CHALEUR INTERNE

La chaleur propre du globe décroit nécessairement des profondeurs vers la surface, et par conséquent, des sédiments déposés dans l'Océan, à la température relativement basse qui règne généralement dans ses profondeurs, ont dû, quand ils ont été recouverts ensuite par d'autres couches, acquérir une température plus élevée, en raison de leur plus grand éloignement de la surface de rayonnement *. La superposition de remblais puissants, comme le sont certains terrains stratifiés, a pu souvent suffire pour déterminer le réchauffement notable des masses inférieures, postérieurement à leur dépôt, surtout aux époques où l'accroissement de la chaleur, selon la verticale, suivait une loi beaucoup plus rapide qu'aujourd'hui.

On peut ajouter une observation : actuellement que la température du fond d'une grande partie de l'Océan ne parait pas être très supérieure à degré, par ce fait seul qu'un dépôt sédimentaire serait mis à sec dans les régions tempérées, et que sa surface gagnerait par conséquent quelques degrés de température moyenne, tous les points situés sur une même verticale devraient également augmenter de température*.

Ainsi la propagation régulière de la chaleur du globe a

* Cette remarque est due à Babbage* Lond.^ Edinb. phiL mag.^ V, 213. Sir John Herschel a fait des observations sur les réactions chimiques qu*OQt dû subir les terrains* par suite de cette élé?ation ultérieure de température. (Leonhard» Jahrhuch^ 1838 p. 98, et 1839, p. 347).

Le fond de la mer étant à une basse température, on ne pouvait admettre le réchauffement des couches sédimentaires dans les termes où l'avait indiqué Hutton.

* D'après la remarque de Sir lohn Herschel. Notice précitée.

S40 OBSERViTIONS THÉORIQUES.

pu agir sur des terrains entiers et y produire graduellement la transformation que nous avons désignée sous le nom de métamorphisme régional.

A part les effets de cette cause générale et en quelque sorte latente, il est des parties circonscrites où la chaleur s'est portée très près de la surface, notamment à la suite des roches éruptives. De là des centres particuliers, autour desquels la chaleur interne est ;Yenue produire le métamorphisme accidentel ou de juxtaposition.

Mais il est une autre cause plus immédiate et plus générale qui mérite toute l'attention.

L'un des caractères les plus remarquables des roches qui ont subi les transformations minéralogiques comprises sous le nom de métamorphisme, c'est que les roches, ainsi transformées, sont souvent associées entre elles, occupant ensemble des régions considérables, tandis que d'autres régions, plus étendues encore, ne présentent pas de modifications semblables. C'est ainsi que, dans les Alpes, les roches de tous les âges qui en font partie, carbonifères, triasiques, jurassiques, crétacées, éocènes, ont un faciès lithologique d'ancienneté, surprenant pour l'observateur qui en est, pour la première fois, témoin. Les Ardennes, le Taunus, le pays de Galles, présentent aussi des massifs entiers qui ont été transformés. Au contraire, en Russie et aux États-Unis, les terrains silurien et dévonien paraissent avoir à peu près conservé leurs caractères originaires.

De nombreux exemples ont appris que le métamorphisme régional s'est développé dans des pays dont les roches ont

subi des dislocations, tandis qu'il ne s'est guère produit dans les contrées, telles qu'une partie de l'Europe occidentale ou des États-Unis, dans lesquelles les couches ont à peu près conservé leur horizontalité première.

Les transformations dont il s'agit ont, selon toute vraisemblance, été engendrées sous l'influence d'une élévation de température. Aussi ce contraste a-t-il, en général, été attribué à cette circonstance, que l'écorce terrestre aurait reçu des émanations calorifiques plus considérables dans les portions fracturées, où elle devait être plus directement en rapport avec des exhalaisons chaudes qui sortaient des masses internes, lors même qu'on ne verrait pas d'intercalation de roches éruplives. C'est ce qui parait encore avoir lieu aujourd'hui, par exemple pour certaines parties de la Toscane.

Tout en faisant une part aux émanations calorifiques et chimiques qui ont pu arriver des profondeurs du globe et jouer un rôle dans le métamorphisme régional, de même que dans le métamorphisme de juxtaposition, il est une cause plus immédiate et plus générale, qui me parait devoir appeler l'attention : c'est la chaleur engendrée par les actions mécaniques mêmes, qui ont marqué leurs traces, dans ces massifs, par des ploiements et des contournements nombreux des couches, ainsi que par la schistosité.

En présence de l'énergie des poussées qui ont produit, de toutes parts, dans l'écorce terrestre, des déplacements relatifs, et, dans diverses roches, des mouvements intérieurs, on est frappé de l'énorme quantité de travail qui a dû être mis enjeu. On est porté à penser que tout ce travail n'a pas été transformé en effets purement mécaniques, et qu'une partie a pu être employée à échauffer les couches soumises à ses efforts. C'est, en effet, le propre des actions mécaniques de se partager, dans la plupart des cas, en deux

2 i2 OBSERVATIONS THÉORIQUES.

parties, Tune correspondant à des déformations, l'autre à des variations de température.

