dĠune ligne horizontale du plan vertical qui contient sa ligne de plus grande pente. Par extension, ligne virtuelle horizontale comprise dans le plan vertical qui contient la ligne de plus grande pente du plan ou lĠŽlŽment linŽaire ˆ caractŽriser. LĠAzimut est perpendiculaire ˆ la direction dĠun plan et se confond avec la direction pour un ŽlŽment linŽaire. Contrairement ˆ la direction, lĠazimut a un sens. CĠest celui du plongement de la ligne de plus grande pente du plan ou de lĠŽlŽment linŽaire ˆ caractŽriser.

 

Exemple : un azimut de N300 (Nord 300Ħ) signifie que lĠon peut mesurer, dans le sens des aiguilles dĠune montre et dans le mme plan horizontal, un angle de 300Ħ entre la direction du Nord donnŽe par lĠaiguille de la boussole et une ligne horizontale situŽe dans le plan vertical qui contient la ligne de plus grande pente du plan. Il est possible de calculer la direction ˆ partir de lĠazimut puisque ces deux droites sont perpendiculaires. Un azimut N300 correspond ˆ une direction de 30Ħ avec un plongement vers le NW. Par contre, pour calculer un azimut ˆ partir dĠune direction, il est nŽcessaire de savoir vers o plonge la droite de rŽfŽrence.  Une direction de N30 peut correspondre ˆ un azimut de N300 ou de N120.

 

Fig. 2c. Azimut dĠun plan (angle et droite de rŽfŽrence). La mesure est comprise entre 0 et 360Ħ. Attention ˆ la perspective ! La ligne de plus grande pente est perpendiculaire aux horizontales. Ici les limites du plan ˆ mesurer ne correspondent ni ˆ des horizontales, ni ˆ des lignes de plus grande pente !

 

Plongement : angle dĠune droite orientŽe vers le bas, avec lĠhorizontale (Raoult et Foucault, 1984). Sa valeur vaut de 0 ˆ 90Ħ et est mesurŽe dans un plan vertical. Le sens du plongement doit tre prŽcisŽ quand on associe direction et plongement pour caractŽriser lĠorientation dĠune ligne. Ce nĠest pas nŽcessaire quand la mesure associŽe au plongement est lĠazimut.

 

Pendange : angle entre une surface (un plan) et un plan horizontal. CĠest Žgalement le plongement de la ligne de plus grande pente du plan ˆ mesurer.

 

ReprŽsentation. Sur le carnet de terrain, lĠorientation dĠun plan est notŽe par un T pour un plan. Le sommet du T marque lĠorientation de la direction, la barre verticale la direction et le sens de lĠazimut. La longueur de la barre peut tre utilisŽ pour caractŽriser lĠimportance du plongement.

Par convention, le bord latŽral de la feuille du carnet est orientŽ NS avec le N vers le haut.

 

+

Plan horizontal

Plan faiblement pentŽ vers le NW (<30Ħ). Direction N30. Azimut N300

Plan moyennement pentŽ vers le SE (30-60Ħ). Direction N30. Azimut N120

Plan fortement pentŽ vers le NW (>60Ħ). Direction N30. Azimut N300

Plan vertical. Direction NS Azimut non dŽfini

 

Fig. 3. Exemple de notation graphique de plans sur le carnet de terrain.

 

        

         LĠorientation dĠune ligne est gŽnŽralement notŽe par un segment de droite accompagnŽ dĠun symbole disposŽ du c™tŽ opposŽ au plongement (Fig. 4)

 

 

Direction N30 plongeant vers le SW. Azimut N210

Direction N0 (NS) plongeant vers le S. Azimut N180

Direction N120 plongeant vers le NW. Azimut N300

Direction N120 plongeant vers le SE. Azimut N120

Direction N90 (EW) plongeant vers lĠW. Azimut N270

 

Fig. 4. Exemple de notation graphique de lignes sur le carnet de terrain.

