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Structures géologiques

L’anticlinal du Mont Terri constitue le principal élément tectonique présent dans les roches étudiées. Il s’agit de l’anticlinal situé le plus au nord du Jura plissé. Il a été chevauché sur environ 1 km au-dessus des couches du Jura tabulaire de l’Ajoie lors de la poussée alpine.

Le laboratoire a été entièrement excavé dans des argiles à Opalinus, sur le flanc sud de l’anticlinal du Mont Terri. Dans la région du laboratoire, les couches ont un pendage d’environ 42 degrés vers le SSE.

Profil géologique
Profil géologique de l'anticlinal du Mont Terri; la position du laboratoire souterrain ainsi que les forages profonds les plus importants, BDS-5 et BDB-1, y sont représentés

Toutes les structures sont soigneusement répertoriées au sein du laboratoire souterrain. Les fractures résultent de trois processus différents :

  • Failles naturelles, causées par les forces tectoniques
  • Fractures induites lors du creusement des galeries
  • Fissures dues à une alternance de phénomènes de dessèchement et de gonflement tout au long de l’année

Carte géologique du laboratoire souterrain
Carte géologique du laboratoire souterrain, illustrant l’ensemble des failles et leur orientation; les représentations sous forme de stéréogrammes montrent trois groupes aux orientations spatiales différentes

Failles naturelles

Compte tenu de l’histoire tectonique des zones de failles ainsi que de la multitude de fractures de plus petite taille, l’argile à Opalinus est traversée de nombreux marqueurs de mouvement identifiables. Trois groupes de failles peuvent être observés dans la région du laboratoire souterrain: les failles plongeant vers le SSE (rouge), celles ayant une pente vers le S à SO (bleu clair) et celles ayant une pente vers l’ONO ou l’ESE (violet). Les deux premiers groupes sont nés du chevauchement et du plissement induits par la poussée alpine. Les failles plates à abruptes orientées vers l’ONO et celles ayant une pente vers l’ESE sont d’anciennes structures réactivées.
Il existe dans la région du laboratoire deux grandes zones de failles qui ne sont plus actives. Elles sont considérées comme des failles subsidiaires du décollement basal et du chevauchement qui y est associé.
On observe sur les surfaces de rupture des stries qui indiquent la direction et parfois même le sens du mouvement.

La faille principale (Main Fault) dans la région du laboratoire souterrain
La faille principale (Main Fault) dans la région du laboratoire souterrain est une zone de faille (rouge) avec un pendage vers le SSE.

Morceau de roche avec des linéation matérialisée par des stries
Echantillon de roche avec des striations sur le miroir de faille; ces dernières donnent la direction du mouvement et en partie le sens du mouvement

Fractures induites par le creusement

Outre les failles naturelles de la roche, on constate également la formation de fractures artificielles lors de l’excavation de cavernes et de tunnels. Les fractures de déconfinement se forment à peu près parallèlement à la paroi du tunnel. La zone concernée est appelée en anglais «excavation damaged zone» (EDZ), soit zone endommagée par le creusement. Avec les failles déjà existantes, ces nouvelles fractures forment un réseau de diaclases, qui peut atteindre jusqu’à 1 mètre de profondeur à partir de la paroi du tunnel. Jusqu’à 2 mètres de profondeur, on ne trouve plus que des fractures isolées.

Structure d’une EDZ
Fractures de décompression recouvertes de petits cristaux de gypses ; ces derniers résultent de l’oxydation de la pyrite associée à l’évaporation des eaux porales lorsque les argiles sont en contact avec la surface

Structure en plumose
Les fissures de décompression de l'EDZ en structure en plumose; les ondulations ("Ripples") concentriques, facilement reconnaissables, montrent la direction de propagation de la décompression

Alternance de phénomènes de dessèchement et de gonflement tout au long de l’année

Le dessèchement de la roche dans le tunnel en hiver peut provoquer des fissures de contraction, qui se referment ensuite partiellement en été sous l’effet du gonflement des minéraux argileux, dans un air affichant 100% d’humidité. Cette alternance produit une sorte de cycle saisonnier des fissures et des fractures. Sur de longues périodes d’observation, on constate néanmoins que la tendance à la refermeture des fissures l’emporte (auto-cicatrisation).

les fissures de dessiccation
Le dessèchement de la roche en hiver produit des fissures de contraction. Ces fissures se forment le long de la stratification (sur l'image du bas à gauche en haut à droite).