Parlant [de cette idée générale, Robert Mallet* a calculé la quantité de travail que produirait l'écrasement de roches, et il a cherché, ainsi, à rendre compte de la haute température des régions profondes qui sont le siège des volcans. Mais aucune mesure thermométrique n'avait été prise, pour justifier celte hypothèse, sur des parties du globe qui échappent d'ailleurs à notre investigation.

D'après les principes bien connus de thermodynamique, il m'a paru utile de rechercher, par des expériences directes, comment des actions mécaniques, telles que nous en constatons de si certains et de si nombreux vestiges dans l'écorce terrestre, ont pu engendrer des élévations de température dans les roches.

Ce qui importait surtout, c'était de rechercher les effets calorifiques produits par des mouvements intérieurs. Cependant j'ai tenté aussi d'observer ceux qui se produisent dans le frottement mutuel des roches.

Les expériences dont je vais rendre compte ont été faites au point de vue du géologue plutôt qu'à celui du physicien, qui mesure comparativement les quantités de travail et les calories correspondantes. J'en exposerai d'abord les résultats, puis je signalerai les déductions qu'on en peut tirer pour certains phénomènes géologiques, particulièrement pour le métamorphisme.

*■ TramactioM oflhe Royal Society, p. 147; 1873.

CUÂLEUR DËVELOPPÉE PAR DES ACTIONS HËCÂMQIES. '245

Expériences.

Chaleur pr«idalte dans les roehes par des mon wenients Intérieurs.

— N'ayant plus à ma disposition les appareils puissants d'emboutissage, au moyen desquels j'avais précédemment fait des études sur la schistosité *, j'ai dû avoir recours à d'autres procédés.

On a d'abord essayé d'aplatir des balles d'argile, en les lançant, au moyen d'un canon de fusil, contre une plaque fixe; ces balles étaient préservées de la chaleur des gaz de la poudre au moyen de bourres épaisses. Mais, au lieu de s'aplatir, elles se sont toujours réduites en une poussière très fine, dont on ne pouvait rien recueillir.

Je me proposais d'établir un appareil cylindrique, à double piston, dans l'intérieur duquel l'argile aurait reçu un mouvement de va-et-vient indéfini, lorsque je reconnus que plusieurs appareils employés dans l'industrie pourraient remplir le même but. J*ai pu en profiter, grâce à l'obligeance de MM. Boulet frères, constructeurs, et M. Lacroix, leur ingénieur, ainsi qu'à celle de MM. Tiphine, fabricants de briques, à qui je liens à adresser ici l'expression de mes remerciements.

Les expériences qui suivent ont été faites, sauf une, sur des argiles fermes, dites dures^ c'est-à-dire ne contenant que la moindre quantité d'eau possible pour être travaillées; à cause de leur cohésion, elles se trouvaient dans les conditions les plus favorables à un échauffement.

Éeottlemeiit sous la pression de cylindres unis et de 'c6ncs can"

Mémoire* de» Savant» étranger»^ t. XYH ; 1860.

Ul OBSERVATIONS TUËORIOIIES.

neié>. — De l'argile ferme a été soumise à l'action de deux paires de cylindres lamineurs, ayant 0",50 de diamètre, el mus par une machine à vapeur de 3 chevaux.

L'argile, après avoir passé successivement entre les deux paires de cylindres, dont la vitesseétait, pour l'une de vingthuit tours, pour l'autre de qualorze tours par minute, marquait un échauffement sensible au thermomètre, qui était de 0°,3 à 0%4'. Il suffit donc pour cela d'un temps très court, de quatre secondes au plus, pendant lequel s'opère le laminage.

Deux cônes cannelés ci roui ai rement, à ta manière des

Cig. tOS, — CAn«i cinnelùt emjiloyrs i la p tealemcnt limiaée, mii* auui déchirée, à i 0[q»i^ l'uoe i l'iulre. — Ëchsils de ^.

cylindres servant à étirer le fer, ont leurs axes disposés parallèlement, de telle sorte que le plus petit diamètre de l'un soit placé en opposition du plus grand diamètre de l'autre (fig. 108). Par conséquent, à vitesse égale des axes, les circonférences opposées ont des vitesses différentes el font subir un déchirement énergique à l'argile, qui passe entre les cylindres, pendant leur mouvement. Des peignes-racleurs placés au-dessus des cônes laminenrs en détachent conslam-

< Des tbmnomètrc!!, cnfoncéi dans difTcrcnUR ^rties de l'argile, fcrvaieat pi«inlre \r lemréralure.

ment l'argile, à mesure qu'elle a été laminée et déchirée* Comme ces racleurs ne sont pas en contact avec les cannelures, il reste toujours, à la surface de chaque cône, un enduit d'argile qui a 1"*",5 d'épaisseur. Ainsi l'argile ne frotte que sur elle-même, ce qui est important, comme analogie avec le phénomène naturel.

