CHAPITRE II

CARACTÈRES GÉOLOGIQUES ET M I NÉ R A LOGIQUES DES FORMATIONS CARBONIFÈRES.

Premières études faites dans le dix-huitième siècle sur les caractères lilholugiques de la formation houillère — Dépôts carbonifères de la période de Iransition; des périodes secondaires et tertiaires. — Éludes sur la composition du terrain houiller; conglomérats, poudingues et grès houillers; argile schisteuse, argiles plastiques, underclay, schistes bitumineux, fer carbonalé lithoïde, bancs calcaires et siliceux. — Composition minéralogique des dépôts houillers lacustres dans le bassin de Sainl-Élienne et Rive-de-Gier. — Anomalies que présentent quelques dépôts du centre de la France. — Porphyres intercalés et métamorphisme des couches a leur contact. Métamorphisme par des incendies souterrains. — Composition des dépôts houillers marins dans le nord de la France, la Belgique, l'Espagne, etc. — Composition de la formation houillère des bassins de l'Amérique septentrionale. — Répartition de la houille dans les dépôts de grès et de schistes des divers bassins. Proportions trouvées entre les épaisseurs des combustibles et des roches arénacées — Formations carbonifères antérieures et postérieures au terrain houiller.— Terrains à 1 igni les. — Tourbières.

Les premières études faites sur les formations carbonifères furent, ainsi que nous l'avons dit précédemment, exclusivement iithologiques. On chercha d'abord à préciser les caractères des combustibles, ainsi que ceux des roches qui les accompagnaient, et semblaient être , en quelque sorte, leurs gangues ordinaires.

Cette méthode d'examen aurait conduit à des résultats précieux, si les anciens minéralogistes ne lui avaient donné une trop grande extension, en décrivant sans discernement toutes les roches des contrées houillères, et en établissant ainsi une confusion fâcheuse entre les roches réellement carbonifères et celles des terrains superposés ou sousjacents; de telle sorte qu'ils n'arrivèrent à aucune conclusion réellement utile.

Si , cependant, on lit avec attention l'ouvrage de Morand premier traité publié sur cette matière, dans lequel sont résumées avec un soin minutieux toutes les études de l'époque, on sera étonné d'y retrouver tous les éléments des observations ultérieurement faites. Ainsi, Morand décrit avec un soin particulier les roches qui forment ce qu'il appelle la couverture immédiate de la houille; il distingue le schiste ou fausse ardoise, contenant des empreintes végétales, et qui a, dit-il, un rapport décidé avec le schiste ardoisier. 11 distingue aussi cette roche, nommée dans le pays de Liège la pierre, qui fait feu avec l'acier, est disposée par feuillets quarzeux, et est mêlée de paillettes de mica; il l'appelle \egrez. Dans plusieurs passages, il signale l'analogie qui existe entre les schistes et les grès qui accompagnent la houille des diverses localités.

Or, il aurait suffi à Morand de suivre cet ordre d'idées, pour arriver à celte conclusion que nous avons déjà énoncée : que la presque totalité des combustibles minéraux

1 L'art d'exploiter les mines de charbon de terre, publié en 1768.

sont concentrés dans un terrain spécial , que nous appellerons terrain houiller ou formation houillère, lequel est composé de grès et de schistes particuliers, et placé à la partie supérieure des terrains de transition.

La dénomination de formation carbonifère ne doit pas être appliquée seulement aux dépôts de l'époque houillère; dans les terrains inférieurs et supérieurs à ces dépôts, il existe accidentellement des bassins où se sont formées des couches combustibles, qui alternent avec les autres roches. Les anciens minéralogistes avaient séparé, de la houille proprement dite, la houille des calcaires, qui représente ce que nous appelons aujourd'hui les lignites; ils avaient signalé son existence, notamment en Provence et dans la vallée du Rhin.

Une formation carbonifère est donc composée d'un système, ou faisceau de couches appartenant à une môme période de dépôt, et suivant toutes la même allure. Généralement, ce système de couches repose en stratification discordante sur les formations plus anciennes, et souvent il est lui-même recouvert par des formations plus modernes, différant également par les directions et les inclinaisons de leurs couches.

Après la spécification minéralogique des formations carbonifères , deux ordres d'idées et d'observations ont surtout contribué à compléter nos connaissances : ce sont, en premier lieu, les études sur l'allure des couches de chaque formation, et sur la structure physique et géographique des bassins; et, en second lieu, celles qui ont permis de consta-

ter les relations géognostiques qui existent entre les formations carbonifères et la série des terrains sédimentairès. Nous suivrons d'abord, dans leurs détails, les études faites sur la formation houillère proprement dite, afin d'en préciser les caractères, sous le double rapport de sa position géognostique et de sa composition minéralogique.

Caractères géologique» de la formation houillère.

Le premier examen de la forme et de la structure des gîtes houillers eut pour résultat de mettre en évidence la stratification régulière du terrain, dans toute l'étendue des bassins. Ce fait était d'autant plus facile à constater, que la plupart des premières exploitations se faisaient à ciel ouvert : ainsi, dans le bassin de la Loire, il n'y avait en 17G7 qu'une seule mine procédant par puits et galeries. On pouvait donc, sur les escarpements do ces exploitations à ciel ouvert, vérifier immédiatement la disposition de la houille et des roches associées, en strates ou couches distinctes, superposées les unes aux autres, avec un parallélisme complet des lignes de division. Aujourd'hui, il reste peu d'exploitations à ciel ouvert, et partant, peu de ces escarpements où les caractères du terrain , avivés par la fraîcheur des cassures, soient rendus palpables pour tout le monde. Cependant il en existe encore quelques-unes dans les bassins de la Loire, de l'Allier et de l'Aveyron, et, d'ailleurs, les carrières ouvertes dans les grès permettent d'observer directement ces caractères do stratification.

