Voir page

3. Le manque d'eau dans certains travaux de mine tient à ce que l'eau souterraine se trouve drainée à côté ou plus profondément.

d'admettre qu'il existe là une zone profonde, entièrement imbibée d'eau, où cette -eau se présente à l'état permanent. , Dans ces conditions^ et à moins de subir un échauiïement suffisant pour se dissocier, cette eau devient rapidement inerte et n'exerce plus aucune réaction chimique. Elle suffit, quand même les terrains seraient secs au-dessous, pour constituer un manteau isolant. Malgré des exceptions apparentes causées par des mouvements d'eau à aboutissement lointain, la métasomatose s'arrête, à peu près, en atteignant la zone profonde, située au-dessous du niveau hj'drostatique, qu'influencent seulement, dans des circonstances plus rares, les métamorphismes généraux amenés par l'effet des réactions chimiques, ou par les mouvements dynamiques, et étudiés au paragraphe précédent.

Tout autres sont les phénomènes dans la zone, plus voisine de la superficie, où, par définition, nous avons supposé un mouvement facile des eaux souterraines, destinées à alimenter nos sources; Là, ces eaux de surface, constamment renouvelées, arrivent du jour, chargées au moins d'oxygène et d'acide carbonique, souvent aussi d'autres sels minéraux, et, par conséquent, susceptibles d'agir chimiquement. Leur eiïet est, par définition aussi, intermittent et momentané. Dans cette zone haute, le régime des eaux est variable ; il se produit des crues et des assèchements ; une même partie est tour à tour noyée ou exposée à l'air; un flux d'eau active et corrosive pas^e ; puis l'air a le temps de réagir sur les surfaces mouillées et de déterminer les oxydations. Les réactions chimiques se produisent alors avec intensité et s'étendent, d'une façon continue, à la manière d'une tache d'huile, le long des fissures, ou suivant les porosités du terrain attaqué, qu'elles altèrent de plus en plus. Leur résultat le plus habituel étant d'emprunter aux roches tous leurs éléments solubles, alcalis et terres alcalines, pour laisser un résidu insoluble de silice et d'alumine, cette argile, qui se dépose ainsi à la fin de toutes les altérations, colmate, obstrue les premières fissures, par lesquelles l'eau passait et la force à chercher un nouveau chemin, le long duquel elle continue son métamorphisme. C'est ainsi que ces résultats lents, mais indéfiniment prolongés, arrivent à prendre des extensions, qu'on ne soupçonne pas d'abord et à modifier de fond en comble l'aspect de tout un massif.

Étant donnée l'importance ainsi attribuée à ce genre de réactions, il faut bien préciser la zone sur laquelle il s'exerce et son rapport avec la topographie : c'est-à-dire la position du niveau hydrostatique.

D'après la définition donnée plus haut, les eaux supérieures au niveau hydrostatique, qui sont destinées à alimenter les sources ordinaires, se dirigent, en général, vers ces sources en descendant, c'est-à-

CHAP. X. — GÉOLOGIE EN ACTION. — ALTÉRATIONS SUPERFICIELLES 3tl

dire que la surface hydrostatique doit se raccorder avec les poiiils les plus bas de la surface topograpliique, où peuvent se trouver ces sources, et aller rejoindre les fonds des vallées par des pentes continues.

11 en serait autrement si le facteur temps ne devait pas intervenir, ou si Ton était en droit de se placer dans le cas de Ihydrostatique et non plus de l'hydrodynamique : une surlace d'équilibre générale, seulement

Fig. 38. — Coupe verticale théorique, montrant la disposition relative du niveau hydrostatique XY et de la superficie XA, dans le cas simple de terrains homogènes.

influencée par les attractions des masses terrestres, s'établirait sur toute la Terre et se raccorderait directement avec le niveau des océans. Mais l'eau doit, pour circuler, trouver des fissures et elle choisit les orifices, qui lui donnent le plus rapidement accès et l'évacuent le plus vite, en sorte qu'un drainage très voisin lattire de préférence à une dépression beaucoup plus profonde, mais plus lointaine. Le rôle du temps est

Fig. 39. — Coupe verticale théorique d'un terrain présentant des alternances de couches perméables et de strates argileuses imperméables 1, 2. Les parties couvertes de hachures sont celles qu'imprègnent toujours les eaux souterraines; les parties blanches, celles ordinairement asséchées. XY, ST, niveau hydrostatique.

capital de toutes façons dans ces phénomènes, très lents et très prolongés.