En opérant sur 20 kilogrammes d'argile, on a constaté, au bout de quatre tours seulement, une augmentation de température de 3",5 à 4 degrés; or, à chaque tour, l'argile est déchirée et pressée pendant moins d'une seconde; l'augmentation de température ne correspond donc qu'à un travail d'environ quatre secondes. Si l'on continue à opérer sur la même argile, une buée, qui ne tarde pas à apparaître autour de l'argile adhérente aux cannelures, y décèle d'ailleurs, indépendamment de toute mesure, un accroissement de température.

Howerneat dans des toaneanx malazeiiFs. -^ L'appareil COUUU

sous le nom de tonneau malaxeuvy et qui ressemble grossièrement au tonneau ou tine à mortier, permet de prolonger le mouvement beaucoup plus longtemps qu'on ne le fait avec les cylindres : aussi a-t-il produit des élévations de température incomparablement plus fortes.

Le tonneau de MM. Boulet, sur lequel j'ai expérimenté d'abord, est destiné à corroyer des argiles très fermes. Il consiste en une boîte cylindrique en fonte, placée verticalement et ouverte à sa partie supérieure, qui a 0",75 de diamètre sur 0",80 de hauteur. Un gros arbre en fer, également vertical, placé au milieu, reçoit un mouvement de rotation. Cet arbre est muni, sur une partie de sa hauteur, de deux systèmes de lames inclinées ou couteaux, qui servent à diviser la terre, tout en l'obligeant à descendre. Ce môme arbre porte, à sa partie inférieure, deux roues à palettes, en

21(i OBSERVATIONS THÉOllIQUES

fer, superposées l'une à l'aulre, qui, après avoir trituré la pûte et l'avoir fortement comprimée contre les parois, l'expulsent au dehors, par un orifice placé près du fond. L'argile n'est poussée hors du tonneau qu'après avoir fait plusieurs tours, dont le nombre dépond dii degré de plasticité de l'ar-

F.R. 109. — Tonncnu miUieur uuliut pour len expénencfi reltlives » chaleur dam la rtKhct, p>r lei aclians méranlqua A B C P section du cylindre recBualr l'uylle à mataui E, E E arbre venicil anlnié d un moiivemeiit autour de son » ■1 porle une lame hélicoïdale 11 U B qui force I argile 1 devendre pour tubir l'action tril rinlDi P,P, palatlei courbu. qui trilurent I ai^ile et la font frotter lur le< deui conclu ùgalemcnl ar; ileuwi, qui recoutrent 1 une l« paroii verticales I autre la fond du tonnea S, orince ou buie, pa'' "^ ' argile lort aprèt k laalaiage L arbre lonrnant E. E, E est a lionne par l'engrenaije B R et eit cupportë par la crapaudine T — Écbelle de ^.

gile. Ce tonneau malaxeur est mû par une machine à vapeur de 4 chevaux ; il a une contenance d'environ ^ de mètre cube, et il peut élaborer 2 mètres cubes par heure, en faisant environ six (ours par minute.

Un tonneau malaxeur, d'une disposition peu différente de

celui dont il vient d'être question, est représenté par les figures 109 et 110.

Pour préserver les parois métalliques du cylindre d'une usure rapide, les arêtes extrêmes des palettes en sont séparées par une distance de 3 centimètres : sur toute cette épaisseur il y a donc une couche permanente d'argile, contre laquelle frotte l'argile mise en mouvement. De plus, dans l'expérience dont il va être rendu compte, le fond du cylindre métallique était lui-même recouvert d'une couche d'argile, de 20 centimètres d'épaisseur. Par suite de cette double disposition, une condition essentielle se trouvait réalisée :

Fig. 110. — Vue, en projection horiiontale, de la palette P, P. doat la tangente cxlrémc fait un angle de 25 à 35 degrés avec rélément voisin du cylindre. La flèche marque le sens du mouvement; E, projection horizontale de l'arbra moteur. » Même échelle que la figure précédente.

comme dans les cônes cannelés, l'argile ne frottait que contre elle-même, et sans aucune intervention des parois métalliques.

La pâte sur laquelle on a opéré d'abord est du limon de l'Escaut, que l'on emploie pour la fabrication des briques. Le tonneau étant en mouvement, on prenait, de dix minutes en dix minutes, la température des mottes qui en sortaient, puis, on les rejetait immédiatement dans le cylindre. La température de cette argile, qui était d'abord de 8%5 (la température de l'air étant de 13 degrés), s'est constamment et régulièrement accrue pendant deux heures, au bout desquelles elle atteignait 29 degrés : il y avait donc une augmentation

de 21 degrés. D'après la forme régulière de la courbe qui représente les résultats de ces mesures (fig. lH), Taccroissement de température aurait continué, si Ton u'avait pas été forcé d'arrêter l'opération *. L'échauffement de l'argile n'a pas tardé à s'annoncer par la vapeur que l'on voyait s'en exhaler.

