CHAPITRE III

La sédimentation marine et lacastre.

La sédimentation en eau calme.

Le dépôt des particules minérales dans une mas aqueuse non animée d'un mouvement général de déplacement horizontal est facilement accessible à la méthode expérimentale.

Le premier fait à considérer concerne les triages réalisés aux dépens d'un mélange tout d'abord aussi hétérogène qu'il conviendrait de l'imaginer. Non seulement par suite de l'agitation déterminée par le vent qui soulève les vagues, il se constitue, parallèlement au rivage, les zones de sédiments connues sous les noms de littorale, pélagique et thalassique, mais on constate que la chute verticale dans l'eau tranquille, détermine des triages très exacts.

Pour mettre ce fait en évidence, M. Stanislas Meunier a recours à un tube de verre de 3 centimètres de diamètre et de 1 mètre de longueur ténu verticalement et fermé à sa partie inférieure. Après l'avoir rempli d'eau, il y jette un mélange très intime de sable quartzeux et de pyrite pulvérisée. On voit se

faire au fond du tube deux couches parfaitement distinctes : la plus profonde formée de pyrite et l'autre de sable quartzeux.

L'exactitude de ces triages est si parfaite que l'auteur a pensé à l'appliquer à l'analyse mipéralogique des roches, et c'est dans ce but qu'a été construit l'appareil représenté dans la figure 22.

C'est un simple tube de verre T de 4 à 5 millimètres de diamètre et de 5 mètres de long, tenu verticalement et à la partie supérieure duquel est un entonnoir E; vers le bas est un robinet R qu'on peut ouvrir ou fermer à volonté. Après avoir rempli l'appareil d'eau, et le robinet étant fermé, on y jette une poussière de roches^ d'ailleurs calibrée à l'aide detamie convenablement rapprochés, et on attend en bas chaque

^ Fig. 31. — Appanll pnip» i l'«lad>

catégorie de minéraux pour "p*"■>•"'"'•d«■"^■B" ""éf"|'f'*

la laisser échapper dans un ••■'"''•"■

vase V par un mouvement opportun du robinet. Parmi

les résultats obtenus on mentionnera seulement ici ceux qui concernent un micaschiste des Alpes et un gneiss grenatifère du Brésil. Pour la première de ces roches, réduite en grains de la grosseur d'une tête d'épingle, tout le quartz arriva sur le robinet et put être recueilli dans un vase spécial, alors que le mica était encore à plus de 1 m. 50 dans le tube au-dessus de l'extrémité inférieure de l'appareil. La séparation peut donc être considérée comme parfaite et convertible en une analyse minéralogique quantitative de la roche étudiée.

Pour le gneiss du Brésil, le résultat fut moins absolu, mais on. obtint cependant trois lots bien nettement différents : le grenat arriva de beaucoup le premier; le quartz vint ensuite et la biotite bien plus tard. Dans chaque lot, il y avait cependant des parcelles des minéraux des autres lots, mais seulement des parcelles. Une deuxième opération pour chaque lot donna un triage satisfaisant.

On remarquera que la séparation mutuelle du quartz et du mica se fait très exactement lorsqu'elle n'est pas possible avec l'emploi des liqueurs lourdes. Si en effet les densités sont très sensiblement égales, la résistance opposée par l'eau à la chute des grains de quartz et des paillettes de biotite est extrêmement différente. La méthode, en même temps qu'elle explique des triages naturels, peut donc avoir une application pratique.

Le fait, appliqué à une profondeur suffisante, peut donner lieu à des effets très marqués, surtout si des

-,• itt-isrr -*, ' «ar .- -^ -™ •^.>^*>ti; ■ . . il" -, — "-'■ -y— — ^-J^ -- .-.V» ■-* ■ -":

courants réguliers horizontaux viennent ajouter leurs effets à la cause précédente.

M. Fayol a étudié de près ce sujet, et on doit rapporter ici quelques-uns de ses résultats, relatifs à la vitesse de chute des diverses catégories de matières. On remarque d'abord que cette vitesse de chute s'accroît d'abord jusqu'à une certaine limite, puis qu'elle reste constante. Pour les corps de très petites dimensions, l'allure uniforme est atteinte presque instantanément, mais pour de gros blocs de 50 centimètres à 1 mètre de diamètre, il faut jusqu'à 3 ou

4 secondes pour que ce résultat soit obtenu.

