CHAPITRE V

La sédimentation souterraine.

La sédimentation souterraine est un chapitre de la Géologie dont Timportance est des plus considérables et qui, cependant, a été en général complètement méconnu. Je me suis attaché, depuis un grand nombre d'années, à en signaler les différentes formes, et l'on va voir comment l'expérimentation est venue en élucider les principaux problèmes.

On peut le regarder, dans un très grand nombre de cas, comme un contre-coup nécessaire et une contrepartie de la dénudation souterraine, c'est-à-dire cpmme devant son développement au fait même de l'infiltration des eaux. Deux formes peuvent être distinguées, selon qu'il est question d'une sédimentation mécanique ou d'une sédimentation chimique; et il y a lieu de consi* dérer séparément ce qui se produit dans des cavités ' préexistantes du sol ou simplement dans les pores des roches. Nous choisirons quelques faits ressortis-» sant à ces diverses catégories.

La sédimentation souterraine mécanique.

M. Stanislas Meunier a décrit une expérience très simple qui montrera d'un seul coup en quoi consiste la sédimentation mécanique souterraine, réalisée dans la masse de roches non crevassées, et comment elle doit s'appliquer aisément à un très grand nombre de phénomènes naturels :

Dans uneéprouvette à dessécher (fig. 25), munie d'un tampon d'amiante, on place d'abord une couche (( de sable à grain moyen, de 3 centimètres environ d'épaisseur, et par-dessus une .couche m de 5 centimètres d'une poudre formée de parties égales de craie et de fer oxydulé qu'on recouvre elle-même d'une couche q de 10 centimètres de sable quartzeux grossier. On remplit l'éprouvette d'eau légèrement acidulée par l'acide chlorhydrique et on remplace le liquide au fur et à mesure de son écoulement, qui se fait très lentement, par la tubulure inférieure de l'éprouvette.

11 se dégage de très fines bulles d'acide carbonique et l'on ne tarde pas à voir la portion supérieure de la couche de craie, qui était d'un gris assez clair malgré le mélange de la magnétite, devenir tout à fait noire par la constitution d'un lit d'abord très mince /*, mais qui s'épaissit peu à peu, de fer oxydulé tout à fait pur.

Si on arrête l'expérience à ce moment, on voit que l'éprouvette contient quatre couches au lieu de trois qu'on y avait mises. La couche noire /", qui est venue s'ajouter aux autres, dérive de la sédimentation sou-

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terraine. Si on continue jusqu'à dissolution complète de la craie, on n'a plus que trois couches, mais la

Fig.'33. — Eipérian»! lur li •jdimwlalioii toaumiur.

eouche mince de magnétite noire remplace la couche grise relativement épaisse du début.

11 est facile de montrer que cette expérience reproduit une condition qui s'est réalisée un nombre immense de fois dans l'épaisseur de la croûte terrestre. Des quantités de lits de sable, de gravier, de

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rognons peu solubles, d'argile, etc., doivent être rattachés à ce processus de la sédimentation mécanique souterraine, et ces produits ont bien souvent induit en erreur les stratigraphes, préoccupés de retrouver, dans les conditions du milieu originel, les causes de toutes les particularités de chaque couche.

On peut à cet égard mentionner comme exemple la manière dont MM. Gosselet et Barrois comprennent la concentration des nodules phosphatés qui, dans les Ardennes, sont exploités sous le nom de coquins.

« Ces rubans de coquins, disent-ils, sont dus à ce que le sable inférieur a été affouillé; les grains menus ont été enlevés tandis que les parties les plus lourdes sont restées sur placé. C'est bien le caractère d'un phénomène littoral. Comme il était contemporain de la formation des nodules de phosphates^ il indique dans quelles conditions ceux-ci ont pris naissance^ ». Suivant nous, au contraire, ces nodules se sont concrétionnés tout doucement, dans la masse d'une roche calcaire, longtemps après son dépôt — comme ont fait ailleurs les rognons de silex, — et c'est le phénomène de la dénudation souterraine qui, en enlevant tout le calcaire, a produit leur concentration en niveaux continus.

Les bone-beds de tous les âges sont bien souvent des produits comparables; les sables phosphatés qui couronnent la craie et remplissent ses poches, les

1. Traductions et reproductions publiées par la Société belge de g^o** logie, de paléontologie et d'bydrologie, 1889, p. 16. Cette notice fait partie de son tome III.

argiles dites à silex, les biefs de tous genres, le sable blanc de Rilly et bien d'autres roches sont dans le même cas. Sans compter que bien des couches calcaires, comme celles de la craie, ont subi partiellement les phénomènes dont nous nous occupons et qui «expliquent par tassement la désorganisation des larges tests d'Inocerames par exemple.