 

II.     Les deux mŽthodes de mesure

La mŽthode des directions

Pour un plan, on mesure lĠangle compris entre 0 et 180Ħ entre la direction et lĠaiguille de la boussole. La mesure est complŽtŽe par la mesure du plongement de la ligne de plus grande pente qui est Žgalement le pendange du plan.

 

Exemple : N 30, 60 NW caractŽrise un plan dont les lignes horizontales font un angle de 30Ħ avec lĠaiguille de la boussole et dont le pendange est de 60Ħ vers le NW.

 

Attention ! Dans cette mŽthode, il faut prŽciser vers o pend la ligne de plus grande pente, ici vers le NW, pour ne pas confondre avec un plan dont la mesure serait N 30, 60 SE (Fig. 5a)

 

Fig. 5a. Exemple de notation sur le carnet de terrain pour un plan. La lettre avant la mesure indique une direction (N30) alors que la mesure avant les lettres indique un pendange (60NW ou 60SE). Le dessin permet de vŽrifier la cohŽrence de la mesure (il est donc indispensable !)

 

Pour une ligne, direction et azimut sont confondues mais dans la mŽthode de direction la mesure sĠeffectue entre 0 et 180Ħ et il est nŽcessaire de prŽciser vers o plonge la ligne.

 

Fig. 5b. Exemple de notation sur le carnet de terrain pour une ligne. La lettre avant la mesure indique une direction (N30) alors que la mesure avant les lettres indique un plongement (60SW ou 60NE). Le dessin permet de vŽrifier la cohŽrence de la mesure (il est donc indispensable !)

 

La mŽthode de lĠazimut.

Pour un plan, on mesure lĠangle compris entre 0 et 360Ħ entre lĠazimut et la direction du nord donnŽe par lĠaiguille de la boussole. La mesure est complŽtŽe par la mesure du plongement de la ligne de plus grande pente (Fig. 6a).

 

 

 

 

Fig. 6a. Notation avec la mŽthode des azimuts (flche) dĠun plan et relation avec la direction. La lettre avant la mesure indique un azimut (N120 ou N300). La valeur de lĠazimut entre 0 et 360Ħ dŽfinit vers o pend la ligne de plus grande pente.

 

Pour une ligne, la mŽthode reste la mme.

 

Fig. 6a. Notation avec la mŽthode des azimuts (flche) dĠune ligne. La lettre avant la mesure indique un azimut (N120 ou N300). La valeur de lĠazimut entre 0 et 360Ħ dŽfinit vers o plonge la ligne.

 

Choix de la mŽthode

En gŽnŽral, le gŽologue sĠen tient ˆ une mŽthode de mesure qui a sa prŽfŽrence (voir une combinaison des deux !). Souvent la mŽthode des directions est prŽfŽrŽe en gŽologie structurale pour les arguments suivants :

 

- La manipulation de nombres peu ŽlevŽs (0 ˆ 180Ħ pour 0 ˆ 360Ħ pour la mŽthode de lĠazimut) est plus facile.

- On obtient des valeurs voisines pour les directions des deux flancs opposŽs dĠun pli.

- Il semble plus facile de se reprŽsenter un plan par sa direction et sa ligne de plus grande pente (le T des cartes) que par le seul azimut.

- Direction dĠun plan et directions cartographiques rŽgionales sont un mme type de mesure (direction cartographique dĠune couche, dĠun filon, dĠun axe de pliÉ).

- La mŽthode de lĠazimut ne permet pas de dŽfinir les plans verticaux qui sont trs importants. Par exemple, la direction axiale dĠun pli est donnŽe par la direction de ses couches verticales.

 

A lĠinverse, la mŽthode de lĠazimut est parfois prŽfŽrŽe des Žtudiants car elle ne nŽcessite pas de se soucier du sens de plongement, surtout avec certaines boussoles. Elle peut tre plus rapide que la mŽthode de la direction pour un utilisateur expŽrimentŽ.

 

Pour le dŽbutant : il faut comprendre les deux mŽthodes. CĠest le meilleur moyen de ne pas se tromper quand il faut passer ˆ lĠapplication et mesurer sur le terrain avec la boussole dont on dispose.

 

JL Potdevin, 20/12/2008