PLISSEMENTS ET FAILLES

pays de montagnes; et, notamment quand il s'agit d'aller chercher un étage aussi précieux que le terrain houiller, on peut être amené à commencer un puits

pu un sondage sur un terrain inférieur et antérieur au houiller. sous lequel, d'après des données de géo-

- élémentaire, le houiller ne devrait jamais exister. Le bassin houiller du Nord de la Franee en donne un exemple remarquable et classique.

L'exagération d'un plissement peut amener une rupture, qu'on appelle une faille, lorsqu'elle estaccom-

^Surface du sol A^.3, résultant de 1 érosion ym ^

F:'. 3. — Coupe verticale théorique, montrant un renversement des terrains, qui. dans la partie gauche de la figure, apparaissent, une première fois dans Tordre normal, puis aussitôt de nouveau dans l'ordre inverse de leur superposition normale.

pagnée d'un rejet des eouehes. De semblables failles peuvent également se produire par dénivellation, effondrement d'une fraetion de terrain.

Ces failles présentent un intérêt capital dans nombre de problèmes de géologie pratique. Non seulement elles créent une discontinuité dans les terrains et peuvent amener, par exemple, une couche de grès où l'on attendait un calcaire: mais, en outre, elles jouent un rôle essentiel dans cette circulation des eaux souterraines, qui a produit autrefois les filons métallifères et aujourd'hui les sources thermales.

Parfois, quand les failles mettent en contact à la surface deux terrains de dureté très différente, ceux-

ci ayant été soumis à une érosion inégale, la faille apparaît dans le relief topographique; mais c'est là, contrairement à ce qu'on s'imagine souvent, une exception et, presque toujours, il faut bien partir de cette idée qu'une faille ne se montre pas à la surface sans observation géologique des terrains : c'est le contact anormal de ces terrains qui décèle son existence.

Les failles sont rarement isolées dans les régions où elles se produisent ; elles forment alors un faisceau, dont les lois sont beaucoup trop complexes pour être indiquées ici ; il ne faut pas les confondre avec les cassures intérieures d'une roche ou d'un terrain, qu'on appelle des diaclases.

Ces divers accidents seront reconnus dans la pratique en établissant, pour la région dont on s'occupe, un profil géologique des terrains et une carte géologique sommaire. Je renvoie, pour cette question, au chapitre ni. Mais il me paraît indispensable, pour compléter ces notions générales, de donner ici quelques indications sur une catégorie de terrains, que les géologues négligent le plus souvent sur leurs cartes, parce qu'ils en masquent d'autres dont la détermination leur paraît surtout intéressante, et qui jouent, néanmoins, un rôle considérable, souvent essentiel, dans la pratique : en hydrologie, dans les études de gîtes métallifères, pour les drainages, etc. Ce sont les dépôts superficiels de formation tout à fait récente, souvent presque contemporaine, limons, argiles, sables, cailloux épars, terre végétale, etc., dans la production desquels, contrairement à ce qui se passe pour les terrains sédimentaires, les actions de transport et de concentration dans l'eau n'ont pu intervenir que d'une façon tout à fait insignifiante,

mois qui sont, au contraire, dus, en grande partie, à des réactions chimiques ou physiques en relation avec les phénomènes météoriques, l'infiltration des eaux de pluie et môme les accumulations des détritus organiques. Sur la carte de France, les plus épais de ces dépôts, quand ils sont signalés, sont marqués A, avec la distinction : limon des plateaux, limon des pentes, etc. La terre végétale proprement dite est toujours supposée enlevée. Nombre d'erreurs pratiques, dans les applications de la géologie, me paraissent être la conséquence du dédain systématique avec lequel on considère souvent ces terrains, dont je vais, au contraire, m'attacher à préciser ici les caractères.

D. Dépôts superficiels. Leur mode de formation physique et chimique. — Influence du niveau hydrostatique; zone d'oxydation; zone de cémentation ou de décalcification. — Terre végétale. — Il importe, tout d'abord, de remarquer combien l'épithète de superficielle appliquée plus haut à toutes les formations, dont nous allons nous occuper ici, est vague, élastique et peut, en réalité, s'étendre à des épaisseurs que n'atteignent ni les tranchées d'une route ou d'un chemin de fer, ni même parfois les travaux de mine.

Nous verrons bientôt que les altérations sur place, auxquelles il faut les attribuer pour la plus grande partie, sont limitées à la zone de circulation active des eaux constamment réalimentées en oxygène. Cette • zone, quidépend des accidents du relief, peutêtre considérable dans les régions montagneuses.

