CHAPITRE PREMIER

CONSIDÉRATIONS PRÉLIMINAIRES SUR LE RÔLE DES AGENTS MÉTÉORIQUES DANS l'altération DES ROCHES.

Depuis longlemps raltention des géologues élail attirée sur robservalion des phénomènes de désagrégation et d'altération dos roches superficielles par les agents météoriques.

Tout le monde aujourd'hui s'accorde à reconnaître rimporlancc (pi'i! faut attribuer à l'action de l'eau, de l'air, des variations de température, des phénomènes de dilatation et de contraction qui les accompagnent, à l'action de la gelée, de l'humidité, etc., sur la plupart des roches, même les plus dures et les plus compactes.

L'action de l'un de ces facteurs : l'infiltration des eaux météoriques ou pluviales, doit nous occuper spécialement. Mais il convient de rappeler rapidement les phénomènes produits par l'ensemble des autres agents, dont le rôle et les effets, plus faciles à étudier et à reconnaître, serviront de base et de point de départ à nos recherches.

On a parfaitement reconnu que le phénomène de désagrégation superficielle, dû aux agents météoriques, s'opère sur toute la surface de Técorce terrestre.

Les inégalités du relief: hauteurs et profondeurs, tendent constamment à disparaître. Les roches désagrégées et les parties meubles, qui sont le résultat de leur décomposition, descendent le long des pentes et gagnent sans cesse des niveaux inférieurs. Les pluies et les torrents, les rivières et les fleuves entraînent ces débris en les pulvérisant de plus en plus; d'immenses dépôts sédimenlaires s'accumulent ainsi dans la mer, non loin des rivages.

Peu à peu les contours des continents se modifient, non-seulement par suite de cet apport conliiui de sédiments dus aux érosions mécaniques, mais encore à cause du double travail d'érosion et de sédimentation effectué, le long des rivages, par les vagues de la mer.

Ces causes si simples, mais si universelles, modifient et transforment considérablement la configuration des terres et des mers.

Si nous quittons ce point de vue général et que nous fixions nos regards sur la surface terrestre, presque partout nous y retrouvons, nettement caractérisées, les influences des agents atmosphériques. En effet, on sait qu'il suffit d'observer une carrière récemment ouverte, une coupe nouvelle ou un talus fraîchement coupé, pour se convaincre qu'au point de vue de l'aspect, de la coloration, de l'agrégation, de la solidité et, parfois même, de la composition du dépôt, il existe des différences très-sensibles et souvent considérables entre l'intérieur et la superficie des roches.

Ces phénomènes de désagrégation et d'altération sont produits par les agents atmosphériques. Sous leur influence, la roche s'exfolie, se fissure; certains éléments se modifient ou se dissolvent au contact de l'eau; d'autres s'oxydent au contact de l'air; les agents destructeurs pénètrent, avec les eaux d'infiltration, dans les fentes et les crevasses. En hiver, la congélation agit, non-seulement en faisant fissurer et éclater la roche divisée par les vrais coins d'eau congelée qui en occupent toutes les fentes, mais aussi, en disjoignant peu à peu les parties intactes, imbibées de cette eau de carrière, que l'on sait maintenant exister en abondance dans presque toutes les roches composant l'écorce terrestre. Toutes ces causes réunies, et d'autres encore, telles que l'action corrosive et envahissante des racines d'arbres et des

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plantes, elc, multipliées par un facteur d'une puissance illimitée : le temps, produisent des effets surprenants, dont Funiversalité commence seulement à être appréciée.

Il faudrait plusieurs chapitres pour exposer en détail rinlluence cpi'ont sur la désagrégation des roches et sur le nivellement des reliefs du sol, Veau, considérée sous ses diverses formes : himiidité, pluie, torrents, sources, rivières et fleuves, nappes souterraines, glaces, avalanches et glaciers, ainsi que Wii)-, sous forme de gaz sec ou humitle, chaud ou froid, vent, tempête et orage. lAIais, tel n'est pas, nous Pavons déjà dit, le hut de ce travail, (|ui a en vue, non ces actions mécanicpies, mais Tallération chimique des dépôts superficiels, causée par les réactions (pii s'opèrent à la suite de rinfillralion des eaux météoriques. Notre hut est de montrer (jue danscertaines conditions, fréquentes d'ailleurs à la siu'face du globe, ces phénomènes d'altération sont très-intenses et jn'ésentenl des caractères dénotant un véritable métamorphisme.

