Lernzettel: Géomorphologie des Reliefs et Structures

📋 Plan du Cours

1. Socles stables et boucliers
2. Massifs anciens et relief appalachien
3. Bassins sédimentaires et reliefs de cuesta
4. Escarpements de faille et de ligne de faille
5. Chaînes plissées et relief jurassien
6. Morphologies de contact
7. Relief karstique et karstification
8. Formes karstiques de surface et profondes
9. Hydrographie et structure géologique
10. Captures et déversements fluviaux

📖 1. Socles stables et boucliers

🔑 Notions clés & Définitions

• Bouclier : Un bouclier est une vaste zone stable d’un socle ancien, généralement peu élevée et façonnée surtout par l’érosion plutôt que par une tectonique active.
• Socle précambrien : Un socle précambrien désigne la partie très ancienne de l’écorce, à l’origine des grands ensembles de socle où s’organisent boucliers et massifs anciens.
• Plateforme : Une plateforme est un bouclier doté d’une couverture sédimentaire, qui modifie son aspect par rapport aux boucliers dépourvus de sédiments.
• Craton : Un craton correspond au noyau originel stable des continents, souvent lié aux boucliers associés aux socles précambriens.

📝 Points essentiels

• Un bouclier est généralement plan et marqué par une faible activité tectonique, son modelé dépendant fortement de l’érosion sur des temps géologiques.
• L’âge de mise en place des boucliers associés aux socles précambriens se situe entre 3,5 milliards d’années et 600 ± 50 millions d’années.
• La superficie des cratons couvre environ 3/4 de la surface du globe et leur distribution concerne surtout les hautes et basses latitudes.
• En hémisphère Nord on trouve les boucliers russo-sibérien, mongole, scandinave et canadien, tandis qu’en hémisphère Sud on distingue le bouclier antarctique.
• Dans les basses latitudes, les boucliers africains, guyano-brésilien, indien et australien sont cités comme grands exemples.
• Les boucliers présentent des roches granitiques et gneissiques, souvent recoupées par des batholites, et l’absence de rajeunissement tectonique actuel, avec seulement une dégradation mécanique.

💡 Astuce mémo

Bouclier = 3,5 Ga → 600±50 Ma, craton : “environ 3/4 du globe”, et érosion surtout (tectonique faible).

📖 2. Massifs anciens et relief appalachien

🔑 Notions clés & Définitions

• Massif ancien : Un massif ancien est une unité géomorphologique de dimensions moyennes associant des surfaces d’aplanissement résiduelles et des formes structurales.
• Relief appalachien : Le relief appalachien est un relief d’érosion différentielle formé par une succession de crêtes étroites parallèles et des dépressions allongées.
• Sillons appalachiens : Les sillons appalachiens sont des dépressions allongées séparant des crêtes, creusées dans des roches plus tendres.
• Wind gap : Un wind gap est un type de gap dont le drainage fluvial a cessé, laissant une ouverture désormais non empruntée par les rivières.

📝 Points essentiels

• Les massifs anciens greffés aux socles datent du Paléozoïque et se retrouvent exclusivement dans les moyennes latitudes.
• Les massifs anciens ont un relief compact, peu entaillé, avec de longues surfaces d’aplanissement et des formes structurales lourdes.
• Le relief appalachien montre des crêtes longues et étroites, subparallèles, portées par des roches dures comme les grès ou quartzites.
• Les sillons, creusés dans des roches plus tendres (schistes, marne-calcaire, calcaires marneux), sont séparés par des crêtes à pentes fortes de 70 à 80%.
• Les ouvertures des crêtes sont des cluses ou gaps, avec des water gaps drainés par des rivières et des wind gaps non drainés.
• La mise en place du relief appalachien résulte d’un épisode d’aplanissement aux dépens de structures plissées, suivi d’une reprise d’érosion.

💡 Astuce mémo

Crêtes dures + roches tendres : 70-80% de pente ; eau passe (water gap) ou plus (wind gap).

