V. — Roches ailcaires

Les roches calcaires sont extrêmement sensibles à l'action des agents météoriques; les altérations qu'elles subissent sont parfois si profondes que le résidu de la plupart d'entre elles devient méconnaissable.

Déjà, le simple contact de l'air suHil parfois pour modifier complètement la couleur de la roche. C'est ainsi que les calcaires aux(|uels une certaine quantité de matière organi(|ue donne une coloration foncée, bleuâtre ou noirâtre, pâlissent et blanchissent rapidement au voisinage des fentes el sur les surfaces exposées aux intempéries cl aux infiltrations de l'eau atmosphéri(pie. C'est le résultai d'une sorte de combustion lente — au contact de l'air ou de l'oxygène en dissolution dans les eaux météoriques — des particules foncées de carbone contenues dans la roche.

Les calcaires riches en sels ferreux prennent, au contraire, une teinte |)lus foncée, généralement brimâtre ou rougeâtre, par suite de la péroxydation produite au contact de l'oxNgène en dissolution dans les eaux, ou contenu dans l'air atmosphéri(pie.

Presque toutes les roches calcaires contiennent des sels ferreux, même celles qui au premier abord en paraissent dépourvues. Telles sont la plupart des roches crayeuses, les calcaires blancs compactes, etc.

Nous citerons, par exemple, les roches jurassiques de la côte d'Eza et de Menton, dont la surface devient, par oxydation des sels ferreux, enliérenienl

rouge, mais qui, à l'inlérieur, sont parfois d'une blancheur parfaite, et ne décèlent à la vue aucune trace d'éléments ferreux.

Certaines roches, fortement altérées, montrent des modifications si profondes qu'une observation superficielle aurait peine à les faire se rapporter simplement aux phénomènes d'oxydation et de dissolution produits par les agents météoriques. Il en est ainsi, par exemple, pour certains grès calcariféres, bleus ou verdàlres, du système ahrien, dans la haute Belgi(|ue. La couleur brune de la roche allérèe résulte de l'oxydation des sels ferreux qu'elle contient parfois en abondance; sa structure celluleuse provient de la dissolution du carbonate de chaux qui formait le test des fossiles, et enfin sa friabilité est la conséquence de l'enlèvement, par les eaux d'infiltration, du ciment calcaire unissant les grains quartzeux de la roche.

La grande solubilité du calcaire dans l'eau tenant en dissolution de l'acide carbonique est un fait bien connu, appuyé d'ailleurs par de nombreuses expériences de laboratoire. Les eaux météori(|ues, toujours chargées d'acide carbonique, surtout après avoir traversé un sol végétal, constituent donc, avec l'aide du temps, un puissant agent de dissolution des dépôts calcaires.

Cette action des eaux météoriques sur le carbonate de chaux se manifeste souvent d'une manière très-sensible, bien que sur une échelle restreinte, dans certaines roches schisteuses fossilifères anciennes, exposées aux intempéries ou aux infiltrations superficielles.

Les fossiles, s'ils sont calcaires, ont alors disparu par dissolution du carbonate de chaux, et il ne reste plus à leur place qu'une quantité de cavités et de moules externes pouvant, lorsqu'ils sont abondants, donner à la roche un aspect celluleux tout particulier.

Les couches devoniennes de la Belgique, très-développées dans une région où les eaux sont vives et fortement chargées d'acide carbonique, fournissent de nombreux cas de ce genre.

Certaines roches calcaires contiennent des fossiles spalhisés, agathisés ou silicifiés, ce qui rend ceux-ci plus difTicilemenl attaquables que la gangue calcaire dans laquelle ils sont contenus. Sous l'influence des intempéries et du ruissellement des eaux pluviales, la roche calcaire s'altère et, se dissolvant

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. S3

peu à peu, met graduellemenl en liberté, el bien conservés, les organismes priniilivemenl conlenus dans son sein.

Il en esl de même pour certains calcaires jurassiques avec fossiles silicifiés, donl le résidu dalléralion, parfois désigné sous le nom {Yargile à chailles, constitue de riches gisements fossilifères.

Ce mode de dégagement des fossiles n'est pas rare dans les roches primaires de la Belgicjue, où nous l'avons bien souvent observé; il se remarque parlicuiièremenl dans le calcaire carbonifère de Tournai.

Les sels ferreux des roches calcaires altérées donnent généralement au résidu meuble résullanl de Tatlaque de la roche une coloration rougeâtre très-caractéristi(|ue, produite par Toxydalion de ces éléments ferreux. Cette coloration rougeàlre est très-constante dans les dépôts calcaires altérés, et ce caractère, joint à Tab^ence du carbonate de chaux, permet bien souvent de reconnaître à première vue Porigine des dépôts superficiels formés par altération chimique des roches du sous-sol.

Les roches calcaires de divers étages géologifjues se montrent souvent recouvertes, dans les régions où elles aflleurent, d'un manteau terreux, de coloration rougeâtre, tantôt argileux, tantôt sableux, dépôt d'épaisseur variable et dont les géologues ne s'expliquaient pas bien l'âge, ni le mode de formation. Parfois, au lieu d'une couche uniformément étendue sur la roche calcaire sous-jacente, on a constaté la présence de poches ou d'entonnoirs remplis de ces mêmes matières rougeàtres , el Ton a remarqué que ces cavités, souvent très-profondes, paraissaient suivre des directions déterminées.

Parmi les dépôts de ce genre, nous citerons, par exemple, ceux observés par !M. Guignet ' au milieu des roches calcaires du lias, de la grande oolithe et du forest-niarbre de la Haute-Marne, el ceux mentionnés par M. A. Ârcelin dans les roches jurassiques des environs de Màcon -.

Les mêmes phénomènes se retrouvent, bien accentués, dans les calcaires devoniens de la Belgique.

' Comptes rendus de l'hisiitut, 1869, t. LIX, p. 1028.

* Les formations tertiaires et quaternaires des environs de Mdcon (Annales de l'Acad. de Macû.n. Paris, 1877).

5(i LES PHENOMENES D'ALTERATION

3L G. Colloaii a fait des observai ions analogues dans le déparicment de rYoïine, sur un grand nombre de points des étages balhonien, oxfordien et corallien. Partout où ces dépôts rougeàlres ont été observés, dit iM. Cotleau, la roche (|ui leur sert de réceptacle est abrupte et présente des traces évidentes d'érosion. Les poches, qui atteignent parfois 10 à 12 mètres de profondeur, sont remplies de sables et d'argiles rouges et contiennent du minerai de fer.

Ces dépôts meubles, oxydés, privés de carbonate de chaux et remplissant les poches de la roche calcaire corrodée, ou bien s'étendanl à la surface, ne sont autre chose évidemment que le résidu de la dissolution du calcaire, par suite de riniillialion des eaux ainiosphéri(|ues chargées d'acide carbonique, agissant, soit sur toute la superficie du dépôt exposé aux agents météoriques, soit sur des parties localisées plus particulièrement exposées. L'alignement des entonnoirs, ou poches d'altération, peut provenir de la présence de failles ou de fractures constituant des zones linéaires d'attraction et d'écoulement pour les eaux d'infdiralion, ou encore de la disposition particulière des dépressions du sol, influençant directement l'écoulement des eaux auxquelles sont dues les altérations de la roche.

La terre rougeâtre qui recouvre généralement les affleurements calcaires de beaucoup de contrées — et qui, sous le nom de lerra rossa, est si bien développée dans la Carniole, par exemple — n'est autre chose que le résidu des roches calcaires sous-jacentes, infiltrées par les eaux atmosphériques.

La latérile, dépôt terreux rougeâtre, qui occupe de grandes étendues dans les régions tropicales de l'Inde et de l'Amérique du Sud, et qui a été observée en Chine sous des alluvions et des dépôts modernes, représente, on l'a parfaitement reconnu, le résultat de la décomposition profonde, non-seulement des roches calcaires sous-jacentes, mais encore des roches feldspathiques, schisteuses, gréseuses, etc., que l'on voit d'ailleurs insensiblement passer à l'état de latérile dans la partie supérieure. Comme l'a fait judicieusement remarquer M. de Richlhofen ', il est aisé de comprendre que les pluies abondantes et la végétation luxuriante des régions tropicales doivent singulière-

' Voir Nelmayer, Aiilcituny zu icisseimchaftlklien Ueuiaclitangen uiif Reisen, etc., I87j.

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. o7

ment favoriser la désagrcgalion et la décomposition du sol : sous ces climats si différents des noires, les eaux méléoricjues, abondantes, chaudes, Irèschargées d'acide carbonique el d'acides végétaux, attaquent rapidement et profondément toutes les roches (|u'elles rencontrent.

M. de Richlhofen est ai)solumenl dans le vrai lors(|u'il dit que le remaniemenl, par les eaux, de dépôts analogues à la latérite el ayant la même origine, mais entraînés ensuite dans des estuaires ou dans des mers peu profondes, pourrait, en s'appli(|uant à des époques reculées de Piiistoire de la terre, servir à expli(|uer la formation des grès rouges triasi(iues et devoniens ainsi que celle d'autres dépôts analogues.

Sir Ch. Lyell ' faisait remarquer à ce sujet (|ue, pour se rendre compte de la formation de dépôts de limon el de sables rouges observés en divers points de l'écorce lerreslre, on n'avait (pi'à supposer une simple désagrégation de schistes cristallins, ordinaires ou métamorphiques. A l'appui de celle opinion, il signalait, dans la partie orientale des Grampians d'Ecosse, au nord de Forfarshire, des montagnes de gneiss, de micaschistes el de schistes argileux (jui sont recouvertes par un dépôt déiivanl de la décomposition de ces roches : ce résidu, teint par l'oxyde de fer, est précisément de la même couleur que le vieux grès rouge des Lowlands (terres basses) du voisinage. Il suflirail, ajoute le consciencieux observateur, que cet alluvium fût entraîné à la mer ou dans un lac pour (pi'il formât des couches de grès ou de limon jaune absolument semblables au vieux el au nouveau grès rouge de l'Angleterre, ou bien encore aux argiles et aux grès rouges des dépôts tertiaires de l'Auvergne.

