CHAPITRE m

DE L*BAD GONSIDliRJB GOMME AGENT DE METAMORPHISME.

Dans les exhalaisons volcaniques , il est im corps qui n'a pas tout Abondance d'abord fixé l'attention, parce que, sous l'empire des idées an- dans les phtolLènes ciennes , il semblait tout à fait inerte , surtout en présence des miné- ^oica^qucs. raux dont il s'agit d'expliquer la formation, mais auquel pourtant le premier rôle paraît devoir être dévolu , dans les phénomènes métamorphiques aussi bien que dans les éruptions des volcans : ce corps, c'est l'eau, qui se trouve dans ces exhalaisons, non en quantité minime , comme les vapeurs dont nous venons de nous occu- .per, mais, au contraire, comme le produit à la fois le plus abondant et le plus constant des éruptions, dans toutes les régions du globe.

La singulière propriété que possèdent les silicates incandescents EUe existe des laves de retenir pendant fort longtemps, et jusqu'au moment ^^^deaomtes.^^ de leur solidification, des quantités d'eau considérables, démontre clairement que l'action de la chaleur n'exclut pas celle de l'eau, et parait annoncer que cette dernière a , même à ces hautes températures, ime certaine a£Bnité pour les silicates.

' G)mment, par exemple, admettre une telle origine pour la formation de cristaux de feldspath ou de grenat dans des couches régulières , qui sont souvent à peine modifiées?

Son intervention

déjà reconnue dans la formation

des

nions métalliitres ,

et soupçonnée

dans

la cristaUitation

des roches éruptives.

Ce que les layes .

apprennent de son action.

La [wession

parait nécessaire

(>ourqu die produise

un grand effet.

Nous ne connaissons des masses situées à une certaine profondeur dans notre globe que ce qu en apportent les volcans; or ces déjections renferment toutes, sans exception, de Teau, soit combinée, soit mélangée; nous sommes donc en droit de penser que Teau joue un rôle tout à fait important dans les principaux phénomènes qui émanent des profondeurs. On a vu, en effet, dans la partie historique de ce travail, que des motifs concluants ont déjà fait attribuer à Feau des actions très-puissantes , telles que la formation de beaucoup de filons métallifères , et une influence incontestable sur la cristaUisation des roches éruptives elles-mêmes, y compris le granit.

A la vérité, les laves les plus chaudes et les plus chargées d'eau, ainsi que les basaltes et les trachytes, ne modifient pas les roches sur des épaisseurs notables; mais cela tient sans doute à ce que, dès qu'elles passent à la simple pression atmosphérique, Teau peut s'échapper en se réduisant à l'état de vapeur.

Les nombreux blocs de calcaire venus des foyers volcaniques dans les tufs de la Somma nous montrent, en efiet, dans leurs géodes tapissées de minéraux si variés et si bien cristallisés, ce que peuvent subir des roches lorsqu'elles sont exposées à l'action permanente de certains agents, sous la pression sans laquelle quelques-uns de ces agents ne sauraient acquérir toute leur énei^ie, ni d'autres même subsister.

Quelque chose de tout à fait semblable est ofl^ert par le petit massif basaltique du Kaiserstuhl, dans le grand-duché de Bade^ Un lambeau de calcaire , arraché par le basalte aux terrains qu'il a traversés, a été modifié par lui de la manière la plus intime. Devenu tout à fait lamellaire, il renferme des cristaux de fer oxydidé titanifère, de pyrite de fer, de mica magnésien, de pe« rowskite, de pyrûchlore, ,du quartz cristallisé et d'innombrables aiguilles d'apatite. Le privilège, si exceptionnel parmi les roches

' Annales des mines ^ 5* série, 4. XII , p. 3a 3. Il en est encore de même des schistes devenus micacés que M. Mitscberiich a obsenrés dans les produits volcaniques de TEifel. (Naumann, Géognosie, t. I,p. 791.)

en contact avec les basaltes, qui le caractérise, me parait résulter de son gisement. Ce calcaire est en effet situé au fond d'un cirque de soulèvement : avant que la dernière dislocation éprouvée par le massif le mît au jour, il subissait, à une certaine profondeur, et par conséquent sous pression, Faction des eaux chaudes, dont le basalte était lui-même imbibé, dans les innombrables boursouflures duquel ces eaux ont déposé des minéraux.

