Définition et limites
La Plate-forme du Saint-Laurent est l'une des provinces géologiques reconnues sur le territoire québécois, aux côtés de la Province de Grenville, de la Province du Supérieur, de la Province de Churchill et des Appalaches. Elle regroupe les roches sédimentaires paléozoïques restées à peu près en place, par opposition aux roches sédimentaires du même âge intégrées à la chaîne appalachienne et fortement déformées.
Ses limites sont nettes. Au nord-ouest, la plate-forme repose en discordance sur les roches métamorphiques et ignées de la Province de Grenville, socle précambrien du Bouclier canadien ; cette discordance, visible en plusieurs endroits de l'Outaouais et du piémont laurentien, sépare des roches représentant des épisodes géologiques espacés de plusieurs centaines de millions d'années. Au sud-est, la plate-forme est tronquée par la ligne Logan et par les failles frontales appalachiennes, qui marquent le chevauchement des nappes appalachiennes sur les couches autochtones.
Géologie Québec distingue deux grands ensembles au Québec :
- la Plate-forme des Basses-Terres du Saint-Laurent, qui s'étend du secteur de l'Outaouais jusqu'aux environs de Québec, de part et d'autre du fleuve ;
- la Plate-forme d'Anticosti, qui couvre l'île d'Anticosti et une partie du plancher du golfe du Saint-Laurent.
Des lambeaux sédimentaires paléozoïques subsistent également dans la région du lac Saint-Jean, témoins d'une couverture autrefois plus étendue et largement enlevée par l'érosion.
Histoire géologique
Le ministère des Ressources naturelles et des Forêts situe le développement de la plate-forme dans un intervalle approximatif de 570 à 430 millions d'années. Les roches qui la composent sont principalement d'âge cambrien et ordovicien ; sur l'île d'Anticosti, la succession se prolonge au Silurien.
À la fin du Précambrien, la fragmentation du supercontinent Rodinia ouvre l'océan Iapetus et crée une marge continentale passive le long de la bordure du craton laurentien. Les premiers dépôts, essentiellement des grès quartzeux, s'accumulent sur un socle grenvillien pénéplané. Au Cambrien tardif et à l'Ordovicien précoce, la marge évolue en une vaste plate-forme carbonatée peu profonde, où se déposent dolomies et calcaires en milieu tropical.
À l'Ordovicien moyen et tardif, la collision de l'arc insulaire de Taconie avec la marge laurentienne fléchit la croûte et transforme la plate-forme en bassin d'avant-pays. La sédimentation carbonatée cède progressivement la place à des shales, siltstones et grès détritiques d'origine terrigène, alimentés par l'érosion de la chaîne naissante. Ce passage des carbonates aux flyschs et molasses constitue la signature stratigraphique majeure de la province.
Les roches de la plate-forme n'ont subi qu'un métamorphisme négligeable et une déformation modérée, limitée pour l'essentiel à des failles normales et à un basculement léger des strates, ainsi qu'à une déformation plus marquée à proximité du front appalachien. Au Crétacé, des intrusions alcalines recoupent localement la couverture sédimentaire dans la région de Montréal : ce sont les collines montérégiennes et les complexes de carbonatites associés.
Stratigraphie et lithologies
La succession des Basses-Terres se lit comme une séquence classique de marge passive puis de bassin d'avant-pays. Les groupes traditionnellement reconnus se répartissent ainsi :
| Ensemble | Âge dominant | Lithologies principales |
|---|---|---|
| Potsdam | Cambrien | grès quartzeux, arkoses |
| Beekmantown | Ordovicien inférieur | dolomies, grès dolomitiques |
| Chazy | Ordovicien moyen | calcaires, récifs |
| Black River et Trenton | Ordovicien moyen | calcaires fossilifères |
| Utica | Ordovicien supérieur | shales noirs |
| Lorraine | Ordovicien supérieur | shales, siltstones, grès (flysch) |
| Queenston | Ordovicien supérieur | grès et shales rouges |
Le lexique stratigraphique du gouvernement du Québec rattache à cette province de nombreuses unités formelles, parmi lesquelles la Formation de Montréal, la Formation de René-Levasseur, la Formation de Galets et le Membre de Saint-Michel. Ces unités locales permettent de cartographier avec précision les variations latérales de faciès, très marquées dans un bassin où les milieux de dépôt passaient rapidement du domaine récifal au domaine de bassin profond.
Les calcaires du Trenton, largement fossilifères, ont livré des faunes ordoviciennes bien étudiées (brachiopodes, bryozoaires, trilobites, crinoïdes). Les shales de l'Utica, riches en matière organique, ont fait l'objet de travaux d'exploration pour le gaz naturel. Sur l'île d'Anticosti, la succession ordovicienne et silurienne documente notamment la grande extinction de la fin de l'Ordovicien.
Expression dans le relief
La Plate-forme du Saint-Laurent constitue le substrat rocheux des Basses-Terres du Saint-Laurent, une vaste plaine densément peuplée du Québec. La faible résistance des shales et la disposition subhorizontale des couches expliquent le caractère plat de cette plaine, qui contraste vivement avec le relief accidenté des Laurentides au nord et des Appalaches au sud.