Ainsi, finalement, la forme de la surface hydrostatique reproduit, en laffaiblissant et l'atténuant, la forme générale du relief (fig. 38). Sous une vallée à cours d'eau permanent, on passe immédiatement au-dessous du niveau hydrostatique. Si le cours d'eau reste à la surface et ne s'infiltre pas dans le terrain sous-jacent, c'est que le sol au-dessous de lui est déjà imprégné d'eau, qui ne lui laisse pas libre accès. Au contraire, sous une montagne très accidentée, le niveau hydrostatique peut descendre très bas. Enfin il faut ajouter que, lorsqu'il existe, dans un terrain, des couches, bancs ou filons imperméables, comme le suppose

312 LA SCIENCE Gl'OLOGIQUE

la figure 39, chacun de ceux-ci, en arrêtant l'infiltration des eaux profondes, peut déterminer une complication de la surface hydrostatique; l'eau, permanente au-dessus de lui, peut reprendre sa libre circulation au-dessous et il peut se produire ainsi, de haut en bas, des alternances de zones altérées et de zones intactes. La surface hydrostatique doit être entendue dans le sens d'une surface géométrique générale, pouvant présenter plusieurs nappes '.

En résumé, l'on voit que la surface hydrostatique est en relation directe : i" avec la topographie, 2° avec la nature des terrains. La topographie détermine sa forme théorique ; mais celle-ci est d'autant mieux réalisée que le terrain est plus pénétrable, plus poreux ou plus fissuré. Par exemple, le maximum de pénétrabilité se présente dans les grandes masses de calcaires, sillonnées d'innombrables diaclases, comme en présentent les plateaux des Causses. L'eau trouve, dans ces diaclases, des accès, qu'elle élargit peu à peu et qui arrivent à former des réseaux de grottes avec rivières souterraines ; elle descend ainsi peu à peu jusqu'au niveau des vallées voisines, ellesmêmes profondément encaissées, si aucune couche argileuse ne l'arrête ; elle peut même, par la pression des fdets d'eau qui se superposent à elle sur une grande hauteur, descendre plus bas encore : ce qui se traduit par l'apparition de grosses sources vauclusienncs, sortant de bas en haut, comme des torrents tout formés, le long des rivières encaissées; et toute la hauteur du plateau peut alors être considérée comme au-dessus du niveau hydrostatique.

Au contraire, des terrains, tels que ceux du Bassin Parisien, offrant de fréquentes alternances de couches sableuses (c'est-à-dire perméables) et argileuses (c'est-à-dire imperméables), arrêtent sans cesse la descente des eaux ; il en résulte autant de niveaux de sources et de plans hydrostatiques que de nappes d'argile (voir fig. 39) et le résultat final est des plus complexes *.

Sauf cette restriction, le relief topographique joue un rôle prépondérant dans le phénomène. Si l'on est dans un pays plat, sur un plateau

1. On trouvera, dans ma Géologie pratique, pages 41 ^«71, une étude do celle zone d'allération, que j'ai spécialement envisagée, en ce qui concerne les gîtes métallifères, dans la Contribution à l'étude des gîtes métallifères (Ann. des Mines, août 1897). Voir également Gîtes minéraux et viétallifères, t. 1, p. 179 ô 20i.

2. 11 ne faut jamais oublier, dans l'application, que les altérations superficielles représentent un phénomène de pénétration aqueuse, qui ne se produit pas théoriquement et par grandes masses, mais suivant le chemin que l'eau rencontre. On a ainsi trouvé des cas où la calamine, c'esl-à-dire le minerai de zinc carbonate par alération, reparaissait sous la blende qui en est la forme initiale (Dlegenbusch en Belgique) ; d'autres (Oualil en Algérie), où la pyrite avait été à peine altérée dansua calcaire au-dessus de la vallée.

CIIAP. X. — GÉOLOGIE EN ACTION. — ALTERATIONS SUPERFICIKLLKS 313

parcouru par des rivières ù fleur de sol, le niveau hydrostatique se confond presque avec la surface topograpliique et la zone altérée est insignifiante ; elle devient d'autant plus épaisse que le relief est plus marqué et elle atteint son maximum dans les chaînes montagneuses. Par là, ce phénomène, qui est essentiellement caractéristique des périodes d'émersion continentale et qui a dû se produire dans toutes les périodes d'émersion semblables pendant l'histoire géologique, se trouve relié avec le degré d'usure et d'érosion de la chaîne. Très actif au début d'un plissement, quand celte chaîne est très accidentée et contribuant alors à faciliter sa destruction, il s'atténue à mesure que la chaîne vieillit, s'use et se transforme en une pénéplaine. Par conséquent, ses effets d'altération se trouvent, au fur et à mesure, détruits par les progrès de l'érosion même et, dans la plupart des cas, la surface hydrostatique actuelle est la plus basse de toutes les surfaces hydrostatiques, qui ont existé depuis les derniers mouvements dynamiques ; elle peut donc être seule considérée en pratique, puisqu'elle limite, de toutes façons, les zones d'altération anciennes, comme la zone d'altération récente.

