Description et appellations
La faille du Gouffre est une structure cassante de la région de Charlevoix, dans la région administrative de la Capitale-Nationale. Les travaux scientifiques la décrivent comme une faille normale à fort pendage. Son orientation est sensiblement parallèle au fleuve Saint-Laurent, soit nord-est–sud-ouest. Elle est située sous la rive nord du fleuve ou à proximité.
La littérature emploie plusieurs appellations, surtout en anglais : « Gouffre northwest fault », d'où le nom français de faille du Gouffre nord-ouest, et « Gouffre River fault ». Ces noms viennent de la rivière du Gouffre, qui se jette dans le Saint-Laurent à Baie-Saint-Paul.
Il faut distinguer la faille de deux entités voisines qui portent le même nom :
- la rivière du Gouffre, cours d'eau de la MRC de Charlevoix ;
- la vallée du Gouffre, entité géographique reconnue par la Commission de toponymie du Québec.
La vallée correspond à un ensemble de cassures orientées selon plusieurs axes. La faille du Gouffre n'est qu'une des structures interprétées dans ce secteur.
Les études sismotectoniques distinguent trois grandes failles du système du rift dans Charlevoix : la faille de Saint-Laurent, la faille de Charlevoix et la faille du Gouffre nord-ouest. La géométrie de cette dernière, surtout en profondeur, est déduite de la cartographie géologique, de la gravimétrie et de la répartition des séismes. Elle n'a pas été établie par l'observation directe d'une rupture en surface.
Cadre géologique
La région de Charlevoix se trouve à la jonction de plusieurs grands ensembles géologiques du Québec.
- Le socle grenvillien. Au nord du fleuve, le substratum appartient à la province de Grenville, partie du Bouclier canadien. Il est formé de roches métamorphiques et intrusives d'âge protérozoïque.
- La Plate-forme du Saint-Laurent. Des roches sédimentaires paléozoïques, principalement ordoviciennes, sont préservées par endroits le long de la rive nord. On les trouve surtout dans les compartiments affaissés par le jeu des failles.
- Les Appalaches. Sur la rive sud et sous le fleuve, les terrains appalachiens chevauchent la plate-forme.
Le système de failles du paléorift du Saint-Laurent forme une zone de faiblesse crustale qui suit l'axe du fleuve. Dans Charlevoix, ce système comprend plusieurs failles normales parallèles. Elles découpent le socle en compartiments abaissés par paliers vers le fleuve. La faille du Gouffre est l'une d'elles. Les autres sont les failles de Saint-Laurent et de Charlevoix.
Ce cadre est rendu plus complexe par l'astroblème de Charlevoix. Ce cratère d'impact météoritique très érodé a fortement fracturé le socle sur une vaste zone de la rive nord. Les failles du rift et la fracturation liée à l'impact se recoupent, ce qui explique la grande complexité structurale de la région. Les études gravimétriques de Charlevoix-Kamouraska ont servi à préciser la position des failles et des compartiments du socle sous la couverture sédimentaire et sous le fleuve.
Origine et évolution
La faille du Gouffre fait partie d'un système formé lors de l'ouverture de l'océan Iapétus, à la fin du Protérozoïque et au début du Paléozoïque. À cette époque, l'étirement de la croûte a créé, le long de la marge du continent laurentien, des failles normales qui délimitent des fossés d'effondrement. L'ensemble est appelé paléorift ou rift du Saint-Laurent.
Ces failles ont ensuite été réactivées à plusieurs reprises au cours de l'histoire géologique. Elles sont restées des surfaces de faiblesse susceptibles de jouer de nouveau sous l'effet des contraintes régionales. Leur rôle dans la sismicité actuelle découle de cette longue histoire : des structures anciennes, orientées favorablement par rapport au champ de contraintes actuel, peuvent se déplacer de nouveau.
L'impact météoritique de Charlevoix a remanié une partie de ce réseau de failles. Il a fracturé le socle et créé un volume de roches endommagées, recoupé par les failles du rift. Dans ce secteur, le relief résulte donc de trois facteurs :
- les structures du rift ;
- la morphologie héritée de l'impact ;
- l'érosion glaciaire et postglaciaire du Quaternaire.