M. Alexandre Brongniart nous a laissé un de ces dessins, classiques en géologie, qui expriment d'une manière heureuse plusieurs faits importants; c'est celui de l'exploitation à ciel ouvert du Treuil , près Saint-Étienne. On y distingue les grès à structure massive, les schistes dont la stratification est détaillée et fissile, contenant souvent des rognons de fer carbonalé, enfin la houille disposée elle-même en couches alternant avec les schistes. L'excavation était ouverte suivant la direction des couches; celles-ci paraissaient horizontales, mais, en réalité, elles étaient inclinées, de telle sorte qu'à mesure que l'exploitation enlevait le terrain , les lignes d'affleurement s'abaissaient. Aujourd'hui, l'avancement des travaux est tel, qu'on ne rencontre plus la couche supérieure de houille qu'à la base de l'escarpement, et que dans toute la hauteur de la carrière on ne voit plus que les grès supérieurs.

Les escarpements naturels, sans présenter des surfaces aussi nettes que celles des carrières, facilitent encore l'étude des roches et de leur structure stratifiée. Les chantiers souterrains, dans lesquels on abat la houille et souvent aussi les roches du toit, permettent de compléter ces observations, et de reconnaître que toutes ces roches sont stratifiées non seulement dans l'ensemble, mais aussi dans tous les détails de leur structure. Ainsi, les couches de grès, de schistes, et même les couches de houille, sont composées de bancs superposés, distincts par les variations de grain, de pureté, de consistance, de couleur; dans les parties schisteuses, la division se poursuit mémo, paral-

lèlement au plan de stratification , jusqu'à une structure fissile, comme celle de l'ardoise.

Le premier examen des roches qui constituent les dépôts houillers démontre encore leur origine arènacée. Cette origine est évidente dans les grès à gros grains, poudingues et conglomérats, composés de cailloux roulés, identiques aux galets roulés actuellement par les fleuves, ou par les mouvements de la mer. On voit, en rapportant la position de ces galets à la stratification des couches, que cette position est celle qui résulte des lois de la pesanteur. Les galets ovoïdes sont toujours disposés de telle sorte que leurs grands axes sont parallèles aux lignes de stratification ; des nodules aplatis sont placés sur leurs faces plates et non sur champ ; enûn, dans les grès fins et dans les schistes, les paillettes de mica sont déposées suivant des plans parallèles aux couches, de manière à donner à ces roches une cassure facile, nette et luisante dans le sens de ces plans, tandis que, dans un sens transversal, les cassures sont plus difficiles et présentent des surfaces inégales et mates.

L'étude de tous les détails de la stratification conduit donc à considérer comme formées par voie sédimon taire, les couches de grès et schistes dans lesquels les combustibles ont été interstratifiés par des phénomènes spéciaux.

Ce fait, de la stratification, conduisit à examiner les positions les plus ordinaires des couches; on en mesura les directions et les inclinaisons, et Ton fut amené à déduire, do ces mesures, des conclusions qui trouvaient leur application immédiate dans les travaux d'exploitation et de

recherche. Chose remarquable , les mineurs menaient à profit ces premières études, tandis que Morand, qui dessinait des coupes et transcrivait leurs observations, n'en tirait lui-môme aucune déduction qui permette de supposer qu'il en ait apprécié la valeur. Si donc, aujourd'hui, la théorie vient souvent en aide à la pratique, nous devons reconnaître que les praticiens du siècle dernier précédaient de beaucoup les hommes de science.

Une coupe publiée par Morand, en 1767, prouve que les mineurs qui la lui avaient fournie avaient reconnu la discordance de stratification des terrains houillers et des mortsterrains qui les recouvraient. Mais, comme preuve plus frappante encore, n'avons-nous pas les admirables travaux de Desandrouin, qui, guidé par ses observations sur la direction des couches houillères au-dessous de la craie, commençait, en 1 717, ses recherches sur le territoire de Fresnc. Malheureusement Desandrouin n'a publié aucune de ses observations; s'il nous eut transmis les études qui le guidèrent, ce travail serait un des monuments les plus intéressants de l'histoire de la géologie.

La spécification du terrain houiller, caractérisé par la nature de ses dépôts et par leur position géognostique constante, était déjà déterminée à l'époque où M. d'Aubuisson écrivait son traité. Ce terrain fut d'abord classé à la base des terrains secondaires, mais, depuis, il est généralement regardé comme constituant la formation supérieure des terrains de transition.

Celte grande période des terrains de transition se compose

d'une série de formations successives, que leurs caractères géognostiques et minéralogiques ont permis de distinguer et de classer. On a reconnu que ces formations avaient été déposées dans des bassins successifs, de grandeur décroissante , et que les dépôts se trouvaient superposés les uns aux autres en stratification discordante, de telle sorte que les périodes pendant lesquelles ils s'étaient effectués avaient dû être séparées par des soulèvements ou affaissements de la surface. Ces dépôts de transition se terminent par des dépôts plus circonscrits et plus clairsemés que tous les autres, et dont les caractères arénacés deviennent de plus en plus évidents; ce sont les dépôts de la période houillère, dans lesquels les couches combustibles jouent un rôle important.