(Test pour ne pas avoir reconnu cette action (|ue l'on est si souvent arrivé à de fausses interprétations dans les relations straligraphiques attribuées aux parties altérées et aux parties normales d'un môme dépôt.

Nous verrons enfin (|ue l'inliltration des eaux météoriques donne la solution d'une foule de questions dans lesquelles l'altération des roches n'avait |)as été reconnue, ou bien avait été à tort attribuée à des influences thermales, geysériennes ou volcani(pies. Ces iiilerprélations ont donné lieu à des hy[)olhéses encombrantes et d'ailleurs inexactes. De plus, on ôtait ainsi aux phénomènes géologiques cette généralité, cette grandeur et celle unité d'aclion qui les caractérisent.

Les phénomènes d'altération |)ar infiltration superficielle ont-ils toujours passé inaperçus? Certainement non, car bien avant nos premières recherches, provoquées en 1874, par une observation due à M. le professeur Dewal(jU(>, des remanpies isolées avaient déjà été faites au sujet de cette inlluence particulière des agents météori(pies. Toutefois, l'examen de la (picsiion sous son véritable jour, c'est-à-diie au point de vue général de ses applications stratigraphiques, n'avait pas encore été er)lrepris. Personne ne parait jusipi'ici avoir entrevu la loi si simple (|ui régit l'altération chimique des dépôts super-

ficiels, phénomène qni donne naissance à un métamorphisme lent et continu, pouvant compter parmi les plus intéressantes des causes actuelles en géologie.

Les chimistes et les minéralogistes ont, surtout en Allemagne, mis nettement en relief toute l'importance du phénomène considéré au point de vue chimiq'ie et lithologique, mais les géologues straligraphes n'ont guère compris jusqu'ici le parti qu'ils pouvaient tirer de ces observations. Le plus souvent, ils n'ont cru devoir reconnaître qu'un caractère local et tout accidentel aux observations qui s'offraient à eux. Ils ont parfois reconnu la nature du phénomène : l'action dissolvante d'une eau chargée d'acide, mais ils lui ont attribué des origines extraordinaires, nécessitant des hypothèses que rien ne justillait. Lorsque, enfin, ils se sont trouvés dans la bonne voie, ils ont exposé leur manière de voir sous forme de simples essais sans jamais tenter aucune généralisation.

Nous croyons donc utile dans nos recherches sur cette question, non-seulement de faire connaître d'une manière suffisamment détaillée nos observalions personnelles, mais encore de grouper en un faisceau homogène de nombreux faits restés isolés et sans corrélation enire eux.

ftJellre en évidence la simplicité des causes relativement à la multiplicité des effets; démontrer l'universalité du phénomène, son importance au point de vue des recherches géologiques, attirer enfin Taltention des géologues sur un ensemble de faits constituant la base d'une thèse qui ne peut manquer de trouver partout à l'étranger, dans tous les terrains et sous toutes les latitudes, dos applications de toute espèce, tel est notre but! Ce caractère d'universalité ([ui doit nécessairement s'imposer et se vérifier de jour en jour sera la plus sûre démonstration de notre thèse.

L'action des infiltrations superficielles ne se borne pas à produire des altérations dans les roches de la surface, ou bien dans celles en contact avec les nappes souterraines; elle donne également lieu à une importante série de |)hénomèncs hydro-chimiques et de pseudomorphoses dans l'épaisseur de l'écorce terrestre. Ces phénomènes ont été dans ces dernières années l'objet des éludes d'un nombreux groupe de minéralogistes et de chimistes étrangers, qui ont moiilié le rôle important, non soupçonné auparavant, de l'eau d'infiltration dans la formation des minéraux et des roches.

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Le Traité de géologie et de paléontologie de Crediier, dont la Iraduclion française a été publiée il y a deux ans ', contient un excellent résumé de ces résultats si nouveaux et si intéressants.

Pour en revenir à l'étude plus spéciale qui fait l'objet de ce travail, c'est-à-dire à l'altération chimique et au métamorphisme des dépôts superficiels, voyons maintenant la nature exacte des agents concourant à la production de ces phénomènes, et examinons rapidement leurs rôles respectifs.

