CartographieSVTU_S3

7/31/2019 CartographieSVTU_S3

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INITIATION AUX CARTES ET AUX

COUPES GEOLOGIQUES

(MANUEL DE TRAVAUX PRATIQUES)

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PRESENTATION

La carte gologique constitue le support indispensable pour ltudedes formations gologiques et la reconstitution de leur histoire. Lobjet dece manuel est une initiation lacquisition des techniques de base pourdune part, la lecture des cartes gologiques, et dautre part la ralisationdes coupes gologiques.

Cette introduction sappuie sur desnotions gomtriques et gologiques(morphologie, tectonique et stratigraphie), selon un ordre de difficultcroissant.

Ce manuel comprend six sances relatives six thmes gologiques.Chacune est subdivise en deux parties : i) travaux dirigs sous forme derappels thoriques o laccent est mis sur laspect gomtrique etcartographique des structures tudies, illustr par des dessins (blocs-diagramme, cartes,) et dexercices dapplication ; ii) travaux pratiquesqui consistent la reconnaissance des structures sur une cartegologique et leur reprsentation en coupe.

Lapremire sance constitue un rappel des lments topographiqueset une tude cartographique de la structure tabulaire. La deuximesance traite des caractristiques gomtriques et cartographiques desplans inclins (structure monoclinale). La reconnaissance cartographique

des structures plisses est aborde lors de la troisime sance et leproblme des discordances est approch dans la quatrime sance.Enfin, Les contacts anormaux (failles) qui caractrisent les rgionsdformes (chane de montagnes et bassins en extension) sont abordsau cours des cinquime et sixime sance.Au terme de ce manuel sont exposs, en quatre annexes, descomplments et recommandations supplmentaires aux diffrents thmesabords.

ProfesseurAbderrahmane SOULAIMANI

Laboratoire de Gologie Structurale

Dpartement de Gologie

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AVERTISSEMENT

- Le contenu de ce manuel constitue la continuit des sances de travauxpratiques de cartographie (filires SV/SVT, module : Gologie-II). La

parfaite assimilation du contenu de ces sances est donc fortement

recommande.

- Les thmes abords ici sont totalement interdpendants et prsentent

une complexit croissante. Il est donc trs conseill dassurer une

prsence continue. Toute absenceportera prjudice la comprhension

des sances ultrieures.

- Durant toute les sances, le matriel requis est le suivant :

Crayon dessin ( mine ou HB), papier millimtr, gomme, et

ventuellement un rapporteur dangle et une calculatrice.

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SOMMAIRE :

PrsentationAvertissement

SEANCE1Les structures tabulaires

I. Rappels topographiques1. La carte topographique2. Notion dchelle3. Le profil topographique

II. Notions gologiques1. La stratigraphie2. Le facis3. La tectonique

III. Prsentation de la carte gologiqueIV. Principe de la construction dune coupe gologiqueV. Structures tabulairesVI. Coupe gologique dune structure tabulaire

SEANCE2Les structures monoclinales

I. Caractristiques gomtriques dun plan1. Dfinitions2. Reprsentation des directions et pendages sur une carte et en coupe gologique

II. Reprsentation des structures monoclinale sur la carte

1. Relief plat2. Relief accident

III. Dtermination qualitative des caractristiques gomtriques dune couche incline1. Relation entre le pendage dune couche et son contour gologique2. Relation entre les contours et le relief

Cas dun plan vertical

Cas dun plan inclin3. Relations entre largeur daffleurement et paisseur dune couche

IV. Dtermination quantitative des caractristiques gomtriques dune coucheincline1. Calcul de la direction dune couche incline2. Calcul du pendage dune couche incline

3. Calcul de lpaisseur dune couche inclineV. Construction des couches gologiques monoclinales en coupe

1. Dtermination du pendage dune couche par la mthode des trois points2. Construction des couches gologiques en coupe

Connaissant le sens et la valeur du pendage Connaissant le sens du pendage et lpaisseur de la couche

VI. Coupe gologique dune structure monoclinale

SEANCE3Les structures plisses

I. Dfinitions

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1. Les structures plisses2. Elments morphologiques dun pli3. Les diffrents types de plis

II. Reconnaissance des structures plisses sur une carte gologique1. Structure plisse axe horizontal2. Structure plisse axe inclin3. Terminaison priclinale

IV. Coupe gologique dune structure plisse

SEANCE4Les structures discordantes

I Dfinitions :1. Transgression etrgression2. Discordance

II. Diffrents types de discordances1. Discordance majeure

2. Discordance angulaire sur une structure plisse3. Discordance angulaire sur une srie monoclinale4. Discordance plate ou par lacune

III. Reconnaissance cartographique et construction en coupe1. Cas des transgressions-rgressions2. Cas des discordances angulaires

IV. Coupe gologique de structures discordantes

SEANCE5Les structures failles

I. DfinitionsII. Diffrents types de failles

1. Faille normale2. Faille inverse3. Faille conforme4. Faille contraire5. Faille de dcrochement

III. Reconnaissance des failles sur les cartes gologiquesIV. Reprsentation des failles sur la coupeV. Coupe gologique de structures failles

SEANCE6

Les chevauchements

I. DfinitionsII. Reconnaissance de chevauchements sur les cartes gologiquesIII. Exemples de pli-failleIV. Nappes de charriageV. Coupe gologique de structures failles

Annexe 1 : chelle stratigraphique internationaleAnnexe 2 : coupe gologique typeAnnexe 3 : techniques de dessin en perspectiveAnnexe 4 : rfrences bibliographiques

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SEANCE 1

LES STRUCTURES TABULAIRES

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I. Rappels topographiques

1. La carte topographique

Cest la reprsentation plane, une chelle dtermine, dune partie de lasurface terrestre (figure 1).Le relief se reprsente par lescourbes de niveaux(ou courbeshypsomtriques), quon peut dfinircomme tant lintersection de planshorizontaux quidistants avec lasurface topographique.Le choix de lquidistance (e) estdict par le type de relief reprsenter et par lchelle de lacarte.La pente dun versant estperpendiculaire aux courbes deniveau et son sens est dterminpar la lecture des ces dernires.