Nous avons indiqué, dans le chapitre précédent, la distribution des dépôts houillers, en bassins circonscrits, dispersés sur les surfaces de transition, tantôt sur les régions littorales des massifs , tantôt dans des dépressions qui y représentent d'anciennes vallées. Ces dépôts sporadiques sont caractérisés d'une manière remarquable par la présence du carbone disséminé dans les roches, et surtout rassemblé en couches, tantôt peu nombreuses et puissantes, tantôt, au contraire, très multipliées mais de peu d'épaisseur.

La formation houillère, lorsqu'elle s'est déposée sur une grande échelle et dans des eaux marines, comme en Amérique, en Angleterre, en Belgique, est généralement superposée à la formation du calcaire carbonifère. Ce cal-

caire, bien caractérisé par de nombreux fossiles (productus, * spirifèrcs, évomphales, bellérophons, orthocères, etc.), permet d'établir quelques distinctions entre les époques de dépôt des divers bassins houillers; quelques-uns sont antérieurs au calcaire carbonifère , la plupart lui sont immédiatement postérieurs.

Les dépôts carbonifères antérieurs à la véritable formation houillère sont représentés, en France, par le terrain anlhraxifère des environs de Roanne; par celui do la basse Loire, depuis Doué jusqu'à Nort; par ceux de Sablé, dans la Sarthe et la Mayenne.

Le meilleur moyen de reconnaître l'âge de ces premiers combustibles, qui comprennent à la fois de véritables anthracites comme à Roanne et à Sablé, des houilles maigres comme celles de Montjcan, Layon etMouzeil, et des houilles demi-grasses comme celles de Nort, est de chercher à caractériser les calcaires qui les accompagnent presque toujours. C'est ainsi qu'on a pu reconnaître que les calcaires de Sablé, supérieurs aux couches combustibles, étaient bien réellement le calcaire carbonifère, et que, par conséquent, tous les dépôts anlhracitcux de ce pays étaient antérieurs à la période de ces dépôts calcaires.

En interrogeant, en outre, les conditions de la stratification, M. Élie de Bcaumont était arrivé à reconnaître l'antériorité de ces premiers bassins carbonifères, comparativement à la formation houillère proprement dite. Le système des soulèvements dont la direction est représentée par celle des ballons des Vosges et des collines du Bocage est, dit-il,

postérieur au plissement des couches aotbraxifères de la Loire-Inférieure et des déparlements de la Sarthe et de la Mayenne ; mais il est antérieur au dépôt du véritable terrain bouiller qui, à Saint-Pierre-la-Cour, repose en stratification discordante sur les tranches de ces couches aotbraxifères. Or, le calcaire de Sablé, reconnu bien positivement comme l'équivalent du calcaire carbonifère, participe au plissement des contrées environnantes, dont la direction appartient essentiellement au système de soulèvement des ballons et des collines du Bocage; donc ce système de soulèvement doit être considéré comme ayant pris naissance après le dépôt du calcaire carbonifère et avant le dépôt du terrain houiller, qui, dès lors, constituent réellement deux terrains distincts

Les terrains houillers de l'Amérique du Nord paraissent aussi être antérieurs à la formation houillère proprement dite. Ainsi , M. Élie de Beaumont y retrouve le système des ballons des Vosges et des collines du Bocage, dont la direction 0. 16° N. — E. 16° S., est reproduite dans les Alléghanis par celle E. 43° N. — 0. 42° S., ces deux directions appartenant au même grand cercle. Les couches du grand bassin houiller des Alléghanis, violemment relevées sur toute la lisière orientale, participent à ces mouvements du système des Vosges ; d'où M. Élie de Beaumont conclut que les terrains houillers de l'Amérique appartiennent réellement à la formation du calcaire carbonifère.

1 Élie de Beaumonl. Société géologique, Bulletin du 17 mai 1847.

6(î CARACTÈRES DES FORMATIONS CARBONIFÈRES»

Ces terrains sont, il est vrai , arénacés et supérieurs aux principaux calcaires carbonifères, mais, dans plusieurs contrées, les roches arénacées se substituent aux calcaires : tels sont, notamment, les grès du Northumberland , les grès calcifèresde l'Ecosse, et les terrains de la vallée du Donetz; les terrains des États-Unis seraient donc une quatrième exception à la composition normale. D'après cette opinion de M. Élie de Beaumont, les terrains houillère de l'Amérique, contemporains de la partie supérieure du calcaire carbonifère, formeraient une seconde époque de génération houillère, postérieure à la période des anthracites de la basse Loire et de la Mayenne.

La véritable période houillère, celle à laquelle se rapportent, en Europe, tous les dépôts combustibles de quelque importance, arrive ainsi en troisième ligne. On y doit comprendre tous les bassins houillère do l'Angleterre, de la France, de la Belgique, de l'Allemagne, etc. , que nous avons énumérés dans le chapitre précédent.

