Le pli est la structure la plus visible du niveau structural moyen, résultat d'une déformation continue des couches sous l'effet du raccourcissement tectonique. Ce chapitre définit les éléments géométriques d'un pli, présente les classifications génétique et géométrique, puis les mécanismes physiques qui produisent le plissement — l'ensemble des notions indispensables pour décrire et interpréter un pli sur le terrain ou sur une carte.
1. Les éléments géométriques d'un pli
Un pli se décrit par un ensemble d'éléments géométriques. La charnière est la zone de courbure maximale de la couche pliée ; l'axe du pli est la ligne qui joint les points de courbure maximale d'une même surface pliée, dans une section donnée. Les flancs sont les segments de couche situés de part et d'autre de la charnière. Le plan axial est le plan (généralement non plan à proprement parler, plutôt une surface) qui contient les charnières successives de toutes les couches empilées et qui divise le pli en deux moitiés aussi symétriques que possible. L'angle entre les deux flancs, mesuré dans le plan perpendiculaire à la charnière, définit l'angle d'ouverture du pli.
2. La classification génétique : anticlinal et synclinal
Sur le plan génétique, qui tient compte de l'âge relatif des couches, un anticlinal est un pli dont le cœur contient les couches les plus anciennes, tandis qu'un synclinal a en son cœur les couches les plus récentes. Cette définition suppose de connaître la polarité stratigraphique des couches (le sens du rajeunissement). Lorsque cette polarité n'est pas connue ou que la série est renversée, on utilise une classification purement géométrique : une antiforme est convexe vers le haut (« en voûte »), une synforme est concave vers le haut (« en cuvette »). Un anticlinal est presque toujours une antiforme, sauf en cas de série renversée par un pli couché antérieur.
3. La classification géométrique de Ramsay
La classification de Ramsay compare, pour chaque couche pliée, l'épaisseur mesurée parallèlement au plan axial à la charnière et sur les flancs, à l'aide des isogones de pendage (lignes reliant les points de même pendage sur les surfaces supérieure et inférieure de la couche). On distingue trois classes : la classe 1 (plis parallèles ou isopaques), où l'épaisseur perpendiculaire aux surfaces reste constante d'un point à l'autre — typique des roches compétentes qui se plissent par flexion ; la classe 2 (plis semblables), où c'est l'épaisseur mesurée parallèlement au plan axial qui reste constante, typique d'un aplatissement homogène affectant une surface déjà ondulée ; et la classe 3, plus rare, où la couche s'amincit fortement vers les flancs.
Pli dont l'épaisseur de couche, mesurée perpendiculairement aux surfaces de stratification, reste constante de la charnière aux flancs ; caractéristique d'un plissement par flexion d'une couche compétente.
4. Les mécanismes de plissement
Deux grands mécanismes physiques produisent un pli. Le flambage (buckling) affecte une couche compétente soumise à un raccourcissement dans son plan : au-delà d'un seuil, la couche flambe plutôt que de se raccourcir en s'épaississant, un peu comme une règle que l'on comprime par ses extrémités. Ce mécanisme donne des plis de classe 1, à épaisseur constante. À l'inverse, le plissement passif (ou plissement par aplatissement) affecte des couches sans contraste de compétence marqué : la déformation se répartit de façon homogène dans toute la roche, qui se déforme comme un objet passif, donnant des plis de classe 2.
Dans une série multicouche alternant niveaux compétents et incompétents (calcaires et marnes, par exemple), le glissement banc sur banc (flexural slip) accompagne le flambage : chaque couche glisse légèrement sur sa voisine pendant le plissement, un peu comme les pages d'un livre que l'on courbe, ce qui explique la présence fréquente de stries de glissement parallèles au pendage sur les surfaces de stratification des flancs de pli plissés par ce mécanisme.
5. Plis polyphasés et interférences
Dans les zones ayant subi plusieurs phases de déformation successives, un pli précoce peut être repris par une déformation ultérieure orientée différemment, produisant des plis polyphasés ou plis superposés. L'interférence de deux systèmes de plis d'orientations différentes engendre en carte des motifs caractéristiques — patrons en dômes et bassins, en croissant ou en boîte à œufs, selon l'angle entre les deux directions de plissement. La reconnaissance de ces figures d'interférence permet de reconstituer la chronologie relative des phases tectoniques successives qui ont affecté une région.
Surface (souvent proche d'un plan) contenant les charnières de toutes les couches d'un pli, qui divise celui-ci en deux moitiés approximativement symétriques ; la schistosité associée lui est généralement parallèle.
| Classe | Nom | Épaisseur constante | Mécanisme associé |
|---|---|---|---|
| 1 | Plis parallèles (isopaques) | Perpendiculaire aux surfaces | Flambage d'une couche compétente |
| 2 | Plis semblables | Parallèle au plan axial | Aplatissement homogène (plissement passif) |
| 3 | — | Amincissement vers les flancs | Combinaison flambage + aplatissement |
Les trois classes géométriques de Ramsay
- Un pli se décrit par charnière, flancs, axe et plan axial ; l'angle d'ouverture mesure son degré de fermeture.
- Anticlinal/synclinal (âge des couches au cœur) vs antiforme/synforme (géométrie seule, sans référence à l'âge).
- Classes de Ramsay : classe 1 parallèle (épaisseur constante perpendiculairement aux surfaces), classe 2 semblable (constante parallèlement au plan axial).
- Flambage (couche compétente, classe 1) vs plissement passif par aplatissement (classe 2) ; glissement banc sur banc dans les séries multicouches.
- Les plis polyphasés produisent des figures d'interférence (dômes et bassins) qui renseignent sur la chronologie des phases tectoniques.
Question récurrente : légender les éléments d'un pli sur un schéma (charnière, flanc, plan axial, axe) et déterminer sa classe de Ramsay à partir des isogones de pendage. On demande souvent de distinguer anticlinal et antiforme sur un exemple où la série est renversée. Piège classique : confondre l'épaisseur « vraie » (perpendiculaire aux surfaces) et l'épaisseur mesurée parallèlement au plan axial, qui ne caractérisent pas la même classe de Ramsay.