Pour la plupart des géologues, un terrain ne mérite une étude que lorsqu'il a été produit à une époque déterminée, caractérisée pnr les fossiles contenus au

moyen d'un apport sédimentaire marin, lacustre ou fluviatile, ou lorsqu'il résulte d'une montée éruptive interne. Si l'on envisage, au contraire, un continent depuis longtemps émergé et soustrait à toute action éruptive, tel que le sol de notre France, il s'y passe pourtant, pendant la durée des siècles, une série de phénomènes indépendants de toute sédimentation, souvent même de tout transport, qui n'en ont pas moins une importance pratique des plus considérables par les modifications qu'ils apportent au sol, parfois jusqu'à plusieurs centaines de mètres d'épaisseur : modifications auxquelles on a tout spécialement affaire dans les commencements de recherches minières ou dans tous les travaux de fouille peu profonds que peut se trouver entreprendre une personne peu experte en géologie.

J'ajouterai que l'étude de semblables phénomènes, qui caractérisent à proprement parler une période (Témersion, peut avoir aussi son grand intérêt théorique pour la reconstitution de l'histoire de la terre pendant ces émersions continentales, marquées seulement, dans la série des dépôts sédimentaires, par des lacunes. Ces modifications dans la structure de la terre, produites pendant les époques d'émersion,pour être moins considérables que celles des époques de submersion, n'en ont pas moins joué leur rôle, et, notamment en ce qui concerne les gîtes métallifères, ou les concentrations de substances minérales comme les phosphates, ce rôle est loin d'avoir été négli geable, non seulement pendant la période continentale actuelle, mais encore pendant toutes les périodes continentales qui ont pu précéder celle ci.

Les modifications, qui peuvent se produire sur U

sol d'un continent comme la France, indépendamment des lacs et des cours d'eau et qui ont, en particulier, pour effet de former le sol arable, sont de diverses natures; je les passerai successivement en revue, en commençant par les moins importantes, pour m'étendre ensuite sur celles dont le rôle est essentiel. Nous examinerons donc : 1° la formation de la terre végétale; 2° les dépôts produits mécaniquement par le ruissellement, l'action des vents ou des glaciers ; 3° l'altération sur place des terrains par des actions chimiques ou des circulations d'eau souterraines, qui peuvent s'étendre à de grandes profondeurs.

1° Le phénomène le plus ordinaire à la surface du sol, toutes les fois que la végétation s'y est établie, est la constitution de ce que l'on appelle la terre végétale, la terre franche, ou le sol actif des agriculteurs. Les débris des végétaux tombent à terre, pourrissent, forment de l'humus ou terreau, et se mélangent avec les poussières apportées par le vent, quelquefois avec les parties mobiles entraînées par le ruissellement des eaux ou la simple gravité, enfin avec des résidus d'altération du sous-sol géologique, pour constituer une couche superficielle légère, meuble, brunie ou noircie par les matières organiques, sur laquelle portent spécialement les travaux agricoles et que ceux ci contribuent à modifier par un mélange avec des parties plus profondes, ramenées sous l'effort de la charrue. C'est dans ces couches superficielles qu'interviennent surtout, à titre accessoire, les débris de l'industrie humaine, fragments de tuiles ou de briques, etc. Dans cet ordre d'idées, par un effet d'apport insensible et continu, le sol se

relève tout particulièrement dans les dépressions et les plaines, où sont le plus souvent bâties les villes, et l'on y voit, par un phénomène bien connu des archéologues, de siècle en siècle, les parties basses des monuments s'enfouir, de période historique en période historique les villes successives se superposer les unes aux autres.

Quand on cherche à se rendre compte plus exactement de ce que c'est que V humus, on se trouve en présence d'une substance mal définie, qui, d'après M. Berthelot, est un mélange de plusieurs matières différentes *. Son caractère principal est de présenter un enrichissement en carbone et un appauvrissement en eau par rapport à la cellulose des matières végétales (64 0/0 de carbone contre 44 0/0). On a supposé qu'une fermentation analogue à celle qui le produit avait pu, en se continuant, arriver à former ces substances de plus en plus carburées, qui sont le lignite, la houille et l'anthracite.