Figure 1

Lespacement des courbes deniveau est inversement proportionnel la valeur de la pente (Courbes espaces =pente faible; courbes serres = pente forte).

Sur une carte topographique, les valles sont indiques par une convexit descourbes de niveau dirige vers lamont en forme de U ou de V (en fonction dela morphologie de la valle). Au fond de la valle, le talweg est la ligne de drainagedes eaux. Au niveau des lignes de crte, la convexit est dirige vers laval. Lescollines et dpressions fermes se marquent par des courbes de niveauxconcentriques (Figure 1).

2. Notion dchelleLa projection planaire (figure 2)

sest faite sans rduction, niagrandissement de la topographieinitiale. Cependant, pour laralisation dune carte topographique(moins d1 m2) dune grandesuperficie de terrain (plusieursdizaines de km2), il est videntquune forte rduction simpose.Cest ce coefficient de rduction ainsichoisi, correspondant un nombre fractionnaire, quon appelle chelle.

Fi ure 2

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Autrement dit, lchelle dune carte (E) est le rapport de la longueur mesure sur lacarte (Lc), en une unit donne, la distance horizontale correspondante sur leterrain (Lt), la mme unit:

E = Lc/Lt

Exemples:

- lchelle dune carte dont deux points distants de 1 cm sur la carte et de 1 km sur le

terrain est:

E = 1cm/100 000cm,

La carte sera dite lchelle 1/100 000 (reprsentation numrique).

- Deux points distants de 5 km, sont spars de :

10 cm sur une carte au 1/50 000 (carte petite chelle).

20 cm sur une carte au 1/25 000 (carte grande chelle).

Remarques :- Noter bien que lchelle dune carte est fonction de (Lt) (appele aussi distance

vol doiseau), quiest la projection sur un plan horizontal de la distancerelle sur le terrain (Lr). Cette dernire est fonction de la pente topographique

() selon la formule :

(Lr) = (Lt)/Cos - La prcision dune carte dpend de lchelle du lev et non de sonagrandissement. Autrement dit, agrandir une carte (par exemple par photocopie)namliore en rien sa prcision.

Lchelle (E) peut aussi tre reprsente graphiquement par un segment gradu,

permettant de lire directement la distance relle correspondant une certainelongueur sur la carte. Lchelle graphique pour avantages une conversion plusrapide des longueurs mesures et surtout de rester valable aprs agrandissement ourduction de la carte.

3. Le profil topographiqueLtablissement dun profil topographique est particulirement important car dune

part il permet de visualiser le relief et dautre part, il est le support de la coupegologique. Sa ralisation passe par les tapes suivantes (figure 3):

- On choisit une ligne de coupe(A-B), matrialise sur la cartepar un trait au crayon.

- Le long de la coupe onapplique le bord suprieurdune feuille de papiermillimtre.

- Les intersections des courbes

de niveau et de la ligne decoupe sont reportes sur la

9Fi ure 3


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feuille et ensuite abaisses leur altitude lchelle de la coupe.- Ces diffrents points sont ensuite relis entre eux par une courbe continue.

On obtient ainsi le profil topographique qui correspond une courbe en coordonnesrectangulaires, avec les altitudes en ordonne et les distances en abscisse.

Remarques :Un profil correct doit avoir la mme chelle que celle de la carte, mais aussi unechelle identique pour les hauteurs et les longueurs. Il doit aussi comporter uncertain nombre dindications : chelle, orientation de la ligne de coupe,localisation des points de repres fixes, nom des rivires et villages, etc.

II. Notions gologiques

1. La stratigraphieCest l'tude de la succession des couches ou des formations rocheuses d'une

rgion qui permet de reconstruire les vnements gologiques. Par exemple, lanature des roches sdimentaires nous informe sur le milieu de sdimentation etcomment cet environnement a volu dans le temps. En outre, la stratigraphiepermet d'tablir une chronologie relative des terrains par l'application des principessuivants:

Le principe de continuit: une mme couche a le mme ge sur toute sontendu.

Le principe de superposition : dans les terrains non-dforms, lesformations les plus basses sont les plus anciennes et les formations les plushautes sont les plus jeunes. C'est la faon d'exprimerl'ge relatif.

Le principe d'horizontalit: les couches sdimentaires sont dposes

l'origine horizontalement. Une squence sdimentaire qui n'est pas en positionhorizontale aurait subit des dformations ultrieurement sont dpt.

Le principe de recoupement: les couches sont plus anciennes que lesfailles ou les roches qui les recoupent.

Le principe d'inclusion : les morceaux de roche inclus dans une autrecouche sont plus anciens que leur contenant.

2. Le facis : cest lensemble des caractres ptrographiques etpalontologiques qui caractrisent une roche. Certains de ceux-ci permettent den

prciser les conditions de dpt. Certaines couches peuvent prsenter des variationslatrales de facis dun point lautre.

3. La tectonique : cest ltude des dformations de la crote terrestre et desstructures qui en rsultent, diffrentes chelles, depuis lchelle du globe(tectonique des plaques) lchelle dchantillons (microtectonique). Ici, onlenvisagera surtout du point de vue des structures lchelle rgionale (cartegologique).

