Définition et usage du terme
L'expression « faille du fleuve Saint-Laurent » ne désigne pas toujours une structure unique. Dans la littérature géologique québécoise, elle recouvre deux réalités emboîtées :
- au sens large, le système de rift du Saint-Laurent, c'est-à-dire un ensemble de failles normales orientées vers le nord-est qui suivent le couloir du fleuve et de l'estuaire ;
- au sens strict, la faille du Saint-Laurent, l'une des failles de ce système, décrite en particulier sur la rive nord de l'estuaire, entre Cap-Tourmente et Baie-Saint-Paul, dans la région administrative de la Capitale-Nationale.
Le terme est par ailleurs parfois confondu, dans l'usage courant, avec la ligne de Logan, qui traverse elle aussi la région de Québec. Celle-ci est pourtant d'une autre nature : il s'agit d'un chevauchement lié à la formation des Appalaches, et non d'une faille normale issue d'un rifting continental.
La vallée du Saint-Laurent ne s'explique pas par une seule faille. Sa configuration actuelle résulte d'une longue histoire tectonique, à laquelle se sont ajoutés l'érosion, les glaciations quaternaires, les dépôts marins et glaciaires ainsi que le relèvement isostatique postglaciaire.
Système de rift du Saint-Laurent
Le système de rift du Saint-Laurent est formé de failles supracrustales, c'est-à-dire affectant la partie supérieure de la croûte, attribuées à l'ouverture de l'océan Iapétus, au Néoprotérozoïque tardif et au début du Paléozoïque. À cette époque, l'étirement de la marge du continent laurentien a provoqué l'effondrement de blocs du socle le long de failles normales.
Géométrie
Le système dessine une demi-dépression structurale (demi-graben) orientée vers le nord-est. Deux grands ensembles géologiques se font face de part et d'autre :
| Compartiment | Nature des roches | Province géologique |
|---|---|---|
| Nord-ouest | Roches métamorphiques et intrusives du socle précambrien | Province de Grenville (Bouclier canadien) |
| Sud-est | Roches sédimentaires cambriennes et ordoviciennes | Plate-forme du Saint-Laurent |
Le socle grenvillien, abaissé par paliers vers le sud-est, s'enfonce sous la couverture sédimentaire de la plate-forme, qui s'est déposée sur la marge continentale après l'ouverture de l'Iapétus.
Évolution ultérieure
Les failles du rift ont pu être réactivées à plusieurs reprises au cours de l'histoire géologique. Des réactivations sont notamment évoquées en lien avec l'ouverture de l'océan Atlantique au Mésozoïque, ce qui explique que certaines descriptions présentent le système comme réactivé à cette époque. Les failles anciennes constituent aujourd'hui des zones de faiblesse de la croûte.
Failles de la rive nord de l'estuaire
Entre Cap-Tourmente et Baie-Saint-Paul, sur la côte de Beaupré et dans Charlevoix, les travaux de la Commission géologique du Canada décrivent plusieurs failles du système de rift, dont les principales sont :
- la faille du Cap-Tourmente ;
- la faille du Saint-Laurent, au sens strict.
Dans ce secteur, les escarpements du socle grenvillien dominent le fleuve, tandis que des lambeaux de roches sédimentaires paléozoïques sont préservés dans les compartiments abaissés, le long de la côte.
Roches de faille
Les roches de faille observées le long de ces structures comprennent :
- des brèches, formées de fragments anguleux de roche broyée ;
- des cataclasites, roches finement fragmentées par la déformation cassante ;
- des gouges, matériaux argileux très fins issus du broyage ;
- des pseudotachylites, roches vitreuses ou microcristallines produites par la fusion par friction lors de glissements rapides.
La présence de pseudotachylites témoigne de mouvements brusques le long des failles, comparables à ceux qui accompagnent les séismes. La région de Charlevoix est aussi marquée par une structure d'impact météoritique ancienne, dont les effets se superposent à ceux du rift et compliquent l'interprétation des roches déformées.
