Malgré leur occurrence commune dans de nombreux paysages différents, les géologues ne sont pas encore parvenus à un accord sur une théorie générale de la formation des articulations d’exfoliation. De nombreuses théories différentes ont été suggérées, voici un bref aperçu des plus courantes.
Enlèvement des morts-terrains et rebondmodifier
Cette théorie a été proposée à l’origine par le géomorphologue pionnier Grove Karl Gilbert en 1904. La base de cette théorie est que l’érosion des morts-terrains et l’exhumation de roches profondément enfouies à la surface du sol permettent à la roche préalablement comprimée de se dilater radialement, créant une contrainte de traction et fracturant la roche en couches parallèles à la surface du sol. La description de ce mécanisme a conduit à d’autres termes pour les joints d’exfoliation, y compris les joints de relâchement de pression ou de déchargement. Bien que la logique de cette théorie soit attrayante, il existe de nombreuses incohérences avec les observations sur le terrain et en laboratoire suggérant qu’elle peut être incomplète, telles que:
- Des joints d’exfoliation peuvent être trouvés dans des roches qui n’ont jamais été profondément enfouies.
- Des études en laboratoire montrent que la simple compression et la relaxation des échantillons de roche dans des conditions réalistes ne provoquent pas de fracturation.
- Les articulations exfoliantes se trouvent le plus souvent dans des régions de contrainte de compression parallèle à la surface, alors que cette théorie les appelle à se produire dans des zones d’extension.
Une extension possible de cette théorie pour correspondre à la théorie du stress compressif (décrite ci-dessous) est la suivante (Goodman, 1989): L’exhumation de roches profondément enfouies soulage les contraintes verticales, mais les contraintes horizontales peuvent rester dans une masse rocheuse compétente puisque le milieu est confiné latéralement. Les contraintes horizontales s’alignent avec la surface du sol actuelle lorsque les contraintes verticales tombent à zéro à cette limite. Ainsi, de grandes contraintes de compression parallèles à la surface peuvent être générées par l’exhumation, ce qui peut entraîner une fracture de la roche en traction, comme décrit ci-dessous.
Contrainte thermoélastique
La roche se dilate lors du chauffage et se contracte lors du refroidissement et différents minéraux formant des roches ont des taux variables de dilatation / contraction thermique. Les variations quotidiennes de température à la surface de la roche peuvent être assez importantes, et beaucoup ont suggéré que les contraintes créées pendant le chauffage provoquent l’expansion et le détachement de la zone rocheuse proche de la surface en dalles minces (par exemple Wolters, 1969). De grandes fluctuations de température diurnes ou induites par le feu ont été observées pour créer une mince stratification et une desquamation à la surface des roches, parfois une exfoliation marquée. Cependant, comme les fluctuations de température diurnes n’atteignent que quelques centimètres de profondeur dans la roche (en raison de la faible conductivité thermique de la roche), cette théorie ne peut pas tenir compte de la profondeur d’exfoliation observée qui peut atteindre 100 mètres.
Intempéries chimiquesmodifier
L’altération minérale par pénétration d’eau peut provoquer l’écaillage de fines coquilles de roche puisque le volume de certains minéraux augmente lors de l’hydratation. Cependant, toute l’hydratation minérale n’entraîne pas une augmentation du volume, tandis que les observations sur le terrain des articulations d’exfoliation montrent que les surfaces articulaires n’ont pas subi d’altération chimique significative, de sorte que cette théorie peut être rejetée comme explication de l’origine des articulations d’exfoliation plus profondes à grande échelle.
Contrainte de compression et fracture d’extensionmodifier
De grandes contraintes tectoniques de compression parallèles à la terre (ou à une surface libre) peuvent créer des fractures en mode de traction dans la roche, où la direction de propagation de la fracture est parallèle à la plus grande contrainte de compression principale et la direction de l’ouverture de la fracture est perpendiculaire à la surface libre. Ce type de fracturation est observé en laboratoire depuis au moins 1900 (en charge de compression non confinée uniaxiale et biaxiale ; voir Gromberg, 1989). Des fissures de traction peuvent se former dans un champ de contrainte de compression en raison de l’influence de microfissures envahissantes dans le réseau rocheux et de l’extension de fissures dites d’aile à proximité des pointes de microfissures orientées préférentiellement, qui se courbent et s’alignent avec la direction de la contrainte de compression principale. Les fractures ainsi formées sont parfois appelées fractures de clivage axial, de division longitudinale ou d’extension, et sont couramment observées en laboratoire lors d’essais de compression uniaxiale. Une contrainte de compression horizontale ou parallèle à la surface élevée peut résulter de contraintes tectoniques ou topographiques régionales, ou de l’érosion ou de l’excavation de morts-terrains.
Compte tenu des preuves sur le terrain et des observations de l’occurrence, du mode de fracture et des formes secondaires, les contraintes de compression parallèles à la surface élevées et la fracturation extensive (clivage axial) semblent être la théorie la plus plausible expliquant la formation des articulations d’exfoliation.