Le relief de la région comprend notamment le mont des Éboulements, interprété comme le soulèvement central de l'astroblème.
Sismicité
La faille du Gouffre se trouve dans la zone sismique de Charlevoix-Kamouraska, l'une des plus actives de l'est du Canada. Ressources naturelles Canada y recense depuis l'arrivée des Européens plusieurs séismes historiques importants, dont ceux de 1663 et de 1925. Une microsismicité continue y est enregistrée par le réseau sismographique canadien.
La plupart des séismes se produisent dans le socle précambrien, sous le fleuve et sous la rive nord. Ils se concentrent dans le secteur où les failles du rift et l'astroblème se superposent. Les recherches en sismotectonique attribuent cette concentration à l'interaction entre deux éléments :
- les failles héritées du rift, dont la faille du Gouffre ;
- la fracturation produite par l'impact.
Ces recherches n'attribuent pas l'ensemble des séismes à une seule faille démontrée.
Des travaux de modélisation publiés dans le Geophysical Journal International ont étudié la canalisation des contraintes entre les failles du rift dans la zone de Charlevoix. Selon cette interprétation, le volume de roches affaibli par l'impact, compris entre les grandes failles, concentre les contraintes. Cela contribuerait à expliquer la répartition des séismes.
D'autres études ont porté sur l'atténuation des ondes sismiques et sur la chute de contrainte des séismes de la région. Ces paramètres servent à évaluer l'aléa sismique, notamment pour la ville de Québec.
Vallée du Gouffre et expression en surface
La vallée de la rivière du Gouffre traverse Charlevoix jusqu'à Baie-Saint-Paul. Selon la Commission de toponymie du Québec, elle est formée d'un ensemble de cassures suivant plusieurs axes, et la majeure partie de la vallée se trouve dans l'astroblème de Charlevoix. Le tracé de la vallée reflète donc à la fois les structures du rift et la fracturation liée à l'impact. Il ne correspond pas exactement au tracé d'une faille unique.
Les travaux consultés présentent la faille du Gouffre comme une structure surtout définie en profondeur. Les résultats publiés ne suffisent pas à établir une rupture récente visible en surface le long de son tracé.
La vallée conserve par ailleurs un riche registre de glissements de terrain postglaciaires. Ces mouvements de terrain se sont produits dans les dépôts meubles laissés après le retrait des glaciers et l'épisode de la mer de Goldthwait. Une étude publiée en 2023 dans Quaternary Science Reviews a analysé ce registre. Elle cherchait à replacer le séisme de 1663 dans un contexte de longue durée, puisque de grands séismes peuvent déclencher des glissements de terrain.
La dynamique de la rivière du Gouffre a aussi des effets concrets sur le territoire. L'inondation du 1er mai 2023 à Baie-Saint-Paul a ainsi fait l'objet d'un rapport gouvernemental assorti de recommandations sur l'aménagement du territoire.
Recherche et connaissances
La faille du Gouffre est connue principalement par trois types de travaux.
- Cartographie géologique et gravimétrie. Les levés géologiques du Québec et les études gravimétriques de Charlevoix-Kamouraska ont permis de situer les failles du rift et les compartiments du socle.
- Sismologie instrumentale. Le réseau sismographique de Ressources naturelles Canada localise les séismes et en détermine les mécanismes au foyer. Ces données aident à associer la sismicité à des structures en profondeur.
- Modélisation géomécanique. Des modèles numériques ont étudié comment les contraintes se répartissent entre les failles du rift et le volume de roches fracturé par l'impact.
Ressources naturelles Canada tient une bibliographie de référence sur la zone sismique de Charlevoix-Kamouraska. Les appellations des failles varient d'un auteur à l'autre, et la position exacte de certaines structures demeure une interprétation. Les auteurs considèrent donc la géométrie de la faille du Gouffre et sa contribution à la sismicité comme des sujets de recherche, et non comme des faits définitivement établis.
Ces travaux intéressent directement la gestion des risques au Québec. Ils alimentent l'évaluation de l'aléa sismique, la conception des ouvrages et l'aménagement du territoire de Charlevoix et de la région de Québec.