📖 3. Bassins sédimentaires et reliefs de cuesta

🔑 Notions clés & Définitions

• Bassin sédimentaire émergé : Un bassin sédimentaire émergé est une zone déprimée où des roches sédimentaires se sont accumulées dans un domaine marin ou lacustre après une subsidence prolongée, puis émergent par tectonique positive.
• Structure aclinale : Une structure aclinale correspond à l’absence de déformation notable des couches sédimentaires, si bien que la stratification guide fortement le relief.
• Relief de coteau : Un relief de coteau est un relief dissocié en plateau et rebord, issu de structures sédimentaires aclinales à contraste de résistance entre roches dures et roches tendres.
• Relief de cuesta : Un relief de cuesta est un relief dissymétrique structuré par une série monoclinale avec alternance de roches dures et tendres, façonné en érosion sélective par les cours d’eau.

📝 Points essentiels

• Une cuesta nécessite une série monoclinale, une alternance roches dures au sommet et roches tendres en dessous, et des couches initialement en strates horizontales.
• Dans une cuesta, le front (vers l’amont-pendage) est concave et plus raide, alors que le revers (vers l’aval-pendage) est une pente plus faible.
• La cuesta domine une dépression et comprend un front portant corniche et talus, plus un revers coiffé par les roches dures.
• Le réseau hydrographique influence l’évolution des cuestas en fonction du rapport d’épaisseurs entre roches dures et roches tendres.
• En structure aclinale, la plaine ou le plateau structural correspond à l’affleurement d’un plan stratigraphique supérieur résistant, dégagé par l’érosion des roches tendres sus-jacentes.
• Des glints peuvent apparaître dans des bassins protérozoïques sans contraste lithologique, sous forme de plateaux gréseux à profils transversaux très abrupts.

💡 Astuce mémo

Coûteau = couches “sans pli” (aclinal) ; Cuesta = couches “qui penchent” (monoclinal) avec front raide et revers doux.

📖 4. Escarpements de faille et de ligne de faille

🔑 Notions clés & Définitions

• Escarpement de faille originelle : Un escarpement de faille originelle est un relief contemporain de la faille, dont la dénivellation reflète le rejet et dont l’escarpement se situe sur la ligne de faille.
• Escarpement de ligne de faille : Un escarpement de ligne de faille est un escarpement créé par l’érosion à partir de la ligne de faille après un nivellement préalable des blocs faillés.
• Escarpement direct de ligne de faille : Un escarpement direct de ligne de faille est un escarpement dont le regard est tourné vers le bloc affaissé, élaboré par un cours d’eau sur la ligne de faille.
• Escarpement inversé de ligne de faille : Un escarpement indirect ou inversé de ligne de faille a un regard tourné vers le bloc soulevé, l’érosion dégagent alors l’escarpement du côté du bloc soulevé.

📝 Points essentiels

• Un escarpement hérité ou dérivé garde une dénivellation égale au rejet mais recule par rapport à la ligne de faille sous l’effet de l’érosion.
• Un escarpement atténué par l’érosion a une dénivellation inférieure au rejet tout en restant placé sur la ligne de faille.
• Un escarpement de ligne de faille direct est orienté vers le bloc affaissé car un cours d’eau s’installe sur la ligne de faille et attaque surtout les roches tendres du bloc affaissé.
• Un escarpement de ligne de faille indirect ou inversé se forme avec un regard vers le bloc soulevé, car l’érosion attaque les roches tendres du bloc soulevé.
• Les escarpements de ligne de faille directs et inversés sont des escarpements rajeunis.
• Un escarpement de ligne de faille exhumé est fossilisé par des dépôts post-tectoniques puis dégagé par une reprise d’érosion, avec des marques d’érosion antérieures visibles.

💡 Astuce mémo

Direct = regard vers l’affaissé (cours d’eau creuse côté affaissé). Inversé = regard vers le soulevé (érosion côté soulevé).

📖 5. Chaînes plissées et relief jurassien

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaînes plissées : Ensemble de chaînes de montagnes formées par des plissements, regroupant notamment des chaînes alpines intracratoniques et péricratoniques.
• Chaînes de plis de couverture : Type de chaîne plissée dont la structure correspond à des plis dits de couverture, comme pour le Jura.
• Chaînes de plis de fond : Type de chaîne plissée lié à des plis profonds, associé aux chaînes intracratoniques de type alpin.
• Rajeunissements post-tectoniques : Processus tardif traduisant un renouvellement après la tectonique, qui se manifeste par des manifestations intenses comme le volcanisme et les séismes.