Cette période houillère est d'ailleurs caractérisée par des dépôts spéciaux. Ce sont, d'abord, des grès houillère do toutes grosseurs, comprenant des conglomérats, poudingues, grès plus ou moins Ans ; en second lieu, des argiles schisteuses, délitables, ordinairement très fissiles, contenant accidentellement des nodules de fer carbonaté lithoïde. Ces roches ne diffèrent pas beaucoup de celles des dépôts carbonifères qui ont immédiatement précédé la période houillère; ainsi, il serait réellement impossible de distinguer les grès du bassin anthraxifère do la Loire, des

roches correspondantes de la plupart des bassins houillers. Aux États-Unis, la composition du terrain s'individualise uniquement par l'intervention de quelques bancs calcaires, et par la prédominance de couleurs des dépôts arénacés et schisteux : le verdàtre, le jaunâtre et le rouge, couleurs normales lorsque les dépôts arénacés ne sont pas , comme ceux des terrains carbonifères, colorés en gris, ou même en noir, par une grande quantité de carbone disséminé.

Les caractères minéralogiques du terrain houiller proprement dit, peuvent donc être considérés comme de véritables types de composition, pour tous les dépôts carbonifères appartenant à la période de transition supérieure ; seulement, les dépôts carbonifères antérieurs se distinguent par la présence des calcaires, et par la nature des argiles d'autant moins délilables, et se rapprochant d'autant plus des caractères du schiste argileux , que ces dépôts sont eux-mêmes plus anciens.

La séparation entre la formation houillère et le calcaire carbonifère n'est pas toujours aussi nette qu'on pourrait le croire d'après ce que nous avons dit précédemment. Dans le nord de la France, et dans la Belgique, les deux formations sont généralement en stratification concordante, ce qui avait d'abord conduit à les comprendre dans un même terrain. Sur quelques points, et notamment à Chateau-1' Abbaye, il existe même un véritable passage entre la formation du calcaire carbonifère et la formation houillère superposée. Ce passage, constaté par les travaux souterrains, était déterminé par les alternances des schistes houillers inférieurs

avec les bancs calcaires supérieurs, et par la présence de quelques couches de houille anthraciteuse intercalées dans les couches calcaires.

Le plus souvent, cependant, le passage n'existe que par la concordance de la stratification et par l'insertion, dans le calcaire carbonifère, des gros poudingues et grès qui constituent ordinairement les premières assises des dépôts houillère. Ainsi , dans toute la Belgique , les gros grès à cailloux quarzeux forment plusieurs systèmes de couches, dits systèmes quarzo-schisteux, qui alternent avec les calcaires carbonifères; la formation houillère commence immédiatement au-dessus de ces calcaires, par des schistes fins, parmi lesquels se trouve l'ampelite alumineux.

En Angleterre, la séparation est nettement marquée, dans la plupart des districts houillère, par la présence des gros grès à cailloux quarzeux, dits millstone gril, placés à la base des dépôts houillère. Nous avons trouvé cette même disposition à l'autre extrémité de l'Europe, dans le bassin d'Espiel et Villaharta en Andalousie, où le millstone grit, très bien développé, sépare les roches houillères, du calcaire carbonifère; il est môme probable qu'à Belmez, prèsEspiel, les roches houillères reposent sur le calcaire carbonifère, en stratification discordante.

Arrivé à son maximum, péndant la période houillère, la formation des couches combustibles intercalées dans les dépôts sédimentaires, s'arrête tout à coup, et, dans toute la période secondaire, l'on n'en trouve plus que quelques rares réminiscences. Ainsi, les couches charbonneuses des

marnes irisées (Noroy, Gemonval , Grozon, etc.) sont si peu paissantes, qu'il y a à peine lieu de les mentionner dans une histoire générale des combustibles.

Il existe en Europe quelques bassins carbonifères rapportés à l'époque du lias (environs de Milhau, en France; Yorkshire, en Angleterre); mais ces bassins sont sans étendue, et les couches combustibles y ont peu de puissance et peu de continuité.

Les anthracites des Alpes, houilles métamorphiques des périodes jurassique et crétacée, nous fourniraient un exemple plus important d'un retour des phénomènes de la génération du carbone, si le fait était moins local. C'est seulement dans la période tertiaire, que nous retrouvons quelques bassins, indiqués par des dépôts réguliers, assez riches en bancs combustibles pour être comparés à certains bassins de l'époque houillère; tels sont les bassins tertiaires, à lignites, de la Provence et du nord de l'Italie.

Enfin , la période actuelle, qui marque évidemment un arrêt important dans la série des révolutions du globe , nous rappelle, par l'existence de la formation tourbeuse, les faits de la génération du carbone. Cette formation occupe, en effet, dans presque toutes les contrées de l'hémisphère boréal, des bassins circonscrits et clair-semés, et, sur quelques points, l'accumulation du carbone semble encore s'y continuer aujourd'hui.

Caractère» mlnéralo?lques de la formation houillère.

La formation houillère est la seule, parmi toutes les formations sédimentaires, dans laquelle le carbone soit assez fréquent, et en quantité assez considérable, pour que la détermination du terrain soit déjà une condition de probabilité en faveur d'une recherche de houille. Commo cette formation renferme d'ailleurs la presque totalité des combustibles minéraux exploités, l'intérêt de nos études s'y concentre presque exclusivement.

Cette formation est déjà nettement définie par sa position géognostique : elle représente une période spéciale, et si tous les dépôts qui s'y rattachent ne sont pas exactement contemporains et simultanés, leur position entre les terrains de transition et les terrains secondaires n'est pas moins un caractère général, très utile pour les recherches. Ainsi, dans le nord de la France et dans la Belgique, on cherche constamment la formation houillère, au-dessous des terrains crétacés, et au-dessus des calcaires carbonifères; dans le centre et le raidi, on la trouve, tantôt au-dessous des roches arénacées du trias, tantôt au-dessous des dépôts calcaires du lias, et au-dessus des terrains schisteux et granitiques.