Mais — et c'est là une remarque très importante, si l'on veut bien comprendre toute une série de manifestations géologiques, sans cela inexplicables — cet abaissement progressif du niveau hydrostatique et, par conséquent, de la zone altérée, qui se produit nécessairement avec le temps lorsque l'érosion seule intervient, n'a plus lieu si un mouvement dynamique quelconque vient déplacer, les uns par rapport aux autres, divers compartiments de la superficie. 11 suffît qu'un compartiment de la surface, ayant déjà subi une altération ancienne, s'effondre, s'enfonce en profondeur, pour que la loi normale des altérations actuelles se trouve, en apparence, troublée. Un tel compartiment effondré, se trouvant encaissé dans d'autres terrains, peut, en effet, résister à l'érosion, qui enlève les prolongements des mêmes bancs altérés, restés plus haut ; il est en mesure de survivre à la période géologique, qui l'a produit; il nous présente alors, après de longs âges géologiques, un témoin rare des altérations continentales, remontant à une époque depuis longtemps disparue et, comme son effondrement peut atteindre, d'après les observations géologiques directes, plusieurs milliers de mètres, on peut, jusqu'à plusieurs milliers de mètres de profondeur, c'est-à-dire jusqu'à des profondeurs beaucoup plus grandes que celles de tous nos travaux de mine, trouver, par un paradoxe singulier, des caractères, qui sont, pour nous, ceux d'une altération superficielle.

Une telle remarque s'applique, notamment, à des synclinaux effondrés, qui, dans certains massifs très anciens comme la Scandinavie, le Nord

314 LA SCIENCE Gl50L0GIQUE

de l'Amérique, la Sibérie, ont encastré et préservé de la destruction tout un quartier de terrains sédimentaires, avec ses roches d'intrusion superficielle ou môme d'épanchement, avec ses filons métallifères, etc., et l'on rencontre alors des applications très curieuses de notre théorie *.

Celte considération, jointe à celle du relief extrêmement brusque et. par conséquent, du niveau hydrostatique très profond, que peuvent présenter quelques chaînes montagneuses récentes, comme les Andes, prèle, ainsi que je le disais en commençant, au phénomène qualifié ici de superficiel, une zone d'action très considérable et explique comment on ne doit pas être surpris de le voir se manifester, sur la hauteur de montagnes entières, sur la profondeur totale d'une grande exploitation minière.

Entrons maintenant dans la description des phénomènes, dont nous venons de caractériser la zone d'extension et voyons à les définir.

Les altérations, dont nous nous occupons ici, portent sur toutes les catégories de roches et de terrains et peuvent affecter même des substances, qui semblent tout d'abord à peu près insolubles. Leur mécanisme est nécessairement de forme très multiple et peut comprendre un grand nombre de cas. Néanmoins, en moyenne, cette métallurgie naturelle a, pour agents essentiels, l'eau, l'acide carbonique et l'oxygène de l'air et tend à séparer les substances, qui se comportent différemment en présence de ces agents, pour rassembler celles, dont la manière d'être est la môme.

Il y a, dès lors, avant tout, tendance à la suppression des éléments solubles et à l'enrichissement relatif de ceux qui se dissolvent moins aisément ; mais, parmi les éléments dissous, ceux que reprécipite une circonstance couramment réalisée (par exemple, le contact de l'oxygène en excès pour le fer ou le manganèse), ne vont pas loin et se redéposent h proximité. Môme des corps solubles peuvent être amenés à se roprécipiter en certains cas.

Il en résulte, aussitôt la nécessité de subdiviser, dans notre théorie, la zone d'altération, que nous considérons ici, en deux zones superposées de très inégale importance : l'une, au contact direct de l'air, où domine l'action de l'oxygène, tandis que l'acide carbonique en excès tend à s'évaporer; l'autre, plus profonde, où l'oxygène est moins abondant et où l'action de l'acide carbonique et des sels métalliques domine.