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III. Prsentation de la carte gologique

La carte gologique est une reprsentation sur un fond topographique desdiffrentes formations gologiques qui affleurent la surface du sol (ou masquespar une faible paisseur de formations superficielles rcentes : sol, terre vgtal,

boulis,), par la projection de leurs contours gologiques, cest direlintersection des limites gologiques avec la surface topographique.Nous considrons une formation gologique comme un volume de roche que lonidentifie sur un ou des critres particuliers, comme par exemple la lithologie oulge.Couche gologique : dans la plupart des cas, les roches sdimentaires sontnaturellement subdivises en couches ou strates, quon peut considrer comme unvolume limit par deux plans de stratification : plans infrieur et plan suprieur.Le plan de stratification correspond une surface assez rgulire, sparant deuxcouches. Le plan qui spare la couche de celle qui lui est sous-jacente (plusancienne) dtermine la limite infrieure de la couche, tandis que celui qui la sparede la couche sus-jacente (plus jeune) en constitue la limite suprieure.Sur une carte gologique, chaque formation gologique est reprsente par unecouleur et affecte dune notation (ou indice), qui indiquent leur ge gologique(tableau 1). Si on ignore celui-ci, on diffrencie les formations grce leurs caractresptrographiques, comme cest le cas habituel des terrains magmatiques etmtamorphiques.

Sur toutes les cartes gologiques, la signification stratigraphique ou ptrographiquede ces couleurs et notations est donne dans la lgende de la carte, qui figure

gnralement en bordure de celle-ci. La lgende est toujours dispose de tellemanire que les terrains se suivent dans lordre stratigraphique (du plus ancien labase au plus rcent en haut).

Comme nous le dcouvrirons dans les chapitres ultrieurs, les cartes gologiquesfournissent aussi dautres donnes relatives la structure du sous-sol (pendage descouches, axes de plis, contacts anormaux,), ainsi que des renseignements relatifs la prsence de substances minrales (minerais, pierresde taille, sables, sources,etc.)Remarques :- une carte gologique est habituellement accompagne dune notice (livret) qui donne desprcisions complmentaires et dtailles sur la rgion tudie (situation gographique,description dtaille des terrains avec leur paisseur, leur lithologie, les variations latrales,le contenu fossilifre, ainsi que lvolution structurale de la rgion.).- lors des levs de terrain, le gologue cartographe tudie les diffrents affleurements(formation gologique accessible lobservation), selon diffrents aspects : tectonique,stratigraphique, ptrographique, palontologique, etc.. Cest partir de ces observations,reportes sur la carte topographique (minute de terrain), que le gologue va tracer lescontours gologiques. On conoit ds lors que les cartes gologiques renferment une part,plus au moins importante, dinterprtations et dhypothses, en fonction de la densit desaffleurements tudis. Ce problme, bien rel dans les rgions fort couvert vgtal(rgions tempres), ne se pose pas, ou peu, pour cartographier des zones arides ou semi-

arides comme la plus grande partie du territoire marocain.

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Vert clair

tableau 1

(voir lchelle stratigraphique plus dtaille en annexe 1)

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IV. Principe de la construction dune coupe gologique

1. Dfinitions

Il existe trois principales mthodes dtude dune carte gologique :i) tablir son commentaire gologique;

ii) tablir son schma structural;iii) raliser des coupes gologiques.Cest cette dernire approche qui fera lobjet de toutes les sances ultrieures.

Une coupe gologique est une reprsentation, selon une section verticale, desterrains cachs en profondeur en nen connaissant que la partie qui affleure. Lacoupe gologique sappuie donc sur une part dhypothses et dinterprtationsdduite, logiquement, des indications de la carte. En dfinitif, si la carte est bienleve, et lue correctement, ces diverses interprtations ne diffrent gnralementque fort peu.

Il faut noter que des donnes complmentaires, comme des sondages ou desdonnes gophysiques, peuvent aider rendre une coupe gologique plus exacte.

Une coupe gologique est gnralement prise perpendiculairement la directiondes structures gologiques.

2. Dmarche suivre :i) Excuter le profil topographique de la coupe demande.ii) Reprer sur le bord suprieur du papier millimtr, les limites des

affleurements gologiques, puis les abaisser sur le profil topographique.

iii) A partir de ces points, dessiner la section de terrain en profondeur, enreliant entre eux les diffrents affleurements. Cette tape, la plus dlicate,dpend du type de structure gologique considre. Elle doit se faire enrespectant des rgles issues de la bonne lecture de la carte gologiques etdont nous allons voir le dtail au fur et mesure des pages suivantes.Deux rgles fondamentales sont toutefois respecter : Il faut commencer par dessiner la couche la plus rcente, puisque les

autres couches doivent se mouler sur elle. Appliquer les valeurs de pendages dduites de la carte et donner aux

couches les paisseurs indiques sur la lgende et les maintenirconstantes, sauf indication contraire, tout le long de la coupe.

Remarque :- La reprsentation dune coupe gologique demande beaucoup de soin, dapplication

et de minutie, car il est bien vident quune erreur sur la projection des couches oudpaisseur entrane des erreurs beaucoup plus graves sur la physionomie gnraleet lexactitude de la coupe gologique (une erreur d1mm sur une coupe ralise partir dune carte au 100 000, reprsente une erreur relle de 100m). Cest pourcette raison quil est conseill dutiliser un crayon bien taill ou porte mine.

- En annexe 2 (figure 46), la fin de ce manuel, nous avons reprsent un modle de

reprsentation dune coupe gologique. Celui-ci doit servir comme modle de basepour toutes les coupes gologiques raliser.

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3. Reprsentation des figursSi, sur une carte gologique, les formations gologiques se distinguent par

une couleur et une notation, dans une coupe gologique on leur affecte un figur.Sur la figure 4, sont reprsents quelques-uns des figurs les plus utiliss.

Figure 4- 1 10 : calcaires (1 5, en bancs ; 6 : marneux ; 7 : silex ; 8 : en plaquettes ; 9 :conglomratiques ; 10 : grseux) ; 11 et 12 : dolomies et calcaires dolomitiques;- 13 18 : argiles et marnes (15 : sableuses ; 17, 18 : marno-calcaires) ; 19 et 20 : roches massives ;

21 : roches salines ; 22 : dpts en poches ; 23 :couche de faible paisseur ou paisseur variable ;- 24 29 : roches dtritiques (24 : sables ; 25 : grs ; 26 et 27 : conglomrats ; 28 et 29 : brches ;30 : socle pliss ;- 31 : roche ruptives basiques ; 32 : roches intrusives acides ;- 33 35 : roches mtamorphiques (33 et 34 : schistes cristallins ; 35 : calcaires mtamorphiques).

