ROCHES STRATIFIÉES D'ORIGINE MÉCANIQUE, — DÉVELOPPEMENT DE LA THÉORIE

LA FORMATION DES ROCHES STRATIFIÉES EST ATTRIBUÉE A l' ACTION DE CAUSES NATURELLES. — CETTE THÉORIE SE TROUVE CONFIRMÉE PAR LES FAITS. — EXPOSÉ DE L'ARGUMENT. — EXEMPLES D^ ROCHES MÉCANIQUES. — ÉLÉMENTS QUI LES COMPOSENT. — ORIGINE ET HIS- TOIRE DE CES ÉLÉMENTS. — LEUR DÉPÔT ET LEUR CONSOLIDATION. — EXEMPLES DE CONSOLIDATION PAR PRESSION. — CONSOLIDATION ACHETÉE PAR DES CIMENTS NATURELS. — CURIEUX EXEMPLES. — CONSOLIDATION DU GRÈS EN CORNOUAILLES. — LA DISPOSITION DES COUCHES EXPLIQUÉE PAR L'ACTION INTERMITTENTE DES AGENTS DE DÉNUDATION.

La stratification des roches est un des phénomènes les plus remarquables que présente l'écorce terrestre, et les principes qui expliquent ce phénomène appartiennent au fondement même de la théorie géologique. Il est maintenant universellement reçu que les dépôts successifs de strates, qui constituent dans une vaste proportion la croûte de la terre et qui ne peuvent manquer d'attirer l'attention de l'observateur même le plus inattentif, se sont lentement effectués pendant une longue série de siècles par l'action de causes naturelles. A l'appui de cette théorie hardie, les géologues invoquent les opérations qui s'accomplissent actuellement dans la nature ou qui ont été observées et relatées depuis les temps historiques. Il y a, disent-ils, comme une vaste machine qui, maintenant encore, travaille sans, cesse sur

la terre entière, brisant les roches qui apparaissent à la surface du sol, transportant en divers lieux les matériaux qui en proviennent, et là, construisant de nouvelles strates, à l'imitation de celles que Ton aperçoit superposées, partout où une section de Fécorce terrestre est exposée à l'œil. C'est pourquoi il nous est donné, d'un côté, de contempler l'œuvre terminée, telle qu'elle existe dans la croûte de la terre, et de l'autre, de la voir se continuant toujours à la surface du sol ; et s'il se trouve que toutes deux s'accordent dans leurs principaux caractères, il n'est pas déraisonnable d'en conclure que les causes de l'une furent aussi les causes de l'autre.

Dans l'examen de cet argument, nous avons porté notre attention sur les nombreux et puissants agents qui sont maintenant employés à désagréger et à transporter les roches existantes. Il était impossible, dans les limites étroites que nous nous sommes tracées, de les énumérer tous. Nous avons choisi ceux qui sont en même temps les plus connus dans leurs opérations et les plus frappants dans leurs résultats : les fleuves puissants déchargeant chaque jour et chaque heure dans la mer les dépouilles accumulées des vastes continents; les brisants de l'Océan se précipitant avec une incessante énergie contre toutes les falaises et toutes les côtes du monde ; les marées et les courants s'emparant des ruines faites par les flots et les entraînant au loin dans les profondeurs de l'Océan ; la glace faisant éclater les roches les plus compactes par sa force d'expansion et en répandant les fragments sur les rochers à pic et dans les ravins

profonds pour devenir la proie des torrents montagneux ou peutêtre pour aller reposer tranquillement au sein d'un glacier; puis ce glacier lui-même, véritable mer de glace en mouvement, conduisant son lourd fardeau depuis les sommets élevés de la

montagne jusqu'aux riantes plaines inférieures, et, pendant ce temps, broyant, sillonnant et désagrégeant le sol de la vallée, et laissant après lui une trace que le temps lui-même ne peut effacer; enfin ces bancs de glace parsemés sur les mers septentrionales et méridionales, errant comme des îles flottantes sijr les abîmes sans fond de l'Océan et laissant tomber leurs énormes blocs à la surface des montagnes et des vallées sous-marines.