Les caractères minéralogiques de la formation houillère ne sont pas moins précis que ses caractères géognostiques ; pour bien les définir, il est nécessaire de revenir, avec quelques détails, sur les conditions générales do la composition des dépôts, afin de pouvoir aborder ensuite, avec plus de

simplicité, les diverses descriptions locales que nous présenterons comme types.

Dans un terrain sédimentaire , on peut généralement distinguer deux classes de dépôts : les dépôts arénacés , formés, par l'action érosive et sédimentaire des eaux, aux dépens des roches préexistantes; et les dépôts formés par la précipitation chimique des principes que ces eaux ont tenus en dissolution. Ces derniers dépôts, ordinairement calcaires ou siliceux, sont rares dans la formation houillère proprement dite, car elle ne comprend guère que des dépôts arénacés.

Nous avons dit que les terrains houillers lacustres étaient composés de grès et schistes houillers, roches de transport formées aux dépens des roches de transition et des granités qui les encaissent; mais cette définition, appliquée aux grands bassins marins, tels que ceux de l'Angleterre, de la Belgique et du nord de la France, n'aurait plus la même exactitude. Les bassins marins, bien plus vastes que les autres , ne présentent guère que des grès et des schistes, dans lesquels on ne reconnaît plus les roches de transition des contrées voisines. Les éléments quarzeux semblent les seuls qui aient pu résister aux transports éloignés et à l'action sédimentaire qui s'est exercée, dans ces bassins, d'une manière bien plus large que dans les bassins lacustres. Les roches y sont généralement d'un grain plus fin, et présentent plus d'homogénéité et de constance dans leurs caractères.

Les dépôts houillers de ces grands bassins marins re-

posent généralement, en stratification concordante, sur les calcaires carbonifères, calcaires gris, gris bleuâtres et quelquefois noirs, dont les bancs supérieurs alternent, dans quelques cas, avec les premières roches arénacées et les premières couches combustibles. Dans les bassins de l'Amérique, les alternances calcaires se prolongent dans toute l'épaisseur de la formation houillère, soit par petits bancs intercalés dans les grès, psammites et schistes houil- Icrs, soit par nodules tuberculeux stratifiés dans les argiles. Cette composition particulière concorde avec une différence dans l'âge géognostique, et les calcaires doivent être considérés comme des roches exceptionnelles, dans les dépôts de la formation houillère.

Les grès houillers sont beaucoup moins variés qu'ils le semblent au premier examen de la plupart des bassins; ce sont les variations de grosseur des grains qui leur donnent des apparences diverses. Mais, si on se reporte à la définition qui en a été donnée précédemment, on voit que ces grès sont des roches d'agrégation , formées des débris roulés de toutes les roches du terrain de transition ; lors donc, que les fragments sont assez gros pour qu'on puisse distinguer les roches ainsi roulées et agrégées, on y reconnaît facilement les granités, gneiss, micaschistes, schiste argileux, qui constituent les dépôts de transition; on reconnaît môme, dans beaucoup de cas, la provenance de ces fragments, ainsi que cela arrive pour les conglomérats qui forment la base du terrain houiller dans le bassin de Saint-Étienne. Lorsque le dépôt, au lieu

d'être formé de galets distincts, est composé d'éléments plus triturés, par exemple de grains ayant moins d'un centimètre dans leur plus grand diamètre, les éléments des roches de transition sont séparés, et le quarz et le feldspath , mélangés d'un peu de mica , constituent une arkose grossière. Si le grain diminue encore de grosseur, les fragments de quarz deviennent tout à fait dominants, la roche prend de la solidité, et représente le véritable grès, exploité souvent comme pierre de taille. Un effet inverse se produit, au contraire, dans les grès tout à fait fins; ils perdent leur solidité, parce que le mica y prend de l'importance, les rend plateux, et les fait passer au psammite.

Généralement, lorsque l'on considère l'ensemble des dépôts, on trouve les conglomérats et les poudingues à gros éléments, concentrés à la base; les arkoses grossières dans la partie moyenne ; tandis que les grès fins et les psammites dominent , avec les argiles schisteuses, dans la partie supérieure.

Les grès houillère, composés des mômes éléments que les granités, s'en distinguent facilement par les proportions relatives de ces éléments, et par leur structure arénacée. . Ainsi , le quarz y est en bien plus grande proportion , et les grains en sont roulés; les grains de feldspath sont, non seulement amoindris et déformés par la trituration , mais ils sont souvent, en partie, décomposés et kaolineux. On conçoit, cependant, d'après la définition de ces grès, que, dans quelques cas, il peut exister, entre eux et les roches

granitiques, une sorte de conformité d'aspect, qui constitue un véritable passage minéralogique. Ainsi, certains grès houillers de Saint-Bérain (Saône-et-Loire), composés de gros grains de feldspath rose et de quarz translucide, fortement agglutinés et parsemés de quelques paillettes de mica, prennent accidentellement l'apparence de granités ou de porphyres quarzifères; la ressemblance est telle, que certaines parties du terrain houiller avaient été d'abord rapportées au terrain primitif, tandis que, depuis, on a reconnu que ces grès à gros grains feldspalhiques , alternent avec des grès plus fins, qui contiennent des impressions végétales, et se trouvent placés vers la partie supérieure des dépôts.