En même temps, le terreau contient, d'après Durand-Claye, par 1000 kil., 5 à 10 kil. d'azote organique, environ 0,1 d'azote ammoniacal et 0,15 d'azote nitrique, 4 à 12 d'acide phosphorique, 11 à 87 de chaux. Traitée par l'eau, la terre végétale abandonne environ 1 0/0 d'une substance jaunâtre, soluble, très importante pour la végétation, que l'on appelle acide humique à cause de sa propriété d'attaquer les calcaires et qui comprend, en réalité :

Matières organiques analogues à la glucose 47,5

( carbonate de chaux.. 34 ~)

Matières minérales < sulfate de chaux 12 £ 52, 5

( divers 6,5 ;

i. Berthelot, C. R., 1893, t. 112, p. 166.

Sous cette couche de terre végétale, surtout importante pour les agriculteurs , d'autres phénomènes plus profonds de désagrégation superficielle produisent des effets qui intéressent toutes les applications de la géologie; car bien des travaux, même prolongés, ne dépassent pas cette zone altérée pour arriver aux terrains intacts. J'y reviendrai bientôt dans le paragraphe 3; mais je veux d'abord insister sur les phénomènes, en partie dus à la décomposition des matières organiques, qui produisent la première couche de terre à fleur de sol. C'est, en effet, une surprise pour bien des géologues néophytes que l'existence continue de ce manteau de couverture superficielle, dont on ne leur a pas parlé dans les cours et qui leur masque pour tant le sous-sol sur des étendues énormes. Le géologue doit montrer une certaine adresse pour savoir, à première vue, où il aura le plus de chances de faire des observations fructueuses, sans être gêné par ces terrains superficiels; où, au contraire, il est à peu près sûr de perdre son temps. C'est, par exemple, une notion courante que l'impossibilité où l'on se trouve, presque toujours, de reconnaître l'âge du terrain dans une forêt; — et je ne parle ici que des forêts de nos pays, me bornant, comme toujours dans cet ouvrage, aux phénomènes que l'on peut avoir l'occasion de constater sans voyages lointains : dans les régions tropicales et au milieu des forêts vierges, ce sont quelquefois des dizaines et des centaines de kilomètres que l'on parcourt sans apercevoir un instant le sous-sol géologique, masqué aux yeux par cette épaisse couche de pourriture organique, dont le déplacement par les travaux est d'une insalubrité si fameuse.

Dans les régions déprimées à faibles mouvements de terrains, à écoulement d'eau insuffisant, sur certains plateaux humides comme en Irlande, dans les vallées de la Somme, sur les pentes granitiques des Vosges ou de l'Auvergne et dans des pays entiers comme la Laponie, la Finlande, la Sibérie, où les neiges, en fondant à l'été, laissent le sol imbibé d'eau, la végétation peut prendre la forme de tourbières, quand l'eau est limpide et le sous-sol perméable; ailleurs, de marais ou simplement d'épais tapis de mousse et de lichens, si le climat est trop froid, comme en Sibérie; elle pousse dans une terre brune, noirâtre, faite des détritus accumulés des saisons précédentes, périssant par le pied, tandis que sa partie haute continue à croître et, là encore, c'est cette couche tourbeuse superficielle, qui, pour un grand nombre des applications pratiques, joue un rôle prépondérant, empêchant d'ailleurs absolument de connaître, à moins de fouilles coûteuses, le véritable sous-sol géologique.

Quelque chose d'analogue se passe, à un degré moindre, dans la plupart des vallées où existent des prairies. La terre noire des steppes de la Hongrie et de la Russie méridionale, épaisse de 0 m. 60 à 1 m. 30, paraît résulter de la décomposition des herbes, mêlée aux sables du sous-sol.

Tous ces phénomènes de décomposition végétale, intéressants à étudier quand on veut expliquer la formation de la houille, se traduisent par une introduction de matière organique, d'humus, et spécialement d'azote dans le sol. Les résidus animaux interviennent, en outre, parfois pour accroître la proportion de cet azote et pour y ajouter un élément de

première importance, l'acide phosphorique (grottes à ossements, îles à guano, etc.).

Cet azote des organismes végétaux et animaux a, une fois dans le sol, une tendance constante à se transformer en nitrate sous l'influence d'un microbe spécial, que l'on appelle le nitromonade 4, et une partie de ces nitrates passe dans les eaux. L'acide phosphoîïquese substitue, d'autre part, à l'acide carbonique des calcaires, et tend à former des phosphates.