La connaissance de tous ces phénomènes repose sur l'expérience et sur des observations répétées. Ce ne sont point des spéculations philosophiques, mais des faits certains. Nous ne pouvons donc douter que l'œuvre de démolition ne se continue actuellement ; il nous reste à nous occuper de l'œuvre de reconstruction.

Le lecteur se souvient que les géologues divisent les roches stratifiées en trois classes distinctes : roches mécaniques, roches chimiques et roches organiques. Cette distinction est fondée, disent-ils, sur les opérations actuelles de la nature. Il résulte de l'examen attentif des agents naturels maintenant à l'œuvre dans le monde, que des strates sont dues principalement à l'action des forces mécaniques; d'autres, à l'influence des lois chimiques; d'autres enfin, à l'intervention de la vie organique. Nous avons ainsi trois classes distinctes de roches se formant actuellement, chacune offrant des caractères particuliers et chacune ayant son correspondant parmi les couches qui composent l'écorce du globe. Nous allons maintenant exposer quelques-unes des preuves qu'on peut apporter à l'appui de ces importantes conclusions, en commençant par les roches que Ton appelle mécaniques.

Et d'abord, il importe d'avoir au moins une idée générale de l'aspect que les roches mécaniques présentent à l'œil. Nous prendrons trois exemples familiers : le conglomérat, le grès et

l'argile. Le conglomérat ou poudingue, comme on l'appelle quelquefois, est composé de cailloux, de gravier et de sable formant ensemble une masse en général dure et solide, mais plus ou moins compacte. Les matériaux divers dont il est composé, bien que réunis dans une même roche 5 retiennent néanmoins leurs formes propres, de sorte qu'un œil, même peu exercé, peut facilement les reconnaître et les distinguer. Le grès est formé de grains de sable étroitement réunis et cimentés. La qualité et l'aspect de cette roche varient avec le volume et le caractère de ses éléments constituants. Souvent les grains de sable sont gros comme des pois ou même plus. Quelquefois ils sont si petits qu'on ne peut les distinguer qu'à l'aide d'une lentille. La plupart consistent en quartz -entremêlé de grains de calcaire, et ils sont habituellement arrondis comme par l'action de l'eau courante. Le mot argile, plus vague et plus général, est maintenant employé communément pour désigner une matière minérale finement divisée qui contient de dix à trente pour cent d'alumine et qui pour cela est plastique et devient susceptible, lorsqu'elle est amollie par l'eau, d'être pétrie à la main comme de la pâte. L'argile se présente sous différentes formes dans les couches terrestres, selon les différents minéraux qui entrent dans sa composition et les différentes influences auxquelles elle a été soumise. La marne et la terre glaise peuvent être prises comme exemples bien connus : la première est une argile dans laquelle il y a une grande proportion de matière calcaire; la dernière est un mélange d'argile et de sable. Quelquefois l'argile est transformée par la pression en une sorte de roche ardoisière appelée schiste , qui a la propriété de se fondre aisément en un nombre immense de plaques minces ou de lamelles.

Il faut se rappeler aussi qu'il n'y a pas toujours une parfaite uniformité dans la structure de ces roches. Dans le conglomérat, par exemple, les cailloux peuvent égaler en grosseur des boulets de canon, comme ils peuvent n'être pas plus gros que des noix. De même, nous avons plusieurs variétés de finesse ou de grossièreté dans la qualité du grès. De plus, le conglomérat et le grès admettent souvent une proportion considérable d'argile, comme l'argile contient quelquefois plus que sa proportion habituelle de sable ou de chaux. Enfin, dans un endroit, ces matériaux forment une roche compacte et solide; dans l'autre, ils sont désunis et incohérents.