De même que le calcaire du Kaiserstuhl, les calcaires si riches en minéraux variés de la Somma et celui du Latium ont été élaborés sur des points où se sont formés des cratères de soulèvement. Quand les couches qui fermaient hermétiquement le Heu où se passaient ces réactions chimiques ont donné, en se brisant, issue aux agents qui les produisaient, ces réactions ont cessé d'avoir lieu.

Or, quelle différence d'actions pçut-il exister, dans le cas qui nous occupe, entre ce qui se passe à la surface et ce qui se passe dans les régions profondes? Pas d'autre, selon toute apparence, que celle qui est due à la différence des pressions. Si la vapeur d'eau très- chaude ne peut, pas plus que l'eau liquide chauffée sous la simple pression atmosphérique actuelle, arriver à produire, dans les expériences ordinaires, des silicates, tels que ceux que nous offrent les terrains métamorphiques, c'est qu'il manque pour cela quelque chose d'essentiel , et tout annonce que ce qui manque, c'est une plus forte pression.

Telles sont les considérations qui ont conduit d'abord à penser Tout ce qui précède que le concours de la chaleur, de l'eau et de la pression avait à faire envisager pu produire les principaux phénomènes du métamorphisme. Il ne comme tJ^agcnt restait qu'à se placer dans des conditions aussi voisines que pos- prcmière^ponancc , sible de celles dans lesquelles la nature paraît avoir agi, et à exa- expérimMia^MDcnt miner si l'on obtiendrait la reproduction de minéraux caractéris- «etcffeu

i ^ ^ ^ ^ sous chaleur

tiques. C'est le but d'une série d'expériences que j'ai entreprises «^

et dont je vais rendre compte.

« trthis

CHlPirVE IT.

Pfnsîeim de ces expériences oui dcgâ été décrites dans oo nkémorre précédente Je crois ce p mdin t demir reproduire id les principanx résultais qui sont consignes dw ce trrail, et j ajouter ceux que Jai obtenus ohérienrenieiiL

En comptant même pour rien ie danger des explosions, qui sont somrent d'une TÎolence toot a fût sarprenante^ les dîfficnt tés d'expérimentation m^ont empêché de nrahiplier ces résultats comme il eut été désirable : cependant les laits déjà reconnus sont concluants, et montrent la fécondité de cette mie d'e^pmmentation.

P'mMk La difficulté principale consiste â trouver des parois et des

fermetures qui résistent assez loi^^emps a Fénonne tension quacquiert la Tapeur d'eau, quand la température approche du rouge sombre. Ueau et les matières qui doivent réagir sont placées dans un tube en Terre que Ton sceUe ensuite. On introduit ce tube en Terre dans un tube en fer, i parois très-épaisses, qui est dos à la forgea rune de ses extrémités. L'autre extrémité est

' Ohserratioms smr U métamorphisme et ink e rtha afJnmgmÊÊJa smr ^t tif m n mnt au agmU qmi oml pm U prodmirt. [Anmles i» ûms, S* série, L XII, p. 289, 1857; et BmlUtiM Je la Soeiété géohgiqme de Framee, a* série, L XV, p. 97, i848.)

* De» tobes, d*an diamètre inlérieiir de TÛigt et im rniHimptre» et d^une épû^ seor de ome miffimètres, fabriqués arec do fer Jeiccflente qoaHté, foot qnelqneliotf explosion ; ib se déchirent toirant une de kan génératrices, et sont alors pro* jeté» en Tair avec on broit comparable à cdoi d*on ooop de canon. Sî le fer n*a¥ait point de déduit, et qoe Ton estunât qo'il co ns erre à 3oo degrés la même ténacité qo*à froid , de telles déchirores sopposeraient one prewion intérieore de plos de 1 ,000 atmosphères. D est â remarqoer qo*aTant d*éc)ater, le canon se bombe sons ferme d*ane ampoide de cinq à sii centimètres de longoeor, et c*est ao milieo de cette ampoole qoe s*oaTre one sorte de bootonnière, de feçon k rappeler d*one manière frappante le relief de la gibbosité de l*Etna, avec Féchancnire centrale do Val dd Bore, dont l'origine a depois longtemps été attribuée, par MM. de Bocfa et Élie de Beaomont, à one force expanave do même genre.

