ROCHES SÉDIMENTAIRES

Principales variétés de sédiments détritiques. — L'étude des phénomènes actuels nous a montré que, parmi les formations sédimentaires, il y avait lieu de distinguer les dépôts détritiques (appelés aussi élastiques ou fragmentaires), provenant de la destruction mécanique de roches préexistantes, et

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les dépôts d'origine chimique ou d'origine organique. Commençons par les premiers et voyons entre quelles classes ils doivent se répartir d'après les conditions nécessaires de leur formation.

Ces dépôts résultent de la destruction, par les eaux courantes et les vagues, des roches de la terre ferme. Si ces roches sont des sédiments, leur destruction ne fait qu'infliger un nouveau remaniement aux éléments détritiques qui les composaient. C'est donc vers les roches d'origine interne ou éruptives qu'il faut nous tourner pour comprendre ce que peuvent devenir, sous l'attaque des eaux courantes, les minô^raux dont elles sont constituées.

La trituration divise le quartz en fragments, auxquels l'eau agitée fait subir une préparation mécanique, qui les assortit par ordre de grosseur. Ainsi naissent des sables plus ou moins grossiers, à grains roulés; les plus menues esquilles quartzeuses, capables de demeurer en suspension dans les eaux agitées, se déposent plus loin du rivage, en sables fins à grains anguleux très exactement calibrés. Les feldspaths donnent d'abord, sous le choc, des fragments cristallins lamellaires, qui, s'ils se déposaient immédiatement, pêle-mêle avec le quartz, engendreraient un gravier cristallin, destiné, en se consolidant par un ciment, à devenir une arkose, P!ais une plus longue exposition à l'air humide fait perdre au feldspath ses alcalis et le transforme en une bouillie argileuse. Quant au mica, ses paillettes, à peine altérées, se retrouvent, suivant les cas, associées au sable quartzeux ou à l'argile, plus fréquemment à cette dernière ; car leur grande légèreté leur permet de flotter jusque dans les eaux qui tiennent en suspension des particules de vase.

Parmi les silicates autres que le feldspath, ceux qui renferment de l'alumine subissent la même transformation en argile. Les autres, silicates de chaux, de magnésie, de fer, disparaissent à la longue, transformés en carbonates, qui deviendront la source de la plupart des dépôts chimiques.

De la sorte, il n'y a que deux grandes classes de formations détritiques : les dépôts arénacéa^ c'est-à-dire de la nature des sables, et les dépôts argileux.

Sédiments arénacés. — Les sédiments arénaeés peuvent être meubles, comme les sables, graviers et galets. Ils peuvent aussi être agglomérés, s'il s'est développé, postérieurement à leur dépôt, dans les interstices de leurs éléments, par suite d'une longue circulation d'eaux minérales, un ciment siliceux, calcaire ou ferrugineux. Dans ce cas, les sables et les graviers deviennent des grès, parfois des quartzites (quand le ciment siliceux a agi avec assez d'énergie pour faire disparaître les contours des grains de quartz et donner à l'ensemble l'apparence d'une texture uniforme). Par la même action, les dépôts de galets se changent enpoudingues, ceux de cailloux anguleux en brèches, les deux variétés pouvant être rangées d'ailleurs sous la commune dénomination de conglomérats. On donne le nom Warkoses à des grès grossiers fortement cimentés, mais oii les éléments, qui souvent sont ceux mêmes du granité, à peine modifiés, sont restes bien reconnaissables. Dans les grès micacés, les paillettes de mica se concentrent d'habitude sur les plans de stratification. Il en résulte des grès fissiles, dits psammites, qui se cassent de préférence suivant lès surfaces micacées.

Sédiments argileux. Schistes, marnes. — Les sédiments argileux, sous leur forme usuelle, donnent les argiles proprement dites, constituées par des grains impalpables de silicates hydratés d'alumine. Ce sont de véritables vases, à peu près inattaquables par les acides, happant à la langue à cause de leur avidité pour l'eau, et où la dessiccation fait naître de nombreuses fentes de retrait.