L'absence généralement constatée de coquilles fossiles dans divers terrains anciens ou récents, riches en oxyde de fer el présentant les caraclères lilhologiques caraclérisques du grès rouge, est une conséquence inévitable du mode de formation de ces dépôts : résidus altérés, oxydés et décalcifiés, de roches calcaires, feldspalhiques ou schisteuses préexistantes et ayant été soumises pendant des périodes d'émergence aux forces destructives et dissolvantes des agents météoriques.

' I.vtl.L, hlrnieiils ili- yi-ologie, C éd., l. Il, p. 47.

La formalion des grès, des nodules ou rognons de diverses natures disséminés dans cerlaines roches, celle des poudingues, elc, se rattachent trèsinlimenient aux phénomènes d'altération par infdlralion. En effet, la dissolulion des éléments calcaires donne lieu à une saluralion plus ou moins forte des eaux d'infiltration. En descendant dans le sein des dépôls sous-jacents, ces eaux changent donc de propriétés, et, de dissolvantes qu'elles étaient, deviennent incrustantes. Elles agglutinent et cimentent alors les sables, les galets, et les changent rapidement en grès et en poudingues.

Nous nous bornerons, sans insister davantage, à rappeler simplement ce phénomène, d'ailleurs bien connu. H a été vérifié, non-seulement par de curieuses expériences de laboratoire ', mais encore dans la nature. Il se reproduit même jus(|ue dans les eaux de la mer. La formation des grès récents s'observe surtout sur les plages calcaires des régions chaudes, où l'évaporation des eaux de la mer, très-chargées de sels calcaires, étant fort rapide, l'apport continu du ciment abandonné par elles est considérable. Virlet d'Aoust - dit avoir constaté sur les plages sablonneuses de la Grèce la formation de grandes plaques et même de couclies de grès, par l'agglutination des sables du rivage au moyen du ciment calcaire fourni par la mer.

Dans son intéressant livre, récemment publié : Sur les causes actuelles en géologie ^, M. Stanislas Meunier dit que « dans la mer des Antilles, par exemple, les flots sont à 32" et déposent en abondance par évaporation le calcaire qu'ils dissolvent. Celui-ci cimente le sable des grèves et donne lieu rapidement à des roches aussi dures que nos meilleures pierres de construction. Sur les côtes de l'Ascension, Darwin a trouvé un de ces calcaires dont la densité, égale à 2.63, est à peu près celle du marbre de Carrare. En plusieurs endroits de la « Côte Ferme » on exploite activement des carrières de ces pierres maritimes pour les constructions, et les excavations sont promptement remplies par de nouveaux matériaux.

* s. Meu.mer, Les causes actuelles en géologie et spécialement dans l'histoire des tei-rains stratifiés. l'ai-is, 1879; in-8°.

* Virlet d'Aolst, Phénomènes géologiques observés dans la tranchée dans la rue de Rome, elc. (Blll. Soc. géol. de France, '2' sér., t. .X.XII, p. 130, I8G4).

^ Loc, cil.

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. S9

» Sur les rives de la Mer Roiige, les blocs de roches apportés par les (orrenls sont, en quelques semaines, compris dans un solide conglomérai.

» Dans les mers moins chaudes le même phénomène se reproduit encore quelquefois, mais sur une échelle moins grande. Par exemple, sur les côtes seplenirionales de la Sicile, les eaux à 48" déposent entre les galets du littoral un ciment calcaire, qui les convertit en poudingiies... Sur les côtes de la .^léd il erra née elle-même, des fails analogues se |)roduisent; des calcaires coquilliers et sableux, de cimentation actuelle, y ont été recueillis en maintes localités.

» Enfin, de plus en plus rare vers le nord, le phénomène a encore lieu dans rAtlanlique et même dans la mer du Nord. »

Les eaux météoriques ou d'infillralion, chargées des sels calcaires enlevés par dissolution aux parties superficielles de Técorce terrestre, doivent à fortiori donner lieu aux mêmes résultats. Nous avons nous-même constaté le long des falaises crétacées de la côte comprise entre Douvres et Folkeslone, des zones plus ou moins étendues, où la ceinture de galets qui s'élend au pied de cette côte crayeuse se trouvait changée en un poudingue assez résistant pour subir, sans se désagréger, les assauts furieux des tempêtes et des marées d'équinoxe. Ces poudingues s'observaient au voisinage de filets d'eaux et de sources sortant du bas de la falaise crayeuse; ils étaient dus par conséquent à l'action agglutinante des eaux méléori(pies ou d'infiltration ayant dissous une certaine proportion de sels calcaires pendant leur passage au travers du massif crayeux de la falaise.

Les poudingues qui s'observent fréquemment en Belgi(|ue à la base de certains sables glauconifères , devenus quaternaires par remaniement fluvial de strates éocènes ou pliocènes, et que les observateurs ont jusqu'ici confondus avec les dépôts diestiens, sont encore un remarquable exemple des phénomènes d'agglutination résultant de l'infiltration des eaux superficielles. C'est ainsi que nous avons constaté, au Mont de la Musique près Renaix (Hainaut), une décomposition de la glauconie ayant donné lieu à la formation d'un ciment ferrugineux, qui a empâté les cailloux et galets en les agglutinant en |)Iaques limoniteuses. Celles-ci sont parfois devenues si dures et si résistantes qu'elles se brisent sous le choc comme une matière homo-

gène et se divisent en fragments qui sectionnent indifféremment les cailloux de silex et le ciment qui les relie.

Presque tous les poudingues quaternaires, à ciment calcaire ou ferrugineux, qui ont élé signalés dans diverses régions doivent leur origine à la même cause. Nous citerons, entre autres, ceux du delta du Var, étudié par M. de Rosemont ', lequel a parfaitement reconnu le rôle des infiltrations dans la production de cette roche.

Il va sans dire que la même ex|)licalion peut se donner pour un grand nombre de poudingues qui se sont formés dans les temps géologiques, par suite de phénomènes d'agglutination indépendants de l'influence marine et après rémergence des galets constituant ces poudingues anciens.

Au contact des argiles, qui arrêtent les eaux d'infiltration chargées de sels ferreux et de résidus divers, il se forme souvent des niveaux de concrétionnements limoniteux ou aulres, pouvant donner lieu à des erreurs d'interprétation straligraphique.

De minces zones de limonite, devenues fragmentaires sur place par suite de modifications de pression dues aux variations de Fhumidilé des dépôts, paraissent parfois représenter, non un simple niveau de concrétionnement, mais des zones de roches anguleuses, analogues à celles que l'on voit à la base de certaines de nos couches glauconifères, etc.

Ce cas a été constaté par nous dans la tranchée du chemin de fer de Tongres à Sainl-Trond, au second pont à l'est de la station de Looz. On y voit l'argile rupelienne surmontée des sables blancs dits « bolderiens » représentant la phase d'émersion du dépôt rupelien. Les deux couches se relient en passant de l'une à l'autre d'une manière insensible, sur une longueur d'environ 1000 mètres. La liaison est absolue, indiscutable.

Or, en certains points de la tranchée on peut, surtout à répo(|ue des fortes sécheresses, constater vers le haut de la masse inférieure argileuse l'existence d'un niveau de concrétions limoniteuses en petits fragments irré-

' A. DE Chambriw de Rosemo.vt, Fliides (jéoloqiques sur le Var et le Rhône pendant lex périodes tertiaires et quaternaires, elc. Paris, 1873. (Extr. A.n.n. Soc. lettres, sciences, etc., DES Alpes siaritimes.)

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 61

guliers paraissant indiquer clans Pépaisseiir du massif un niveau séparatif à élénienls triturés et remaniés.

Dans d'autres localités du Limbourjï, le même dépôt argileux rupelien est représenté par nn faciès un peu diiïérent : Targile schistoïde. Sa surface est parfois fortement altérée. On y remarque alors des niveaux de gros fragments anguleux et irréguliers d'une roche brunâtre, paraissant représenter des débris concassés et à |)eine roulés d'une roche limoniteuse, bien différente du dépôt argileux dans lecpiel ces fragments semblent empâtés.

Ce n'est qu'en brisant ces blocs, (pii sont très-durs, (pi'on peut reconnaître qu'ils ne sont autre chose (pie le résultat d'un phénomène d'altération et de concrétionnement sur place. Ils sont formés de zones limoniteuses concentri(|ues emboîtées, ayant chacune la forme de la surface extérieure du bloc et alternant parfois avec des cavités plus ou moins régulières, affectant la même disposition.

Les angles aigus ainsi (|ue les surfaces planes, diversement agencées, de ces blocs limonileux résultent de la schislosité de la roche primitive.

Il est permis de croire que des cas de ce genre, observés par Duinont eu d'autres points du rupelien du I. imbourg, ont contribué à lui faire établir, entre l'argile rupeliemie et les sables bolderiens (pii les surmontent, la ligne de démarcation qu'il a admise à la base de ces sables, constituant en partie son « système bolderien » .

Outre les phénomènes secondaires d'agglutination et de concrétionnement qui résultent de l'altération des roches calcaires par suite de rinllllration des eaux méiéori(pies, il en est d'autres encore dont l'étude, faite avec soin, donnera lieu à des résultats importants dans leurs applications géologi(pies. Nous voulons parler des dépôts locaux formés au sein des roches par le filtrage des eaux superficielles chargées des résidus des dépôts calcaires, et qui, après avoir eftectué leur œuvre de dissolution et d'oxydation, se rassemblent dans les fissures, les fentes et les cavités de la roche. Os eaux chargées de résidus limoneux, argileux, ferrugineux, ou bien contenant eu dissolution des sels de toute nature, doinient naissance à des dépôts terreux, argileux ou métalliques disposés en amas, en poches ou en filons suivant la forme des cavités que ces eaux rencontrent au passage et approfondissent de plus en plus.

