Définition et terminologie
La ligne Logan désigne la discontinuité géologique qui sépare deux grandes provinces du Québec méridional : la plate-forme du Saint-Laurent, formée de roches sédimentaires du Paléozoïque inférieur demeurées pratiquement horizontales, et la province des Appalaches, constituée de roches plissées, faillées et déplacées.
Le Grand dictionnaire terminologique de l'Office québécois de la langue française consigne l'expression « faille Logan ». Dans la littérature géologique, le terme « ligne » est souvent préféré à celui de « faille », car la limite ne correspond pas à une cassure unique : elle résulte d'un réseau de failles de chevauchement à faible pendage, le long desquelles des nappes de roches appalachiennes ont été poussées vers le nord-ouest par-dessus les strates de la plate-forme.
En géologie structurale, la ligne Logan est ainsi interprétée comme le front des nappes taconiques, c'est-à-dire la trace en surface du chevauchement le plus externe de la chaîne appalachienne au Québec. Elle sert de référence cartographique pour délimiter les Appalaches sur les cartes géologiques du ministère des Ressources naturelles du Québec et de la Commission géologique du Canada.
Tracé
Au Québec, la ligne Logan suit un tracé général orienté du sud-ouest vers le nord-est, parallèle à l'axe du fleuve Saint-Laurent et à l'allongement de la chaîne appalachienne.
- Sud du Québec : la ligne entre au Québec depuis la région du lac Champlain, où elle se raccorde aux grands chevauchements frontaux des Appalaches de la Nouvelle-Angleterre et de l'État de New York. Elle traverse ensuite la Montérégie et la région de l'Estrie à sa limite nord-ouest, à l'est de la plaine du Saint-Laurent.
- Région de Québec : la ligne passe dans l'agglomération de Québec, où elle sépare les Basses-Terres du Saint-Laurent des Appalaches. C'est dans ce secteur, notamment autour de Québec et de Lévis, que Logan a étudié les relations entre les deux ensembles de roches.
- Estuaire et Gaspésie : au nord-est de Québec, le front appalachien longe la rive sud de l'estuaire du Saint-Laurent, puis se poursuit le long de la côte nord de la Gaspésie et sous les eaux du golfe du Saint-Laurent.
Sur une grande partie de son parcours en aval de Québec, la ligne se situe près du fleuve ou sous celui-ci, de sorte que la plate-forme du Saint-Laurent n'y affleure plus que de façon discontinue. La position précise du contact varie selon les cartes, puisque le front est souvent masqué par les dépôts meubles quaternaires.
Contexte tectonique
La ligne Logan est un produit de l'orogenèse taconique, premier grand épisode de formation des Appalaches, survenu à l'Ordovicien moyen et supérieur. Cette orogenèse est liée à la fermeture progressive de l'océan Iapétus, qui séparait la marge orientale du continent laurentien d'arcs volcaniques et d'autres masses continentales.
Lors de la collision entre la marge laurentienne et un arc insulaire, les roches déposées sur la pente et au pied de la marge continentale ont été décollées de leur substratum, plissées et charriées vers le nord-ouest sous forme de nappes. Ces nappes, dites allochtones, ont été poussées par-dessus les roches de la plate-forme du Saint-Laurent, qui sont demeurées en place (domaine autochtone).
Entre ces deux domaines, une étroite zone de roches de la plate-forme découpées en écailles et légèrement déplacées est parfois qualifiée de domaine parautochtone. La ligne Logan marque la limite de cet ensemble déformé.
Les orogenèses appalachiennes ultérieures, notamment l'orogenèse acadienne au Dévonien, ont affecté les roches situées plus au sud-est dans les Appalaches, mais la ligne Logan elle-même est rattachée principalement à l'épisode taconique. Dans le découpage des Appalaches québécoises, elle constitue la limite externe de la zone de Humber, qui regroupe les roches de l'ancienne marge laurentienne.
Roches de part et d'autre
La ligne Logan juxtapose deux ensembles lithologiques et structuraux nettement différents.
| Côté | Domaine | Caractères principaux |
|---|---|---|
| Nord-ouest | Plate-forme du Saint-Laurent | Grès, calcaires, dolomies et shales du Cambrien et de l'Ordovicien, en couches peu inclinées reposant sur le socle grenvillien |
| Sud-est | Appalaches (nappes taconiques) | Shales, ardoises, grès, conglomérats et calcaires du Cambrien et de l'Ordovicien, plissés, faillés et déplacés vers le nord-ouest |
Du côté de la plate-forme, la succession sédimentaire se termine par des shales et des flyschs ordoviciens, déposés dans un bassin d'avant-pays qui s'est formé en avant de la chaîne en cours d'élévation. Ces roches, dont les shales d'Utica et les unités du groupe de Lorraine, sont recouvertes par les nappes à l'approche de la ligne.
Du côté appalachien, les nappes renferment des roches de l'ancienne marge continentale, dont des conglomérats et des shales à graptolites, comme ceux de la région de Lévis, devenus classiques pour la datation des terrains ordoviciens.
Ce contraste se traduit souvent dans le paysage : la plaine basse et uniforme des Basses-Terres du Saint-Laurent fait place, au sud-est de la ligne, à un relief de collines et de crêtes orientées parallèlement à la chaîne.
Historique de la découverte
La ligne porte le nom de sir William Edmond Logan (1798-1875), géologue né à Montréal et premier directeur de la Commission géologique du Canada, fondée en 1842.
Au cours de ses travaux dans la région de Québec, Logan a constaté que des roches qu'il rattachait à son « groupe de Québec » renfermaient des fossiles de graptolites, étudiés par le paléontologue James Hall, indiquant un âge plus ancien que celui des roches de la plate-forme situées à proximité. Pour expliquer que des roches plus anciennes reposent sur ou côtoient des roches plus jeunes, Logan a proposé en 1860 l'existence d'une grande dislocation traversant la région. La Commission géologique du Canada retient cette date comme celle de l'identification de la ligne.
Logan concevait alors cette discontinuité comme une faille unique de grande ampleur. Les travaux géologiques du XXe siècle ont précisé sa nature en montrant qu'il s'agit d'un front de nappes de chevauchement, interprétation qui s'est imposée avec le développement de la tectonique des plaques et des modèles de l'évolution des Appalaches publiés notamment dans Geoscience Canada dans les années 1970.
La reconnaissance de cette limite a constitué l'une des contributions majeures de Logan à la géologie de l'Amérique du Nord. Elle demeure un repère de base de la cartographie géologique québécoise.
Activité sismique
La ligne Logan est considérée comme une structure inactive. Les mouvements qui l'ont formée remontent au Paléozoïque et aucune activité tectonique n'y est associée à l'époque actuelle.
Les séismes ressentis dans la vallée du Saint-Laurent, notamment dans les zones sismiques de Charlevoix et de l'Ouest du Québec, ne sont pas attribués à la ligne Logan. Ils sont plutôt associés à d'autres structures, en particulier aux failles normales héritées de l'ouverture de l'océan Iapétus, situées dans le socle grenvillien sous la plate-forme et le long du fleuve, et réactivées dans le champ de contraintes actuel.
La présence de la ligne dans des zones habitées du sud du Québec, notamment dans les régions de Québec et de Granby, suscite néanmoins régulièrement des questions dans la population quant au risque sismique. Les géologues rappellent qu'il s'agit d'une ancienne surface de chevauchement figée depuis des centaines de millions d'années et non d'une faille sismiquement active.