Les argiles sont tantôt massives, tantôt divisées en lits minces ou feuilletées. Celles des terrains les plus anciens ont été, en général, durcies par l'action de la chaleur et des infiltrations siliceuses. Elles se distinguent par la facilité avec laquelle on les partage par le choc en feuillets parallèles. A cet état les argiles se nomment schistes ou phyllades. Les phyllades durs en lits très minces fournissent les ardoises. Quelquefois la fissilité des schistes résulte des conditions mêmes de leur dépôt et des variations correspondantes du grain ; mais souvent aussi les plans de clivage, c'est-à-dire ceux suivant lesquels se débitent les ardoises, sont obliques sur la véritable

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stratification, et Texpérience montre qu'ils ont été produits par une compression énergique, qui a poussé les' phyllades suivant une direction différente du plan des couches.

Les schistes charbonneux tachant les doigts sont connus sous le nom d'ampélites.

Le mélange de Targiie avec du calcaire donne des marnes, faisant avec les acides une effervescence plus ou moins marquée, et qui peuvent être massives, noduleuses, schisteuses ou gréseuses.

Dépôts chimiques. — Nous avons dit qu'un certain nombre de silicates, soumis à une trituration trop prolongée, ne peuvent pas donner de débris solides. Sous Faction de Tair humide, surtout avec le concours de Tacide carbonique, ils se transforment en carbonates. Mais plusieurs de ces derniers ne çont solubles qu'à la faveur d'un excès d'acide carbonique. Quand ce dernier s'évapore, les carbonates se précipitent. Ainsi peuvent se former des tufs calcaires dits travertins^ où le carbonate de chaux peut être plus ou moins mélangé de magnésie, ce qui produit des dolomies. Le fer, entraîné d'abord à l'état de sels solubles de protoxyde, peut s'oxyder à l'air et se déposer à l'état de peroxyde hydraté ou limonite, ou bien se précipiter de suite sous forme de carbonate ferreux ou fer carbonate,

La silice des silicates altérés peut aussi s'isoler et donner lieu à des infiltrations siliceuses, qui engendreront des meulièresy soit compactes, soit cariées, tantôt par simple précipitation de la silice, tantôt par substitution de cette dernière à d'anciennes masses calcaires. Enfin l'évaporation des eaux, marines ou continentales, fait naître des dépôts de sel et d'autres de gypse ou sulfate de chaux hydraté, généralement grenu, quelquefois même comme du sucre (gypse saccharoïde), ou bien cristallisé en lamelles; d'autres fois, c'est à l'état anhydre, en anhydrite^ que se dépose le sulfate de chaux. Ajoutons que la transformation sur place de massifs contenant des silicates d'alumine peut isoler ceux-ci en amas hydratés et très purs, qui donneront des argiles réjractaires.

Dépôts organiques; calcaires. — Une grande partie des substances que les eaux courantes ont réussi à dissoudre

échappe à la fixation directe par voie chimique, et vient se répandre dans les eaux de la mer ou celles des lacs. Elle suscite alors l'activité organique, qui devient un mode puissant de fixation des substances en excès. De là résultent des dépôts organiques. Les plus importants sont les caloairesy caractérisés par leur faible dureté (le carbonate de chaux cristallisé se raye facilement au canif) et par Teffervescence qu'ils font avec les acides, Tacide carbonique se dégageant alors sous la forme gazeuse. On y distingue :