En Belgique, les terrains anthraxifères, el noiammeni le calcaire carbonifère, offrent de nombreux exemples de ces dépôts, où dominent surtout les éléments argileux et ferrugineux, el dont l'origine a donné lieu à des recbercbes qui jusqu'aujourd'bui n'ont guère éclairci la question.

Les illustres maîtres de la géologie belge : d'Omalius el DumonI, ont défendu avec autorité el conviction l'hypothèse de l'origine geyserienne ou interne de ces argiles rouges el de ces filons métallifères; celte opinion a été adoptée par leurs successeurs.

On ne peut nier (|u'en certains points, comme aux environs de Spa, par exemple, des eaux thermales, ou d'origine interne el chargées d'acide carboni(|ue, ne donnent encore actuellement naissance à des dépôts du même genre que ceux aux(iuels nous faisons allusion, et il est probable que celle cause, avant pu se présenter à plusieurs reprises, peut, dans certains cas, être invoquée à juste titre. Mais de là à accepter cette explication comme générale, il y a loin !

On noiera d'abord que l'élude des phénomènes d'altération par infiltration des eaux météori<|ues fait retrouver dans les résidus des zones altérées toutes les substances qui s'observent dans les poches, filons et cavités de nos terrains anthraxifères : minerais de fer ou autres, argiles rouges, lilhomarge, ainsi que les résidus quelconques oxydés el décalcifiés, surfaces corrodées, etc. Cela ressortira clairement de l'ensemble des ol)serva(ions que nous avons réunies dans le présent chapitre des roches calcaires.

Les argiles rouges, el la lithomarge en particulier — dont l'origine geyserienne parait si constamment admise |)our les gisements de nos terrains anthraxifères — se retrouvent avec les mêmes caractères el avec des relations identiques dans les puits naturels de la craie, dans les poches d'altération d'autres dépôts calcaires compactes, indiscutablement exempts d'intluences internes.

Nous les avons encore retrouvées parfaitement caractérisées vers la base des poches d'altération du diluvium rouge, dans le bassin de Paris, partout enfin où les eaux superficielles ont vivement attaqué et modifié des dépôts Irès-calcarifères.

Les eaux d'infiltration pourvues de leurs propriétés oxydantes el dissolvantes peuvent, grâce au temps, produire des effets bien plus considérables

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 63

el surtout plus universels que tout autre agent d'altération. Les agents internes, au contraire, doivent, par le fait même de leur extrême localisation à la surface du globe, être relégués au dernier plan. On ne saurait d'ailleurs raisonnablement attribuer à Taclion de ces agents runiversalilé constatée dans la distribution des gisements d'argiles brunes ou rouges, de minerais de fer, etc., dans les liions el crevasses, ainsi qu'à la surface de toutes les rocbes calcaires quelconques et surtout la répartition de ces gisements dans des contrées incontestablement soustraites aux inlluences internes.

Lorsque des dépôts meubles, sableux et calcarifères, se trouvent soumis à l'induence de l'inlillration des eaux météoriques, les pbénomènes d'altération qui en résultent présentent un intérêt tout particulier, par suite des apparences trompeuses auxquelles ces pbénomènes donnent généralement lieu.

Presque toujours, dans ce cas, la zone superficielle altérée privée de fossiles et modifiée dans la plupart de ses caractères, devient méconnaissable, au point de paraître former un dépôt distinct, reposant en discordance sur la couclie non altérée, qui parait ravinée par elle.

C'est là un cas lrès-lré(iuent, sur lequel l'attention des géologues n'a guère été attirée jusqu'ici.

Nos éludes géologi(pies sur les couches tertiaires de la Belgique, riches en dépôts calcarifères sableux, nous ont l'ail rencontrer de nond)reux cas de ce genre : cela nous a permis d'élucider divers problèmes que n'avaient pu résoudre jusqu'ici les géologues (pii les avaient étudiés sans l'aide des lumières apportées par la question faisant l'objet de ce travail.

Simultanément avec ces recherches, ou plutôt peu après la |)ublication des premiers résultats obtenus, des observations identiques aux nôtres ont été faites dans les dépôts tertiaires de l'Angleterre par plusieurs géologues ayant également compris le rôle de l'infiltralion des eaux météoriques dans l'alléralion des dépôts superficiels. Depuis lors, les communications personnelles qui nous ont été adressées en confirmation de nos observations, el les adhésions nombreuses acquises dans ces derniers temps aux vues que nous avons exposées, montrent l'extension rapide à laquelle est appelée celle étude, ainsi que la simplification considérable qu'elle est destinée à apporter dans les recherches stratigraphiques el géogéniques.

Oi LES PHEN03IEi\ES D ALÏEKATIOIN

Sans enirer ici dans des détails pouvanl mieux trouver leur place dans des travaux spéciaux, nous croyons utile d'examiner rapidement ce (|ui se passe lors(pie les dépôts superficiels ou bien ceux du sous-sol, soumis aux phénomènes d'alléralion par inlillration pluviale, sont meubles et calcarifères.

Grâce au pouvoir dissolvant de lacidc carl)oni(iue contenu dans les eaux atmosphériques, le carbonate de chaux du dépôt se dissout peu à peu et se trouve bientôt complètement éliminé. Les fossiles et les débris calcaires quelconques, devenant d'abord friables el tombant en bouillie sous les premières atteintes de Peau d'infiltration, se décomposent bientôt entièrement et disparaissent, lorsque cet agent dissolvant a |)u agir pendant un temps suffisamment prolongé.

La glauconie éparse dans le dépôt se décolore et verdit; si le phénomène s'accentue, elle se décompose ; Thydrale ferrique, alors mis en liberté, im|)règne toute la masse du dépôt el la colore en jaune ou en rouge. Lorsque l'altération est moins avancée, les grains (piartzeux mis à nu par l'enlèvement du calcaire el mélangés avec la glauconie verdie ou oxydée, donnent à l'ensemble du dépôt, privé de calcaire et humecté d'eau, une coloration verdâtre ou jaunâtre parfois Irès-accenluée. La surface de contact entre les zones intactes el les zones altérées, souvent ondulée, esl le plus souvent irrégulièrement déchiquetée el apparaît dans les coupes sous forme de poches d'érosions el de sillons capricieux, résultats de l'inégale perméabilité des divers points du dépôt, rarement homogène dans toute sa masse. La section du terrain ainsi modifié rappelle, mais avec une évidente exagération dans les décou|)ures, l'aspecl d'une ligne de ravinement ou d'érosion mécanique (voir fig. 5 '). Celte circonstance, jointe à une modification profonde de l'aspect el de la cololation de la zone altérée, ainsi qu'à l'absence de débris oiganiques — qui s'oppose à la détermination paléonlologique de l'âge du dépôt — a généralement induit en erreur les géologues qui se sont trouvés en présence de ce

' CeUe figure, ainsi que celles qui suivcnl , ne représentent pas fies conpcs idéales, mais des sections de terrain, relevées pour la plupart dans les sables calcarifères de 1 éoeène moyen des environs de Bruxelles. Nous les avons extraites de nos carnets d'excursion, pensant qu'il était préférable, dans les considérations qui vont suivre, de ne nous occuper que des cas réellement observés par nous sur le terrain.

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. OS

cas, très-fréquent d'ailleurs. Ils ont pres(|ue toujours été amenés à considérer comme dépôts distincts, d'origine et d'âge dilïérenls, les zones superficielles d'altération paraissant recouvrir en discordance les parties sous-jacenles non altérées.

A Sable meuble calcarifère. B Zone altérée (décalci£ée et oij'dée).

Il suffira de rappeler les principaux résultais de nos recherches sur les couches du bassin tertiaire belge, pour prouver rinconleslable ulililé qu'offre l'applicalion de la thèse des altérations par infiltration à l'élude stratigraphique d'une région déterminée.

Mais auparavant, nous croyons ulile d'exposer, d'une manière plus détaillée, les diverses conditions dans lesquelles peuvent se produire ces phénomènes d'altérations au sein des dépôts meubles calcarii'èros, d'indiquer leurs effets variés et enfin de rappeler, en les précisant, certains modes de vérification permettant de reconnaître l'existence de ces actions d'altération et de métamorphisme hydro-chimique.

Nous avons dit précédemment que l'infiltration des eaux superficielles, chargées d'oxygène et d'acide carbonique, donne lieu à une double action dissolvante et oxydante agissant, l'une sur le carbonate de chaux contenu dans les sédiments infiltrés, l'autre sur les sels ferreux, glauconieux ou autres, qui s'y trouvent disséminés ou à l'état de combinaison.

Le dépôt, privé de fossiles et se présenlanl avec une coloration et un faciès Irès-différenls de l'élat normal, devient alors méconnaissable.

Mais, outre ces modifications capitales, les altérations qui se produisent

dans les dépôts metiblos donncnl encore lieu à des phénomènes secondaires, doni il convienl d'éliidier les principaux caractères.

LVMilèvenienl du carbonate de chaux , dans les dépôts fortemenl calcarifères, produit une diminution parfois notable dans le volume du dépôt altéré, el donne lieu à des tassements du résidu quarlzeux imprégné d'eau ou d'humidité. Si des tables ou bancs continus de grès rencontrent des poches d'alléralion de certaine étendue, comme cela arrive parfois dans Téocène moyen des environs de Bruxelles, on constate, surtout lorsque l'altération n'est pas trés-inlense, que le tassement des sables produit la rupture des bancs de grès superposés et suspendus dans la poche d'altération : ils apparaissent disloqués, brisés en fragments formant des guirlandes abaissées au sein de la poche, comme le montre le dessin ci-dessous (fig. 6), reproduisant une coupe dans les sables bruxelliens, observée par M. A. Rutot dans la tranchée du chemin de fer de Lutlre.

fiiiiiii^

A Dépôt quaternaire altéré. B Sable meuble calcarifére bruxellien.

0 Bancs continus de grès durs. D Sable bruxellien altéré et décalcifié.

Ë Parties brisées et affaissées des bancs de grès.