souvent fermée au moyen d'un long bouchon à vis, muni d'une tête carrée qu'on peut serrer fortement, en la tournant avec xme clef. Entre la tête de la vis, qui doit être exécutée avec beaucoup de précision, et le rebord du tube, est placée une rondelle en cuivre bien pur; elle doit être assez mince poiu* pouvoir s'écraser, lors de la fermeture, par la pression du rebord, et s'incruster dans des rainiu*es pratiquées à cet effet. Cependant , pour fermer la seconde extrémité, j'adopte maintenant de préférence un autre procédé, qui consiste à y rapporter à la forge un fort bouchon de fer, qui arrive à faire corps avec le canon, si la soudure a été habilement opérée. Il faut, pour réussir, im ouvrier très-adroit; car il est essentiel que la plus grande partie du canon reste froide , afin que l'eau intérieure, en se vaporisant, ne contrarie pas Topération.

Pour contre-bal ancer, dans l'intérieur du tube de verre, la tension de la vapeur, qui pourrait le faire éclater, je verse de l'eau extérieurement à ce tube , entre ses parois et celles du tube de fer qui lui sert d'enveloppe. De cette manière, l'effort principal est reporté sur ce dernier tube, qui présente beaucoup plus de résistance.

Ces appareils, comme ceux dont M. de Sénarmont a fait usage , sont couchés sur le dôme ou sur les cameaux d'un four à cornues d'usine à gaz , en contact avec une maçonnerie qui est au rouge sombre, et enfouis sous une couche épaisse de sable.

A une température qui est au-dessous du rouge naissant , l'eau réagit très-énergiquement sur certains silicates.

Ainsi le verre ordinaire donne, au bout de quelques jours, deux et souvent trois produits distincts : i® une masse blanche et tout à fait opaque, qui résulte d'une transformation complète du verre; elle est poreuse, happant à la langue, et aurait l'aspect du kaolin si elle n'avait une structiu*e fibreuse très-prononcée. La substance a perdu ime quantité notable de son poids, environ la moitié de sa silice et le tiers de son alcali ; il s'est formé un nouveau silicate qui a fixé de l'eau et qui appartient, par sa composition, à la fa-

ActioD énergique

de Teau

sur les nlicates

tds que le verre.

Producdon

<ran

sHicate séolithique

et de quarto « avec âimination

d*iin silicate soluble.

Faible cmaDtiiéd* nécesMÎre poor prodaire ie méUmoqphisiiie,

'l'raïuibniMtiofi

de

i'obndieoDe

eo feldspath.

mille des zéolithes^; 2^ du silicate alcalin qui s'est dissous, eu entraînant de Talumine; 3^ souvent il s'est en outre développé d'innombrables cristaux incolores, d'une limpidité parfaite, qui o£Brent la forme ordinaire bipyramidée du quartz, et qui, en effet , ne sont autres que de la silice cristallisée. Certains cristaux ainsi formés atteignent 2 millimètres au bout d'un mois. Tantôt ils sont isolés dans la pâte opaque, tantôt ils sont implantés sur les parois du tube primitif, où ils forment de véritables géodes, qu'il serait de toute impossibilité de distinguer, à la dimension près, de celles que les roches cristallines présentent si fréquemment.

Ce qui rend cette transformation du verre encore plus remarquable , au point de vue géologique aussi bien que sous le rapport chimique, c'est qu'elle s'obtient par une très-faible quantité d'eau, par un poids qui n'est pas même égal au tiers de celui du verre transformé.

Les verres volcaniques connus sous le nom d'obsidienne se comportent d'une manière comparable aux verres artificiels. Des morceaux d'obsidienne chauffés, dans les mêmes conditions, se changent en un produit d'une nature grisâtre, cristalline, ayant l'aspect d'un trachyte à grains fins. La poussière de ce produit, examinée au microscope, montre tout à fait les caractères du feldspath cristallisé, et ressemble surtout au rhyacolite ou feldspath vitreux. On sait du reste que l'obsidienne parait se rapprocher beaucoup du feldspath par sa composition chimique; des circonstances favorables auront sans doute déterminé la réunion de ses éléments dans les proportions définies où elles constituent ce dernier minéral.

La tendance que le feldspath manifeste ainsi à se produire par la voie humide, est à prendre en considération dans diverses circonstances géologiques.

' Balletin de la Société géologique de France, 2' série , t. XVI , p. 588. A une température plus élevée, on obtieni un silicate anhydre qui paraît voisin de la wollastonite.