Le contact entre la plate-forme et le socle grenvillien se traduit souvent par un escarpement net. La chute Montmorency, près de Québec, illustre cette juxtaposition : le site expose le socle précambrien et la couverture sédimentaire de la marge. Les cuestas calcaires, les escarpements de faille et les buttes montérégiennes — Mont Royal, Saint-Bruno, Saint-Hilaire, Rougemont, Yamaska, Shefford, Brome et Saint-Grégoire — ponctuent par ailleurs la monotonie de la plaine ; ces collines, issues d'intrusions crétacées plus résistantes, ont été dégagées par l'érosion différentielle.
Au-dessus du roc paléozoïque s'étend une couverture de dépôts quaternaires : tills glaciaires, argiles marines de la Mer de Champlain, sables littoraux et alluvions. Son épaisseur est très variable et souvent faible, le substratum rocheux affleurant en de nombreux points, notamment le long des berges du fleuve et dans les carrières. Les argiles de la Mer de Champlain, déposées après la déglaciation, jouent un rôle déterminant dans les sols agricoles et dans les problèmes de stabilité des talus des basses-terres.
Ressources et hydrogéologie
La principale ressource exploitée dans la Plate-forme du Saint-Laurent est le calcaire, extrait de nombreuses carrières des Basses-Terres pour la production de pierre concassée, de chaux et de ciment. Les grès, les dolomies et les shales sont aussi utilisés comme matériaux de construction ou comme matières premières industrielles.
Le secteur d'Oka abrite un complexe de carbonatites associé à des gisements de niobium, minéralisation liée au magmatisme alcalin crétacé qui a recoupé la couverture sédimentaire. D'autres substances, dont la silice et les argiles, ont fait l'objet d'exploitations locales.
Sur le plan hydrogéologique, les formations rocheuses de la plate-forme constituent des aquifères fracturés d'importance régionale. Les fiches du réseau d'information sur les eaux souterraines décrivent une unité hydrogéologique formée de roches sédimentaires ordoviciennes surmontées d'une épaisseur souvent faible de dépôts meubles. L'eau y circule principalement dans les réseaux de fractures, de diaclases et de plans de stratification plutôt que dans la porosité de la matrice rocheuse. La qualité et la productivité des puits varient fortement selon la lithologie : les calcaires et dolomies fracturés sont généralement plus productifs que les shales. Une unité hydrogéologique distincte est reconnue pour les intrusions montérégiennes et leur encaissant, dont le comportement diffère de celui des séries sédimentaires.
Sismicité et risques naturels
Bien que la Plate-forme du Saint-Laurent soit une province tectoniquement stable, l'axe du fleuve correspond à une zone de sismicité notable à l'échelle de l'est de l'Amérique du Nord. Cette activité est attribuée à la réactivation d'anciennes failles normales du système du rift du Saint-Laurent, héritées de l'ouverture de l'océan Iapetus, sous l'effet des contraintes tectoniques actuelles.
La zone sismique de Charlevoix–Kamouraska est la plus active du Québec. Elle se situe à l'intersection de ces structures de rift et d'un astroblème, cratère d'impact ancien qui a fragilisé la croûte ; des lambeaux de roches paléozoïques y sont préservés à l'intérieur de la structure, en position abaissée par rapport au socle grenvillien environnant. D'autres zones sismiques régionales sont reconnues dans l'ouest du Québec et dans le Bas-Saint-Laurent.
À ces aléas s'ajoutent, dans la couverture quaternaire, les glissements de terrain dans les argiles sensibles de la Mer de Champlain, particulièrement le long des rivières qui entaillent la plaine. La cartographie géologique et géotechnique du territoire des basses-terres, réalisée par les organismes gouvernementaux, contribue à la connaissance des aléas et à l'aménagement du territoire.
Connaissance et cartographie
La Plate-forme du Saint-Laurent compte parmi les ensembles géologiques les plus anciennement étudiés du Canada. Les travaux de William Edmond Logan et de la Commission géologique du Canada, au milieu du XIXe siècle, y ont établi les fondements de la stratigraphie paléozoïque nord-américaine ; la ligne Logan, qui marque la limite sud-est de la plate-forme, porte son nom.
Au Québec, la cartographie et la documentation de la province relèvent de Géologie Québec, au sein du ministère des Ressources naturelles et des Forêts. Le lexique stratigraphique gouvernemental recense les unités formelles rattachées à la plate-forme et en précise la définition, la localité type, la lithologie et l'âge. Le système d'information géominière (SIGÉOM) diffuse les cartes, les levés et les données d'analyse.
La géologie sédimentaire des Basses-Terres du Saint-Laurent contribue à leur relief, à leurs sols et aux caractéristiques écologiques du territoire. Les roches de la plate-forme sont également mises en valeur dans des sites d'interprétation et des parcs, où affleurements fossilifères et discordances offrent des repères concrets à l'enseignement des sciences de la Terre.