📝 Points essentiels

• Les chaînes de montagnes plissées rassemblent des chaînes intracratoniques et péricratoniques des plissements alpins, avec des plis de fond et des plis de couverture dont le Jura est l’exemple.
• Le caractère récent des structures des chaînes plissées, par rapport aux socles, favorise des rajeunissements post-tectoniques qui s’expriment notamment par un volcanisme intense et des tremblements de terre.

📖 6. Morphologies de contact

🔑 Notions clés & Définitions

• contact par superposition : Contact de lisière entre grandes unités morphostructurales où une couverture sédimentaire recouvre un socle ancien et disparaît partiellement par érosion différentielle.
• contact par dépression périphérique : Type de contact où l’érosion différentielle crée une dépression circulaire autour des boucliers et massifs anciens à la suite du contraste de résistance socle/couverture.
• glint : Forme de contact où une couverture sédimentaire plus résistante que le socle domine et s’oppose à une plaine cristalline en creux.
• pseudo-cuesta de Dapaong : Exemple de pseudo-cuesta observée au nord Togo, associé à un contact où la couverture résistante domine un socle plus érodable.

📝 Points essentiels

• La morphologie de contact se situe à la lisière des grandes unités morphostructurales et dépend des relations tectoniques entre elles.
• Il existe trois types de contact : superposition, affrontement et intégration.
• Le contact par dépression périphérique apparaît quand le socle granitogneissique résiste moins que la couverture moins dure, ce qui favorise une érosion différentielle.
• Dans ce cas, la cuesta fait face à un plateau cristallin peu incliné, surface d’aplanissement exhumée.
• Si la couverture est au contraire plus résistante (grès durs), le contact se fait par glint ou pseudo-cuesti et domine des plaines cristallines en creux.
• La pseudo-cuesta de Dapaong sert d’exemple de ce contact à couverture résistante au nord Togo.

💡 Astuce mémo

Superposition = couverture érosion différentielle : couverture moins dure → dépression périphérique (cuesta), couverture plus dure → glint/pseudo-cuesta.

📖 7. Relief karstique et karstification

🔑 Notions clés & Définitions

• Relief karstique : Un paysage façonné par l’eau qui s’infiltre dans le sous-sol et réagit avec certaines roches jusqu’à créer des formes spécifiques.
• Karstification : Le processus en deux étapes par lequel l’eau dissout une roche soluble puis redépose la matière dissoute pour former le relief karstique.
• Roches carbonatées : Des roches surtout constituées de carbonates comme le calcaire et la dolomie, qui favorisent la formation de karsts lorsqu’elles sont fissurées.
• Pseudo karst : Des formes similaires au karst produites sur des roches non carbonatées, quand l’eau provoque aussi des dissolutions.

📝 Points essentiels

• Dans le karst, l’eau s’infiltre au lieu de s’écouler en surface, ce qui oriente la formation des conduits et des creux.
• La karstification repose sur la dissolution de la roche puis sur la redéposition de la matière dissoute qui construit les formes caractéristiques.
• Les fractures, diaclases et fissures sont indispensables car elles facilitent l’infiltration et augmentent le temps de contact de l’eau avec la roche.
• La microfissuration favorise un temps de contact plus long (dissolution plus efficace) tandis que la macrofissuration réduit surface d’attaque et durée d’action.
• Pour dissoudre les carbonates, l’eau doit contenir du CO2 qui mène notamment à CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO3−, avec une eau plus froide plus riche en CO2.
• En surface, le karst s’exprime par des chenaux et lapiez (lapiaz), des reliefs ruiniformes et des dépressions fermées.

💡 Astuce mémo

CO2+H2O dissout CaCO3 : dissolution puis redéposition = chenaux et lapiez.

📖 8. Formes karstiques de surface et profondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chenaux et lapiaz : Les formes karstiques de surface se traduisent par des vallées sèches et des rigoles de dissolution creusées par l’eau de ruissellement sur des roches carbonatées.
• Reliefs ruiniformes : Les reliefs ruiniformes correspondent à des surfaces très découpées dues à une érosion différentielle qui épargne les roches les plus résistantes.
• Dépressions fermées : Les dépressions fermées regroupent des formes de taille décamétrique à pluri-kilométrique créées par dissolution, notamment dolines, ouvalas et poljés.
• Avens : Les avens sont des gouffres issus de l’effondrement de la voûte d’une cavité souterraine formée par dissolution du calcaire.
• Ponors : Les ponors sont des conduits relativement étroits qui relient la surface aux cavités ou galeries souterraines.