D'autres expériences ont été faites avec des tonneaux malaxeurs qui fonctionnent à l'usine de MM. Tiphine et qui diffèrent de ceux dont il vient d'être question, par la disposition des palettes : ils sont mus par une machine à vapeur de 6 chevaux. De même que dans le cas précédent, ce n'est pas contre les parois métalliques du cylindre, mais contre une couche d'argile de 3 centimètres d'épaisseur, que frotte l'argile mise en mouvement.

Là pâte ferme, sur laquelle on a opéré, ne renfermait, outre son eau de carrière, qu'environ 30 litres d'eau par mètre cube, soit environ 3 pour 100 de son volume ou 2 pour 100 de son poids. Pour cette argile, l'arbre du tonneau fait 4^5 tours par minute, et le tonneau se vide dans l'espace d'environ sept minutes.

Dans une première expérience, pendant que la rotation s'opérait, la vanne d'écoulement était fermée et on l'ouvrait, de temps à autre, pour faire sortir un échantillon d'argile. La température initiale étant 17%3, l'argile qui en a été expulsée, de cinq en cinq minutes, marquait les températures suivantes :

On a ensuite malaxé la même argile, d'une manière continue, pendant vingt-cinq minutes, sans ouvrir la vanne;

*' La machine devait être expédiée d'urgence à l'étranger.

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Fig. 111. — Courbe repréMnUnt les températures pn'ses successivement par de l'ai'gile ferme triturée sur elle-même, dans le tonneau malaxeur Ue MM. Boulet.

puis, on en a fait successivement sortir des morceaux, après

vingt-cinq, trente-cinq et quarante-cinq minutes de rotation. La température, étant de 18 degrés au commencement de l'expérience, était devenue :

Au bout de 25 minutes 36^,5

C'est ce qu'exprime la courbe fig. 112.

L'expérience a encore été reprise sur environ 140 kilo-

ÛS'

Fig. 112. — Courbes représentant les températures prises suceessiveraent par de l*argile ferm9 triturée sur elle-même, dans le tonneau malaxeur de MM. Tiphine.

grammes d'argile, le tonneau restant fermé. La température, qui, au début de l'opération, était de 14 degrés, s'est élevée, au bout d'une heure, jusqu'à 44%5, soit de plus de 30 degrés.

Les courbes qui expriment les accroissements thermométriques mesurés s'élèvent moins rapidement vers la fin de l'opération, ce qui s'explique par les causes de refroidissement qui interviennent.

D'un autre côté, on a opéré dans un tonneau semblable,

non plus sur de Targile ferme, mais sur de Targile molle : c'était la pâte précédemment employée, à laquelle on avait ajouté environ 35 litres d'eau par mètre cube, c'est-à-dire à peu près autant que pour la première opération; la nouvelle pâte était ainsi devenue beaucoup plus plastique que la précédente *.

La température, qui était d'abord de 12%8, était arrivée, après dix minutes de rotation, à 13%8; après vingt minutes, à 14%2, c'esf-à-dire qu'en vingt minutes cette température ne s'était accrue que d'environ 1%4, tandis que dans les

tf

tQ

Fig. 113. -^ Courbe représentant les températures prises suceessÎTement par de l'argile vtolle triturée sur elle-même, dam le tonneau malaxeur de MM. Tiphine.

expériences précédentes la même argile, moins aqueuse, s'était échauffée de 1 5 degrés pendant le même temps.

La comparaison de ce dernier résultat, que représente la fig. H3, avec les précédents, montre combien le degré de consistance de l'argile a d'influence sur son échauffement. Toutes conditions égales, la masse s'échaufTe beaucoup plus rapidement quand elle est maigre que lorsqu'elle est plastique ; ce qui se comprend, à cause de la facilité avec laquelle, dans ce dernier cas, les particules, en quelque sorte lubrifiées, glissent les unes sur les autres. C'est un fait dont il convient de se souvenir, pour les déductions géologiques.

* Le tonneau faisait alors deux tours par minute.

Pour un même temps, l'élévation de température produite dans l'argile au moyen des cylindres lamineurs est beaucoup plus grande que celle que Ton obtient dans le tonneau malaxeur. Dans ce dernier cas, l'argile, après avoir subi une forte pression entre la palette et la paroi, s'échappe, au bout d'un temps très court, pour ne subir que des mouvements gyratoires. L'échauffement considérable de la masse est dû surtout à la durée de l'opération. On pourrait sans doute le rendre bien plus fort encore, si l'on augmentait la hauteur des palettes qui produisent la principale pression, hauteur qui, dans les machines employées, ne dépassait guère 1 décimètre.