Les marbres, dans lesquels le calcaire, en grains ou en lamelles, est cristallisé, tantôt pur (marbres saccharoïdes de Paros et de Carrare), tantôt micacé (cipolins), tantôt souillé de matières diverses (marbres communs noirs, gris, etc.), ou mélangé de noyaux argileux verts ou rouges (marbre griotte, marbre de Gampan); les calcaires compacts, à cassure fine et lithographique; les calcaires oolithiques, en grains concrétionnés, à enveloppes concentriques, dont nous avons déjà parlé à propos des récifs coralliens et qui, avec une finesse de grain très variable, fournissent en France (Lorraine, Berry, Poitou) de très belles pierres de construction ; les calcaires à entroqueSj formés d'une accumulation de débris de tiges et d'articles de crinoïdes ou de radioles d'oursins; les calcaires à polypiers; les lumachelles, constituées par une agglomération de coquilles d'huîtres à reflets nacrés ; les calcaires grossiers, où le carbonate de chaux est mélangé de matières diverses, souvent de grains de quartz ou de granules de glauconie (hydro^ silicate de fer et de potasse) ; les calcaires à foraminifires^ notamment à nummuliies, à miliolites, à alvéolines, pétris d'enveloppes calcaires des petits êtres correspondants ; les calcaires siliceux, les calcaires marneux, c'est-à-dire mélangés d'argile, et fournissant la chaux hydraulique et les ciments ; enfin la craie blanche, traçante, où des enveloppes de globigérines et d'algues microscopiques sont associées h des grains amorphes de carbonate de chaux.

A cette énumération on peut ajouter certaines marnes lacustres, presque entièrement formées par des carapaces de petits crustacés d'eau douce.

Tripolis, combustibles. — Les Iripolis ou farines siliceuses,

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remarquables par la finesse de leur grain, sont constitués par des myriades de frustules de diatomées ou algues élémentaires. La composition de ces frustules est celle de la silice hydratée ou opale commune.

Les combustibles minéraux comprennent la tourbe^ le lignite, la houille ou charbon de terre, plus riche en carbone, et Vanthracite, dernier terme de la transformation de la matière végétale. Il y faut ajouter le bitum£ et Vasphalte, combinaison de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, produite par l'oxydation plus ou moins avancée des huiles minérales.

La houille, même la plus compacte, conserve encore des traces d'organisation qu'on peut mettre en évidence, soit au microscope, soit à l'aide de réactifs chimiques. Elle se montre formée de fragments végétaux, feuilles, écorces et tiges, comprimés et parvenus à divers degrés d'altération. Ceux qui ont le mieux résisté proviennent de cuticules, c'est-à-dire de couches épidermiques ; on retrouve souvent les cuticules presque intactes dans certains lits de combustibles, notamment en Russie.

Dépôts conorétioiUDés. — La plupart des dépôts chimiques et organiques, s'étant formés au milieu d'eaux tranquilles, participent, à un degré plus ou moins marqué, de la disposition des terrains sédimentaires. Du reste, il y a peu de sédiments qui, sous leur forme actuelle, n'aient aussi quelques droits à figurer parmi les formations chimiques; car ce sont des phénomènes d'ordre chimique qui ont transformé en roches solides des dépôts originairement meubles. De plus, beaucoup de sédiments se sont modifiés d'eux-mêmes, dans le cours des âges, par suite de la concentration progressive de certains éléments autour de centres particuliers d'attraction, formés soit par des particules minérales, soit par des corps organisés en décomposition. L'expérience nous enseigne qu'une masse pâteuse hétérogène, quand on cesse de la pétrir, ne tarde pas à perdre l'uniformité de sa composition, et que les substances de même nature tendent à s'y grouper en concrétions noduleuses. C'est ainsi que, dans les calcaires où, à l'origine, le carbonate de chaux était intimement mélangé de particules siliceuses, celles-ci se sont peu à peu

Fig. 36.— Rognons de ménilite.

séparées en donnant naissance aux rognons de si/ex ou pierre à fusil, particulièrement abondants au milieu de la craie. D'autres fois, c'est de la silice hydratée qui s'est isolée dans une marne, produisant les concrétions connues aux environs de Paris sous le nom de ménilite (fig. 36). Dans de nombreuses argiles calcarifères, l'élément calcaire s'est concentré en nodules, dont la surface s'est plus rapidement consolidée que l'intérieur. Aussi les progrès de la dessiccation de ces nodules ont-ils amené la formation de fentes et d'espaces creux, qui plus tard se sont tapissés de cristaux divers. On donne à ces rognons cloisonnés le nom de septaria.