Pour étudier le phénomène dans l'eau tranquille, l'appareil consiste en un tube de 10 mètres de haut en fer dont la base est en verre. Ge tube étant plein d'eau, on laisse tomber les grains librement sans vitesse et on note le moment de leur arrivée en bas.

L'argile en poussière impalpable (densité 1,70) met

22 heures pour tomber; soit m. 00012 par seconde,

j^ de millimètre. La houille (densité 1,30), impal-

pable, emploie 10 heures, ce qui correspond à yfui de

millimètre par seconde. Du gravier granitique en

grains, ayant 6 millimètres de côté, accomplit sa

chute en 25 secondes, il fait donc jçi de mètre par

seconde (40 centimètres). La pyrite en grains, de 4 à

5 millimètres de diamètre, tombe en 19 secondes;

elle parcourt par conséquent jjr de mètre à la seconde

ou 50 centimètres.

La vitesse de chute augmente ou diminue avec le volume des corps. Elle est proportionnelle à leur densité et inversement proportionnelle à leur surface. A cette occasion, il est utile de rappeler que quand on subdivise un corps, on augmente sa surface. 1 cube de 1 décimètre réduit en cubes de 1/10 de millimètre prendrait une surface totale 100000 fois plus grande, et Ton voit que la vitesse de chute d'un même corps peut varier beaucoup avec son état de division.

Ceci étant acquis, un autre point très digne d'attention concerne la forme des sédiments, et les expériences à cet égard pourront élucider bien des problèmes sur Torigine des terrains stratifiés.

Dépôts littoraux, — Dans les régions littorales, il est manifeste que les couches tendent à prendre la forme de talus d'éboulement, forme qui reçoit d'ailleurs, du milieu aqueux où elle se produit, un caractère différent de celui qu'elle présente dans l'air et dont nous nous sommes occupés à propos de la sédimentation pluviaire.

M. Fayol a fait à son égard des expériences dont plusieurs sont fort instructives.

Dans une caisse de 4 mètres de long, m. 30 de largeur, m. 30 de hauteur, préalablement remplie d'eau, on fait tomber des matières terreuses de différentes grosseurs : par exemple, on a formé avec de l'argile une boue liquide qu'on a laissée tomber goutte à goutte au milieu de l'une des extrémités de la caisse. Il se fait une nappe nuageuse qui chemine doucement

et emploie 10 minutes à faire les 4 mètres. La couche formée est de 11 millimètres au point de départ, de 1 millimètre au point d'arrivée, la pente est donc de 1/4 de degré; on peut la considérer comme nulle.

Si on donne à la caisse une légère inclinaison vers le point opposé à l'arrivée de la boue, on diminue l'épaisseur du dépôt en amont. Avec pente inverse, c'est-à-dire vers l'amont, on augmente au contraire cette épaisseur.

Avec des grains de sable de 1/iO à 3/10 de millimètre de diamètre, les choses se sont, passées de même, sauf que les pentes sont plus accentuées, 1^ 1/2 au lieu de 1/4 de degré. La pente varie avec les différentes matières employées.

La propension au triage de matières diverses mélangées se continue d'ailleurs ici et il tend à se produire des lits alternatifs inclinés de 30 à 40° selon les cas. Les corps volumineux comme les coquilles et les galets se disposent parallèlement à cette stratification inclinée.

En employant successivement des grains de différentes grosseurs, on a réalisé des dépôts superposés comme les éléments des talus dont la pente variait en même temps. Le sable, de 2 à 4 millimètres de grosseur de grains, s'établissait avec une pente de 40®; celui de 1 à 2 millimètres avec 36°; de 1/2 millimètre à 1 millimètre la pente était de 34®; de 33° pour 1/10 à 1/4 de millimètre; de 30° pour la poussière très fine; et, en résumé, il est manifeste que les grains les plus fins tendent à l'horizontalité.

En faisant alterner deux dépôts nettement différents,

on a déterminé des apparences de feuilleté surtout bonnes à noter pour ne pas les confondre avec celles qui résultent des actions mécaniques.

Après les alternances des matières diverses, M. Fayol a étudié le mélange de grains différents.

11 a laissé tomber doucement au point de départ d'abord, puis en s'avançant vers le point d'arrivée quand le dépôt a affleuré, un mélange intime de sable composé, en parties égales, dé grains de 2 à 4 millimètres et grains de 1/2 à 1 millimètre ; en une heure avec 3 litres on a eu un dépôt formé de lits alternatifs de grains gros et de grains fins.