Mais parmi toutes ces variétés de formes et de texture, les roches que nous avons décrites conservent généralement leurs caractères propres. De sorte qu'avec un peu d'expérience, il est facile de les reconnaître. Elles constituent une très-grande partie, nous pouvons peut-être dire la plus grande partie des terrains stratifiés dans tous les pays explorés jusqu'ici par les géologues. Partout où nous allons, nous rencontrons les mêmes apparences : des lits de conglomérat, de grès, d'argile, de marne, de schiste, revenant à plusieurs reprises dans une série de plusieurs centaines de couches : ici dans un ordre, là dans un autre, tantôt sans qu'une formation d'une espèce différente intervienne, quelquefois alternant avec le calcaire ou les autres roches dont nous parlerons plus loin.

Tel est le caractère, l'aspect général de ces couches qui sont connues des géologues comme roches aqueuses d'origine mécanique. Le lecteur a dû remarquer que ces roches sont précisément composées de ces mêmes matériaux, — les mêmes, quant à l'espèce et quant à la forme, — que nous avons vu préparer et façonner journellement dans le vaste laboratoire de la nature.

Qu'il se rappelle comment d'énormes blocs sont détachés du flanc de la montagne ou de la falaise, et puis réduits en fragments; comment ces fragments deviennent, avec le temps, cailloux, sable et limon , et comment ces cailloux , ce sable et ce limon sont saisis par les fleuves, les marées et les courants, et emportés au loin dans la mer. Nous avons certainement là tous les matériaux nécessaires pour la formation du conglomérat , du grès et du schiste. Nous avons vu comment ils sont préparés par la main de la nature, comment ils sont façonnés, comment ils sont transportés d'un lieu dans un autre. Continuons maintenant leur histoire, et suivons-les jusqu'au bout.

Il est clair qu'ils ne peuvent rester toujours suspendus dans l'eau; tôt ou tard, ils doivent tomber au fond. Mais tous ne tombent pas à la fois. Car bien qu'ils obéissent tous à la même loi de la pesanteur, les matériaux plus petits et plus légers trouvent dans la résistance de l'eau un obstacle plus sérieux. Les cailloux et le gros gravier seront les premiers qui atteindront le fond; puis viendra le sable et enfin l'impalpable limon. Ainsi, à mesure que le courant s'avance, le sédiment qu'il apporte des terres se trouve comme trié, et trois lits distincts de matériaux différents sont déposés au fond de l'Océan : d'abord, le plus près du rivage, un lit de cailloux et de gros gravier; plus loin, un lit de sable, et enfin, le dernier de tous, un lit de limon ou d'argile. C'est là le premier pas dans la construction de la roche stratifiée. Pour achever l'œuvre, il ne faut plus que la consolidation de ces éléments incohérents. Si. cette consolidation peut s'effectuer, nous aurons alors dans le lit de l'Océan une couche solide de conglomérat, une couche solide de grès et une couche solide de schiste.

Nous n'avons plus, il est vrai, en ce qui regarde cette opéra-

tion, l'avantage dont nous avons joui jusqu'ici, celui de l'observation actuelle. Le travail de la consolidation, s'il existe, s'accomplit dans les profondeurs des mers. Mais s'il est en dehors de la portée de nos sens, il n'est pas en dehors de la portée de notre intelligence. Nous pouvons, le flambeau de la science à la main, pénétrer dans les mystérieuses retraites du secret laboratoire de la. nature.

En premier lieu, une consolidation partielle d'argile et de sable, et même de gravier, peut s'effectuer sous l'influence de la pression seule. Beaucoup d'entre nous connaissent cette vérité; mais peu sans doute songent aux nombreuses applications qu'elle a dans les arts pratiques de la vie. Citons quelques exemples curieux et intéressants. Les petits fragments de houille qui résultent du frottement des gros blocs l'un contre l'autre, et que l'on peut trouver en abondance dans le voisinage de toutes nos houillères, sont maintenant manufacturés en un combustible solide par le simple effet d'une forte pression. La poussière et les rognures de plombagine, que l'on jetait autrefois de côté comme inutiles, sont maintenant ramassées avec soin et converties, par la pression, en une masse solide que l'on emploie dans les manufactures de crayons. « Le graphite ou mine de plomb du commerce, dit sir Charles Lyell, commençant à devenir très-rare, M. Brockedon a imaginé de recueillir la poussière des portions les plus pures du minéral du Borrowdale et d'en reconstituer une masse aussi solide et aussi compacte que le graphite naturel. Voici son procédé : La poussière de graphite est d'abord préparée avec soin, purgée d'air, placée sous une presse puissante, soigneusement calfeutrée et sur un coin d'acier très-fort; on donne plusieurs coups de presse, chacun de la puissance de mille tonnes, et après cette opération, la masse est si parfaite-