Fossiles. — Les considérations qui précèdent nous amènent à parler des fossilesj c'està-dire des restes animaux ou végétaux qu'on trouve au milieu des dépôts sédimentaires, dans

la substance desquels ils se sont le plus souvent transformés. Ce sont les débris des êtres contemporains du dépôt des couches et tombés ou demeurés sur le fond après la mort des individus. Quand la chute et l'enfouissement ont eu lieu au sein d'une vase imperméable, non seulement la substance des coquilles, mais la couleur et certaines parties de la matière organisée, ont pu se conserver sans qu'il y ait eu d'autre altération que l'aplatissement causé par la pression des couches supérieures. Mais le plus souvent la roche encaissante a laissé circuler des infiltrations. Tantôt celles-ci ont dissous les coquilles, laissant à leur place un vide dans lequel on peut, avec de la cire, prendre Vempreinte du test disparu. Tantôt le vide intérieur s'est rempli d'une matière compacte qui en a pris le moule interne ; tantôt enlin les infiltrations ont transformé la substance même de la coquille en calcaire cristallin, en silice, en oxyde de fer, en phosphate de chaux, etc. Cette transformation a pu affecter des produits autres que les coquilles ou les ossements; par exemple, il y a des nodules de phosphate de chaux qui ne sont autre chose que le résultat

FOSSILES, ROCHES METAMORPHIQUES 131

de la fossilisation de coprolithes ou excréments de vertébrés.

AsseÉ souvent les traces de pas des vertébrés ont pu se conserver, V empreinte laissée dans une couche d'argile par les pieds des animaux ayant été remplie, avant d'être oblitérée, par du sable qui s'y est consolidé ultérieurement. La même chose est arrivée plus d'une fois pour des trous de vers dans la vase, pour des traces de clapotement des vagues sur une plage et même pour les marques produites par des gouttes de pluie sur la surface d'un terrain sans consistance.

Roches métamorphiques. — Les dépôts sédimentaires, lorsqu'ils sont traversés ou recouverts par des roches éruptives, se montrent souvent modifiés dans leur composition ou leur structure. Quand cette modification n'est due qu'à la chaleur de la roche injectée, elle ne se manifeste que sur une zone très limitée, ce qu'on pouvait prévoir d'après la faiblesse de l'action calorifique exercée à distance par les laves modernes. Sur quelques centimètres, les grès se fendillent et les calcaires durcissent, tandis que les argiles non réfractaires subissent une fusion partielle, qui les transforme en porcelanites ou thermantides.

Il en est autrement lorsqu'il s'agit de roches porphyriques et surtout granitiques, à la formation desquelles on peut admettre que les dissolvants ou, tout au moins, les eaux et les vapeurs chaudes sous pression, ont pris une part notable. Dans ce cas, la modification, connue sous le nom de métamorphisme, se fait sentir à plusieurs centaines de mètres du contact. Ainsi, au voisinage du granité et de la granulite, les schistes deviennent d'abord gaufrés, puis noduleux, par suite d'un mouvement moléculaire qui concentre en certains points, en la durcissant, la matière colorante charbonneuse de la roche. Plus près du contact, les nodules s'individualisent en petits cristaux prismatiques de macle ou chiastolite, silicate d'alumine à peu près pur, résultant de la cristallisation du silicate alumineux des schistes, qui deviennent ainsi maclifères. Enfin, au contact même, de nombreuses paillettes de mica noir se. développent dans la roche, où pénètrent en même temps de très fines veinules de matière granitique. Tout massif de granité, injecté à travers des schistes, possède

ainsi soîi auréole métamorphique, parfois large de 700 à 800 mètres.

Avec les calcaires, le métamorphisme produit sous l'influence des granités se traduit par une sorte de mélange du carbonate de chaux et des silicates granitiques. De là résultent de nouveaux minéraux, silicates d'alumine, de chaux et de fer, parfois de magnésie, dont les grenats, dits grossulaire et mélanite, sont les plus fréquents.

Les roches schisteuses qui ont été exposées, lors de la formation des montagnes, à des compressions énergiques, manifestent un métamorphisme du même genre. Il semble que, sous l'influence de la chaleur développée, l'humidité des roches ait dû suffire pour provoquer une cristallisation partielle. Dans les mêmes conditions, les calcaires peuvent devenir des marbres très cristallins.