Les grès fins, lorsque leurs éléments deviennent tellement petits qu'il est difficile de les distinguer et de reconnaître leur nature, sont ordinairement schisteux; celte structure est surtout déterminée par l'interposition du mica, dont les paillettes, concentrées dans certains plans de stratification, facilitent la cassure et la division de la roche suivant ces plans. Cette disposition particulière du mica , et son abondance plus prononcée que dans les autres variétés, ont fait donner aux grès 6ns et plateux le nom particulier de psammite schisioïde. Ces grès fins sont blancs , grisâtres ou jaunâtres, comme les variétés de grès grossier; néanmoins, ils sont plus sujets à se charger d'un carbone très divisé, qui leur donne un aspect noirâtre.

Ces grès fins et schisteux alternent d'habitude, en couches peu épaisses, avec des couches do schistes houillers

on argile schisteuse, dans lesquelles on remarque un nom-

bre encore plus grand de lignes de stratiûcation. Ces lignes sont indiquées par des variations de couleur, du jaunâtre au gris et au noir ; par des variations de grain et de dureté ; par une facilité plus ou moins grande à absorber l'eau atmosphérique et à se déliter; enfin, par la structure fissile de la roche.

Les schistes houillers sont quelquefois micacés, mais, le plus souvent, le mica y est imperceptible comme les autres éléments constituants. La texture schisteuse y est alors déterminée par les variations de nature indiquées précédemment, et quelquefois, par l'interposition d'une grande quantité de débris végétaux fossiles, qui se détachent en noir sur le fond argileux. La nature argileuse des schistes houillers ne se manifeste qu'après quelque temps d'exposition à l'air humide; ils se gonflent en absorbant de l'eau, et se délitent ; les feuillets délités se lèvent, et, si l'on vient à y porter la main, on sent que la surface en est ouctueuse comme celle des véritables argiles.

Si l'on étudie la composition des schistes, en procédant à leur analyse mécanique , c'est-à-dire en séparant les parties délayables, des substances qui s'y trouvent disséminées, on voit que ces schistes sont toujours composés d'argile, de quarz et de mica. On peut donc les considérer, aussi bien que les grès, comme formés aux dépens des roches de transition préexistantes, avec cette différence, que les éléments constituants sont réduits à une grande ténuité, et que le feldspath a subi une dé-

composition qui en produit la nature plus ou moins argileuse.

Les schistes houillers sont, encore plus souvent que les grès fins, colorés par du carbone disséminé en proportion variable. En se chargeant de carbone, ils deviennent moins délitables, et plus sujets à être mélangés de débris végétaux; ces débris, troncs, branches ou feuilles, sont presque toujours couchés dans le sens de la stratification , et donnent quelquefois à la roche une structure ondulée.

Le schiste houiller est la roche le plus fréquemment en contact avec les couches de houille ; quelquefois mémo il s'interpose dans ces couches, et y forme des petits lits ou nerfs plus ou moins continus. Les schistes intercalés dans la houille sont, le plus souvent, très carburés, quelquefois bitumineux, et, dans la plupart des bassins, on peut facilement recueillir des séries de roches qui établissent le passage entre les grès fins, les schistes et la houille.

En résumé, les schistes complètent, dans la composition du terrain houiller, cette série de dépôts arénacés dont les éléments diminuent de plus en plus de grosseur; de telle sorte que, depuis les conglomérats et brèches de la base, jusqu'aux argiles schisteuses, les roches à éléments fins ont d'autant plus d'importance, que l'on s'est élevé davantage.

Les grès de toutes grosseurs sont ordinairement les roches dominantes de la formation houillère. Plus la formation est carbonifère, ou, en d'autres termes, plus est grande la proportion des couches combustibles, plus est grande

aussi la quantité de carbone répandue dans les dépôts, comme principe colorant. Les couleurs grises et noirâtres sont donc les couleurs caractéristiques des dépôts houillers riches en couches combustibles.

Dans les dépôts stériles, ou à peu près, comme certains terrains houillers des bassins de l'Amérique du Nord, et notamment ceux du Canada et du Michigao, les couleurs jaunes ocreuses, rouges ou verdàtres, sont les couleurs normales des roches. Ce caractère est tellement incontestable , qu'il se reproduit très nettement dans les portions stériles qui se rencontrent dans les bassins riches en couches combustibles. Ainsi, dans le bassin de la Loire, le système des couches inférieures, dit de Rive-de-Gier, est séparé du système des couches supérieures, dit de Saint- Étienne, par une épaisseur d'environ 300 mètres de dépôts stériles; or, dans cette épaisseur, les grès verdàtres .et les grès rouges jouent un rôle assez important pour qu'il en résulte un caractère spécial et très apparent.

Les débris végétaux qui abondent dans presque tous les terrains houillers y constituent de véritables fossiles caractéristiques. Ces débris consistent en impressions de feuilles dont la grande majorité rappelle la structure des diverses familles de fougères, soit en branches, soit eu troncs tantôt striés et cannelés comme les calamités, tantôt parsemés de nœuds en quinconces comme certains végétaux des contrées tropicales (fougères arborescentes, cycadées, etc.). Ces impressions, et surtout les feuilles, se trouvent principalement dans les schistes et les psammites, les plus voisins des

couches de houille, et les plus colorés par du carbone disséminé. Nous examinerons en détail, dans le chapitre suivant, les caractères de ces végétaux, dont le développement présente évidemment une connexion intime avec la formation des couches de houille.

