Définition et terminologie
La faille de Logan désigne la limite structurale entre deux grands ensembles géologiques du sud du Québec :
- au nord-ouest, la plate-forme du Saint-Laurent, formée de roches sédimentaires paléozoïques déposées en couches à peu près horizontales et généralement peu déformées ;
- au sud-est, le domaine des Appalaches, où les roches ont été plissées, faillées et déplacées en nappes de charriage.
Le Grand dictionnaire terminologique de l'Office québécois de la langue française consigne le terme « faille de Logan ». L'appellation « ligne de Logan », fréquente dans la littérature géologique, souligne que cette limite ne correspond pas nécessairement à une cassure unique et nette. Elle se présente plutôt comme une zone de chevauchements à faible pendage, le long de laquelle des nappes de roches appalachiennes ont été poussées vers le nord-ouest par-dessus les roches de la plate-forme.
En géologie régionale, la faille de Logan est ainsi considérée comme le front des Appalaches, c'est-à-dire la limite externe, du côté du continent, de la déformation associée à la formation de cette chaîne de montagnes.
Tracé
Au Québec, la faille de Logan suit une orientation générale sud-ouest – nord-est, parallèle à l'axe de la vallée du Saint-Laurent et de la chaîne appalachienne. Elle se prolonge au sud de la frontière canado-américaine par d'autres structures de chevauchement du front appalachien.
Région de Québec
C'est dans la région de Québec que le tracé est le mieux connu et le plus souvent décrit. La structure y passe à proximité de Cap-Rouge, de la Haute-Ville et de l'île d'Orléans. Le promontoire sur lequel s'élève la Haute-Ville appartient au domaine appalachien, alors que les terrains situés au nord-ouest relèvent de la plate-forme du Saint-Laurent ; la ville se trouve ainsi au contact même des deux ensembles géologiques.
Vers l'est
En aval de Québec, la structure se prolonge le long de l'estuaire du Saint-Laurent jusqu'en Gaspésie. Sur une grande partie de ce parcours, elle se situe sous les eaux de l'estuaire ou à proximité de la rive sud, de sorte que la plate-forme n'y affleure que de façon restreinte.
Expression dans le paysage
Le tracé de la faille correspond approximativement à la transition entre les plaines des Basses-terres du Saint-Laurent et le relief plus accidenté du piémont appalachien. Cette correspondance n'est toutefois pas systématique : le relief actuel résulte aussi de l'érosion, des glaciations quaternaires et de la submersion postglaciaire par la mer de Champlain.
Formation géologique
La faille de Logan s'inscrit dans l'histoire paléozoïque de l'orogène des Appalaches. Au début du Paléozoïque, la bordure de l'ancien continent nord-américain (Laurentia) était occupée par une marge où se déposaient des sédiments, tandis qu'un océan, appelé Iapetus, s'étendait au sud-est.
Lors de l'orogenèse taconique, à l'Ordovicien, la fermeture progressive de cet océan et la collision d'arcs volcaniques avec la marge continentale ont provoqué le charriage de roches vers le nord-ouest. Des nappes composées de roches sédimentaires de la marge et du talus continental ont alors été poussées par-dessus les dépôts de la plate-forme. La faille de Logan correspond à la limite frontale de ces nappes.
Les chevauchements associés à la faille présentent un faible pendage, ce qui explique que la limite en surface puisse être sinueuse et que des lambeaux de roches charriées se trouvent parfois isolés en avant du front principal. L'évolution ultérieure des Appalaches au cours du Paléozoïque a pu modifier localement cette structure.
Cette histoire tectonique explique pourquoi des roches d'âges voisins présentent, de part et d'autre de la faille, des styles de déformation très différents : couches quasi horizontales du côté de la plate-forme, couches plissées et déplacées du côté appalachien.
Découverte et histoire scientifique
La faille porte le nom de William Edmond Logan (1798-1875), géologue né à Montréal et premier directeur de la Commission géologique du Canada, fondée en 1842. Ses travaux de cartographie ont jeté les bases de la connaissance géologique du territoire canadien.
Dans la région de Québec, Logan et ses collaborateurs étaient confrontés à des relations difficiles à interpréter entre des roches dont les fossiles et la position semblaient contradictoires. En 1860, Logan a proposé l'existence d'une grande faille séparant les roches de la région appalachienne de celles de la plate-forme, ce qui permettait d'expliquer ces anomalies. Cette interprétation a constitué une étape marquante de l'histoire de la géologie au Canada.
La notion de « ligne de Logan » s'est ensuite imposée dans les travaux de la Commission géologique du Canada et dans l'enseignement de la géologie régionale. Son interprétation a évolué avec le développement des théories modernes sur la formation des chaînes de montagnes, en particulier la reconnaissance des grandes nappes de charriage et, plus tard, la tectonique des plaques, qui situe la structure dans le cadre de la fermeture de l'océan Iapetus. La Commission géologique du Canada la compte parmi les objets emblématiques de son histoire.
Activité et distinction avec d'autres failles
La faille de Logan est décrite comme une structure ancienne et inactive. Son fonctionnement remonte à la formation paléozoïque des Appalaches, il y a plusieurs centaines de millions d'années.
Elle doit être distinguée d'autres failles de la vallée du Saint-Laurent, qui relèvent d'un contexte géologique différent. Plusieurs failles normales, comme la faille du fleuve Saint-Laurent, sont associées à des épisodes d'extension de la croûte et non au charriage appalachien. Ce sont des structures de ce type qui sont généralement mises en relation avec la sismicité de l'est du Canada, notamment dans la zone sismique de Charlevoix.
Le nom de la faille de Logan revient néanmoins régulièrement dans les médias lorsqu'il est question du risque sismique au Québec, ce qui entretient une certaine confusion dans le grand public entre cette limite géologique ancienne et les zones actuellement actives.
Intérêt patrimonial et pédagogique
La faille de Logan occupe une place importante dans la vulgarisation de la géologie au Québec. La région de Québec, où les deux grands ensembles géologiques se côtoient, offre des points d'observation accessibles qui permettent d'illustrer le contact entre la plate-forme du Saint-Laurent et les Appalaches.
Des publications de Ressources naturelles Canada et du Centre géoscientifique de Québec, notamment la série des géopanoramas consacrée à Québec, présentent la structure au grand public et la situent dans le paysage urbain. Ces documents relient la géologie aux formes du relief, comme le promontoire de la Haute-Ville, et à l'histoire de l'occupation du territoire.
Par son nom, la faille rappelle aussi le rôle de William Edmond Logan et de la Commission géologique du Canada dans le développement des sciences de la Terre au pays.