On sait que l'eau de pluie contient à l'étal de dissolution de l'oxygène et de l'acide carbonique. Ainsi, M. Peligot a constaté qu'un litre d'eau de pluie contient en dissolution 2S centimètres cubes de gaz, dont 31.20 "/o d'oxygène et 2.40 "/o d'acide carbonique, c'est-à-dire une quantité plus notable de ces deux gaz qu'il n'en existe proportionnellement dans l'air atmosphérique.

D'autre part, il est établi que l'eau de pluie s'assimile, pendant son infiltration dans le sol, et surtout dans un sol végétal, une quantité supplémentaire, souvent considérable, dacide carboni(iue.

Il a été démontré que les gaz tenus en dissolution dans l'eau sont, en grande partie, absorbés lors du passage de celle-ci au travers de corps poreux, comme le sont la plupart des roches. Cette absorption provient surtout des réactions qui s'opèrent lorsque l'acide carboni(|uc et l'oxygène dissous dans l'eau se trouvent en contact avec les éléments calcaires, ferreux, etc., des dépôts traversés. L'acide carbonique disparait presque enlièremenl; l'oxygène diminue dans une proportion notable.

Ainsi l'expérience qui a été faite par MM. Lefort et Poggiale sur du sable quartzeux pur (moins favorable cependant que tout autre aux réactions chimiques) a démontré que de l'eau contenant en dissolution 7'^'=18 d'oxygène ne renfermait plus, après le filtrage au travers de ce sable, que 5"91 du même gaz.

Le gaz en dissolution dans l'eau de pluie est, nous l'avons dit, infiniment plus riche en acide carbonicpie et en oxygène que l'air atmosphérique. Par suite, l'eau pluviale qui s'infiltre au travers des dépôts superficiels et qui

' CnEDNEii, Traiii de géologie, traduit de l'allcmanil sur la lioisièmc édition par R. Monicz. Paris, 1878.

s'y élalc souvcnl on nappes élcnduos, consliliie un agent d'ox} dation et do dissolution bien plus puissant (pie Pair alniosphé'iique.

On sait que Peau chargée d'acide carbonique est un puissant dissolvant du calcaire. Mais les altérations des dépôts supcrtîciels ne sont pas limitées aux seules roches calcaires; le contact des eaux atmosphériques sulïit pour décomposer la nombreuse série des roches feldspathiques, pour réduire en terres meubles ou en argiles plastiques les roches schisteuses, pour modifier ou dissoudre certains éléments de ces dernières et surtout des roches silicatées.

Diverses expériences ont été faites à ce sujet. Elles ont démontré que la solubilité des roches dans l'eau pure et surtout dans l'eau chargée d'acide carbonique, est infiniment plus grande (pi'on ne serait porté à le croire.

L'oxygène en dissolution dans les eaux météoriques, celui provenant de l'air eniraîné mécaniquement dans le sol avec les eaux pluviales et enfin celui de l'air qui baigne les dépôts superficiels, donnent lieu, sous Pinlluence de l'humidité, à des phénomènes d'oxydation variés et très-accenlués. La glauconie éparse dans les dépôts, les sels ferreux si généralement ré|)andus dans les roches calcaires, marneuses, etc., s'oxydent et se transforment en sels ferriques, qui colorent en jaune ou en rouge les particules argileuses ou limoneuses dégagées par la dissolution du calcaire.

Le résidu de celte décomposition, s'infillrant, avec les eaux, dans toute la masse du dépôt, en modifie profondément la coloration. Celle-ci varie du vert au jaune, du brun au rouge, suivant la nature des matières altérées, la proportion des sels ferreux ou de la glauconie et enfin suivant rinlensilé plus ou moins grande des phénomènes d'oxydation.

La disparition des fossiles dans les roches calcarifères meubles, consé- (jnence inévitable de la dissolution des éléments calcaires, est généralement accompagnée de phénomènes divers : tassement des dépôts, disparition des lignes de slralificalion, dissolution du ciment calcaire des bancs durs, apparences d'érosions et de ravinements, poches, puits, etc., qui doivent infailliblement dérouler l'observateur non prévenu. Celui-ci croira qu'au lieu d'une simple altération sur place et de métamorphisme actuel, il se trouve en présence de ravinements et d'érosions profondes, de séparations de couches et de dépôts d'origine et d'âge distincts. Il sera ainsi induit en erreur dans ses

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conclusions sur l'appréciation des phénomènes et sur la succession géologi(|ue des depuis observés.