On peut encore rencontrer, parmi les schistes du terrain houiller, deux variétés accidentelles, mais importantes par leur emploi dans l'industrie : les argiles plastiques, souvent rêfractaires, et les schistes bitumineux.

L'argile plastique se trouve, en plus ou moins grande quantité, dans beaucoup de bassins. Sa structure massive et sa nature facilement délayable, la distinguent des argiles schisteuses qui , pour devenir délilables, ont besoin de subir une longue exposition à Pair humide. L'argile plastique ne forme que des couches peu continues et de peu d'épaisseur, 0,50 à 1 mètre, par exemple; dans son plus grand état do pureté, elle est grisâtre, mais, à mesure qu'elle devient moins pure, elle se charge de parties charbonneuses, au point de devenir tout à fait noire. On a remarqué, en Angleterre, qu'elle est ordinairement située immédiatement au-dessous d'une couche de houille, et c'est ce qui lui a fait donner la dénomination de underclay; elle est quelquefois réfraclaire, fireclay, et devient alors précieuse à l'industrie.

La plupart des argiles rêfractaires exploitées en Angleterre et en Ecosse, et souvent exportées au loin pour les usages métallurgiques, appartiennent au terrain houiller: en Belgique, la terre d'Andennes sur la Meuse, si active-

ment exploitée pour la construction des fourneaux à zinc, creusets, etc., se trouve a la base de la formation houillère, dans les alternances supérieures du calcaire carbonifère.

La fréquence et la qualité de ces argiles semblent être un des privilèges des grands terrains houillers du Nord, terrains déposés dans des eaux marines, et composés, par conséquent , de roches transportées de loin et formées d'éléments plus ténus, plus lavés et plus purifiés que les roches des bassins lacustres. Aussi, dans les bassins du centre et du midi de la France, si nous retrouvons quelques bancs d'argiles plastiques, ils n'ont d'importance ni par leur puissance, ni par leur qualité.

Les schistes bitumineux sont, au contraire, des roches qui appartiennent presque exclusivement aux bassins lacustres. Ce sont des schistes noirâtres, à grains très fins, homogènes, qui, au premier abord, ne se distinguent guère des argiles schisteuses ordinaires; cependant, ils sont plus compactes, plus sonores et moins délitables que les schistes ordinaires; échauffés suffisamment, ils prennent feu et brûlent avec une flamme fuligineuse. Un petit éclat mince, mis dans la flamme d'une bougie, s'allume, et brûle de manière à laisser, pour résidu, le schiste décoloré, et exfolié.

Cette propriété combustible est due à une huile, dite huile de schiste, qu'on peut retirer, par distillation, pour l'appliquer à l'éclairage, et dont la quantité varie de deux à dix centièmes.

Les schistes bitumineux ont surtout clé rencontrés dans

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les bassins de Saône-et-Loire. Aux environs d'Autun , ils forment, à la partie supérieure du terrain houiller, une sorte d'appendice que Ton a longtemps considéré comme postérieur. On y trouve des empreintes de poissons, et Ton en avait conclu qu'ils représentaient le zechstein; mais un examen plus minutieux a fait reconnaître qu'ils appartenaient réellement à la partie supérieure du terrain houiller; depuis, on a trouvé ces mêmes schistes dans le bassin de Blanzy, alternant avec les grès fins et avec les argiles schisteuses qui contiennent les couches de houille supérieures.

Il est naturel de rencontrer les schistes bitumineux audessus des couches combustibles, car celles-ci contiennent tous les éléments des huiles dont ces schistes sont imprégnés. Ces huiles doivent, en effet, résulter de décompositions qui ont eu lieu postérieurement au dépôt des combustibles; et à ce propos, il y a une remarque importante à faire : les schistes bitumineux se trouvent dans les bassins do Saône-et-Loire, précisément à la partie supérieure de la formation , c'estrà-dire au-dessus des couches de houille maigre, à longue flamme. Il n'en existe point audessus des houilles grasses de Saint-Étienne, ni au-dessus des houilles anthraciteuses, maréchales ou flenues du Nord, de la Belgique et de l'Angleterre ; de telle sorte que nous sommes conduits à supposer qu'il existe une certaine connexité de gisement entre les houilles très oxygénées et celte transmission des huiles dans les schistes1.

1 Les schistes bitumineux se retrouvent, en effet, dans les formations supérieures à la houille, formations qui conliennenl des combustibles de

Toutes les roches qui se rapportent soit aux grès, soit aux argiles, constituent l'élément arénacé du terrain houiller, élément qui forme la presque totalité de sa puissance ; mais on y trouve, en outre, des minéraux dus à d'autres influences , et dont quelques-uns constituent la véritable richesse de ce terrain. Ce sont, en première ligne, les combustibles minéraux, roches dont le carbone est l'élément principal , qui sont stratifiées en couches plus ou moins nombreuses, plus ou moins puissantes, et alternent avec les grès et les schistes 1 ; en second ligne, le fer carbonatè lithoïde, substance plus accideotelle, et qui, de même que la silice et le calcaire, parait devoir être attribuée à des phénomènes de précipitation chimique.