2° En laissant maintenant de côté cette constitution de la terre végétale, il peut y avoir, à la surface, simple transport, déplacement des matériaux d'un pointa un autre. Ce transport — en dehors du cas des cours d'eau et de leurs alluvions, dont je n'ai pas à parler ici — ne peut guère avoir lieu que par la simple gravité (aidée souvent par le ruissellement des eaux sur les pentes), par les vents ou, très accessoirement, par les glaciers.

L'action de la gravité, facilitée par toutes les causes de désagrégation que j'étudierai dans le paragraphe suivant, a pour tendance constante de faire descendre les matériaux meubles le long des pentes, c'est-à-dire de détruire les cimes, les escarpements, pour former des éboulis à flanc de coteau,. ou des amas de débris dans le fond des vallées : ceux-ci pouvant être, à leur tour, entraînés par les cours d'eau dans la direction de la mer.

La conséquence de ces phénomènes se fait naturellement d'autant plus sentir que les pentes sont plus escarpées et plus dénudées; très sensible dans les pays de montagnes, elle n'est jamais complètement négli-

\. Voir, à ce sujet, les travaux de Schlesing, Muntz, Winogradsky et, plus loin, le chapitre v.

geable, même dans les plaines, où le ruissellement des eaux après les pluies a pour effet nécessaire d'emporter une partie des terrains meubles, qui sont souvent les plus favorables pour l'agriculture et, notamment, de la terre végétale.

Cet entraînement constant de la terre végétale et de l'humus azoté vers les vallées, ou, plus généralement, vers les dépressions, enrichit peu à peu celles-ci, surtout dans les points de stagnation et, par suite, de précipitation des eaux, où les ruisseaux se débarrassent des particules les plus fines, qu'ils ont entraînées, et se purifient. Il forme, sur les pentes douces, des limons, généralement brunâtres, dits de ruissellement, qui, par exemple, aux environs de Lyon, atteignent 5 à 6 mètres d'épaisseur. Par contre, il appauvrit les parties hautes, qu'il dépouille rapidement de leur manteau fertile et dont il met à nu l'ossature stérile de rochers. C'est ainsi que, là où Ton ne fait rien pour lutter contre ce phénomène, des pays entiers peuvent rapidement se transformer en déserts. On sait comment, d'ailleurs, l'on s'oppose à cette descente des terres meubles en les emprisonnant, en les enlaçant par un réseau de racines, au moyen du reboisement. On soutient même les terrains disposés à s'ébouler par des claies, formant une série de gradins en escalier, ou par de petits murs en pierre sèche. C'est le procédé bien connu qu'emploient tous les habitants de l'Orient pour cultiver l'olivier sur des pentes de montagnes, en ménageant à chacun des arbres une étroite terrasse, soutenue par un mur en pierres; c'est, en plus grand, le système de nos forestiers pour le reboisement des Cévennes.

En même temps qu'il retient les terres, le reboise-

mont attire l'humidité des nuages et augmente la proportion des pluies; il fournit au sol un engrais par l'azote de l'air qu'il fixe et accumule dans ses détritus; il a donc pour effet, comme nous l'avons vu, de constituer une couche précieuse de terre végétale.

L'action des vents est, en moyenne, beaucoup moins sensible que celle de la gravité. On en éprouve surtout les effets dans certaines régions spéciales, au voi sinage des côtes, dans les zones desséchées qui constituent les déserts, ou sur certaines montagnes. Elle se traduit principalement par le transport de particules sableuses, qui forment des dunes, contre le cheminement desquelles on lutte par des semis d'arbustes, puis par des plantations de pins. En outre, le vent pousse les nuages, par lesquels certains éléments, tels que des particules de sel empruntées à la mer, parfois même de fines poussières comme les cendres volcaniques, peuvent être transportés à l'intérieur des continents.

L'action des glaciers est considérable, mais très locale et ne se fait guère sentir en grand que sur des périodes géologiques proprement dites. On sait que les glaces des glaciers cheminent constamment, comme une substance plastique soumise à la pression de sa propre masse, et descendent en suivant le fond en pente du thalweg où le glacier s'est formé; elles transportent ainsi d'énormes blocs, qui s'accumulent dans leurs moraines, en constituant, après la fusion des glaces, ce qu'on appelle des blocs erratiques; ainsi l'on a trouvé, dans toute l'Allemagne, des roches apportées jadis par les glaces de Norvège ou de Finlande.