Lorsque l'altération est sulïisamment intense, les grès rencontrés par les poches d'altération sont corrodés et s'effritent sous la pression des doigts, par suite de la dissolution du ciment calcaire unissant les grains quartzeux. Lorsque les grès sont Irès-calcarifères, le ciment se dissout complètement, les

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc.

sels ferreux et la glauconie s'oxydent, se changent en résidus ferriques et les grès se transforment en traînées de sable oxydé et rougeàtre, qui se tassent parfois comme de véritables guirlandes superposées, allant se raccorder aux parties intactes des bancs gréseux qui s'observent des deux côtés de la poche.

La coupe ci-dessous (fig. 7) représente des poches d'altération pénétrant les sédiments laekeniens, avec grès calcaires tendres; ces poches s'observaient, il y a un an encore, dans les coupes de la plaine de Tenbosch, à Bruxelles (Quartier-Louise).

A Sable caloarciix liru\pllicn. B Gravier base du laekerien.

C Sable calrareux laekcnien. D Grés calcariléres laekeiiicns.

E Sable l.iekenien allére. F Zones ocreuscs disposées en guirlandes se rallaihant ;

i de grès.

Cette coupe montre trois vestiges restés intacts d'un gros banc de grès D, dont le résidu meuble et rougeàtre F se continue nettement visible au travers des poches altérées.

Les fragments de grès plus ou moins désagrégés que l'on voit souvent dans les poches d'altération des sables éocènes des environs de Bruxelles, et qui sont les derniers vestiges sur place des bancs altérés et à moitié dissous, avaient été jusqu'ici considérés comme des fragments de roches triturées et remaniées; on les croyait apportés par les prétendus phénomènes d'érosion et de ravinement invoqués pour expliquer les apparences produites par ces phénomènes purement chimiques.

Les nombreuses poches d'altération qui s'observent dans les dépôts de notre éocène moyen rencontrent presque toujours des lits superposés de nodules de grès calcareux ou parfois siliceux.

Les grès siliceux, que Ton trouve clans Pelage inférieur bruxellien, sont généralement peu alteinis par les |)hénomènes d'altéralion : le plus souvent on les voit traverser, sans modificalion aucune, les poches de sable altéré; dans ce cas Phypollièse d'un ravinement des dépôts ne saurait même se présenter à Fespril de Tobservaleur allenlif.

La coupe ci-dessous (fig. 8) représente une poche d'altération, observée à Sainl-Josse-len-Noode (Bruxelles) et affectant à la fois les sables bruxelliens calcarifèrcs A avec grès calcaires C et la zone de passage de ces sédiments aux sables quarizeux E avec grès silicifiés G.

Ceux-ci, représentés dans le bas de la coupe, ont été peu atteints par le phénomène d'altération, qui a provoqué la dissolution complète des grès supérieurs, à ciment calcaire.

Fig. 8.

A Sable bru

xellien calcareux.

B Zone altérée du m(

■me.

C Grès calca

rifères bruxelliens.

D Résidus altérés de

s mêmes.

K Sabip Mlit

■eux brujellien.

F Zone infiltrée du n

lême.

G Grès sill

ceux bruxellienv.

Dans l'étage calcareux ou supérieur du système bruxellien , les bancs de grès deviennent, vers le haut, de plus en plus calcaires. Dans les poches altérées de peu d'étendue, ils traversent la zone modifiée en s'effrilant ou en se dissolvant en partie; dans les poches de plus grandes dimensions el profondément allérées, les grès calcareux se transforment entièrement en guirlandes meubles de sable rouge ou jaunâlre, fortement oxydées el formani parfois (rès-visiblement la continuation des bancs intacts des parties latérales,

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 69

non allérées, du dépôt calcarifère. Nous donnons, comme exemple, la coupe ci-dessous (fig. 9), qui a élé prisa dans les sables calcariféres bruxelliens de Saint-Gilles-lez-Bruxelles.

A Sable bruxellien calrareujt. B Zone allërée du même.

C Grès caloarifères bruxelliens. D Grès effrilés et décomposes.

D' Résidus sableux et oxydés des mêmes, complètement altères.

On ne doit pas s'étonner de voir des bancs de grés parfois très-durs changés en résidus meubles et sans cohérence, sous Faction prolongée des eaux d'infiltration.

Il suffît, en effet, de se rappeler la rapidité avec laquelle le fer, ce corps si dur et si résistant, se trouve transformé en rouille lorsqu'il se trouve exposé pendant un certain temps aux intempéries. Le phénomène d'oxydation est le même dans les deux cas.

Parfois, au milieu d'une poche de sable altéré, on observe des îlots, des colonnes ou des massifs de formes variées, restés calcariféres et non altérés. Il suffît d'un grès légèrement silicifié ou plus dur, d'un petit lit ou amas argileux perdu dans les sables, ou de queUpie autre cause analogue, pour protéger pendant un certain temps, contre les infillralions et contre le phénomène d'altération qui en résulte, les sables calcariféres sous-jacenls. C'est un cas (pie nous avons observé bien souvent.

Dans la Hgure 10, ci-contre, nous reproduisons l'aspect exact d'une partie de coupe observée près de la rue Defacqz, à Saint-Gilles. On y voit un fragment de grès très-dur a qui, ayant résisté, a visiblement protégé, contre les infiltrations venant du haut, la masse sous-jacenle b des sables laekeniens calcariféres. A droite et à gauche, mais un peu plus bas, d'autres vestiges

de bancs gréseux ont résisté par places et ont alors chaque fois protégé les parties sous-jacentes du dépôt calcarifère.

A et B Sables et grès laekeniens, calcarifères et normaux. C et D Les mènes, altérés décalciBes et oxydés). E et K Zone graveleuse vers la base du laekenien. G et H Sables et grès bruxelliens (non atteints).

Les poches d'altération du laekenien s'arrêtent assez souvent, lorsqu'elles sont profondes, sur la surface du premier banc de grès, toujours très-dur et très-résistant, de i'élage bruxeilien. Le gravier de la base du laekenien, qui repose au-dessus de ce grès, parait alors remplir le fond des poches, et c'est même celle circonstance qui, dans une certaine mesure, a le plus contribué à faire admettre l'hypoilièse de véritables poches de dénudation, etc.

(Voir la figure 10 ci-dessus, ainsi que la figure 4 de la planche.)

Pour en revenir aux diverses espèces de grès des dépôts éocènes des environs de Bruxelles, nous ajouterons que, dans le laekenien inférieur, les grès sont tendres, friables et très-calcarifères. Aussi, les trouve-t-on toujours complètement métamorphosés en guirlandes de sables meubles el rougeàtres, lorsqu'ils traversent des poches d'altération ayant changé les sables calcarifères laekeniens en sables verts sans fossiles. Jamais nous n'avons vu les grès laekeniens passer intacts au sein d'une poche d'altération, si minime qu'elle fût.

La figure 3 de la planche, représentant une coupe observée pendant les

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 71

travaux de déblayement, de la plaine de Tenbosch (Quarlier- Louise), près Bruxelles, montre un remarquable exemple de continuilé des bancs de i^rès laekeniens, sous forme de guirlandes sableuses curieusement reliées dans une série de poches conliguës.

La coupe ci-dessous (fig. 41) représente une poche d'altération, observée rue Lesbroussart, à Ixelles, alTeclanl à la l'ois les sables calcarifères des systèmes bruxellien et laekenien, ainsi (|ue le gravier séparatif, base de ce dernier système.

A Sables et grès bnixelliens. B Gravier base du laekenien.

C Sables et grès laekeniens. I) Sables et grès altérés du bruxellien.

E Gravier traversant la poche d'altération. F, G Laekenien altéré.

Les lits de galets, les bancs de graviers, les couches de fo.ssiles plus ou moins silicifiés (comme certaines nummuliles de nos dépôts éocénes), en un mot, tout ce cpii n'est pas composé d'éléments calcaires ou aisément solubles, traverse complètement les poches d'altération, ou bien encore se trouve à son niveau slraligraphique spécial, lorsque l'altération, au lieu d'être localisée, s'est étendue au dépôt tout entier.

Si, en ce qui concerne Bruxelles, par exemple, les géologues avaient songé à faire ces observations si simples, ils n'auraient |)as persisié à croire que les poches d'altération représentaient un niveau de ravinement et d'érosion mécanique.

Ce n'est d'ailleurs pas seulement dans l'éocène belge que celte méprise a été faite. Ce qui a principalement porté les observateurs de diverses contrées à supposer des effets d'érosion et de ravinement — là où il n'y a que des

phénomènes d'altôralion cliimique, opérés sur place — - c'est la netteté de la ligne de démarcation qui parait exister entre les parties intactes et les parties altérées d'un même dépôt.

Loisqu'on examine attentivement, et surtout à la loupe, celte ligne de séparation, elle apparaît beaucoup moins nette qu'on ne se l'était imaginé; on remarque aisément aussi qu'elle est due, non-seulement aux modifications subies par les éléments constitutifs du dépôt, mais encore à la présence de l'eau qui imprègne, en quantité plus ou moins grande, les sables altérés, et qui, en l'absence des éléments calcaires dissous, donne à ces sables un aspect tout particulier, qu'ils perdent en partie à l'état de siccité.

On peut s'assurer aisément, sauf peut-être en été, pendant les fortes chaleurs, de la présence de l'eau dans les poches d'altération.

Pour cela, il suffît de recueillir et de faire soigneusement sécher un échantillon recueilli à l'intérieur d'une poche. En le comparant alors avec le même sable observé sur place et à l'état frais, on verra immanquablement un changement d'aspect et de couleur, très-sensible, qui ne s'effectue pas lorsqu'on opère sur des échantillons calcarifères, intacts et non imprégnés d'eau d'infiltration.

Des couches d'hydrate ferrique, de limon ou d'argile rougeàtre ou brunâtre — parfois très-compacte et très-pure — tapissent généralement les parois ainsi que le fond des poches, surtout lorsqu'elles pénètrent dans des sables très-lins ou dans des dépôts diffîcilement perméables. Ces dépôts sont le résidu de la décomposition des sels ferreux contenus dans la glauconie et dans le calcaire du dépôt, résidu qui, s'infillrant d'abord avec les eaux, se trouve ensuite arrêté dans les points les moins perméables, que l'eau seule peut traverser.