Le dessin des figurs doit tre ralisersoigneusement, en rapport avec les limitesdes couches, paralllement ou perpendiculairement (figure 5A) et non par rapport lhorizontale de la coupe (figure 5B).

A : prsentation des figurs correcte ; B : reprsentation incorrecte.Figure 5

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V. Structures tabulaires

Dans le cas dune structure tabulaire, les couches sont horizontales ou sub-horizontales, et nont, de ce fait, pas subit de mouvements tectoniques (ou peu),depuis leur dpt.Ce sont les structures les plus simples reconnatre sur les cartes gologiques et lesplus faciles reprsenter dans les coupes gologiques.

1. Dans les rgions relief platCas dun plateau par exemple, seule la couche la plus jeune affleure, et donc laseule reprsente sur la carte gologique (figure 6A).

BAA

figure 6

- Dans les rgions marques par une plus forte activit des agents drosion, lescouches infrieures affleurent dans les versants des valles, alors que les couchessuprieures peuvent tre isoles dans les crtes (figure 6B).Il ressort de la carte gologique de la figure 6 que les contours gologiques des

couches horizontales forment des bandes parfaitement parallles aux courbes deniveau.

Fi ure 7

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La largeur daffleurement (L) est directement proportionnelle lpaisseur (e)(figure 7): (e1 > e2 L1 > L2) et inversement proportionnelle la pentetopographique (P) : (P1 < P2 L2


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SEANCE 2

STRUCTURE MONOCLINALE


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I. Caractristiques gomtriques dun plan

1. Dfinitions

La gomtrie dun plan (couche gologique) est dtermine par deux

paramtres (figure 8): La direction : cest la valeur angulaire () que fait avec le nord, uneligne horizontale trace dans le plan de stratification de la couche (P).La direction dun plan se mesure sur le terrain avec la boussole, cest dire parrapport au nord magntique et se reporte sur la carte par rapport au nordgographique.

La valeur () varie de 0 180. Le pendage : cest langle () entre le plan horizontal et la ligne de

plus grandepente (Lpp) du plan de stratification.La valeur () varie de 0 90.

Il faut noter que pour une direction donne, on a deux plans qui prsentent la mmevaleur de pendage mais prsentent des sens du pendage (sp) opposs

figure 8

2. Reprsentation des directions et pendages sur une carte et en coupegologique (figure 9)

Un plan est reprsent sur une carte par des signes conventionnels,gnralement en (T) dont la barre horizontale est parallle lhorizontale du plan etla barre verticale sa ligne de plus grande pente. La longueur de cette dernire estinversement proportionnelle la valeur du pendage. Parfois le signe reste le mme,mais on note, ct de lui, la valeur du pendage en degrs.

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figure 9

II. Structure monoclinale

On appelle structures monoclinales, les formations gologiques dont lependage se fait dans le mme sens.

1. En relief plat:

Les contours gologiques des structures sont rectilignes et parallles les uns

aux autres (figure 10)- La direction des couches est celle des contours gologiques.- Le sens du pendage est indiqu par la succession stratigraphique : cest dire

le sens allant des couches les plus anciennes vers les couches les plusrcentes ( lexception des sries tectoniquement renverses).

- Il est impossible de dterminer la valeur exacte du pendage avec ces seulesinformations.

figure 10

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2. En relief accident

Les contours gologiques recoupent les courbes de niveau sous un anglevariable en fonction du pendage des couches. Cet angle est dautant plus grand que

le pendage du plan est fort (figure 11).

III. Dtermination qualitative des caractristiques gomtriques dune couche

1. Relation entre le pendage dune couche et son contour gologique

Sur la figure 11, les horizontales (Hi) reprsentent la projection sur le planhorizontale des intersections entre le plan de stratification et le plan horizontal situ une certaine altitude. Lintersection entre (Hi) et la courbe de niveau de mmealtitude reprsente un point daffleurementde la couche en question. Le contourgologique est obtenu en reliant les diffrents points daffleurement.

Figure 11

2. Relation entre les contours et le relief

Soit les trois plans (P1, P2 et P3) de la figure 12, dont la valeur et le sens dupendage sont variables. A partir de leur trace respective sur la carte, on peut dduireles conclusions suivantes :

- Cas dun plan vertical

La projection du contour gologique dun plan vertical sur une carte est une lignerectiligne.

- Cas dun plan inclinLa projection sur une carte du contour gologique dun plan inclin est une ligne quiforme des V aussi bien au niveau des talwegs que des lignes de crtes.

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i) Dans les valles, prise perpendiculairement aux directions des couches, lapointe du V indique le sens du pendage des couches. Cette dfinition restegnralement valable sauf dans le cas o le pendage de la couche seraitplus faible et de mme sens que celui de la topographie.

ii) Au niveau des lignes des crtes, la pointe des V indique le sens contraire dupendage des couches, sauf dans le cas o le pendage de la couchedeviendrait plus faible et de mme sens que celui de la topographie.

iii) Louverture du V est proportionnelle la valeur du pendage (plus le V estouvert, plus le pendage est fort, et linverse).

figure 12

3. Relations entre largeur daffleurement et paisseur dune couche

Comme nous lavons vu dans les cas o les couches sont horizontales, lalargeur daffleurement dune couche incline est fonction de son paisseur, de sonpendage et de la pente topographique (figure 13)

figure 13

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On en dduit que :- La largeur daffleurement (L) est proportionnelle lpaisseur (e), et est

inversement proportionnelle la pente (P) et la valeur du pendage ().