M*' Stanislas Meunier, parmi les très nombreuses variantes qu'il a données à son expérience, décrit celle-ci, qui paraît bien probante et dont le résultat est représenté fig. 25 à plus grande échelle que Fappareil complet : Les deux couches aeld àe sables quartzeux, mis dans l'éprouvette de tout à l'heure, sont séparées par un lit c de la poussière obtenue en pulvérisant purement et simplement du calcaire de Lorraine. Au bout de quelque temps d'attaque par l'eau acidulée, on voit se constituer sur le calcaire une petite couche b extrêmement régulière, mince, mais très visible, à cause de sa couleur, d'une argile rougeâtre, dont l'aspect rappelle exactement une foule de lits argileux de nos terrains calcaires.

On peqt varier beaucoup ce mode opératoire ei, par exemple, faire alterner plusieurs fois les couches du sable et les couches partiellement solubles, et puis «uperposer des couches partiellement solubles donnant des résidus variés. On arrive alors à constituer des ensembles qui n'ont aucun rapport apparent avec ceux dont ils dérivent et qui jettent la lumière la plus vive sur maints terrains épuisés^ comme les biefs de Picardie et le terrain argilo-siliceux de Prépotin

aux environs de Mortagne (Orne), que M. Stanislas^ Meunier a étudié d'une manière spéciale*.

Au point de vue de la Géologie générale, il convient ici de faire remarquer tout spécialement que les phénomènes de la sédimentation continentale ne sont évidemment pas spéciaux à l'époque actuelle. Chaque fois qu'une portion de territoire a été exondée et que sa surface est restée assez longtemps soumise à l'action des eaux d'infiltration provenant des pluies, les phénomènes de décalcification, d'épuisement en silice, de rubéfaction se sont nécessairement produits. L'affaissement postérieur de la région a souvent permis le retour de la mer et la reprise de la sédimentation marine et, par conséquent, il y a nécessairement beaucoup de régions où des masses, parfaitement réglées et comprises entre des^dépôts marins, reconnaissent cette origine continentale. Leur détermination serait d'un très haut intérêt au point de vue de la paléogéographie et, en conséquence, on doit s'attacher à les rechercher avec le plus grand soin.

La sédimentation souterraine chimique.

En ce qui concerne la sédimentation souterraine chimique, il faut remarquer qu'elle résulte de l'infiltration dans le sol d'eaux contenant des principes dissous qui peuvent s'y incorporer. Cette incorporation se fait tantôt à l'état de ciment de dépôts meubles

1. Comptes rendus de rAcadémie des sciences^ t. CXXVII, p. 104U séance du 12 décembre 1898.

antérieurs, tantôt comme produit d'une double décomposition, dans laquelle les roches jouent le rôle très actif de précipitants.

Le ciment le plus fréquemment introduit dans le sédiment est le carbonate de chaux; on peut dire que la sédimentation souterraine de cette substance est de tous les instants, et l'on sait qu'elle tient à la décomposition des solutions de bicarbonate de chaux. L'origine des tufs calcaires est éclairée par l'encroûtement des tuyaux de conduite ; la formation des stalactites et des stalagmites, dont les cavernes sont parfois obstruées, et à laquelle se rattache la production des veines des marbres, est imitée par les produits qui se développent, sous beaucoup de ponts, par les infiltrations de la pluie dans les matériaux de construction. On a donné une forme industrielle à de vraies expériences d'incrustation dans le bassin des sources de Clermont-Ferrand (Sainte-Allyre), de Carslbad, de Tivoli et d'ailleurs.

La structure spéciale de nombre de travertins peut être imitée expérimentalement. M. Stanislas Meunier a démontré, par exemple, de cette façon que les tubulures si fréquentes dans les dépôts fontigéniques sont dues à des dégagements gazeux. Dans une terrine on place un lit de gravier au milieu duquel on fait arriver la partie inférieure d'un entonnoir. Par-dessus est disposée une couche de calcaire en petits fragments ; le tout est recouvert d'une couche d'argile délayée à une consistance demi-liquide, ou une couche de plâtre gâché, convenablement pâteuse.

*92 LA SEDIMENTATION SOUTERRAINE

Dès qu'on verse de l'eau aiguisée d'acide chlorhydrique dans l'entonnoir, on voit les bulles d'acide carbonique se faire jour au travers de la couche plastique superficielle, et y laisser des canalîcules qu'on peut conserver par dessiccation et qui offrent toutes les

particularités des tubulures, prises comme exemples, de la craie jaune de Meudon ou des meulières de Carnetin, ou du calcaire d'Etampes, ou de beaucoup d'autres travertins.