Certaines poches d'altération des sables éocènes des environs de Bruxelles montrent très-visiblement leurs agrandissements successifs, marqués par des concrétionnements limoniteux ou par des revêtements d'argile rougoâlre.

La figure 4 de la planche représente, à l'échelle du —ô} ^^^ poches d'altération fort curieuses, observées rue Defacqz, à Saint-Gilles. Ces poches affectent ici les sables et les grés calcarifères laekeniens; et trois au moins d'entre elles montrent nettement, en dehors des zones brunâtres meubles, qui sont la continuation des bancs de grès, désagrégés el dissous, des lignes

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 73

disposées en fonds de chaudron emboîtés les uns dans les autres, et constituées par des zones de concrétionnement limonileux x. Ces zones, qui représentent les vestiges d'anciens fonds de poches, diffèrent souvent, par leur cohérence et par les dépôts limonileux ou argileux qui les constituent, de celles indiquant la dissolution de bancs de grès.

Lorsque les sables altérés sont très-glauconieux, il arrive souvent que les apparences produites par les agrandissements successifs des poches d'altération, voire même par leur rencontre, sont des plus curieuses.

Non-seulement les lignes primitives de stratification du dépôt disparaissent complètement, comme dans toutes les poches d'altération, mais de plus l'agglutination des grains quarlzeux par le résidu provenant de la décomposition de la glauconie, donne lieu, par approfondissement graduel des poches, à une succession plus ou moins régulière de zones oxydées ou limoniteuses. Ces zones sont parfois transformées en grès plus ou moins durs, marquant les diverses étapes du phénomène d'infiltration et d'agrandissement des poches.

Les caractères sédimentaires présentent alors un aspect entièrement méconnaissable, comme le montre la figure 12, représentant une coupe que nous avons relevée au sommet du Bolderberg, dans les sables glauconifères altérés du talus droit du chemin traversant le liane N.-O. de la colline.

Ê^àj^:^*'^---^- - • ■ ■-■■'^■^--'i

//lii;m'.hi!ni:iiiii;:inhri:"r :inil/i!Jr/l/':/''i///fO/'//]7î/;''')'m1-

A Sable siliceux pur, oligocène (bolderien de DumonI).

B Cailloux, base du dépôt glauconifère a diestien »,

C, a, 6, c Sable glauconifère légèreaient altéré, verdâtre.

d, e, /■ Sable altéré, agglutine en grès ferrugineux, rougeàtre.

9, A, t Sable altéré, à moitié concrétionne, jaunâtre.

X, s Continuation du banc d'annélides au travers des grès.

7i LES PHÉNOMÈNES D'ALTÉRATION

Au-dessus des sables oligocènes A, désignés par Dumonl sous le nom de holderiens, on voit un lil B de cailloux de silex noirs, formant la base du dépôt glauconifère C, considéré comme dieslien et pliocène par Dumonl.

Ce dépôt glauconifère est entièrement altéré en ce point et cliangé en sables jaunâtres ou rougeâtros, oxydés et décalcifiés, agglutinés en certains points, meubles en d'autres. En a, b, c, par exemple, ces sables sont restés meubles et d'un jaune olivâtre, passant au jaune rougeâlre. En g, h, i, les sables sont plus follement oxydés, ils sont rougeâtres el légèrement agglutinés.

Enfin, en d , e, /, ils sont transformés en grès rouges foncés, limoniteux el parfois très-durs.

Il est facile de s'assurer, par l'observation, (pie ces zones de concrétionnemenl, plus ou moins accentuées, n'ont, malgré les apparences conlraires, aucun rapport avec les lignes de stratification du dépôt.

D'ailleurs, la preuve évidente en est fournie par le prolongement borizonlal — reconnaissable avec quelque allenlion — au travers des bancs durcis X el ;:, de la coucbe de lubulations d'annélides nettement visible entre il el c, en une zone où les sables, quoique altérés et oxydés, ont conservé, sinon leur couleur, du moins leur aspect primitif.

La figure 1 3, ci-dessous, représentant une coupe prise dans le même chemin, mais à gauche el plus au S.-E., montre d'une manière plus frappante encore, non-seulement les zones successives d'accroissement des poches d'infiltrations, mais encore leur pénétration mutuelle et leur réunion en une seule zone d'altération, paraissant, au premier abord, présenter une stratification oblique el croisée toute particulière.

^^mmm^

A s Mm,' Ml,.', M^ nli-jurrn,-- .liuMnini dr Diiinunl).

ii Sah'.e gkuicuiiifere < dieslien » altéré, montrant de fausses lignes stratifiées, résullant du croisement des poches.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc.

A Louvain, sur les laïus de la route de Malines, nous avons noté des apparences analogues dans un dépôt diestien que nous identillons à celui du Bolderberg, el qui montre aussi des poches d'altération de dimensions telles, que Tobservaleur non prévenu, voyant dans les zones de concrélionnement des lignes de stratification, se trouverait exposé à devoir admettre i\es plongements de couches en sens différents, suivant qu'il observerait Finie ou l'autre extrémité de ces poches.

Dans les sables glauconifères diestiens de cette même roule de Malines, nous avons encore noté des apparences de stratilicalion croisée (voir fig. 14-), très-accentuées. Cet aspect, résultant de la pénétration de zones d'altérations voisines, avec lignes d'accroissements successifs, se présente parfois aussi dans les grès ferrugineux résultant d'une altération plus profonde, et les bancs ainsi disposés paraissent alors en discordance de stratification.

Fausses « stratifications croisées]" ^produites pa glaucoDÎfères diestiens.

L'allure et les dimensions des poches d'altération sont très-variables. Dans les dépôts meubles et perméables, elles se relient généralement vers le haut en une zone superficielle plus ou moins épaisse, projetant vers le bas des expansions irrégulières et curieusement tourmentées.

Nous donnerons comme exemple une minime fraction de la coupe du chemin de fer de ceinture de Paris, entre la roule d'Italie et la route de Choisy, publiée par 31. Belgrand dans son beau livre : La Seine.

Cette coupe (fig. IS) représente le calcaire grossier moyen, dont la partie supérieure, couverte probablement d'un mince dépôt quaternaire et d'une certaine épaisseur de terrain détritique, a été affectée par les phénomènes

7(i LES PHENOMEINES D'ALTERATION

d'alléralion el converlie en un résidu décalcifié et oxydé rougeâlre, dont toute la masse a été considérée à tort par M. Belgrand comme un terrain de transport quaternaire.

Fie. 13.

A Calcaire grossier moyen. B Bancs durs calcaires.

C Résidu altéré du calcaire grossier. D Terrain détritique.

6, c Poches isolées de sédiments altérés.

On remarque, vers la droite de cette coupe, une grande poche d'altération arrêtée net sur la surface plus résistante de Tun des deux bancs durs, dont le supérieur, sans doute plus tendre, a été traversé et dissous en divers points.

La figure 5 de la planche montre une autre partie de la même coupe, où l'allure des poches d'altération est plus étrange encore; c'est un fort bel exemple des formes variées et extraordinaires que peuvent affecter les poches d'altération dans les dépôts calcaires.

Ces bizarreries dans la forme des poches d'altération se remarquent surtout dans les dépôts compactes et diflicilement perméables, où les eaux d'infiltration profitent des moindres fissures, des joints de stratification ainsi que des points de faible résistance pour pénétrer irrégulièrement au sein du dépôt, dans des directions souvent différentes de celles indiquées par les lois de la pesanteur.

Dans les couches meubles et perméables de nos terrains tertiaires, les poches d'altération ont, en général, une allure plus régulière. Les sinuosités et les différences d'étendue ou de profondeur qu'elles présentent proviennent des différences de porosité, de la disposition des points locaux où a commencé l'infiltration, des inégalités de résistance des sédiments, variables dans leurs proportions de calcaire, d'argile ou de silice.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 77

Lorsque enfin les zones infiltrées traversent des dépôts meubles avec lits ou rognons de grés, ceux-ci, suivant leur nombre, leur disposilion, leur dureté, la nature de leur ciment, tantôt calcaire, tantôt siliceux, ont une grande influence sur le développement et la forme des pocbes d'altération.

C'est ainsi que la disparition complète des grès tendres et à ciment calcaire donne aux zones altérées une apparence trompeuse de poches de dénudation ; la résistance des grès plus durs influe fortement sur la forme des poches, et rinlégrilé des rognons de grès siliceux montre clairement que l'origine du phénomène est purement chimique, et n'a aucun rapport avec une action dénudalrice.

On ne saurait mieux comparer la disposilion irrégulière des poches d'altération dans nos sables éocènes avec grès calcarifères qu'à celle offerte par les traces d'humidité dont sont atteints certains murs en briques. Les mêmes causes produisent d'ailleurs les mêmes effets. Un mur formé de briques ou d'éléments semblables reliés par du ciment parait devoir constituer un conducteur, homogène dans son ensemble, des eaux pluviales infiltrées, d'où provient l'humidité du mur. Or, cette humidité, ou zone d'infiltration, ne se présente jamais délimitée vers le bas par un trait horizontal ou régulier. Elle s'étale et se délimite en arabesques capricieuses, singulièrement contournées, rappelant en tout point l'aspect de nos zones altérées et montrant que le phénomène d'infiltration subit très-sensiblement l'influence de causes accélératrices ou retardatrices échappant à l'observation, mais facilement compréhensibles.

La disposition oblique, souvent constatée dans les poches d'altération, donne lieu à certains cas qui, au premier abord, ne paraissent guère explicables.

Ainsi la figure IS, extraite de la coupe de calcaire grossier, donnée par M. Belgrand, montre, sous une zone continue et irrégulière d'altération, des îlots altérés, dispersés au milieu de la masse du dépôt normal. Cet isolement ne semble pas pouvoir se concilier avec l'idée d'une altération par infiltration de haut en bas; mais, en réalité, rien n'est plus simple.