- Pour une couche verticale, la largeur daffleurement est gale sonpaisseur.

IV Dtermination quantitative des caractristiques gomtriques dune couche

partir de la carte gologique

1. Calcul de la direction dune couche incline

La direction exacte dune couche peut tre aisment dtermine sur une carte(figure 14), par deux points daffleurement situ la mme altitude. La ligne qui lesrelie, correspondant lhorizontale de la couche pour laltitude considre, donne ladirection de la couche (ici, N0).

figure 14

2. Calcul du pendage dune couche incline

Sur les cartes gologiques, la valeur () du pendage dune couche peut trefacilement dtermine grce la diffrence daltitude entre deux horizontales (dH).On procde de la faon suivante :On trace deux horizontales sur le mme contour, on mesure la distance L1 qui lesspare. En construisant un triangle rectangle tout en gardant la mme chelle pourdH et L1, on peut donc dduire :

Tg = dH/L1

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Exercice :

Sur la carte topographique ci-

contre (figure 15):- Reprer les talwegs en bleu et leslignes de crte en noir.- Donner lquidistance des courbesde niveau.- Dterminer la direction et le pendagedu plan indiqu en gras

Figure 15

3. Calcul de lpaisseur dune couche incline

Traons deux horizontales la mme altitude (ici H400), sur les deux contours

de la mme couche, correspondant sa limite infrieure et suprieure (figure 16).Connaissant la valeur () du pendage vrai, lpaisseur peut se calculer par la formulesuivante :

e = L2sin

figure 16

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V. Construction des couches gologiques monoclinales en coupe

1. Dtermination du pendage dune couche par la mthode des trois points

Cas de la topographie en colline

La mthode, comme son nom lindique, consiste rechercher trois pointsappartenant au mme plan (limite infrieure ou suprieure), de telle sorte que deuxse positionnent la mme altitude et le troisime une altitude diffrente.Sur la figure 17, le point A est laltitude 500 alors que B et C seront projets laltitude 400. Les trois points dfinissent un plan reprsent en coupe par AA dontla pente correspond au pendage de la couche. La deuxime limite de la couche tanttout simplement parallle celle dtermine.

figure 17

Rappelons que dans le cas dune couche verticale, les limites gologiquesprsentent toujours un trac rectiligne, quel que soit le relief, et les diffrents points(A, B, C et A) sont aligns sur la mme verticale (figure 18A), alors que les coucheshorizontales prsentent toujours des traces parallles aux courbes de niveau (figure

18B).

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figure 18

Cas de la topographie en valles

Exercice :

En suivant le mme principe dcrit prcdemment, reprsenter en coupe les

six plans en gras de la figure 19, en appliquant la mthode des trois points.

figure 19

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En analysant les plans ainsi reprsents, vrifier les relations entre :- le sens de la pointe du V de la trace du plan et son sens du pendage.- louverture du V et la valeur du pendage.

2. Construction des couches gologiques en coupe : procdure suivre

Comme soulign prcdemment, il est impratif de conserver pour chaquecouche la mme paisseur tout au long de la coupe, sauf indication contraire.Pour construire une couche gologique en coupe, nous disposons gnralement derenseignements tirs de la carte (largeur daffleurement, pendage (sens et valeur)et/ou paisseur. La procdure de construction est la suivante :

- La projection partir de la carte de lintersection du trait de coupe avec seslimites. La distance obtenue tant celle de sa largeur daffleurement.

i) Connaissant le sens et la valeur du pendage (figure 20A) :Si le pendage de la couche gologique est donn par la carte, il suffit de tracer encoupe les deux limites parallles de la couche faisant avec lhorizontal un anglegale la valeur du pendage indique. On peut ensuite facilement dduirelpaisseur de la couche en la mesurant perpendiculairement aux limites de lacouche sur la coupe.

Figure 20

ii) Connaissant le sens du pendage et lpaisseur de la couche (figure 20B)On trace un arc de cercle ayant comme centre la limite suprieure (A) etlpaisseur (e) comme rayon. Le segment (BT) tangent ce cercle constitue lalimite infrieure de la couche et donne son pendage exact ().

iii) Cas des couches pendage variableIl sagit du cas dune couche dont on connat lpaisseur, le pendage de ses

limites et dont la construction savre difficile cause dune largeurdaffleurement, trop large ou trop troite. Ce cas implique obligatoirement unevariation du pendage de la couche.

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Exercice : construire les coupes correspondantes aux cartes cidessous(paisseur de J2 est de 1cm)

figure 21

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VI. Coupe Gologique dune structure monoclinale

D) Retrouver sur la carte gologique propose les endroits o les couchessont monoclinales et dterminer leur sens du pendage.

E) Raliser la coupe gologique demande en adoptant la lgende propose.

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SEANCE 3

LES STRUCTURES PLISSEES

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I. Dfinitions

1. Les structures plisses

Sous leffet des contraintes tectoniques, les strates (couches) sdimentairespeuvent se dformer de faon plus au moins plastique. Leurs pendages deviennentalors variables et dirigs dans des sens divers, on dit quelles sont plisses.

Les structures plisses (figure 22) sontformes de synclinaux (plis concaves vers lehaut) et danticlinaux (plis concaves vers lebas).Au cur des synclinaux sont reprsentes lesformations les plus rcentes et les plusanciennes au cur des anticlinaux.

Figure 22

2. Elments morphologiques dun pli (figure 23)

- charnire : cest la zone decourbure maximale prsentepar les couches, souvent

reprsente sur la carte par :

respectivementpour la charnire anticlinale etsynclinale.- Flancs : surface de la couchede part et dautre de lacharnire- Plan axial : cest le plan desymtrie du pli passant par le

milieu de la charnire.- Axe du plis () : cest ladirection du plan axial. Ilcorrespond aussi sa projection sur la carte gologique.