Chaleur développée dans le frottement miitiiel des roehes. —

Le frottement^ qui cause une chaleur si sensible, lorsque deux métaux frottent l'un contre l'autre, produit, en général, des effets beaucoup moins marqués, quand il s'agit de roches. Comme c'est précisément le cas qui intéresse spécialement le géologue, il n'est pas inutile de rappeler quelques exemples d'effets calorifiques fort notables, que des opérations industrielles peuvent nous fournir.

Lorsque deux meules horizontales arrivent à frotter l'une contre l'autre, elles peuvent s'échauffer fortement, et, par suite, échauffer la farine au point de l'avarier. Cet effet se produisait surtout autrefois en Alsace, quand, antérieurement à l'emploi des meules de silex carié de la Ferté-sous- Jouarre, on employait celles de grès des Vosges, qui ne présentaient pas une taille aussi convenable à la circulation de l'air.

Dans l'opération préliminaire de la taille du diamant, connue sous le nom de brutagSj où deux diamants sont soumis non seulement à un frottement, mais encore à un choc mutuel, la pierre s'échauffe assez pour ramollir le mastic qui

la porte, surtout lorsque l'opération, au lieu de se faire à la main, s'exécute sur la meule. En outre, lors du polissage, le diamant peut s'échauffer bien plus encore, et pour l'éviter on doit le tremper de temps à autre dans l'eau. On a vu le diamant noir ou carbonado devenir incandescent en travaillant, à sec, sur des roches quartzeuses.

Il est toujours difficile de mesurer rapidement de faibles variations de température, qui peuvent se produire sur un corps solide; cependant j'ai cherché à m'en rendre compte, surtout dans le but de constater l'influence de la pression.

Une plaque circulaire de marbre M, fig. 114 et 115, fixée

Fig. 114. — Appareil destiné à provoquer un dévclopppincnt de chaleur par le frottement mutuel de deux plaques de marbre. T. tour de lapidaiie, à axe vertical, entraînant dans son mouvement, qu'on peut rendre plus ou moins rapide, une plaque circulaire de marbre 11 ; m, autre plaque de marbre, maintenue immobile à la main et pressée sur la première, par le poids P, variable à volonté. — La flèche indique le sens du mouvemeit. — Échelle de }.

sur un tour de lapidaire à axe vertical T, recevait un mouvement de rotation très rapide. En même temps, on appuyait sur une petite partie de sa surface, non loin de sa circonférence, une autre plaque de marbre m, et de petite dimension, sur laquelle on avait appliqué un poids P, et que l'on maintenait immobile. Pour constater la température de la surface de la plaque immobile après qu'elle avait subi un frottement, on se servait d'un thermomètre à alcool, ayant un réservoir d'une grande capacité, dont le fond aplati, formé d'un verre mince, pouvait être appliqué sur cette plaque (fig. 116). Les accroissements, ainsi observés, devaient être

su OBSERVATIONS THËORlQViS.

inférieurs à la réalité et ne représentaient que des minima.

indique le leni iea moiiTemenli.

Cependant ils ont élé très notables, même pour des temps très courts, comme le montre le résumé ci-après* :

Nombre de loiin

ChemiD

Aceroitsem

Tmp,.

de la n>ue.

pircouru.

obserré

1 minute. .

10 secondes. .

5 secondes..

3 secondes..

1 seconde. .

Bien que ces résultats soient relatifs à des expériences distinctes, on les a rapprochés dans la figure il7. La courbe par laquelle on a tenté de les réunir présente une irrégularité qui s'explique notamment par la manière dont agit le refroidissement.

De l'argile sèche de Vaugirard qu'on a fait frotter sur le calcaire s'est également échauffée, quoiqu'une partie notable se réduisit en poussière. En augmentant le poids qui pressait sur le prisme d'argile, on a reconnu, comme on pouvait s'y attendre, que la chaleur produite augmente avec la pression.

* Ces esMii ont élé fails atec l'obligeanl condours de H. Kapoli.

L'influence de la pression sur la chaleur produite peut d'ailleurs se constater dans maintes circonstances, par exemple quand on carbonise partiellement du bois, en le frottant

i g. 116. — Tberinomélre i fond plat, dont le i^senroir est Toluraineiiz et la tige très fine, destiné à mesurer par application les températares successiTement prises par la plaque de marbre m des deux figures précédentes. — Echelle de |.

sur lui-même, à la manière de ce que font certaines peuplades sauvages, dans le but d'allumer du feu. Lorsqu'il y a choc, il suffit d'un instant très court pour

Fig. 117. — Tableau des températures prises, après des temps Tariant de 1 à 60 secondes, pai une plaque de marbre pressée contre une autre plaque de marbre qui est animée d'un mou- Tement circulaire.

que la température s'élève beaucoup. C'est ainsi que, dans les expériences de Piobert et Morin sur le tir, les moellons calcaires, contre lesquels frappait le boulet, açqué--

raient, sur une faible épaisseur, d'après les auteurs des expériences, la saveur légèrement caustique de la chaux vive. Dans le choc de deux pierres, il se développe souvent assez de chaleur pour produire de la lumière et de la chaleur.