Supposons une section faite en au traversant le terrain perpendiculairement à la coupe figurée. Qu'y verrons-nous? Une surface exhibant une tache d'altération séparée du sommet altéré du dépôt par une zone intacte, c'est-à-dire ayant la même apparence qu'en b et c. Le diagramme ci-des-

sous (fig. 16) permettra de se rendre clairement compte de cette disposition particulière.

FlG. llj.

Face. Profil.

a Zone supérieure d'altération des sédiments c, d. 6, b' ilôt de sable altère paraissant, tu de face, séparé de la zone supérieure d'altération.

Le dessin de face de la figure 16 représente un talus vertical exhibant, sous la zone superficielle d'altération aa, un ilôt isolé b de sédiments altérés. Une section verticale faite en xy, perpendiculairement à la surface du talus, montrerait de profil la disposition indiquée par le dessin de droite, et le prétendu isolement de h dans la masse sédimentaire normale du dépôt se trouve ainsi aisément expliqué.

Le contournement et l'obliquité des poches d'altération n'est pas la seule cause de risoicmcnl apparent de sédiments altérés sur la surface des talus. Un talus incliné, coupant obliquement une poche verticale, peut produire le même elTet, ainsi que le montre la figure 17 ci-dessous.

Les lettres ont la même signiBcation que dans la 6gure précédente.

La gauche de celle figure représente un laïus incliné montrant, isolé sous la zone altérée aa, une tache d'aitéralion h.

Une section faite en xy, comme plus haul, monire cpie la poche d'altération verticale bb' peut, aussi hien que la poche ohlique b de la figure précédente, donner lieu aux apparences dont nous nous occupons.

Lorsque les zones d'altération, au lieu de former des poches cylindriques ou coniques, pénètrent obliquement, sous forme de coins plus ou moins étendus, dans la masse du dépôt, les sections de celui-ci peuvent exhiber, au lieu de lâches, des zones linéaires de sédiments altérés, paraissant isolées au milieu de sables intacts.

C'est ce que nous avons essayé de représenter par le diagramme (fig. 18) ci-dessous.

Les lettres ont la ]

' signilication que dans les deux tij^ures précédeDles.

Dans cette figure, les îlots bb sont représentés sur la surface du talus par des zones minces et allongées qui, au premier abord, paraissent constituer, avec les sables intacts, une inexplicable alternance sédimenlaire de couches normales et de couches altérées, incompatible avec la thèse de l'altération par infiltration. iMais la section verticale, faite en xy, montrerait, de profil, dans les zones b, b' les extrémités amincies d'une poche étendue, pénétrant obliquement et en forme de coin, au milieu des sables calcarifères.

Dans les cas représentés dans les figures i 6 et 18, il suffirait de creuser le talus pour constater le raccordement des massifs isolés à la masse altérée supérieure; mais il va de soi que dans la figure 17, il serait impossible de

80 LES PHE^OME^ES D ALTERATlOiN

constater ce raccordement, parce qu'il s'effectuerait dans la partie déblayée du talus.

11 en serait de même d'ailleurs pour les figures 16 et 48, dans le cas où, par une transposition facile à concevoir, la partie de droite des deux profils représenterai!, non le massif enlevé, mais la partie encore exislante des talus. La section des talus observés serait la même, mais les taches altérés b' paraîtraient alors — comme Tilot b dans la figure 4 7 — entièrement isolées au milieu des sédiments normaux.

Bien que les détails qui précèdent, signalant quelques-uns des phénomènes secondaires constatés dans les poches d'altération, soient généralement basés sur des observations locales faites dans les dépôts éocènes du bassin tertiaire belge, et spécialement aux environs de Bruxelles, nous avons cru utile de les exposer, à cause du jour qu'ils sont appelés à jeter sur les faits du même genre qui ne peuvent manquer d'être observés dans une quantité d'autres dépôts analogues.

C'est par le même motif également, et surtout à cause de la curieuse similitude d'aspect qui existe si souvent entre les coupes de terrain montrant des poches d'altération, et celles présentant des phénomènes réels d'érosion et de ravinement, que nous allons exposer rapidement une série de remarques et d'expériences que nous avons faites dans les dépôts éocènes des environs de Bruxelles. Nous les présenterons sous une formule générale et nous allons ainsi faire connaître comment, avec un peu d'attention, on parvient sans difficulté à savoir s'il s'agit d'un dépôt altéré par suite de l'infiltration des eaux almosphériques, ou bien d'un dépôt originairement dépourvu de fossiles et réellement distinct des couches sous-jacentes.

La disposition générale et la forme des poches, à elles seules, dans la plupart des cas, permettent, à l'observateur ayant étudié les phénomènes d'altération par infiltration, de se faire une idée exacte de la nature des phénomènes qu'il a sous les yeux. Jamais il ne confondra les ondulations d'une véritable surface d'érosion dans un dépôt meuble avec les découpures bizarres et tourmentées des poches d'altération. De même, la superposition des matériaux par ordre de densité, l'état roulé, brisé ou trituré des débris organiques, ou tout au moins leur usure et celle des roches, sont autant de

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 81

caractères exclusivemont propres aux véritables surfaces de dénudalion. La forme, les propnrlinns, l'obliipiilé el les conloiirncinenls élraiiges des poches d'alléralion, conlcnaiil paifois de vérilables îlols non altérés, riiicliiiaison ou la verlicalilé absolue des |)arois, tout cela est plus (pie sufllsaul pour écarter Tidée d'une ablation niécanifpie, de phénomènes de transport on de dénudation. A |)lns forte raison, la continuilé observée dans les grés durs, les nodules siliceux, les bancs de galets ou de graviers, ainsi que dans les guirlandes sableuses oxydées rattachées aux bancs de grès non altérés, monlret-elle surabondamment (jne la formation des poches s'est faite par altération chimicpie sur place, sans remaniement ni dc'placement d'aucune espèce.

L'absence de fossiles et surtout l'absence com|)lète d'éléments calcaires, facile à constater au moyen des acides, constitue, avec la coloration jaunâtre, veidàtre ou rougeàtre, une foi'le présomption en faveur du rôle des iidlllrations dans la |)rodnclion du phénomène. La présence de l'eau ou d'une certaine humidité dans les poches en forme de ravinements est aisée à constater et vient conlirmer ces premiers indices.

L'examen, à la loupe, des grains glauconieux, (pii sont modifiés et profondément décomposés dans le cas d'altération du dépôt, celui des grains cpiartzeux, qui sont alors généralement recouverts d'un enduit limoniteux résultant de l'Imprégnation des sels ferricpies dans la masse du dé|)ùl, fournissent d'excellentes preuves de l'oxydation ayant accompagné la dissolution du calcaire et dérivant des phénomènes causés par l'infiltration des eaux atmosphériques.

Rien de tout cela ne s'oI)serve lorsqu'il est (piestion de deux dépôts d'origine et d'âge diO'érenls, dont l'un ravine l'autre. On nous autorisera à reproduire ci-après quelipies détails sur une méthode expérimentale bien simple, que nous avons déjà indicpiée ailleurs \ permettant de vérifier avec certitude si deux dépôts meubles, dont l'un, privé de fossiles, parait raviner l'antre, sont réellement distincts ou bien ne représentent que les zones intactes el les zones altérées d'une même couche géologique.

' E. Van den Broeck, Seconde lettre sur quelques pohils de la géologie des environs de Bruxelles (Ann. Soc. oéol. nu. Nord, t. IV, 187G-77, pp. 10G-120).

Des éclianl liions des deux dépôls seront recueillis autant que possible à une même luiuleur et à petite dislance de la ligne de démarcation délimitant une poche d'altération... ou de ravinement. On soumettra ensuite les deux échantillons à l'action de Tacide chlorh\ drique dilué, ce (pii permettra de constater Tabsence totale d'éléments calcaires dans le dépôt quarizeux, si c'est réellement un sable altéré, et, d'autre part, d'éliminer en même temps tout le calcaire contenu dans l'échantillon représentant le dépôt fossilifère. Ce dernier résultat obtenu, on lavera soigneusement les deux résidus, qui ne contiendront plus alors que des grains quartzeux, de la glauconie, du mica et d'autres matières analogues, non solubles dans l'acide.

Sur un même slide, ou verre à préparation, on déposera ensuite côte à côte, mais de façon à ne rien mélanger, une petite quantité des deux résidus. Après les avoir convenablement humectés, on les étalera de manière qu'une couche mince et bien transparente de grains quartzeux repose sur le verre. Plaçant ensuite le slide sous le microscope, muni d'un objectif faible, on disposera la préparation de façon que le champ visuel renferme à la fois une égale partie des deux résidus quartzeux.

Si les résidus proviennent de deux couches distinctes, dont Tune a raviné l'autre, on observera, surtout avec des grossissements de iO à 60 diamètres, des différences considérables dans l'aspect des éléments quartzeux. S'il s'agit, au contraire, d'un même dépôt, intact d'un côté et altéré de l'autre, il devra y avoir une identité parfaite dans le nombre, la forme et les dimensions des grains quarizeux des deux moitiés du champ visuel de l'objectif. La glauconie apparaîtra décolorée et oxydée d'un côté, intacte et foncée de l'autre, le lavage rapide à l'acide du dépôt calcarifère n'agissant pas sensiblement sur la glauconie du dépôt recueilli intact. De nombreuses expériences ont été faites par nous conformément à cette méthode et elles ont toujours été décisives.

Quant à la proportion relative des grains glauconieux, leur forme générale, leur dimension, etc., elles seront à peu près identiques dans les deux échanlillons, s'ils appartiennent au même dépôt, à moins cependant que les sédiments provenant de l'intérieur de la zone altérée ne soient trop profondément modifiés et oxydés; dans ce cas la glauconie serait entièrement transformée en hydrate ferrique et ne se retrouverait plus qu'à l'état d'enduit

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 83

limoniteux, de couleur ocreuse, incrustant la surface de chaque grain quarlzeux du dépôt allcré.