GÉOLOfilE PRATIQUE. 4

3° En dehors du transport des matériaux, dû pour une grande part à l'action mécanique des eaux, il y a transformation continuelle des couches superficielles du sol par des phénomènes beaucoup plus importants, ayant une action bien plus profonde, quoiqu'ils se produisent sans déplacement, et se traduisent, avant tout, par des réactions chimiques. Ces phénomènes, sur lesquels nous devons insister, sont encore, en grande partie, le résultat direct ou indirect de la circulation des eaux, mais ici de leur circulation souterraine. Il y a lieu, en outre, de signaler le rôle des organismes, surtout des végétaux, accessoirement des animaux et des ferments, dans la constitution de ces terrains superficiels d'origine chimique.

L'eau, qui tombe sur la terre sous forme de pluies, de neiges ou de brouillards, pénètre, en grande partie, dans le sol, qui s'en trouve complètement imbibé, même dans les pays les plus secs, au-dessous d'une certaine profondeur, sur laquelle porte l'aspiration, l'action desséchante de l'atmosphère. C'est un fait bien connu que, toutes les fois que l'on creuse une tranchée ou un puits suffisamment profonds dans le sol, on y rencontre de l'eau. Au-dessous d'un certain niveau, que l'on appelle le niveau hydrostatique (niveau d'ailleurs compliqué par l'inégale perméabilité des terrains et variable, dans une certaine mesure, avec les conditions météoriques superficielles), un vide quelconque, ouvert dans le sol, est toujours sûr de se remplir d'eau '. On définit donc le niveau hydrostatique : la surface jusqu'à laquelle les eaux s'élèvent naturellement dans le sol par leur

1. Je renvoie, pour les détails concernant cette question, à mon Traité des sources thermo-minérales, p. 24 et uisv.

pression propre, lorsqu'un régime stable s'est établi dans les terrains, à la suite d'une période de sécheresse prolongée. Bien entendu, de fortes infiltrations d'eau, parla chute des pluies, ont pour effet de relever momentanément ce niveau des eaux, qui peuvent môme imprégner momentanément tout le sol jusqu'à la surface; c'est l'équivalent des crues dans une rivière, tandis que le niveau hydrostatique est défini au moment de l'étiage.

Ce niveau hydrostatique, on le conçoit aussitôt, va

Fig. 4. — Coupe verticale théorique montrant la disposition relative du niveau hydrostatique XY et de la superficie XA, dans le cas simplo de terrains homogènes.

se raccorder avec le niveau de la mer et avec celui des fleuves, au-dessous desquels le sol, à moins de présenter une imperméabilité exceptionnelle, est nécessairement imbibé d'eau dans toute sa masse : sans quoi le fleuve ne coulerait pas. mais se perdrait dans le sol par toutes ses fissures. Plus le terrain devient accidenté, dans les pays de montagnes, plus le niveau hydrostatique XY s'éloigne de la surface (fig. 4). 11 se produit, en effet, dans les montagnes, sur toute la zone située au-dessus de XY, un drainage rapide des eaux qui les attire vers les vallées, en sorte que, pendant une période sèche, on pourra faire en A un puits descendant jusqu'en B sans rencontrer d'eau, tandis qu'en X la moindre fouille trouverait l'eau

aussitôt. Tous les mineurs ont pu éprouver ce phénomène dans leurs travaux.

J'ajoute que, lorsque le terrain présente des alternances de couches poreuses et imperméables, comme des sables et des argiles, le phénomène se complique1 ; l'eau peut même être emmagasinée sous pression audessous d'une couche d'argile, comme dans une nappe artésienne, et empêchée d'atteindre son niveau hydrostatique théorique, vers lequel elle monte pourtant, dès qu'on lui ouvre une issue par un puits ou par un sondage.

La considération de ce niveau hydrostatique a une importance capitale dans l'étude de tous les phénomènes superficiels. Au-dessous de lui, en effet, les eaux se déplacent et se renouvellent avec infiniment plus de lenteur qu'au-dessus, où, par hypothèse, il y a circulation constante, drainage continu vers la surface. Étant donné la longue durée des réactions que nous allons étudier, l'importance essentielle de cette durée pour leur achèvement complet et le peu de temps écoulé depuis le moment où elles ont pu commencer (la terre ayant pris son relief actuel), on est presque en droit de considérer, par approximation, ces eaux profondes comme immobiles. Tout au moins leur mouvement, qui existe, est-il très faible.

Or, ainsi que nous allons le voir, toute l'action chimique des eaux tient à l'oxygène, à l'acide carbonique ou aux autres sels, chlorures, nitrates, etc., qu'elles emportent de l'air et de la superficie2. On