Fi ure 23

- Plan : cest le plan perpendiculaire laxe du pli.

3. Les diffrents types de plis :

En fonction de la gomtrie du plan axial, on peut distinguer diffrents types

de plis (figure 24):

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Figure 24

Lorsque le plan axial est vertical, on parle de pli droit. Le pli devient successivementdjet, dverset couchquand le plan axial sincline de plus en plus.

4. Notions de flanc normal et de flanc inverse

Lorsque sur une coupe verticale, les couches gologiques plisses serencontrent dans lordre o elles sont dposes, on dit que la srie est normale ; onest alors sur le flanc normaldu pli. Dans le cas contraire on a une srie inverse (ourenverse) qui se rencontre dans le flanc inverse du pli (figur25).

figure 25

II. Reconnaissance des structures plisses sur une carte gologique

Sur une carte gologique, les contours des couches plisses dpendent de la

topographie, du pendage des couches mais aussi de la gomtrie de laxe dupli.

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1. Structure plisse axe horizontal

figure 26

Considrons la structure plisse de la figure 26, dont le plan axial est vertical estlaxe horizontal. Les contours gologiques forment sur le plan (ABCD) des lignesdroites et parallles en relief plat et plus au moins sinueuses en relief accident. Ils

dlimitent des bandes parallles rptitives et plus au moins symtriques.

Exercice :Comparer les deux axes de symtrie S et A en compltant le

tableau ci-dessous:

Axe S Axe Age des couches Pendage des couches Forme des couches Type du pli

2. Structure plisse axe inclin

Lorsque laxe du pli est inclin, les contours des couches gologiques formentdes V dont la pointe est dirige vers le sens de linclinaison de laxe, dans le casdun pli anticlinal et le sens contraire, dans le cas dun pli synclinal (figure 27)

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figure 27

Remarque :On appelle synclinorium un groupement de plis dont lallure gnrale est un synclinal etun anticlinorium un groupement de plis dont lallure gnrale est un anticlinal.

3. Terminaison priclinale (prisynclinale ou prianticlinale)

On appelle terminaison priclinale lintersection des charnires du pli avec lasurface topographique (figure 28).

figure 28

Noter quil existe une ressemblance entre la forme du pli en coupe et sa terminaisonpericlinale sur carte.

Exercice 1: Construire les structures plisses selon les coupes suivantes (figure 29):Exercice 2: structure plisse en bloc diagramme (figure 30)

En analysant la carte gologique, donner les diffrents types de plisainsi que la gomtrie des axes.

A limage du premier bloc-diagramme (ABCD), reprsenter les planscartographiques (CDEF) et (EFGH) sur les plans correspondant en

bloc-diagramme. Etablir les coupes gologiques CD et EF.

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Figure 29

figure 30

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IV. Coupe Gologique dune structure plisse

1. Retrouver sur la carte gologique propose les structures plisses etdterminer la localisation des axes de symtrie et le type du plissement.

2. Raliser la coupe gologique demande en adoptant la lgende propose

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SEANCE 4

LES STRUCTURES DISCORDANTES

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I Dfinitions

1. Transgression et rgression

Au cours des temps gologiques, les limites des mers peuvent varier,pour diverses raisons (tectoniques, climatiques,), et ceci selon :- Une remonte du niveau marin (la mer dpasse ses limites initiales), cest une

transgression marine responsable de nouveaux dpts qui vont savancerau-del de ceux qui les avaient prcds (figure 31A).

- Une baisse du niveau marin (la mer se retire en de de ses limites initiales),on parle de rgression marine et les sdiments lis ce phnomne sontgnralement moins tendus que ceux de la priode prcdente (figure 31B).

figure 31

2. Discordance

Dans un bassin sdimentaire (80% dans le milieu marin), les stratessorganisent en couches parallles les unes aux autres : la disposition est diteconcordance. Si au cours de lhistoire gologique de ce bassin, par le jeu de latectonique, de lrosion ou des cycles de variation du niveau marin, la gomtrie desdpts est perturbe, on parle de discordance.

figure 32

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Si, lors dune phase tectonique, les sdiments se plissent et mergent de leau, ilssont rapidement attaqus par lrosion qui aplanit le relief et donne une surfacedrosion. Si par la suite la mer revient en transgression, elle dpose de nouveaux

sdiments sur cette surface, on a alors une discordance entre la couche horizontalem et la srie plisse. On remarque que la couche discordante m , dissqueultrieurement par lrosion, repose indiffremment sur les diffrentes couchesplisses.

II. Diffrents types de discordances (figure 33)

Discordance majeure :

La couverture sdimentairetransgressive se dpose sur un socledform et mtamorphis lors dunephase orognique. La discordancemajeure implique au moins une phaseorognique entre les deux ensemblesdiscordants.

Discordance angulaire sur une

structure plisse :

Les sries basales sont plisses,

souleves puis rodes, avant le dptdes couches horizontales transgressives.Langle entre les stratifications des deuxensembles est variable.

Discordance angulaire sur une srie

monoclinale :

Une squence sdimentaire estdiscordante sur une srie bascule puis

rode. Langle entre les strates des deuxensembles reste localement constant.