Faille de Montmorency
La faille de Montmorency est une structure distincte, associée à la chute Montmorency et à la côte de Beaupré, à l'est de la ville de Québec. Elle appartient à la même famille de failles normales liées à la marge continentale et au dépôt des roches sédimentaires de la plate-forme du Saint-Laurent.
À cet endroit, la faille met en contact les roches résistantes du socle grenvillien et les roches sédimentaires ordoviciennes, plus tendres, du compartiment abaissé. La rivière Montmorency, qui coule sur le socle, franchit cette dénivellation avant de rejoindre le fleuve. L'érosion différentielle entre ces deux types de roches a contribué à façonner la chute.
La faille de Montmorency illustre, à l'échelle d'un site accessible, la géométrie générale du système de rift : un escarpement du socle au nord-ouest, une couverture sédimentaire préservée en contrebas au sud-est. Le site constitue pour cette raison un lieu fréquent d'interprétation du patrimoine géologique de la région de Québec.
Distinction avec la ligne de Logan
La ligne de Logan, aussi appelée faille de Logan, est souvent mentionnée avec les failles du Saint-Laurent, car elle parcourt elle aussi le couloir fluvial. Elle porte le nom du géologue William Edmond Logan, premier directeur de la Commission géologique du Canada.
Il s'agit toutefois d'une structure de nature et d'âge différents :
| Caractère | Failles du rift du Saint-Laurent | Ligne de Logan |
|---|---|---|
| Type | Failles normales | Chevauchement frontal |
| Contexte | Extension continentale (ouverture de l'Iapétus) | Compression (formation des Appalaches) |
| Limite marquée | Socle grenvillien / plate-forme du Saint-Laurent | Plate-forme du Saint-Laurent / Appalaches |
La ligne de Logan marque la limite structurale entre les Appalaches et les Basses-Terres du Saint-Laurent. Dans la région de Québec, elle passe notamment par Saint-Nicolas et Cap-Rouge, puis longe le promontoire de Québec et le nord de l'île d'Orléans. Le promontoire sur lequel s'élève le Vieux-Québec est ainsi formé de roches appartenant au domaine appalachien, alors que la côte de Beaupré, en face, est bordée par les failles normales du rift.
Sismicité
Le couloir du moyen et du bas estuaire est l'une des régions sismiquement les plus actives de l'est du Canada. La zone sismique de Charlevoix-Kamouraska, qui s'étend de part et d'autre de l'estuaire, a connu plusieurs séismes historiques importants, dont ceux de 1663 et de 1925.
Les séismes de cette zone se produisent dans la croûte sous le fleuve et sont généralement interprétés comme le résultat de la réactivation des anciennes failles du rift du Saint-Laurent sous l'effet des contraintes actuelles. L'affaiblissement de la croûte par la structure d'impact de Charlevoix est également invoqué pour expliquer la concentration de l'activité sismique dans ce secteur.
Les études gravimétriques menées dans la région de Charlevoix-Kamouraska ont permis de préciser la géométrie des failles enfouies sous l'estuaire et sous la couverture sédimentaire, là où elles ne sont pas visibles en surface. La surveillance sismique de la région relève de Ressources naturelles Canada.
Rôle dans le paysage
Le système de failles du Saint-Laurent a contribué à la forme générale de la vallée et de l'estuaire. Sur la rive nord, l'escarpement du socle grenvillien, qui domine la côte de Beaupré et Charlevoix, correspond en grande partie au rebord du compartiment soulevé du rift. Cette rupture de pente explique la présence de chutes et de rapides là où les rivières du Bouclier canadien descendent vers le fleuve, comme à Montmorency.
Au sud-est des failles, les roches sédimentaires de la plate-forme du Saint-Laurent, plus facilement érodées, forment les terres basses du couloir fluvial. Les glaciations du Quaternaire ont ensuite remodelé ce relief, et l'invasion marine postglaciaire de la mer de Champlain puis le relèvement isostatique ont déterminé la disposition des terrasses et des dépôts qui bordent aujourd'hui le fleuve.
La structure géologique héritée du rift et des Appalaches a également influencé l'occupation humaine du territoire, notamment par la position des escarpements, des ports naturels et des sites défensifs dans la région de Québec.