Avec les fragments d'obsidienne sur lesquels j'ai opéré, se trouvaient des morceaux de feldspath vitreux détachés du trachyte du Drachenfels, et de l'ohgoclase de Suède. Ces deux derniers minéraux n ont subi aucune altération appréciable ^ On ne peut toutefois affirmer que si Teau n'avait pas immédiatement trouvé d'alcali à enlever à l'enveloppe vitreuse , elle n'en aurait pas pris au feldspath. Nous pouvons néanmoins déduire de ces deux derniers faits qu'en général les silicates des roches cristallines se sont vraisemblablement formés dans des conditions assez voisines de celles où ils se trouvaient de nouveau placés dans mes expériences.

11 en est à peu près de même des feuilles très-minces de mica potassique de Sibérie; elles ont à peine perdu de leur transparence.

Des cristaux de pyroxène n'ont pas plus changé d'aspect, si ce n'est que, comme les morceaux de feldspath et d'obsidienne, ils ont été si complètement enveloppés de cristaux de quartz, qu'il faut les briser pour en reconnaître la nature.

Pour examiner, autant du moins que la présence du verre le permettait, comment se comportent, à l'état surchauffe, les dissolutions naturelles de silicate alcalin, que l'on trouve communément dans les eaux, je me suis servi de l'eau provenant des sources thermales de Plombières, qui est comparativement riche en silicates de potasse et de soude. Cependant, ne pouvant opérer que sur 20 à 3o centimètres cubes, j'ai préalablement concentré cette eau par une évaporation assez rapide pour que l'acide carbonique de l'air n'en décomposât pas sensiblement les silicates, et de manière à la réduire au vingtième de son volume primitif.

Après une expérience qui avait été arrêtée au bout de deux jours seulement, les parois du tube étaient déjà recouvertes d'enduits de silice sous la forme de quartz cristalUsé et aussi de calcédoine. Comme le verre n'était encore altéré qu'à sa surface, ce

' Cependant le feldspath peut se décomposer à froid, par la trituration, comme je Tai montra ailleurs. (Annales des mines, 5* série, t. XII, p. 5^7-)

Stabilité

des feldxpaths

et

d'autres silicates

cristallisés

dans

les mêmes conditions.

Certaines eaux

minérales

surchauffiées

fournissent

du quartz.

les mémet conditiont.

dépôt devait provenir, presque en totalité, sinon entièrement, de la décomposition du silicate alcalin contenu dans Feau de Plombières.

Ainsi, sans Inapplication d'aucun réactif chimique, sous la seule influence de la chaleur, Teau tenant en dissolution des silicates alcalins, telle que celle des sources de Plombières, dépose du quartz cristallisé ou cristallin.

FddftpatiiiMiioD Une nouvelle preuve de la facilité avec laquelle les minéraux d!S^ du groupe des feldspaths peuvent se produire en présence de Teau est fournie dans Texpérience suivante, que j'ai faite dans le but d'expliquer des feldspathisations assez fréquentes, même dans les roches fossilifères.

Du kaolin parfaitement purifié, par le lavage, de tout débris feldspathique , ayant été traité dans un tube par Teau de Plombières, cette masse terreuse est transformée en une substance solide, confusément cristallisée en petits prismes, et qui raye le verre. Après avoir purifié cette substance par un lavage à Teau bouillante, on voit qu'elle est devenue fusible en émail blanc; l'acide chlorhydrique ne l'attaque plus. C'est un silicate double d'alumine et d'alcali qui a tous les caractères dû feldspath ; il est mélangé d'un peu de quartz cristallisé.

Cette réaction peut se comparer à la facilité avec laquelle le silicate d'alumine absorbe la chaux à froid dans un mortier hydraulique.

A la surface et dans l'intérieur de la masse blanchâtre résulpyroièn^opûde. *^^^ ^^ ^^ trausformatiou du tube, j'ai obtenu d'innombrables

cristaux très-petits, mais de forme parfaitement nette, doués de beaucoup d'éclat et bien transparents; ils présentent diverses nuances de vert, et beaucoup d'entre eux ont la teinte vertolive qui est habituelle au péridot. Leur forme est celle d'un prisme oblique symétrique, dont les bases sont remplacées par deux biseaux; deux des arêtes opposées sont ordinairement tronquées, comme dans le pyroxène que Haûy a nommé homonome. Ces cristaux rayent sensiblement le verre ; ils restent inaltérables

Formatioo

en présence de Tacide chlorhydrique concentré et bouillant. Ils fondent au chalumeau en un émail noir. Enfin, ils ont la composition du pyroxène à base de chaux et de fer; et, par leur transparence, ils appartiennent à la variété diopside.