Discordance plate ou par lacune :

Les strates tant parallles, ladiscordance nest pas forcment lie unvnement tectonique. La lacune a pourcause, soit labsence de sdimentationdurant une priode plus ou moins longue,soit laction dune phase drosionintermdiaire.

fi ure 33

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III . Reconnaissance cartographique et construction en coupe

1. Cas de la transgression-rgression

Sur la carte de la figure34, on remarquera quentre lesubstratum K et la couche laplus rcente L3,les couches L1et L2 naffleurent pas partout.Lpaisseur de ces dernires serduit en effet vers louest oelles finissent par totalementdisparatre. La couche L3, plustendue, est dite transgressivesur les autres couches. Onnotera par ailleurs que lespoints daffleurement (M, N, L,O, P, et Q) appartiennent troisformations diffrentes : ils sontde ce fait appels pointstriples. figure 34

En coupe, la reprsentation de L3 ne pose pas de problme (couche

horizontale). En revanche, pour les couches L1 et L2, qui naffleurent pas au niveaudu trait de coupe AB, il va falloir reconstituer leur contour cach par la couche L3, ensaidant des points daffleurement connus (NLPQ) pour L1 et (MO) pour L2. Ceslimites interpoles dlimitent ainsi ltendue maximale suppose de ces couches verslouest. La projection en coupe de R et S nous indiquera les points (R et S) o lescouches L1 et L2 ont respectivement une paisseur nulle et se terminent ainsi enbiseau.

Exercice (figure 35):

Analyser la carte suivante etconstruire la coupe AB

figure 35

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2. Cas des discordances angulaires

Exercice :

- Retrouver les grandsensembles gologiques de

la carte ci-contre en se

basant sur les couches

discordantes

- Raliser la coupe (AB)

- Retracer lhistoire

gologique de cette rgion.

- Retrouver les grands

ensembles gologiques de


basant sur les couches

discordantes

- Raliser la coupe (AB)

- Retracer lhistoire

gologique de cette rgion.

- Retrouver les grands

ensembles gologiques de


basant sur les couchesdiscordantes

- En saidant de la coupe

gologique, retracer

lhistoire gologique de cette

rgion

figure 36

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IV. Coupe gologique de structures discordantes

1) Retrouver sur la carte gologique propose les structures discordantes etargumenter votre choix.

2) Raliser la coupe gologique demande en adoptant la lgende propose.

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SEANCE 5

LES STRUCTURES FAILLEES

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Tous les contacts gologiques, que nous avons tudis jusqu prsent, entre les

diffrentes couches, aussi bien concordantes que discordantes sont dits : contacts

normaux (ou contacts stratigraphiques). Ultrieurement aux dpts, des mouvements

tectoniques peuvent intervenir, et en fonction de la lithologie des couches et des conditions

de pression- temprature de la dformation, des plans de cassure apparaissent. Lesdplacements relatifs entre les diffrents blocs engendrent de nouveaux contacts dits :

contacts anormaux( ou failles).

I. Dfinitions

horizontal

figure 37

- faille : on appelle faille, toute cassure avec dplacement relatif des deuxcompartiments

-plan de faille : surface le long de laquelle sest fait le dplacement- compartiment : volume rocheux dlimit par une ou plusieurs failles.- toit de la faille : compartiment situ au-dessus du plan de faille.- mur de la faille : compartiment situ sous le plan de faille.- rejet: distance qui spare deux points situs de par et dautre de la faille et qui

taient en contact avant la cassure. On mesure surtout ses composantes,horizontales (rejet horizontal : Rh) et verticale (rejet vertical: Rv).

- contraintes tectoniques : ce sont les forces qui sexercent sur les roches de lacrote terrestre. Elles peuvent tre de deux sortes (figure 38):

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- Compressives : forces convergentes qui engendrent la cration des reliefs etdes chanes de montagnes (horst).

- Extensives : forces divergentes qui engendrent des dpressions et desbassins (graben).

Figure 38

II. Diffrents types de failles

En fonction de leur gomtrie et de leur cinmatique on distingue plusieurstypes de failles (figure 39):

1. Faille normale : faille dont le toit est relativement affaiss par rapport aumur. Cest une faille qui est associe aux contextes tectoniques en

extension (figure 39B)2. Faille inverse : faille dont le toit est relativement soulev par rapport au

mur. Cest une faille associe aux rgimes tectoniques en compression(figure 39C).

3. Faille conforme : faille dont le plan est inclin dans le mme sens que lescouches affectes (figure 39B1 et C1).

4. Faille contraire : faille dont le sens du pendage est oppos celui descouches affectes (figure 39B2 et C2).

5. Faille de dcrochement: faille verticale rejet horizontal. Elle peut tre

associe tous les contextes tectoniques (extensifs et compressifs) ( figure39D).

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figure 39

45


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III.Reconnaissance des failles sur les cartes gologiques

Les failles tant assimiles des plans, leur trace sur la carte rpond auxmmes rgles que celles des plans de stratification pour la dtermination de leur

direction et pendage. Aussi bien sur les cartes que les coupes gologiques, lesfailles se dessinent avec un trait plus fort que celui des limites des couches.

Exercice :

En considrant les cartes de la figure 40, complter le tableau suivant :

Failles normales Failles inverses DcrochementsNature des contraintes . Gomtrie de la faille Trac cartographique Relations : ages desterrains/pendage de lafaille

.

figure 40

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IV. Reprsentation des failles en coupe

Les failles tant forcment plus rcentes que les terrains quelles dcoupent,leur dessin en coupe doit de ce fait se faire juste aprs la ralisation du profil

topographique et avant la reprsentation des couches. On obtient ainsi plusieurscompartiments en fonction du nombre de failles. Le choix est libre de commencer parnimporte quel compartiment dans lequel on doit respecter lordre convenu dereprsentation des couches.

Exercice : (figure 41)

Pour chacune des cartes suivantes :1) raliser la coupe AB en tenant

compte de :

- pendage des couches = 25- pendage de la faille, sil y a lieu =45

2) dduire le type de faille mise en jeu.

Figure 41

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SEANCE 6

LES CHEVAUCHEMENTS

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I. Dfinitions

On dit quil y a chevauchement (ou recouvrement) lorsque deux ensemblesgologiques dge trs diffrents sont anormalement mis en contact par une faille

faible pendage.En fonction de la quantit du dplacement le long de ces failles (rejet), on peutdistinguer :

- Un chevauchement de faible amplitude : cas des failles inverses et desplis-failles.

- Un chevauchement de grande amplitude : charriage.