ment Solidifiée qu'on peut la tailler pour faire des crayons, et qu'elle montre dans la cassure la même texture que le graphite natif » (1). Un exemple qui convient mieux encore à notre but se tire des expériences que l'on fait pour essayer la force de la poudre à canon. Des sacs de cuir remplis de sable sont placés dans le mortier destiné à recevoir le boulet à une distance de cinquante pieds de la bouche du canon, et souvent il arrive que, par suite de la percussion répétée du boulet, le sable se trouve transformé en une masse solide de grès (2). Or, les dépôts dont nous parlons ne peuvent manquer d'être soumis à une pression continue extrêmement puissante. Car, depuis que le dépôt va s'effectuant, la matière déposée chaque jour est recouverte le lendemain d'un nouveau lit , et avec le temps , elle finit par supporter une immense pile de matière minérale, de plusieurs centaines ou même de plusieurs milliers de pieds d'épaisseur. Mais il existe un autre agent plus important encore. Lorsque les blocs les plus durs et les plus compactes de conglomérat et de grès sont soumis à une analyse détaillée dans le laboratoire du chimiste, on trouve qu'ils sont fortement cimentés ensemble, quelquefois par une solution de chaux comblant les interstices entre les grains de sable et les cailloux, ou bien par une solution de silice, ou encore par une solution de fer. Or, cette découverte est pour nous le fil qui nous guidera dans l'étude des opérations actuelles de la nature. C'est à l'action d'un ciment naturel que nous devons avoir recours pour la parfaite consolidation des roches mécaniques. Voyons si nous pouvons trouver un ciment de cette sorte.

(1) Lyell, Eléments de Géologie, t. I, p. 62.

(2) Ma n tell, Wonders of Geology, 1. 1, p. 102.

On sait que l'eau des rivières, des lacs et des sources est

chargée d'acide carbonique ; c'est pourquoi, lorsqu'elle vient en contact avec le calcaire, elle en dissout une portion qu'elle retient à l'état de solution. Il suit de là que dans tout pays il existe une abondante provision de ciment calcaire. Nos lecteurs ont dû remarquer, en outre, l'aspect brunâtre et rouillé que donnent certaines eaux aux roches et aux herbages au milieu desquels elles passent; cela vient de ce que ces eaux sont imprégnées de fer. Or, nous savons, par les récits des voyageurs, que dans la plupart des contrées il existe des eaux contenant du fer en solution. La solution de silice dans l'eau est moins commune, parce que la silice pure ne peut se dissoudre dans l'eau qu'à une température fort élevée. Néanmoins, il a été clairement démontré, par l'observation, que la silice, lorsqu'elle se présente dans certaines combinaisons avec d'autres substances minérales, peut être dissoute assez aisément : par exemple, dans la décomposition du feldspath et de toutes les roches dans lesquelles entre le feldspath, la silice est emportée à l'état de solution (1). Comme ces roches sont très-nombreuses et distribuées sur toutes les parties de la terre, nous pouvons en conclure que la silice en solution existe en grande abondance dans la nature.

Nous savons donc maintenant que nous avons, d'une part, dans l'écorce terrestre, des couches solides de conglomérat et de grès offrant les traces manifestes d'une cimentation minérale, et d autre part, à la surface du sol, les éléments du conglomérat et du grès, ainsi que, tout à côté, le ciment minéral lui-même

(1) Lyell, Eléments de Géologie, t. I, p. 70 ; Principes de Géologie, t. I, p. 540.

sous une forme convenable. Il n'est donc pas déraisonnable d'en conclure qiie cette cimentation s'effectue encore actuellement ; — que l'eau chargée de fer, de chaux ou de silice, s'infiltrant à travers le gravier et le sable, y dépose son ciment minéral et convertit en une roche compacte et solide les couches nouvellement formées.