Nous appellerons la première zone, généralement peu épaisse, zone

1. Les sondages et puits font reconnaître de même, dans le Nord de la France, sous le manteau du crétacé Iransgressif. un sol j)rimairo irrégulièrenient érodé et raviné, un témoin de l'ancienne érosion, dont M. (îosselet a reconstitué l'allure.

CHAP. X. — GtOLOGIE EN ACTION. — ALTÉRATIONS SUrERFiCItLLES 315

d'oxydation; c'est celle, où, par exemple, au-dessus d'un plateau calcaire qui s'attaque, le fer en excès se reprécipite à l'état de peroxyde : zone, par conséquent, caractérisée par sa rubéfaction. En mémo temps, se reprécipiteront aussi les éléments, qu'un excès d'acide carbonique maintenait seul plus bas en dissolution.

Lazone plus profonde, qui occupe ensuite toute la hauteur jusquauniveau hydrostatique et qui semble même descendre un peu au-dessous, est celle des cémentations, des décalcifications, ou, plus généralement, des réactions chimique&; c'est la zone d'enrichissement des filons d'or, d'argent, de cuivre, de cobalt, de manganèse ; c'est la zone, où les terrains calcaires perdent peu à peu leur chaux et souvent se chargent de silice, où les roches magnésiennes s'appauvrissent en magnésie.

La circulation des eaux se fait, par définition même, d'ordinaire en descendant, dans toute cette partie de 1 écorce terrestre, où les eaux souterraines sont drainées par les sources des vallées '. Pour celles, qui n'ont qu'un trajet très bref et s'éloignent peu de la superficie, celte remarque n entraîne aucune conséquence particulière ; mais, pour celles dont le circuit est plus profond et suit, par exemple, le plan de drainage d'un filon, il peut en résulter le transport de haut en bas de certains éléments, qui viennent alors se reprécipiter sur des cristaux déjà formés d'une substance analogue et les grossir, les nourrir ou les modifier. C'est ce phénomène spécial, qui constitue, à proprement parler, la cémentation des minerais métallifères et qui peut, localement, accroître leur teneur en certains métaux.

Un tel enrichissement profond est parfois d'autant mieux caractérisé que les lentes altérations continentales, dont il s'agit ici, se produisent pendant des périodes d érosion, où les parties supérieures du terrain et des filons que celui-ci peut contenir, sont, après altération, enlevées au fur et à mesure. Par suite, certains métaux, provenant de toute une épaisse zone, d'abord altérée, puis disparue, dont il ne reste plus trace, ont pu se trouver concentrés dans la même zone profonde et y produire une accumulation métallique, qui joue un très grand rôle dans la répartition des parties riches sur un filon métallifère.

Nous allons maintenant, pour préciser davantage, envisager tour à tour les trois cas principaux : a) des roches cristallines et des minéraux qu'elles peuvent renfermer, b) des terrains sédimentaires et c) des gites métallifères.

h. La descejite des eau.x. que j'imagins ici. apparaît souvent de la façon la plus nette. Ainsi le terrain houiller de la Machina (Nièvre), qui a été recouvert par le liias, contient souvent de véritables filons de gypse, empruntés à ce trias et redéposés plus bas dans ses fentes.

a) Les roches o^'s/a^^mes, par lesquelles nous commençons, sont habituellement tles silicates d'alumine complexes, où la réaction ignée a produit la combinaison de la silice avec les bases en une scorie. Elles sont l'origine de tous les terrains sédimentaires, où l'on ne retrouve donc que les mêmes éléments, mais déjà classifiés, séparés et groupés parles préparations mécaniques et chimiques, qu'ils ont subies. Le cas des roches comprend, par suite, comme un cas particulier, celui des terrains et les notions générales, que nous allons établir pour les roches, seront applicables aux sédiments. Or, si nous supposons une roche quelconque soumise à une altération superficielle, le résultat obtenu sera presque toujours le môme et peut, dans une première approximation, s'indiquer en deux mots *.