Le fer carbonatè lithoïde, ou minerai des houillères, est gris ou gris jaunâtre, compacte, et quelquefois un peu schisteux; il a l'apparence lithoïde d'une argile ûne, mais il s'en distingue par sa plus grande dureté, et sa plus grande pesanteur spécifique. On le trouve, le plus souvent, en nodules ovoïdes ou rognons aplatis, stratifiés dans certaines couches d'argile schisteuse ; quelquefois aussi, on le rencontre eu bancs massifs, ayant de deux

plus en plus oxygénas. Aux environs de Vesoul, la formation du lias présente un grand développement de ces roches schisteuses chargées de 4 a 5 pour 100 d'huile, et qu'on appelle marnes inflammables. Au-dessus des ligniles de la vallée du Rhin, abonde également le dusodyle, qui est une argile schisteuse inflammable. Celte propriété des argiles nous parait donc devoir être attribuée à une sorte de sécrétion provenant des décompositions végétales qui ont produit les combustibles les plus oxygénés.

1 Nous consacrerons un chapitre spécial a l'étude de ces combustibles et des phénomènes qui en ont déterminé la formation.

à trois décimètres jusqu'à plusieurs mètres de puissance.

Le fer carbonaté lithoïde est toujours plus ou moins mélangé d'argile. Le plus pur est celui qui se trouve en nodules isolés, et c'est principalement sous cette forme qu'on l'exploite en Angleterre, notamment dans les bassins houillère de Glascow, de Dudley et du pays de Galles ; on connaît, dans ce dernier bassin, plus de douze couches d'argile ferrifère.

Lorsqu'il existe sons forme de bancs puissants et continus, le minerai est ordinairement beaucoup moins pur1. Dans le bassin de TAveyron, par exemple, il ne rend, en moyenne, que 20 pour 100, et est mélangé de phosphate de fer. A Saint-Étienne, où il existe aussi des bancs assez puissants , on n'exploite guère que les nodules disséminés dans les argiles et quelquefois dans la houille elle-même ; mais ces nodules sont assez rares pour que leur prix soit monté à plus de vingt francs la tonne.

1 Une analyse faite par M. Dufrénoy sur le minerai en rognons de Dudley, en Staflbrshire, a donné :

Les minerais en banc se surchargent encore d'argile et de silice, de telle sorte qu'ils peuvent être considérés comme des couches d'argile ou de grès imprégnées de fer carbonaté. La proportion du bitume s'est élevée, dans certains minerais en bancs, a, plus de 10 pour 1 00; ils brûlent alors comme les schistes bitumineux. Quant à la proportion de phosphore, elle varie de 1 à 5 pour 100.

Acide carbonique.

Proloxyde de fer.

Chaux. . . .

Argile

Cette pénurie des bassins houillère du continent, en fer carbonaté lithoïde de bonne qualité, est, comparativement aux bassins houillère de l'Angleterre, une des différences qui ont eu le plus d'influence sur les forces industrielles de chaque pays. La plupart des bassins de l'Angleterre possèdent, en effet, dans le sol môme des exploitations, tous les éléments des usines ; les mêmes puits fournissent le combustible, le minerai, et jusqu'à l'argile réfractaire nécessaire à la construction des fourneaux ; de là, une puissance de production presque illimitée, puisqu'un bassin houiller arrive, en quelque sorte, à pouvoir exporter ses produits sous forme de fonte ou de fer en barres.

Il suffit d'examiner la structure des rognons de fer carbonaté pour reconnaître qu'ils ont été évidemment formés par voie de précipitation chimique ; cette précipitation s'est quelquefois effectuée autour d'un corps étranger, et les rognons ainsi formés présentent une structure par couches concentriques , rendue très manifeste par leur exfoliation lorsqu'ils se délitent. Lorsque le fer carbonaté est en bancs continus, on y trouve, comme dans les argiles, des impressions végétales qui démontrent que sa formation s'est opérée dans les mêmes circonstances d'immersion que les autres roches; la présence presque générale du phosphore, dans les minerais ainsi disposés, rappelle en outre certains phénomènes des marais actuels.

Nous avons indiqué la silice comme ayant été, de même que le fer carbonaté, formée par voie de précipitation chimique; elle se trouve principalement dans les gros, aux-

quels elle sert déciment. En général, on remarque que, plus les éléments siliceux dominent dans un grès, plus l'aggrégationest forte, comme si la silice qui sert de ciment avait été empruntée aux matériaux tenus en suspension par les eaux sédiraentaires. Ainsi, les bancs de grès d'où Ton extrait les pierres de construction à Saint-Étienne sont des grès assez fins , presque entièrement siliceux et fortement cimentés , tandis que les grès très feldspathiques qui abondent dans les bassins du centre (Blanzy, le Creuzot, Epinac, etc.,) sont, au contraire, si peu aggrégés, qu'ils peuvent rarement être utilisés dans les constructions régulières.

Dans quelques circonstances, il existe des concentrations de dépôts siliceux qui constituent des bancs non continus; la mine du Cros, près Saint-Étienne, en est un exemple; la silice y est mélangée avec le fer carbonaté; elle est noire, à cassure conchoïde, et rappelle tout à fait, par ses caractères, les silex noirs de la craie. Mais ces concentrations, dont nous pourrions citer beaucoup d'exem-

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joue, le plus souvent, que le rôle de ciment.

Quant aux calcaires dont nous avons signalé l'existence accidentelle dans quelques formations houillères, ils sont ordinairement compactes, noirs, gris, ou jaunâtres, et s^ rapprochent, par tous leurs caractères rainéralogiques, des calcaires carbonifères inférieurs; soit qu'ils se trouvent en couches plus ou moins puissantes, soit qu'on les rencontre en nodules tuberculeux, stratifiés dans les argiles schisteuses.

Du reste, toutes les roches de la formation houillère