La dissolution du carbonate de chaux dans un calcaire siliceux, les modifications des roches siliceuses elles-mêmes, la production si constante dans ces phénomènes d'altération, de résidus argileux rougeàlres, les apparences d'érosion et la corrosion des dépôts sous-jacenis feront aussi invoquer rinfluence de sources acides, d'actions hydro-thermales, d'éjaculalions geysériennes, de ruissellements d'eaux acidulées d'origine interne, etc. Et cependant tous les phénomènes observés ne sont que la conséquence naturelle de l'inlillralion des eaux almosphéricpies, chargées d'acide carboni(|ue et ayant pu agir pendant un laps de temps suflisant.

Au premier abord, il paraîtra peut être étonnant (pie l'eau et ses gaz, avec leurs effets d'oxydation et de dissolution, puissent produire des modifications si considéiables dans les roches et dans les dépôts superficiels. iMais il ne faut pas perdre de vue l'induence toute puissante du temps. Comme facteur de l'air atmosphérique, agent peu énergi(|ue s'il en est, le temps produit des phénomènes de désagrégation et d'altération que personne ne songe à nier, tant ils sont puissants et universels sur la surface terrestre.

Puis(|u'il faut rechercher dans l'infiltralion des eaux pluviales l'origine de l'altéi'ation des dépôts superficiels, les |)hénomènes qui en résultent ne peuvent être localisés dans une région ou dans un terrain déterminés. La conséquence logi(|ue de cet état de choses doit être celle-ci : partout où il y a des dépôts calcarifères, des roches calcaires, argileuses, mélallifères, feldspathiques, voire même siliceuses et cristallines, soumises à des phénomènes d'infiltration par les eaux météoritiues, partout enfin où ces dé|)ôts, plus ou moins meubles ou perméal)les, ne sont pas piolégés contre les influences atmosphériques, soit par leur situation, soit par des couches imperméables ou d'autres modes de protection, partout aussi apparaîtront les phénomènes d'altération et de métamorphisme que nous allons décrire.

Par leur essence même, ceux-ci doivent être aussi universels dans leurs effets que dans leur cause.

Si ces lois du métamorphisme par infiltration sont vraies en un point, elles doivent l'être sous toutes les latitudes el dans toutes les formations, dans

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lous les (lépôls superficiels. Elles oui dû agir à toutes les épo(|ues de la formation terrestre, du moins sur les continents et dans les régions émergées. L'intensité seule du phénomène a pu varier, comme elle varie encore aujourd'hui. Il n'est enfin pas douteux (jue, l'attention des géologues étant suflîsamment attirée par l'étude de cette intéressante question, l'on ne découvre de nombreuses a|)plications, confirmant nos observations personnelles et montrant partout l'action de ces phénomènes, non-seulement sur les dépiMs superficiels de l'écorce terrestre actuelle, mais encore sur ceux qui constituaient la surface du sol émergé pendant les diverses phases de l'histoire de la terre.

Avant de passer en revue l'action des infiltrations superficielles, c'est-à-dire de l'eau chargée d'oxygène et d'acide carboni(jue sur les diverses espèces de roches constituant l'écorce terrestre, nous ferons remarquer que nos recherches personnelles, ayant principalement porté sur les terrains tertiaires de la Belgique, c'est-à-dire sur des sédiments généralement calcarifères, il en résultera poui" le chapitre consacré aux roches calcarifères, une extension plus considérable que pour les autres. Cela offrira d'autant moins d'inconvénient que c'est surtout dans les dépôts calcaires que les phénomènes d'altération se présentent dans toute leur intensité et avec la plus grande diversité d'effets; aussi, est-ce dans ces dépôts que l'étude des altérations présente le plus d'intérêt au point de vue des déductions géologiques et stratigraphiques.

Bien que notre travail comprenne un grand nombre de faits et d'observations, il n'est pas douteux que bien des applications nous auront échappé. La thèse que nous présentons en fournit de si variées, nombreuses et universelles même, que nous ne saurions raisonnablement espérer avoir tout embrassé.

Sans plus tarder, nous allons maintenant examiner successivement l'action des altérations par infiltration des eaux météoriques dans les roches feldspathiques, métallifères, siliceuses, schisteuses, argileuses et calcaires. En même temps, nous montrerons quelques-unes des applications stratigraphiques auxquelles ces études ont donné lieu dans le cours de nos recherches.