📝 Points essentiels

• Les lapiez (lapiés) sont des rigoles de dissolution, avec des aspérités tranchantes, parfois percées de trous grossièrement circulaires.
• Les dolines sont des dépressions rondes ou elliptiques décamétriques où s’accumulent des argiles de décalcification au fond.
• Les ouvalas résultent de la coalescence de plusieurs dolines et forment des dépressions de dimension hectométrique au contour sinueux.
• Les poljés sont de vastes plaines fermées, longues de quelques centaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres, avec un fond plat contrastant avec des reliefs abrupts et des hums sur les versants.
• Les grottes karstiques se développent à partir de galeries souterraines et présentent des concrétions : stalactites (voûte) et stalagmites (plancher).
• Une rivière souterraine réapparaît en surface en résurgence, et elle disparaît en perte lorsqu’elle entre dans un aven ou un gouffre.

💡 Astuce mémo

Surface = dissolution (lapiés, dolines, poljés) ; Profondeur = enfouissement (avens, ponors, résurgence/perte).

📖 9. Hydrographie et structure géologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Adaptation hydrographique : L’adaptation hydrographique est le cas où les cours d’eau suivent des affleurements de roches tendres et/ou des déformations liées à la lithologie ou à la tectonique.
• Inadaptation par antécédence : L’inadaptation par antécédence décrit un tracé fluvial plus ancien que les accidents structuraux qu’il recoupe, grâce à une incision capable de maintenir la pente.
• Inadaptation par surimposition : La surimposition correspond à un cours d’eau qui s’inscrit sur une surface antérieure (couverture ou aplanissement) puis s’y creuse en conservant son tracé.
• Capture fluviale : La capture est le détournement d’une portion du cours d’eau par un autre plus actif, impliquant une érosion régressive et des preuves dans le paysage.
• Déversement fluvial : Le déversement est le passage spontané d’un cours d’eau dans un autre plus bas en franchissant un interfluve, souvent lié au remblaiement et aux crues.

📝 Points essentiels

• La lithologie règle la densité du réseau : milieux calcaires perméables donnent peu de ramifications, tandis que les milieux cristallins imperméables donnent un chevelu dense.
• Dans les reliefs en cuesta, les cours d’eau de la dépression orthoclinale sont adaptés à la lithologie tandis que les cours cataclinals sont adaptés à la tectonique, et les cours anaclinaux sont inadaptés.
• L’inadaptation par antécédence exige une tectonique lente, un cours d’eau vigoureux pour inciser malgré les déformations, et des structures postérieures à l’installation du cours d’eau.
• La surimposition suppose que la vallée s’est d’abord inscrite sur une surface antérieure (couverture fossilisante ou aplanissement) puis que le creusement conservé révèle les contrastes de dureté.
• La capture se reconnaît par une vallée morte, par une position perchée de l’élément capturé et par une différence pétrographique des terrasses alluviales entre les deux cours d’eau.
• Les déversements se produisent quand un cours d’eau franchit un interfluve après remblaiement, comme le Tista vers le Brahmapoutre (Indo-Gangétique) et la haute Moselle vers la Meurthe (Quaternaire).

📖 10. Captures et déversements fluviaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Vallée morte : La vallée morte correspond à la portion abandonnée par l’ancien écoulement après capture, parfois réoccupée par un autre cours d’eau.
• Bras mort : Un bras mort est un étang en forme de croissant formé lors du recoupement d’un méandre qui raccourcit le tracé et renforce la pente.

📝 Points essentiels

• La capture se produit par percement d’un interfluve séparant deux vallées grâce à une érosion régressive.
• Les indices de capture incluent une vallée morte, un site capturé en position perchée et une différence pétrographique entre terrasses alluviales des deux cours d’eau.
• En auto-capture, le recoupement d’un méandre par sapement sectionne le pédoncule séparant deux rives concaves et crée un bras mort.
• Le déversement survient quand le fond de la vallée du cours d’eau se relève par comblement ou remblaiement, permettant aux eaux les plus alluvionnées de passer en crue.
• Dans la plaine Indo-Gangétique, le Tista s’est déversé dans le Brahmapoutre au Bangladesh.
• La haute Moselle s’est déversée dans la Meurthe au Quaternaire, et les changements Katouga–Kagera ont privé les lacs Edouard et George au profit du lac Victoria après basculement lié au Rift est-africain. (Règle)