Le mica, les crislaux de quartz et les malières étrangères résistant aux acides, montreront également la même identité de formes, de dimensions et de proportions.

On peut, en se basant sur les mêmes principes, varier beaucoup ces expériences, et toujours Fidenlité des résidus quarizeux sera saisissante s'il s'agit d'un même dépôt, et leurs dilTérences considérables, ou tout au moins trèssensibles, si l'on a affaire à deux couches distinctes non contemporaines, reposant en discordance l'une sur l'autre.

Si les poches d'altération traversent, sous forme de ravinements, deux ou plusieurs couches ou bien diverses zones d'un même dépôt — cas très-fréquents dans l'éocène moyen des environs de Bruxelles — on recueillera des échantillons de sable à ces différents niveaux et en série double, c'est-à-dire tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des poches.

En étudiant au microscope, et en comparant deux à deux les résidus quartzeux, préparés comme il est dit précédemment, on observera infailliblement qu'à cluupie différence dans la com|)osition et dans l'aspect des dépôts normaux, correspondra une modification idenli(iue dans les échantillons recueillis aux mêmes hauteurs et à l'intérieur de la poche.

Rien de tout cela ne saurait se présenter dans les cas do remaniement ou d'érosion mécanique, dus à des phénomènes de dénudalion.

Si un dépôt sableux — que l'on soupçonne être le résidu altéré d'une couche primitivement calcarifère — ne montre plus aucun vestige intact, ce qui empêche toute expérience de comparaison, il faut recourir aux acides, afin de s'assurer si le dépôt est réellement privé de tout son carbonate de chaux; il faut ensuite tenir compte de la coloration du terrain, la teinte verdàtre jaunâtre et rougeàtre étant l'indice ordinaire des phénomènes d'altération; puis on examinera à la loupe l'aspect des grains glauconieux, s'il y en a, ainsi que celui des grains quartzeux, généralement incrustés d'un enduit ferrugineux lors(|ue le dépôt a été altéré et oxydé par suite d'infiltrations. Il faut encore tenir compte de l'altiiude relative du terrain étudié et de sa situation :,par. çapport à la pente générale du sol, à la nappe superficielle des eaux

Si LES PHENOMENES D'ALTERATION

d'infillration et aux directions d'écoulement des eaux. Enfin, lors(|ue les alïlt'uiemeuts des dépôts en litige ne montrent pas de coupes favorables, il importe d'examiner attentivement les dépôts recouvrants, au point de vue, soit de la présence d'autres couches altérées, soit de la présence et du développement des couches argileuses ou imperméables qui pourraient s'y trouver. On ne perdra pas de vue que c'est généralement de la plus ou moins grande perméabilité des dépôts superficiels que dépend l'intensité des phénomènes d'altération dans les couches sous-jacentes.

Si un dépôt perméable, sans fossiles el non calcarifère, surmonte une autre couche où s'observent manilesiemenl des poches ou des phénomènes d'altération par infiltration, le dépôt supérieur devra représenter un résidu entièrement altéré, puis(pie la couche inférieure n'a pu être atteinte par les infiltrations qu'après altération complète de toute la masse supérieure. Tel est le cas, par exemple, pour les sables jaunâtres wemmeliens surmontant, dans les coteaux de la rive droite de la Senne, les poches de sables verts représentant la zone altérée du sable laekenien (voir la figure 1 de la planche, couche D").

A Profonde [iorlie de J.inidiili.. Il quaternaire. l), D 7i.nes ni.riii lle^ el illi rees du 5\-Unie laekenien. B Salde* wemmeliens enlieremenl alleres. G (.1 i^er fovsilifer. h, se du I .ekenien

G Gravier de la base. G' Gravier non fossilifère (alleré).

F, F' Zones normales et altérées du systèuie bruxellien.

La figure ci-dessus représente une coupe de 200 mètres de long, que nous avons relevée avec M. Rutot pendant les derniers travaux de déblais de la plaine de Tenbosch, près l'Avenue Louise, à Bruxelles. Celle coupe, très-înlé-

réssante, montre une énorme poche de dénuilafion qualernaire A, creusée dans les sables jaunes wemmeliens B et (jui ravine même le gravier C, base de ce sysième el parloui alléié dans celte coupe.

Les saljles veris sans fossiles D représentent la zone d'altération du lackenien calcaril'ère blanchâtre D' cl Tallération a inénie atteint en F' les sables calcareux bruxelliens F surmontés du i^ravier sé|)aratil' G, G'. Il est évident qu avant iPavoir pu atteindre les couches laekcniennes el bruxelliennes, les eaux d"inliltratiou cpii ont altéré ces sédiments calcarilercs oiU dû ptMiéirer toute la masse du dépôt wemnielien 15 et y produire les mêmes effets d'oxydation el de dissolution. C'est d'ailleurs ce que l'observation fait reconnaître à toute évidence.

Si, dans la majorité des cas, on ne doit s'attendre à trouver autre chose que des dé|)ols entièrement altérés au-dessus d'autres montrant des zones superficielles d'altération, il n'en est cependant pas toujours ainsi.

Une coupe du Wyngaerdberg, relevée à Saint- Josse- ten -Noode par .M. Rutot, et que notre confrère nous a communiipiée (voir la figure 6 di; la planche), montre clairement un cas d'inlercalation de zone normale entre deux dépôts altérés.

Le limon brun A' du sommet de celte coupe représente en effet une zone superficielle d'altération du limon jaune calcarifère A sous-jacent.

A un niveau inférieur, le sable vert C' représente la zone superficielle d'altération de la couche calcarifère blanchâtre C, qui est le laekenien (couche à Dilrupn).

Le dépôt normal et calcarifère A se trouve donc intercalé entre deux couches altérées, A' et C oxydées et privées d'éléments calcaires.

Voici l'explication bien simple de ce fait :

La couche B est formée d'argile wemmelienne et de sables glaiiconifères remaniés, vestiges de couches wenmieliennes préexistantes; elle représente le ililnviiun ancien, dépôt (piaternaire sur letpiel repose A, A'. Or, entre le dépôt de cette couche quaternaire B el celui des sables laekenicns C, C', il s'est écoulé un espace de temps immense correspondant aux |)ériodes oligocène, miocène et pliocène et pendant leciuel (sauf |)endant le dépôt des sédiments wemmeliens qui ont succédé aux couches C, C) il y a eu éineryeiice continue

86 LES PHÉrsOMÈNES D'ALTERATION

(le la région où a élé levée cette coupe. Le phénomène d'alléiation par infiltration a donc commencé à se produire au sein de Vancien sol luekenicn bien avant l'arrivée des sédiments quaternaires, et les eaux méléori{|ues qui ont aiii en C ne sont donc nullement les mêmes que celles qui, depuis une période très-récente, ont commencé à atla(|uer le dépôt de limon (piaternaire A. La dislinciion du phénomène ancien et du phénomène récent se trouve ici nettement établie et elle constitue la solution d'un cas qui peut se présenter fréquemment.

Nous ajouterons cependant que, le plus souvent, les poches d'altérations de nos sables éocènes, tout en ayant une origine très-reculée, s'agrandissent et s'étendent sans cesse par suite de Tinfillration continue des eaux pluviales. Le phénomène aurait alors élé continu, bien qu'il paraisse cependant probable, (pi'après le dépôt de l'ergeron, ou loess calcaire, dans nos contrées, il a dû subir un temps d'arrêt résultant de la résistance de ce manteau protecteur.

Pour en revenir aux diverses significations que l'on peut attribuer à des dépôts sableux, privés d'éléments calcaires, il ne sera pas inutile, avant de terminer ces considérations, de faire remaniuer que les mbles de dunes appartenant à divers horizons géologi(|ues, — les seuls dépôts à peu près où l'absence de fossiles et d'éléments calcaires soit un caractère ordinaire ou normal — se distinguent sufTisammenl des dépôts marins altérés et chimi- - quemenl privés de calcaire. On les reconnaît à leur grain quartzeux, lisse, d'aspect pailiculier et de grosseur sensiblement uniforme; à l'absence de tout enduit ferrugineux et enfin à la situation excentrique de ces dépôts meubles dans les bassins géologiques, dont ils ne peuvent représenter que la région littorale où la phase supérieure d'émersion.

Des dépôts de sables ou de grès calcarifères peuvent aussi, après avoir été alleinis par les phénomènes d'oxydation, résultant de l'infiltration des eaux météoriques et changés en résidus rougeàtres ou brunâtres, devenir parfaitement purs, meubles et blancs. Ce sont alors des phénomènes mécaniques de lavages successifs, dus aux eaux pluviales, qui ont entraîné les particules d'hydrate ferrique ayant antérieurement recouvert et empâté les grains quartzeux.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 87

Ceux-ci alors consliluent des amas ou des zones superficielles de résidus quarizeux blancs.

Ce fail a déjà élé observé depuis longtemps et, comme exemple, nous citerons le remanpiable passage suivant, exirail du i^Jémoire, publié en 484-7 par Dumonl, sur les terrains ardennais et iliénan de PArdcnne, etc.

Parlant des quariziles vcrdàlres du système deviilicn de TArdenne, Dumontdit, page 10 : « Sur les plateaux où le quarizile est direclemenl et » depuis longtemps exposé aux intempéries, il a subi des niodilicalions plus » ou moins |)rononcées. Le premier degré d'aliéralion consiste en cbange- » ments de couleiu's. Le quarizite oiïre d'abord quchpies tacbes rougeatres, » puis devient entièrement ronge par la sinoxydation du fer (pi'il contient; » il devient ensuite grenu ou scliisto-grenu et se transforme en grès rouge » brique, (prune ali('ration plus grande convertit en grès jaune par liydra- » tation de Toxyde ferri(pie, cl qucNpiefois en grès hlaiicliàlre par dissolu- » tion ultérieure et complète de cette dei'uière substance.