Les lits de sable fin, épais en haut, s'atténuaient et disparaissaient en profondeur. Leur inclinaison était d'environ 38 degrés.

Dépôts pélagiques et thalassiques , — Pour ce qui est du dépôt réalisé loin des côtes, on admet volontiers qu'il se fait nécessairement avec une horizontalité, sinon absolue, au moins très approchée. Il importe à cet égard de noter que l'expérience est venue modifier une opinion qui paraissait basée sur l'évidence.

M. de Wegmann * a constaté en effet la sédimentation régulière sur un fond incliné.

Il emploie un bassin d'environ 15 mètres cubes, de 2 m. 50 de profondeur, servant à l'arrosement d'un pré et alimenté par un ruisseau d'eau vive qu'on détourne d'abord, et il place au fond une couche épaisse de plâtre, divisée en compartiments mobiles

1. Bulletin de la Société géologique de France ^ 2® série, t. IV, p. 353,

et préalablement moulée de façon à représenter en petit les inégalités du fond marin. Les pentes atteignent 40*. On ramène le ruisseau dans le bassin et, quand celui-ci est à moitié plein, on y délaye d'abord du sable fin, puis du charbon en poudre, et alternativement Tun, puis l'autre de ces deux corps, leur laissant chaque fois le temps de se déposer.

Après cini[ ou six de ces alternances le réservoir est mis à sec et Ton peut s'assurer que les couches successives se sont régulièrement moulées sur le fond onduleux.

Il résulte évidemment de ces expériences, entre autres conséquences, une invitation à la prudence, quant à la supposition de déplacements postérieurs, pour expliquer certains terrains inclinés reposant sur d'autres en stratification discordante.

Dépots des galets et des coquilles, — Un dernier point à examiner à l'égard de ces phénomènes concerne le mode des dépôts de divers corps caractérisés par leur forme spéciale, tels que des galets et des débris organiques animaux et végétaux.

Pour ce qui est des galets et des coquilles, on fixe volontiers l'attention sur la position d'équilibre qui leur est imposée par leur forme ellipsoïdale et par la tendance que leur grand axe doit manifester de s'établir horizontalement.

Déjà Sténon, il y a plus de deux cent ans, y a insisté en faisant valoir que les trouvailles de galets à grand axe incliné sur l'horizon suffisent pour faire conclure au déplacement depuis son dépôt de la couche qui

les contient. Tout le monde a adopté ce procédé de raisonnement. Mais l'expérience vient nous montrer qu'il n'est pas tout à fait aussi général qu'on l'aurait cru et qu'il faut l'appliquer avec discernement.

M. Fayol en effet a reconnu que les galets plats se déposent parallèlement à des couches préexistantes inclinées, même quand la pente atteint 35 à 40 degrés et davantage.

Dépôts des débris organiques, — Des théories géologiques tout entières, telles que celles qui concernent l'origine des formations houillères, peuvent être modifiées par la notion précise du mode de dépôt de certains débris organiques et spécialement des végétaux entiers ou fractionnés, et M. Fayol a fait à cet égard des recherches spéciales.

11 a jeté des végétaux dans un bassin plein d'eau, de 2 mètres de profondeur. Tous ont fini par s'enfoncer et par se coucher sur le fond du bassin, mais seulement après avoir gardé plus ou moins longtemps l'une des trois positions suivantes : 1° le végétal surnage : il est couché à la surface de l'eau; 2° le végétal est debout, incomplètement immergé : l'une de ses extrémités se montre à la surface de l'eau ; 3° le végétal a gagné le fond du bassin, où il reste debout appuyé sur l'une de ses extrémités.

Ce dernier point a une importance toute particulière pour la théorie de la houille.

En effet, on a signalé depuis très longtemps dans une série de gisements où le combustible est exploité, la présence des végétaux arborescents placés debout,

c'est-à-dire perpendiculairement aux strates et donnant ridée de forêts fossilisées sur place. C'est, par exemple, ce que 1 on rencontre à Saint-Etienne, dans le faubourg du Soleil comme dans le faubourg du Treuil, où ces curieux vestiges végétaux sont visibles sur le front de taille de carrières ouvertes dans des grès blanchâtres. C'est ce qu'on a vu aussi à Commentry, et spécialement dans le « banc des roseaux », et c'est ce qu'on a signalé dans bien d'autres loca lités.