L'auteur a donné une autre forme plus simple à l'expérience en faisant simplement bouillir une pAte de plâtre dans un plat de fer; le résultat représenté par la figure 26 a la plus grande ressemblance avec les produits naturels que nous avons en -vue.

Une autre série de faits très voisine des précédentes concerne la cimentation des grès, par l'introduction d'un ciment salin et spécialement par le carbonate de

chaux. Dès 1867, M. Stanislas Meunier' s'est préoccupé de leur imitation expérimentale. Gomme le bicarbonate de chaux n'est pas d'un maniement très facile, il lui a substitué d'autres sels et il a obtenu (fig. 27), en faisant arriver des gouttes de liquide salé dans une couche de sable, des boules libres B, ou groupées A, et des rognons de toutes formes C,D, identiques à ceux qu'on rencontre dans les couches du sol. On active le résultat, sans le modifier, en opérant sur du sable chaud.

L'auteur a pu d'ailleurs employer le bicarbonate de chaux et '''j;„^i;^î^ù"fûrm"d»M'°MÔ.''ré»uT'''''° obtenirdes indurations

complètes du sable. Voici comment il a opéré : dans un large vase, fermé à sa partie inférieure par une toile à tamis en crin de grosseur convenable, il a mis un lit de sable pur, analogue à celui qui fait les couches blanches du terrain de Fontainebleau. Sur ce sable, a été déposée une certaine épaisseur de carbonate de chaux précipité et suspendu dans l'eau. Au sein de l'eau on a amené à l'aide d'un fin tube à gaz et d'une façon continue de l'acide carbonique, et la dissolution de bicarbonate ainsi produite a filtré au travers du sable. Vers le bas elle s'est décomposée et il n'a pas

1. Iai Prêtât icienlifique det Dtax Mondea (Paria). St. MiUNiin. — C.éal. exp. 13

194 l\ SEDIMENTATION SOUTERRAINE

-tardé à se faire une pellicule d'un vrai grès calcaire

tout pareil à celui de la nature.

On obtient un très bon résultat en mélangeant le sable d'une petite proportion de carbonate de chaux précipité : sous l'influence de l'eau qui circule, ce sel cristallise et se constitue très rapidement à l'état de ciment du grès.

I Parmi les variantes nombreuses dont cette expérience est susceptible, on mentionnera ici celle qui concourt à cimenter des sables par du bitume intro-

«loirggrHiJardlGanim;. Au groiiliumcnlde dUlt daUS dCS SablCS

calcaires à l'aide d'un dissolvant approprié. Le pétrole convient très bien, et M. Stanislas Meunier, dans des éludes synthétiques sur des roches asphaltiques du Jura ', a employé aussi avec grand succès le sulfure de carbone. On peut vérifier au microscope (fig. 28) que l'imprégnation bitumineuse s'est faite exactement, dans le calcaire grossier de Paris, par exemple, comme dans le calcaire néocomien de Lovagny ou du Val de Travers. Cette figure montre, au grossissement de 60 diamètres, comment le bitume s'est insinué en veinules

1. Compta rcadus dt fAcadémU dt> »«>Bee., l. CXXII, p. 1337, 1896;

et en amas, dans le calcaire à millioles de Géntilly (Seine).

Parmi les caractères très nets des travertins et des autres dépôts calcaires, siliceux ou ferrugineux, il importe ^de signaler très spécialement la structure oolithique. On sait que les oolithes consistent en petites sphérules à couches concentriques et à contexture tantôt amorphe (limonite), tantôt cristalline, et alors radiée (calcite).

Il est certain que nombre de ces pisolithes, recueillies dans le bassin de sources carboniquées bouillonnantes , résultent d'une précipitation' de calcaire accomplie dans des conditions dynamiques spéciales. L'expérience est venue l'établir d'une façon incontestable et on peut tout d'abord mentionner un résultat accidentel du plus haut intérêt, dont nous devons la connaissance à M. E. Derennes. Afin de débarrasser de son excès de calcaire l'eau d'alimentation des locomotives, la Compagnie du chemin de fer du Nord avait installé à Laon de grands bassins dans lesquels un courant de cette eau venait rencontrer un courant de lait de chaux. La neutralisation, opérée dans les remous, engendrait des milliers d'oolithes tout à fait semblables à celles des sources gazeuses et résultant de conditions un peu différentes. M. Stanislas Meunier en a donné * une description microscopique qui montre leur conformité intime avec les pisolithes classiques.

Il a aussi monté un petit appareil qui a procuré des