Dédiœtions géologiqties, particulièrement en ce qui concerne

le métamorphisme.

Lorsque les couches ont subi les actions qui les ont infléchies, elles étaient à l'état solide, ainsi qu'on Ta rappelé plus haut. Mais, comme il n'existe aucun corps parfaitement rigide, ces roches, en même temps qu'elles se déformaient, paraissent avoir subi aussi des mouvements intérieurs, ayant une certaine analogie avec ceux dont nous venons d'étudier les effets dans l'argile.

Un des faits qui amènent à cette conclusion, c'est que beaucoup de ces roches ont acquis, dans ces mouvements, la structure feuilletée. Il ne s'agit pas seulement des argiles, mais aussi des calcaires et des quartzites qui sont si souvent schisteux, par exemple dans les Alpes. Les conditions dans lesquelles la structure schisteuse a pris naissance sont maintenant démontrées, non seulement par l'observation, mais aussi par l'expérience. On sait que cette structure décèle une certaine mobilité moléculaire, une sorte de malléabilité, dans les roches où elle a pris naissance, à la condition toutefois que celles-ci aient été soumises à des pressions suffisamment énergiques.

Sans qu'il y ait eu besoin de pressions considérables, on a pu, en malaxant l'argile pendant un temps très court, l'échauffer fort notablement. A plus forte raison, les mouvements naturels ont-ils pu élever, de même, la température

dans rintérieur de roches moins plastiques, sous les pressions énormes qui étaient en jeu, et lors même que les déplacements moléculaires n'auraient eu que peu d'amplitude.

D'un autre côté, une faible élévation de température suffit déjà pour faire naître des réactions chimiques dans des masses, telles que les roches qui nous occupent. L'eau de carrière, dont toutes sont imprégnées, et celle qui y trouvait accès, favorisaient ces réactions, qui ont dû se prolonger un long laps de temps. C'est ce que démontre la production contemporaine de silicates cristallisés, de la famille des zéolithes, dans les briques romaines, à des températures qui quelquefois n'atteignaient pas 50 degrés^

L'expérience fait donc bien comprendre que certains effets du métamorphisme régional puissent simplement dériver de la chaleur, que des actions mécaniques ont provoquée dans les roches.

Dans l'étendue d'un même bassin houiller, le combustible présente souvent de grandes différences au point de vue de la proportion des matières volatiles qu'il renferme, et l'anthracite peut s'y rencontrer en même temps que la houille proprement dite.

Cette modification se fait souvent loin de toute roche éruptive apparente : c'est ainsi, comme on l'a vu plus haut, qu'elle se présente avec une netteté remarquable, dans les bassins de Mons et de Yalencienucs, où la houille passe de l'état groi à l'état deini-gra» et à l'état maigre^ à mesure que Ton arrive à des faisceaux de couches plus profondes. La couche puissante du Creusot, dont la position est voisine de la verticale, de grasse qu'elle est vers l'affleurement, devient anthraciteuse dans la profondeur.

^ Zèolithes formées par les eaux thermales de Luxeuil (llaute-Saôue). BulUlin de la Sociélé géologique, 2* série, t. XVIII, p. 108; 1860.

Ul — 17

Mais ailleurs, des différences analogues se présentent dans des couches appartenant a un même niveau, et indépendamment de leur profondeur. Dans les monts Apalaches, d'après de nombreuses analyses rapprochées d'observations exactes sur le terrain, dont on est redevable aux frères Rogers\ l'anthracite se montre dans la région orientale, où les roches sont le plus disloquées. A mesure qu'on s'avance vers Touest, la proportion de matière bitumineuse augmente très régulièrement, de telle sorte que la perte en matières volatiles se montre en rapport avec les plissements des couches. Ce contraste a été attribué, par ces savants, à de grandes quantités de vapeur et de matières gazeuses qui seraient sorties dans les régions fracturées. Mais quand on se reporte aux coupes qui montrent l'association de Tanthracite à des couches où les plis sont aussi prononcés et aussi rapprochés les uns des autres que dans les Alpes, et qu'on tient compte des expériences qui précèdent, il parait très possible que, dans la région dont il s'agit, réchauffement produit par les actions calorifiques soit intervenu, pour déterminer une sorte de distillation lente. On peut croire quMl en est de même, et à plus forte raison, pour le combustible des Alpes, qui appartient au véritable terrain houiller et qui toujours consiste en anthracite.

Les roches pierreuses, quoique sans doute moins impressionnables par la chaleur que les dépôts charbonneux avec leurs principes volatils, présentent également des différences, selon qu'elles ont à peu près conservé leur position originelle ou qu'elles ont été fortement infléchies et contournées.