Dans un chevauchement (figure 42) lensemble chevauchantest situ au-dessusdu contact alors que lensemble chevauchest situ au-dessous du contact.

figure 42

II. Reconnaissance de chevauchements sur les cartes gologiques

Les chevauchements sont caractriss par: Comme tous les contacts anormaux (failles), les chevauchements sont

reprsents par des traits pais. Lge des terrains mis en contact par les chevauchements sont

gnralement trs loigns dans le temps. Les rejets sont globalement significatifs, les plans de chevauchements sont

peu inclins voir sub-horizontaux. De ce fait, ils prsentent de fortessinuosits sur les cartes gologiques.

Par consquent, ce sont des accidents dampleur cartographique quon peutsuivre sur de grandes distances.

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III. Exemple de plis-failles

Lorsquun pli dvers ou couch, par tirement puis rupture de son flanc inverse,donne un chevauchement plus au moins important, on parle depli-faille.

Exercice :

La figure 43 montre lvolution spatiale, mais aussi temporelle, dun pli-faille.

La carte tant reproduite dans les diffrents blocs-diagrammes, raliser les coupes CD, EF

et GH dans les plans verticaux correspondants.

figure 43

IV. Nappes de charriage

Lorsque des terrains chevauchants stalent largement sur leur substratum, onparle dcailles, et lorsque lamplitude du dplacement est trs importante onparle de nappes de charriage.

Une nappe de charriage est constitue par : (figure 44)- Les terrains autochtones : ce sont les terrains rests sur place.- Les terrains allochtones : ce sont les terrains ayant t dplacs par les

forces tectoniques ou gravitaires.

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Sous leffet de lrosion, des lambeaux de terrains allochtones peuvent treisols, on parle de klippe. De mme, des entailles peuvent tre creuses au seindes terrains allochtones pour faire apparatre les terrains sous-jacentsautochtones, on parle alors de fentre.

figure 44

Reconnaissance sur la carte gologique:- Les contacts faills des nappes de charriage tant sub-horizontaux, leurs

traces cartographiques sapproche de celles des courbes de niveaux.- Etant donne limportance du dplacement horizontal, les terrains allochtones

et autochtones prsentent de grandes diffrences gologiques (ge,lithologie)

V. Coupe gologique de structures failles

- Retrouver sur la carte gologique propose les failles de chevauchement.- Raliser la coupe gologique demande en adoptant la lgende propose.

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ANNEXES

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Annexe 1

Fig. 45 Echelle stratigraphique internationale.La charte des couleurs utilise est celle de la Commission de la Carte Gologique du Monde

(Paris), exprimes en codes en RVB (Rouge, Vert, Bleu) ; exemple : D : 203/140/55 reprsenteDvonien, avec un mlange de couleurs (203 en Rouge, 140 en Vert et 55 en Bleu), (voir :http// :www.stratigraphy.org)

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Annexe 2

Reprsentation type dune coupe gologique :

figure 46

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Annexe 3

La perspective est une technique de base du dessin qui permet de reprsenter levolume dun objet gologique (trois dimensions) dans un plan (deux dimensions). Ondistingue deux types de perspective :

1. La perspective cavalire: appele aussi perspective parallle, elle est utilisenotamment en mathmatiques pour les dessins gomtriques. Pour dessiner un cubeen perspective cavalire, il faut distinguer les lments suivants :

figure 47 dessin dun cube en perspective parallle

- Point de vue : lendroit ou se trouve lobservateur, pour une meilleure vue, il estprfrable que lobjet se trouve, par rapport au point de vue, un peu droite ou gauche sur une droite horizontale, et un peu au-dessus ou au-dessous sur une droiteverticale.

- Faces frontales : faces situes sur un plan perpendiculaire notre regard. Lesdimensions (cts et angles sont conservs).

-

Faces fuyantes : faces qui forment les cts. Les dimensions ne sont pasconserves.- Angle de fuite : cest langle que font toutes les droites fuyantes dune face fuyante

avec lhorizontal du dessinateur.- Coefficient de fuite : cest un nombre entre 0 et 1 par lequel nous multiplions les

dimensions relles des segments fuyants pour obtenir les dimensions sur le dessin.

Avantages :- simple raliser- permet le calcul des dimensions relles partir dun dessin.

Inconvnients :

- nest pas conforme et de ce fait ne conduit pas des reprsentations agrables lil.

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2. La perspective centrale :

Elle est utilise dans plusieurs domaines artistiques et techniques (peinture,architecture,). Partant du principe quun objet proche est plus grand que le mme objetloign, la perspective centrale prsente lavantage de donner plus de ralit et deprofondeur aux objets. Pour raliser une telle perspective, il faut tenir compte des lmentssuivants :

- Ligne dhorizon : cest le premier lment placer, elle correspond au point de vuedune personne debout.

- Point de fuite : point situ lhorizon o convergent toutes les lignes de fuiteLa perspective centrale est relativement conforme notre vision des objets. Cependant,dune manire gnrale, les rapports de longueur ne sont pas conservs entre lobjet et ledessin.

Figure 48 dessin dun cube en perspective centrale

Avantages :- conforme notre vision

Inconvnients- les rapports de longueur ne sont pas conservs entre lobjet et son image

- mthode assez dlicate mettre en uvre.Exercice :

Effectuer la perspective demande pour des diffrentes formes suivantes (figure 48):(pour la perspective parallle, le choix est libre pour langle est le coefficient de fuite)

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figure 49

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Annexe 4

Rfrences bibliographiques

- A. Foucault et J. F. Raoult : Coupes et cartes gologiques, dition Doin 1975.

- M. Archambault, R. Lhnaff et J. R. Vanney : Documents et mthode pour lecommentaire de cartes (gographie et gologie), Masson, Paris, 1974.

- J. Aubouin, J. Dercourt et B. Labesse : Manuel de travaux pratiques decartographie. Dunod, Paris, 1970.

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