Mais cette conclusion ne repose pas seulement sur la probabilité qui précède. Nous avons une preuve incontestable que la consolidation des couches s^opère encore actuellement. On a trouvé plusieurs fois dans le lit de la Tamise d'énormes masses d'un conglomérat qu'un ciment ferrugineux a rendu compacte. Il est hors de doute que cette solidification s'est opérée par des causes naturelles depuis les temps historiques; car il arrive assez souvent que des monnaies romaines et des fragments de poterie sont trouvés enfouis dans ces blocs solides. Des découvertes semblables ont été faites en creusant le lit de la Dove, dans le comté de Derby, vers l'année 1832. On trouva, à une profondeur de dix pieds environ, des milliers de monnaies solidement cimentées dans un conglomérat compacte. Plusieurs de ces monnaies portent les dates des treizième et quatorzième siècles ; c'est donc depuis ce temps seulement que les cailloux qui forment la roche ont été déposés et transformés en une masse solide. Mais il ne faut pas supposer qu'un intervalle aussi long soit nécessaire pour la consolidation des roches. Dans la première partie du siècle, un vaisseau appelé la Tlxétis fit naufrage au cap Frio, sur la côte du Brésil. Quelques mois après, on essaya, non sans succès, de recouvrer les dollars et autres richesses qui étaient tombés au fond de la mer avec le vaisseau naufragé. Or, on les trouva complètement enveloppés dans des masses solides de grès quartzeux, qui, sans doute, avaient

emprunté leurs éléments aux roches granitiques de la côte du Brésil (1).

Dans plusieurs parties de la Méditerranée et le long de ses rivages, le même travail s'effectue avec une égale rapidité. « Les formations récentes de F Asie-Mineure, écrit sir Charles Lyell, consistent en dépôts d'une nature pierreuse, et non en matière incohérente. Presque tous les petits courants et les rivières de cette région tiennent en solution, comme ceux de la Toscane et de l'Italie méridionale, une quantité considérable de carbonate de chaux, et précipitent du travertin; quelquefois les sables elle gravier y sont liés de manière à former des conglomérats et des grès solides. Chaque delta et chaque barre de sable acquièrent ainsi une solidité qui souvent empêche les courants de se frayer un passage à travers leur masse, de sorte que les embouchures de ces cours d'eau changent continuellement de place » (2). Au musée de Montpellier, on montre un canon enchâssé dans du calcaire cristallin que l'on a retiré du lit de la Méditerranée, près de l'embouchure du Rhône (3).

A ces exemples de solidification des roches, dans des temps récents, nous sommes tenté d'en ajouter un que nous empruntons à un mémoire publié par le docteur Paris, dans les Transactions de la Société géologique royale de Cornouailles : « Il est un grès que l'on trouve dans diverses parties de la côte septentrionale de la Cornouailles et qui nous fournit un exemple fort instructif d'une formation récente, puisqu'il nous fait surprendre la nature dans son œuvre de transformation du sable en roche

(1) Manlell, Wonders of Geology, p. 70, 81, 82, 83.

(2) Lyell, Principes de Géologie, t. I, p. 566.