D'une part, ainsi qu'on l'a dit plus haut, page 194, dans les régions où les couches sont restées horizontales, les roches argileuses ne se présentent pas à l'état de véritables

' American Geologiat^ p. 433; 1843

GHALËlia DÉVELOPPÉE PAR DES ACTIONS MÉCANIQUES. 259

phyllades, même dans les terrains très anciens, siluriens et autres. D'autre part, des phyllades bien caractérisés, et susceptibles, par exemple, d'être exploités comme ardoises, sont connus dans des terrains comparativement récents, à la condition toutefois que ces terrains aient été disloqués : tels sont ceux que l'on rencontre dans le terrain nummulique des Alpes, du Dauphiné (Saint-Jean-de-Maurienne) et de la Suisse (Claris), ainsi que dans celui des Pyrénées.

La transformation d'argiles proprement dites en phyllades correspond à des modifications chimiques et minéralogiques fort remarquables. En général, des silicates aluniineux nouveaux, le plus ordinairement hydratés, se sont formés entre les feuillets, où ils se trouvent à un état très confusément cristallisé, souvent comme des pellicules excessivement minces. Dans les phyllades des Ardennes, d'après d'anciennes analyses de Sauvage, il s'est formé un silicate du groupe de la chlorife. Ailleurs, c'est l'ottrélite, la séricite et d'autres combinaisons. Pour les schistes carbonifères de Petit-Cœur en Tarentaise, on a une idée des réactions qui s'y sont produites par le silicate en écailles cristallines qui est venu se déposer sur les empreintes des végétaux houillers.

Les schistes gris lustrés, qui occupent un si grand développement dans le Queyras, aux environs de Bardonèche et du mont Cenis, ainsi que sur le versant piémontais des Alpes, autour du mont Viso, et que Ton rapporte, malgré leur aspect cristallin, au terrain triasique, sont très remarquables à cet égard. Comme ils ont l'aspect et l'onctuosité du talc, on les a nommés talcschistes, pseudo-talcschistes, schistes calcaréo-talqueux ; mais, comme l'a montré M. Lory, leur faible teneur en magnésie prouve que ce n'est pas au talc qu'ils doivent ces caractères. D'un autre côté, il résulte d'une analyse que M. Terreil a bien voulu faire récemment sur ma

FORKiTION BXPfiRlHENTALe DES SILICATES DANS L'EAU SUKËCHAUFFËE. 38S

Voici les angles de ce quarlzartilicie], donnés par les mesures que H. Hautefeuille a bien voulu en prendre :

Quarts arlifieiet :

e' sur e*. . *20 environ

p sur e* . . Uf.il A 14t°,55

psurp.. . 94°,5S'i 94*,I5

Quant. tTaprèi U. Det Cloln ISO

Si, au lieu d'examiner, â un faible grossissement, les cristaux de quartz ainsi obtenus, on les soumet à un grossisse-

Fig. 110. — Criitil de quarU obtenu monln nitlaineni deui tate* pligiidres di de liO diimèlret.

ment d'environ 120 diamètres, un y distingue les faceltes dissymétriques bien connues sous le nom de plagièdres. Sur

rig. lit. — Cr)il*l i» qurti obtenu ilani la dtcompoiilianldu yt dblinguc dci àtux précMwili par la lilualion i gauchs de la >érie de ilriti appartenint à la mèi

wr r«aa gurtchaurKe. Il H plagltdre; U prétenle uoe CroMlucmeat de IM diamétral.

les uns, les plagièdres sont droits (fig. 159); sur les autres, ils sont jawACT {fig. 141); sur quelques échantillons on voit deux facettes tournées du même côté et d'inclinaison dif-

CHiLEUR DËTELOPPËE PAR DES ACTIONS HÉCAHIQUES. 361

mées OU étirées et présentent une disposition ovale (dg. 118) : le rapport du grand au petit axe, lequel va du bord dorsal au bord ventral, varie souvent de 1,50 jusqu'à 1,60'. Il en est de même dans les calcaires d*Allevard, cités plus haut, page 253, à cause de la schislosilé grossière qu'ils ont acquise.

J'ajoutei-ai qu'une des ammonites du Moveran ayant été coupée en deux par le milieu, parallèlement à ses côtés, a été polie. M. Jannelaz, qui a bien voulu, sur ma prière, l'esn-

Fit. llS.-Aminonit( du grmnd Maonn. daclibilité ibennlqi

miner au point de vue de la conductibilité de la chaleur, a reconnu que les ellipses d'égale conductibilité ont leur grand axe dirigé parallèlement à la direction de l'allongement relatif maximum (fig. 118),

D'après ce que l'on vient de constater expérimentalement sur les argiles, il ne me parait guère douteux que les couches

* Ces déformations lont t distinguer de i'aplitissfment fuitsiil les côiis, qui oM Irè» fréquent et que peut cipliquei' la simple [H-eition du poids des courlics.

calcaires aient souvent éprouvé des mouvements intérieurs, assez énergiques pour acquérir ainsi une augmentation notable de température.