Quand les réactions ont eu le temps d'être complètes, on observe la disparition complète des alcalis, qui ont été entraînés vers la mer, ou vers les bassins d'évaporation fermés ; la chaux et les bases analogues sont également dissoutes, dès que l'acide carbonique est en excès, mais avec plus de tendance à reformer des dépôts le long de tous les vides, où cet acide carbonique s'évapore ; le fer donne du sesquioxyde dans la zone la plus élevée, qu'il rubéfie. Par contre, les produits moins solubles, tels que la silice ou l'alumine, semblent s'enrichir et quelques-uns d'entre eux, par suite d'une dissolution partielle et momentanée, subissent, en effet, des concentrations locales. D'une roche cristalline il reste, à la fin, de la silice, maintenant mise en liberté, ou demeurée encore unie à l'alumine en argile et kaolin, avec tendance à prendre ultérieurement une indépendance plus complète à l'état de silex et de bauxite. Un gîte de kaolin, une argile, un sable quartzeux à restes de feldspath à moitié kaolinisés, avec quelques veines siliceuses, voilà le résidu d'un granité. Une roche éruptive calcaire ou magnésienne donne, en outre, des veines, des enduils de carbonate de chaux, de carbonate ou de silicate de magnésie. Si elle renfermait, à la fois, de la chaux et de la magnésie, la proportion relative de la magnésie semble d'abord s'accroître ; mais, finalement, la magnésie est elle aussi éliminée ; l'opération, que nous avons appelée une décalcification, est aussi un appauvrissement en magnésie et se manifeste très nettement sur les roches uniquement magnésiennes, comme les péridotites. Aux

\. L'un des beaux travaux (I'Ebelmen était déjà consacré à l'élude des altérations superficielles qui peuvent se manifester dans les roches cristallines (Recherches sur les produits de la décomposition des espèces minérales de la famille des silicates. C. R , t. XX, p. 1415), et en avait mis en évidence les caractères principaux. Voir également l'ouvrage de J. Roth, Allgemeine und chemische Geoloqie (in-8», Berlin, W. Hertz), dont les tomes I (1879) el III (1893) sont consacrés, en grande partie^ ù l'étude de ces phénomènes d'altération (Verwitterung) dans les minéraux et dans les roches.

CHAP. X. — ALTtÎRATION SUPERFICIELLE DES ROCHES CRISTALLINES 317

dépens de celles-ci se produisent : d'abord, des serpentines, qui ont perdu un cinquième de la magnésie; puis des « argiles rouges », qui n'en renferment pour ainsi dire plus, et on retrouve cette magnésie au voisinage à l'état de gioberlite •. Dans les mêmes conditions, une roche très ferrugineuse produit des concentrations de sesquioxyde de fer, ou d'argile rouge ferrugineuse avec nodules mangancsiferes.

Mais c'est là supposer les réadions achevées, ce qui est un cas exceptionnel. Généralement le temps écoulé depuis le commencement de l'altération n'a pas été suffisant pour que celle-ci soit arrivée à son terme; ou, du moins, on ne voit l'alléralion complète que sur une épaisseur assez faible ; après quoi, on surprend, plus bas, le phénomène en train de s'opérer et l'on saisit l'action des eaux sinsinuant suivant toutes les cassures de la roche, suivant toutes les fissures, les clivages, les joints des minéraux. Une roche, qui s.'attaque ainsi, tend à prendre une allure bréchiforme, avec des noyaux intacts enveloppés parles produits d'une altération plus ou moins avancée.

Dans ce cas, qui est de beaucoup le plus fréquent, les phénomènes deviennent très complexes ; car, d'un côté, le départ des éléments chimiques peut s'opérer dans l'ordre de leur solubilité, établissant une différence entre deux éléments, qui, d'une façon absolue, sont tous les deux solubles, et, d'autre part, il se produit, par des séries de réactions en sens contraire, de véritables cycles, des reprécipitations de substances d'abord dissoutes, des reconstitutions de minéraux d'abord attaqués, qui sont caractéristiques de la zone des cémentations.

Je vais, pour me faire comprendre, choisir deux exemples.

C'est, tout d'abord, une loi presque générale dans les terrains altérés, que l'enrichissement relatif de la potasse par rapport à la soude-, de la magnésie, la baryte ou la strontiane par rapport à la chaux : les éléments les plus solubles, soude et chaux, tendent alors à dominer dans les eaux' et, spécialement, dans les eaux thermales, tandis qu'on voit les roches se charger peu à peu de potasse et de magnésie, leurs fissures s'incruster de baryte ou de strontiane. La concentration relative de la potasse est un fait très fréquent dans les roches acides; celle de la magnésie peut se manifester dans les roches basiques et joue un rôle notable dans l'altération des calcaires ; ceux-ci tendent, en effet,

i. Voir plus loin, page331, le passage relatif aux nickelsde la Nouvelle-Calédonie.