Ces cristaux sont, les uns isolés, les autres groupés de manière à former de petits globules hérissés de pointements, et, plus rarement, des incrustations minces. Les uns et les autres rappellent immédiatement, par leur aspect, les cristaux de diopside les plus connus.

De Targile de Klingenberg, près Cologne, que Ton emploie pour faire les creusets de verrerie, étant chauffée dans des tubes en verre, se charge d'une multitude de paillettes blanches, nacrées et douées de Téclat du mica ; ces paillettes sont hexagonales et jouissent d'un axe optique de double réfraction ^ Elles sont fusibles et indiquent au chalumeau la présence de la silice; elles sont attaquables par Tacide chlorhydrique, qui manifeste les réactions de Talumine. La trop faible quantité que j'ai pu en obtenir jusqu'à présent ne m'a pas permis d'en faire l'analyse quantitative. Il parait toutefois très-probable que la substance est un mica à un axe ou une chlorite.

Les végétaux fossiles ayant subi des modifications sous l'influence des mêmes agents que les matières pierreuses, il convenait de voir ce que deviendrait du bois dans l'eau surchauffée.

Des firagments de bois de sapin se sont transformés en une masse noire, douée d'un vif éclat, d'une compacité parfaite, ayant, en un mot, l'aspect d'une anthracite pure, et assez dure pour qu'une pointe d'acier la raye difficilement.

Cette sorte d'anthracite, bien qu'infusible, est entièrement granulée sous forme de globules réguliers de diverses dimensions, d'où il résulte clairement que la substance a été fondue en se transformant; elle ne donne par calcination que des traces de substances volatiles; la matière ligneuse y est donc arrivée à

Hémitropie

de qudques-iiiM

detcriftaux.

Paillettes

hexagonales

ayantTaspect

du mica.

Réduction du bois en anthracite.

* D*après TexameD qu*eD a bien voulu faire H. de Sénarmont.

son dernier degré de décomposition. Cette matière, qui n'est donc que du carbone très-compacte, ne se consume qu'avec une excessive lenteur, même sous le dard oxydant du chalumeau; elle diffère des charbons formés à haute température, en ce qu'elle ne conduit pas l'électricité, non plus que le diamant.

Sa grande reisem- Lcs filous d'argcut qu'ou voit à Kougsberg, en Norwège, enavec celle caissés daus Ic guciss, renferment de l'anthracite qui présente la plus grande ressemblance avec cette anthracite artificielle; elle s'est moulée, au milieu de la chaux carbonatée et de l'argent natif, sous des formes qui annoncent qu elle a aussi passé par un état de mollesse.

Forinaiionduiipniie ^ dcs températures moindres et dans des conditions d'ailleurs

et de la houille « * ,

dans des condiUons aualogues, le bois se transforme en une sorte de lignite ou de

analogues. ^ ...

homlle.

Produits voisins Daus ces expérieuces, j'ai obtenu, ainsi que je l'ai dit plus bitumes naturek. haut, dcs produits llquidcs et volatils ressemblant aux bitumes

naturels et possédant jusqu'à leur odeur caractéristique. Résumé En résumé, l'eau surchauffée a une influence très -énergique

sur l'action de Teau i»i« ii j» j i ir*

surchauffée sur ies silicatcs; elle en dissout un grand nombre, détruit cerpréMnce taiues combiuaisons à bases multiples, en fait naître de nouvelles, silices. soit hydratées, soit anhydres; enfin elle fait cristalliser ces nouveaux silicates bien au-dessous de leur point de fusion. L'acide silicique mis en liberté dans ces dédoublements s'isole sous forme de quartz cristallisé.

Des transformations si complètes sont, d'ailleurs, obtenues par de très-faibles quantités d'eau. En général, on y distingue cette loi, que, vers le rouge naissant, la voie humide développe, en ce qui concerne la production des silicates, des affinités analogues à celles qui se manifestent par voie sèche , mais seulement à une température beaucoup plus élevée, et que de plus elle arrive à engendrer des combinaisons qui ne peuvent en aucun cas se former par cette dernière voie.