Le développement fréquent de la structure schisteuse dans les roches calcaires, qui ont été infléchies, conduit à la même conclusion. Entre autres exemples, je rappellerai les calcaires phylladifères et lustrés (souvent désignés sous le nom de cipolin), comme ceux qui sont si développés dans la Maurienne et dans la Tarentaise et qui sont attribués au terrain triasique, et les calcscbistes de Sembrancher (Valais), employés sous forme de grandes plaques, dans une partie de la Suisse.

La rareté des fossiles dans les calcaires tourmentés des Alpes et autres contrées, est bien connue de' tous les géologues, qui en retrouvent à grand'peine quelques débris. A part toute considération théorique sur le mode originel de dépôt de ces couches très épaisses, on conçoit que, dans les mouvements intérieurs, les fossiles n'aient pas été seulement déformés, mais aussi, qu'ils aient pu se triturer, au point de disparaître*.

Non seulement le calcaire, ainsi corroyé, a pu changer de texture et prendre un état cristallin ; mais encore, en présence de l'élévation de la température qui s'y était produite, certains minéraux s'y sont développés. C'est ainsi que la présence si fréquente de Talbite, en petits cristaux très nets, qui sont disséminés, de toutes parts, dans les calcaires du trias et du terrain jurassique de la Savoie et du Dauphiné, ne peut s'expliquer sans une élévation générale de température dans ces massifs.

* Telle est aussi l'opinion à laquelle est arrivé M. Edward Hull, à la suite de ses études précitées sur les calcaires des environs de Cork, qui sont en couches contournées et qui contiennent des fossiles déformés Journal of the geoL Society of Irtland, t. XIV, p. 113,1877).

CHALEUR DÊVELOPI'Ke PAR DES ACTIONS MECANIQUES. 263

Les qiiartzites, qui aussi sont très souvent devenues schisteux, donneraient lieu à des considérations analogues.

On a vu plus haut que, dans le malaxage, l'argile s'échauffe d'autant plus, à mouvement égal, qu'elle est plus dure, c'està-dire que les glissements moléculaires sont moins faciles et que le travail absorbé est plus considérable. D'après ce fait, on est autorisé à supposer que quand des roches, plus cohérentes que ces argiles, ont été soumises à des actions mécaniques assez puissantes pour y déterminer un certain mouvement intérieur, elles étaient dans des conditions encore plus favorables pour s'échauffer.

Dans les expériences au tonneau malaxeur, l'argile subit des mouvements gyratoires réitérés, tandis que dans beaucoup de cas naturels, lors des inflexions de couches, les mouvements peuvent avoir été plus simples et d'un moindre trajet. Mais il importe de se rappeler combien est grande l'influence de la pression sur la chaleur produite, et combien la force motrice employée dans les expériences qui précèdent est faible par rapport aux actions qui ont été mises en jeu dans les dislocations mécaniques de l'écorce du globe. Aussi parait-il bien difficile de ne pas admettre que, dans ces dernières conditions, un déplacement, même très faible, dès qu'il a été suffisant, par exemple, pour provoquer une structure schisteuse dans des calcaires ou des quartzites, n'ait pas été accompagné d'une élévation notable de température.

A part les mouvements moléculaires qui se sont produits dans les roches, en raison d'une sorte de malléabilité, les couches ont dû fréquemment frotter les unes sur les autres, pendant qu'elles se déformaient. En dehors de toute considération géométrique, le fait est mis en évidence par les stries que présentent souvent leurs surfaces de jonction, dans les Alpes, dans le Jura et ailleurs; surfaces qui, dans

quelques expériences, ont été également imitées avec leurs Stries. Ces frottements étaient accompagnés de pressions énormes et par conséquent n'ont pu s'opérer sans produire aussi une certaine quantité de chaleur, lors même que le déplacement aurait été court et que les surfaces frottantes ne se seraient pas émuillées, comme il est souvent arrivé pour les parois des failles.

D'ailleurs, dans un même massif, certaines parties ont du s'échauffer plus que d'autres.

En résumé, dans des massifs où le métamorphisme s'est développé sur de grandes dimensions et loin de l'apparition de toute roche éruptive, telles qu'en présentent bien des régions des Alpes, la chaleur qui a présidé à la transformation des roches et à l'apparition de nouvelles espèces minérales peut avoir été causée par les actions mécaniques mêmes que subissaient ces roches. La thermodynamique, qui a déjà jeté une si vive lumière sur divers phénomènes chimiques et physiques, devra porter aussi son flambeau dans la géologie.

g 3. — INSUFFISANCE DE LA CHALEUR SEULE.

Toutefois, des raisons très puissantes font croire que ce n'est pas la chaleur seule qui a agi. Lors même que la température eût pu devenir assez haute dans les roches transformées pour en opérer le ramollissement, ce qui est le plus souvent tout à fait improbable, elle serait insuffisante pour rendre compte de la diversité des effets constatés. Les observations suivantes le prouvent.

Si la chaleur seule est cause des modifications qu'on observe dans des terrains dont la puissance dépasse souvent