Comme chacun sait, la tectonique des plaques est une théorie récente (40 ans seulement) qui invoque le mouvement relatif de « plaques » rigides qui forment l’écorce terrestre. Pour simplifier, les plaques tectoniques se déplacent comme des radeaux rigides à des vitesses de quelques centimètres par ans seulement, sans qu’elles se déforment. Mais que se passe-t-il à la limite entre deux plaques ? Comme deux plaques juxtaposées ne se déplacent pas dans la même direction ni à la même vitesse, les plaques peuvent diverger, converger ou coulisser, et des frottements énormes interviennent, déformant les roches en bordure de plaques. En se déformant sous l'effet des forces tectoniques, des structures apparaissent dans les roches : ces structures sont appellées "structures tectoniques".
La Cordillère des Andes se situe justement à la limite entre plusieurs plaques tectoniques. Les frottements générés sont à l’origine de la formation de la chaine andine, un peu comme les Alpes et l’Himalaya. Mais comment peut-on observer les déformations des roches sur le terrain ?
L’avantage de la région de Neuquén réside en la nature des roches que l’on rencontre. Ce sont des roches sédimentaires constituées de strates parallèles entre elles bien visibles. Ces strates sont d’excellents marqueurs de la déformation : en effet, lorsque les sédiments se déposent, les strates sont presque horizontales. Ainsi, l’observation de strates qui ne sont pas horizontales indique qu’elles ont été déformées, et le travail du géologue est d’analyser la déformation des roches pour comprendre comment cette déformation a eu lieu.
Prenons l’exemple d’observations dans la région de Neuquén. En quittant Chos Malal, nous avons pu observer des ondulations très importantes dans les strates. Ce sont des plis. Nous en avons observé à plusieurs échelles, de l’ordre de quelques dizaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres. Ces plis traduisent un raccourcissement des strates. Afin de comprendre le mécanisme, vous pouvez prendre une feuille de papier que vous posez sur une table. Posez vos mains aux deux extrémités de la feuille de papier et rapprochez votre main gauche de votre main droite en entrainant la bordure gauche de la feuille. Vous vous rendez alors compte que la feuille se plie, ou se plisse, en formant un relief. Vous avez formé une chaine de montagnes en raccourcissant votre feuille de papier. C’est ainsi que se forment les chaines de montagnes dans la nature. L’observation de plis sur le terrain indique que les roches ont été raccourcies, probablement lors de la formation d’une chaine de montagnes.
Cependant, la déformation ne s’effectue pas seulement par plissement. Nous avons observé des plans dans les roches de Neuquén qui ne sont pas des strates. En regardant de plus près, il est possible de distinguer des rayures parallèles entre elles. Ces rayures sont un signe que les deux compartiments de part et d’autre du plan ont bougé l’un par rapport à l’autre en frottant l’un sur l’autre : c’est une faille, c’est à dire une fracture dans la roche accompagnée d’un déplacement le long de la fracture. Le déplacement se déduit de l’orientation des stries de frottement.
Afin d'analyser le type de déformation associé aux failles ou aux plis, le géologue mesure l'orientation des structures qu'il observe sur le terrain. Les mesures sont simples : avec la boussole, le géologue mesure l'orientation de la structure par rapport au nord, ainsi que sa pente par rapport à la verticale. Ainsi, le travail de géologue structural implique une excellente maîtrise de la géométrie en 3-D.
Les exemples sur les photos sont des failles de quelques mètres, mais il existe des failles de plusieurs milliers de kilomètres, le long desquelles les déplacements des roches peuvent atteindre plusieurs centaines de kilomètres. En général, le déplacement le long de ces failles s’effectue de manière discontinue dans le temps. A chaque fois qu’un déplacement se produit, les frottements génèrent des vibrations, donnant naissance aux tremblements de terre.
Dans notre exemple, il s’agit d’une faille « inverse », associée à une déformation en raccourcissement, donc à la formation de cordillère des Andes. Toutefois, nous avons pu observer d’autres types de failles : des failles « normales », associées à une déformation en extension, incompatible avec la formation d’une chaine de montagne. Avec nos seules observations, nous pouvons donc conclure qu’il y a eu deux phases de déformation, une phase compressive et une phase extensive, mais il nous est impossible de savoir quelle est la première. Afin de le savoir, il est nécessaire de faire un travail de chronologie relative à l’échelle de la région, afin de savoir si une déformation recoupe l’autre.