💡 Astuce mémo

Capture = cours plus actif qui “prend” un autre bassin; Déversement = vallée qui se “remplit” jusqu’à laisser passer le cours en crue.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
Précambrien	Mise en place des boucliers (socles stables) entre le Précambrien et le Paléozoïque.
3,5 milliards d’années	Âge de mise en place des boucliers associé aux socles précambriens.
600 ± 50 millions d’années	Âge maximal cité pour la mise en place des boucliers associés aux socles précambriens (600 ± 50 Ma).
Paléozoïque	Âge d’intégration/greffe des massifs anciens ; façonnement des unités avant les chaînes plissées cénozoïques.
Cénozoïque	Rajeunissements post-tectoniques des chaînes plissées et mise en place des reliefs imposants.

📊 Tableaux de synthèse

Water gap vs wind gap

Type de gap	Drainage	Cause/signal dans le paysage
water gap	drainé par les rivières	ouverture étroite traversée par les cours d’eau.
wind gap	non drainé	ouverture désormais non empruntée par les rivières (empruntée par le vent).

Escarpement direct vs escarpement indirect/inversé

Type d’escarpement	Direction du regard	Bloc attaqué par l’érosion
direct	regard vers le bloc affaissé	attaque surtout les roches tendres du bloc affaissé.
indirect ou inversé	regard vers le bloc soulevé	érosion des roches tendres du bloc soulevé, escarpement orienté du côté du bloc soulevé.

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre bouclier et craton : le bouclier est une région stable du socle ancien, le craton est le noyau originel stable des continents (souvent associés).
2. Croire que les cuestas se forment sans pendage : une cuesta exige une série monoclinale avec couches dures au sommet et tendres dessous.
3. Inverser direct et inversé : direct = regard vers l’affaissé ; inversé/indirect = regard vers le soulevé.
4. Mélanger water gap et wind gap : le water gap est drainé par les rivières, le wind gap n’est plus drainé (vent).
5. Penser que la karstification dépend seulement de la roche : elle exige aussi des conditions hydrochimiques (eau chargée en CO2) et des fractures.
6. Interpréter une cluse comme une forme karstique : cluse/gap relèvent des reliefs d’érosion différentielle (relief appalachien ou jurassien), pas du karst.
7. Oublier la règle capture/déversement : capture = détournement par un cours plus actif (érosion régressive) ; déversement = franchissement lié au remblaiement/crues.

✅ Checklist Examen

1. Définir bouclier, plateforme et craton, et rappeler l’intervalle d’âge cité pour la mise en place des boucliers.
2. Caractériser les massifs anciens (relief compact, relief lourd) et citer l’exemple des formes appalachiennes et pseudo-appalachiennes.
3. Expliquer le relief appalachien : crêtes, sillons, roches dures/tendres, pentes 70-80%, cluses/gaps et distinction water gap/wind gap.
4. Définir un bassin sédimentaire émergé et distinguer les structures des bassins protérozoïques (aclinales) et paléozoïques (pendage monoclinal).
5. Caractériser le relief de coteau : plateau/plaine structural, corniche, coteau, et le rôle de l’érosion des roches tendres sus-jacentes.
6. Caractériser la cuesta : conditions (monoclinale, alternance, strates horizontales), front concave raide, revers plus faible, et cours d’eau cataclinaux/anaclinaux/orthoclinal.
7. Définir escarpement de faille originelle vs escarpement de ligne de faille, et donner les critères d’escarpement direct et indirect/inversé (regard et bloc attaqué).
8. Présenter les chaînes plissées : chaînes de plis de fond vs de plis de couverture, et citer l’exemple du relief jurassien.
9. Lister les trois types de contacts (superposition, affrontement, intégration) et décrire l’idée générale de chacun.
10. Définir karstification et karst, rappeler le rôle indispensable des fractures (diaclases/fissures) et donner l’équation-bilan citée.
11. Citer les formes karstiques de surface (chenaux/lapiés, reliefs ruiniformes, dolines/ouvalas/poljés) et les formes souterraines (avens, grottes, ponors, résurgence/perte).
12. Expliquer l’adaptation/inadaptation des cours d’eau (lithologie vs tectonique, antécédence vs surimposition) puis définir capture et déversement avec les indices donnés.