Or, tandis qu'on s'est empressé de conclure de cette disposition que la houille résulte d'un phénomène de tourbage, dont l'échelle seulement serait beaucoup plus grande, les expériences qui viennent d'être rappelées permettent de supposer que l'accumulation du combustible dans des points où il est débarrassé de toute autre substance, peut résulter d'un charriage compliqué des triages qui se produisent dans la formation des deltas. Avant d'examiner ce point de vue qui va nous occuper dans un instant, il faut remarquer que la présence des arbres debout semble à première vue lui être tout à fait contraire.

On voit, cependant, dans le Mississipi et dans d'autres fleuves, de grands arbres emportés par le courant dans la position verticale. La terre et les pierres, retenues entre les racines, suffisent à expliquer la tendance de celles-ci à gagner le fond, pendant que la légèreté relative du bouquet de frondaison réalise la condition inverse pour l'extrémité supérieure du végétal. Parfois le poids relatif des diverses

parties de la plante suffit pour produire le mêjne résultat, et c'est ainsi que, dans les expériences, des branches d'arbres se sont comportées de même : une branche de peuplier de 80 centimètres de long et de 5 centimètres de diamètre a surnagé horizontalement pendant soixante-neuf jours ; ensuite elle s'est disposée verticalement en restant à la surface, puis elle s'est enfoncée et est restée quarante-quatre jours debout sur le fond du bassin avant de se coucher.

M. Fayol a reconnu qu'un certain nombre de végétaux et de fragments de végétaux peuvent garder un temps plus ou moins long la position verticale au fond de l'eau.

Toutefois la grande majorité se couche en arrivant au fond du bassin.

Une autre notion très importante, au point de vue où nous sommes actuellement, concerne le temps pendant lequel les végétaux peuvent surnager et qui est très variable. L'auteur a trouvé les nombres suivants.

Tiges de fougère jusqu'à , . . . . 14 jours.

Branches de chêne vertes 20 —

— — sèches 40 —

— acacia vertes 45 —

— — sèches 128 —

— peuplier vertes 69 —

— — sèches 337 —

— sureau vertes 10 —

— — sèches 386 —

Chose remarquable, pour les feuilles c'est l'inverse : les feuilles sèches coulent plus vite que les vertes. Voici quelques chiffres de M. Fayol.

Feuilles de chêne vertes jusqu'à 30 jours.

— — sèches...; 12 heures.

— peuplier vertes 24 ' —

— — sèches 10 —

— acacia vertes 3 jours.

— — sèches 2 —

sureau vertes 24 heures.

— — sèches....' 3 —

La sédimentation en eau agitée.

Bôle des vagues. — L'agitation superficielle de Feau, sous la forme des vagues soulevées par le vent, apporte dans les dépôts une condition spéciale qu'il importe de préciser.

Pour le reconnaître avec certitude il était indispensable de faire intervenir la méthode expérimentale.

M. Fayol a imité le mouvement des vagues à l'aide d'une caisse oscillante contenant de l'eau et où l'on place les poussières minérales dont on veut étudier la sédimentation.

M. Stanislas Meunier a trouvé très préférable de faire agir à la surface de l'eau contenue dans un bassin à fond incliné une roue à palettes (fig. 12), de largeur et de rapidité convenables, dont nous avons donné la description à propos de l'état de la dénudation (v. p. 87).

On reconnaît alors que les vagues ont pour résultat d'étaler les matériaux le long du rivage et d'en faire des couches moins inclinées et plus régulières.

Plus leur action s'exerce longtemps et plus les couches sont minces et étendues.

ne LA SÉDIMENTATION MARINE ET LACUSTRE

L'argile et les végétaii^i tendent à aller au large '. Un changement dans l'amplitude des oscillations ou

dans la force des vagues produit aussitôt une modiû-

cation dans la couche en formation.

On est mis à même d'étudier les triages, peu a

peu réalisés aux dépens des dépôts complexes, et qui reproduisent des particularités stratigraphiques d'une importance capitale.

Toute l'histoire des cordons littoraux s'y rattache et, pour une part, avec elle, celle des faciès auxquels certains observateurs ont voulu faire jouer un si grand rôle en Géologie.

Jiâ/e des courants. — Sur une échelle moindre, les courants agissent parfois comme les vagues. Ils entraînent les particules pierreuses à des distances qui