(3) Lyell, Principes de Géologie, t. I, p. 564.

solide. Une portion très-considérable de la côte septentrionale de la Cornouailles est couverte d'un sable calcaire composé de minces particules .de coquilles brisées et accumulé par endroits en si grandes quantités qu'il forme de vraies collines de quarante à cinquante pieds d'élévation. Si l'on creuse dans ces collines de sable ou s'il arrive que les vents en transportent quelque partie, on aperçoit des restes de maisons, et dans l'emplacement des anciens cimetières apparaissent un grand nombre d'ossements humains. On suppose que ce sable a été apporté de la mer, dans l'origine, par les ouragans, à une époque probablement fort reculée. D apparaît dans un état d'agrégation d'abord trèsfaible, mais qui va sans cesse croissant sur plusieurs parties du rivage de la baie de Saint- Yves; en approchant de la rivière du Gwythian) il acquiert de la dureté. . . C'est autour du promontoire de New-Kaye que se trouve la formation de grès la plus étendue. Là on le voit avec différents degrés de dureté, depuis cet état de friabilité qui permet de le détacher de la roche sur laquelle il repose jusqu'à cette extrême solidité dont le marteau peut à peine triompher, et qui en fait une excellente pierre de construction. L'église de Cranstock en est entièrement bâtie. On l'emploie également pour divers usages domestiques et agricoles. »

Il n'est donc pas douteux que les lits de gravier, de sable et d'argile que nous avons vus se déposer de jour en jour, d'année en année, de siècle en siècle, sous les eaux de l'Océan, ne puissent être convertis par des agents naturels, dans le cours du temps, en roches solides de conglomérat, de grès et de schiste. Mais ce n'est pas assez. Il nous reste à voir comment ces roches solides peuvent être disposées en une série de couches distinctes ou

strates. Le lecteur se rappellera que la somme des matériaux

répandus sur un espace donné de l'Océan n'est pas fixe et continue, mais, au contraire, variable et intermittente. Pendant les pluies périodiques sous les tropiques et pendant la fonte des neiges dans les latitudes plus élevées et dans les pays de montagnes, les fleuves s'enflent énormément et charrient une quantité de sédiment beaucoup plus grande que dans les autres saisons. La désagrégation des falaises par les vagues de la mer est aussi beaucoup plus rapide en hiver qu'en été. Ainsi, pendant que dans une saison un cours d'eau n'entraîne, pour ainsi dire, pas de sédiment, dans une autre, il emportera dans son cours troublé un «poids presque incroyable de matière minérale. Nous en avons un exemple remarquable dans le Gange. Le volume de matière terreuse déchargé par ce fleuve dans la mer pendant les quatre mois de pluie s'élève à près d'un million et demi de mètres cubes par jour, pendant que le volume déchargé chaque jour pendant les trois mois de chaleur ne s'élève pas à la centième partie de ce chiffre (1).

Ce n'est pas seulement la quantité de matériaux charriés qui varie, la rapidité du courant varie également. Il en résulte que les mêmes matériaux ne sont pas transportés en tout temps à la même distance, car moins le courant est rapide, plus le sédiment se dépose promptement au fond de l'eau. Nous pouvons ajouter que les courants changent souvent leur direction pour une cause quelconque, et que dès lors ils ne transportent pas toujours leur sédiment sur le même point de l'Océan.

De ces considérations se tirent deux conclusions : la première

(1) Les chiffres donnés par sir Charles Lyell, et dus aux. observations de M- Everest, sont les suivants : pendant les quatre mois de pluie, 179.214,906 m. cubes; pendant les trois mois de chaleur, 1,080,349 m. cubes. — Principes de Géologie, t. I, p. 631.

est que le dépôt de sédiment peut s'effectuer très-rapidement pendant quelque temps sur une surface donnée, puis cesser assez brusquement et reprendre ensuite au bout d'un intervalle quelconque, de manière qu'un dépôt ait le temps d'acquérir de la consistance avant que le dépôt supérieur ne s'effectue et qu'il se produise ainsi une succession de lits distincts, La seconde est que les mêmes matériaux ne seront pas toujours déposés sur une seule et même surface : ce sera peut-être successivement du sable, du gravier, de l'argile ou une combinaison quelconque de ces substances, ou d'autres substances minérales. Il pourra ainsi arriver que les couches déposées dans des périodes successives de temps, non-seulement se distingueront l'une de l'autre, mais seront composées d'éléments différents; qu'il y aura, comme le fait le confirme, des lits de conglomérat, de grès, d'argile, de marne et d'autres roches, alternant dans un ordre varié.