» A mesure que la texture se modifie, la rocbe perd de sa cohérence et » finit par devenir friable. »

Ce que Dumonl a observé dans les cpiartzites se produit, avec plus de facilité encore, dans certains dépôts meid)les. Les dé|)6ts sableux de réocène supérieur (wemmelien) nous ont montré divers exemples de cette transformation, dont toutes les phases se montraient bien recoiMiai.>sables.

Si nous nous sommes étendu assez longuement sur les phénomènes d'altération dans les dépôts meubles caUarifères, c'est parce (pie Pinliltralion des eaux atmosphériques y domie lieu à un ensemble de phénomènes très-intéressants et à des modifications si profondes (|ue les observateurs non prévenus s'y laissaient aisément tromper, prenant souvent pour des couches distinctes les zones superficielles d'altération.

Nous avons eu moins pour but de résumer nos observations spéciales sur les couches sableuses éocènes de la Belgique (pie de donner une idée générale des divers cas pouvant se |)résenter partout ailleurs, et dont les dépôts observés par nous permettent de se rendre exactement compte.

Comme nous l'avons dit tantôt, nos recherches sur « les sables verts sans fossiles » de réocène moyen des environs de Bruxelles, sont un remarquable

exemple de la simplifiealion apporlée par la découverle du rôle des altérations dans réliule de cerliiiiies (lueslions slraliij;r;iphi(|ues insolubles auparavant.

On nous perniellra de rappeler rapidement les données du problème que nous avons été appelé à résoudre.

Les eouclies ealcarifères éocènes de toute la région siluée à droite de la vallée de la Senne ont, depuis longtemps, été signalées comme se trouvant dénudées par un puissant dépôt de sables verts et jaunâtres, sans fossiles ni calcaire, ravinant tantôt le lacktMiien, tantôt le wemmelien, tantôt encore le bruxellicn, et parfois même les trois assises superposées. (Voir la figure i de la plancbe, où ces sables sont représentés par les dépôts verdàlres D', E' et F'.)

Personne n'avait jamais songé à contester Texislence de ce phénomène, tant son évidence paraissait bien établie.

Les premiers géoloiiues (pii se sont occupés des efl'ets de cette dénudation, les ont rattachés à des bouleversements « diluviens » ayant érodé la surface des dépôts bruxelliens avant la sédimentation laekcnienne.

Voici, par exemple, ce qu'en dit }ï. H. Le Hon dans sa Noie sur les terrains tcriiairos de Bruxelles, etc. (Bulletin Soc. géol. de France, '2" sér., l. XIX, 4 862, p. 804.)

« La partie supérieure de ce système (bruxellien) est toujours reconnaissable. Partout elle est caractérisée par des traces de grands lavages, des excavations et des érosions violentes...

» A Bruxelles, sur les flancs et les crêtes de la vallée d'érosion où coule la Senne, les ravages des eaux diluviennes ont été formidables. Malgré les bancs nombreux de pierres dont les couches hruxelliennes étaient en quelque sorte charpentées, ou peut-être à cause de celte force même de résistance, les eaux creusèrent des excavations el de longs ravinements, qui présentent parfois jusqu'à 10 et 12 mètres de profondeur. Là les bancs pierreux ont été arrachés et leurs débris concassés jonchent la superficie du système. Le croquis ci-dessous pourra en donner une idée. »

Nous représentons dans la figure 20 la coupe prise à Schaerbeek par M. Le Hon, el qui montre, d'après lui, le laekenien B déposé dans les grandes poches d'érosion du bruxellien A.

Celte coupe représente, en réalité, une poche d'altération creusée dans le

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc.

bruxellien calcarifére et s'arrêlant sur les grès siliceux de la masse inférieure de la même assise.

^^ill^=

A Sables et grès calcarifcres bruxcllîens, siliceux vers le bas. B Zone âuperficielle altérée : sables verdâtres sans fossiles.

L'illustre géologue, sir Ch. Lyell, auquel Le lion avait précédemment fait remarquer ces immenses « poches d'érosion », les avait aussi signalées dans son Mémoire sur les terrains tcriiaires de la Bclf/irpic et des Flandres françaises, puhlié à Londres en ISoS * et traduit en français en I806 - par Le Hardy de Beaulieu et Toiliiez.

« La figure suixanle, dit Ch. Lyell, représentant une coupe prise à Dieghem fait voir la manière dont la couche à Nummidites lacvigala, ainsi que les bancs inférieurs et supérieurs, ont été dénudés jusqu'à une profondeur qui va parfois à 6 ou 8 mètres. » (Voir fig. 21.)

A, A' Sédimenis bruxellions; normaux el altérés. G, G' Sédiments laekenietis; normaux et altérés. B Gravier séparalif à TV. laevigata»

* Quart. Journ. Geological Societij, vol. VIII, 1852, p. 277.

' Annales des travaux publics de Belgique^ t. XIV, 1856, p- 359.

90 LES PHErSOMENES D'ALTEKATION

Celle coupe représenle en réalilé les sahlos hruxelliens A, surmonlés du gravier à I\\ laevigala B, formant la base du laekonien C. Quant aux sables verls et sans fossiles, qui paraissent raviner cet ensemble, ils sont bruxelliens en A', laekenieiis en C, et ne représenlenl autre cliose que les résidus, oxydés et décalcifiés, des sédiments de ces deux assises.

L'analogie que présentent, au premier abord, les poches d'altération avec les eiïels d'im phénomène d'érosion est si frappante, que, lors de la réunion de la Société Géologique de France en 1863, à Liège et à Bruxelles, Pétude des carrières de Schaerbeek, qui fui faite par les excursionnistes dans le but d'observer la disposition relative des deux systèmes bruxellien el laekenien, et de vérifier l'existence des ravinements signalés par Le Hon, ne donna lieu à aucune observation contradictoire. On peul s'en assurer par la leclure du compte rendu de la session, fait par M. le professeur Dewalque, el dans lequel il dit que « ces ravinements étaient très-prononcés et que la Société a pu en observer de beaux exemples. »

Le ra|)porteur ajoute que ces ravinements, observés également à Saint- Gilles, dans la même excursion, mais au-dessus des sables calcarifères laekeniens, surmontant le bruxellien, paraissaient avoir une valeur slraligraphique et une importance telles que, d'après lui, il y avail lieu de démembrer le système laekenien de Dumont, c'est-à-dire d'en rapporter la partie inférieure calcarifère au bruxellien et de faire commencer le laekenien avec les sables verts sans fossiles, remplissant les prétendues poches d'érosion. Ainsi, si nous nous reportons à la figure 7, par exemple, les couches de sables et de grès calcarifères C, D auraient dû se rattacher au système bruxellien A, tandis que la zone altérée E, F aurait seule représenté dans cette coupe les sédiments laekeniens.

Cette opinion, défendue de nouveau par M. Dewalque dans son Prodrome d'une descriplion géologique de la Belgique, publié en 1868, est actuellement abandonnée par lui; mais elle montre dans quelles erreurs d'interprétation slraligraphique on est exposé à tomber lorsqu'on ne se rend pas un compte exact des effets si curieux du phénomène d'alléralion.

Pendant ces dernières années, les géologues belges se sont généralement trouvés d'accord pour reconnaître dans la couche roulée à Auminulites laevi-

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 91

gâta, sous-jacente au laekenien calcarifère, la ligne de séparation entre les systèmes hruxellien et laekenien; mais on ne savait que faire des sables sans fossiles, veris ou jaunes, remplissant les prétendues poches de ravinement qui paraissaient dénuder tantôt Tun, lanlôt Taulre de ces systèmes, et quelquefois tous deux en même temps. (Voir la figure I de la planche, couches D', E', F'; voir aussi figures 3, 4 et 6, couches A', B', C.)

Bien que de nombreux géologues se fussent occupés de l'étude des couches tertiaires des environs de Bruxelles, aucun d'eux n'avait pu déterminer exactement l'âge de ces sables verts, ni celui des autres sables sans fossiles qui les surmontent. De j)lus, certains sables laekeniens fossilifèies de la rive gauche, paraissant localisés dans celle région, n'avaient |)u être nettement identifiés avec aucun des dépôts de la rive droite. Les couches sableuses et sans fossiles, de cette rive, étaient considérées, en tout ou en partie, soit comme tongriennes (oligocènes), soit comme laekeniennes (éocènes); une partie même des dépôts les plus supérieurs avaient élé rallachées à la série rupelienne, c'est-à-dire à l'oligocène moyen. Quant aux géologues qui, avec raison,^considéraient les « sables verts sans fossiles » comme laekeniens, ils les croyaient bien distincts des sables calcarifères de ce système, qu'ils paraissaient si profondément et si constamment raviner. (Voir la figure 1 de la planche, couche E'.)

Or, nous avons reconnu et démontré que les sables verts sans fossiles E' de notre bassin éocène, si bien développés sur la rive droite de la Senne, à Bruxelles, représentent tout sim|)lement la zone superficielle altérée des sables blancs calcarifères E du laekenien. Nous avons montré aussi que les sables jaunâtres D' qui surmontent les premiers, représentent la masse, prescpie partout altérée sur la rive droite de la Senne, à Bruxelles, de l'étage Avemmelien D, resté généralement intact et fossilifère sur la rive gauche.

Quant aux argiles et sables A', B' et C qui surmontent les sables jaunâtres D, nous avons reconnu, avec i\liM. Vincent et Rutot, que ce sont les termes supérieurs de l'étage wemmelien, conslumment altérés partout, par suite de leur exposition conlinue à rintluence des agents méléoricpies.

Le prétendu niveau de ravinement et d'érosion, autrefois signalé à la

base (les sables verts ou jaunes, est une pure illusion; c'est la ligne de séparalion des zones inlacles el altérées de nos sai}les calcarifères, sans distinction d'âge ni de couche. De ce qui précède, il résulte enfin (|ue Tapparenle anomalie signalée dans la disposition el dans la constitution des couches éocènes des deux rives de la Senne s'évanouit complètement.

Quant à la cause qui a donné lieu à l'altération si générale des dépots de la rive droite, en laissant intacts ceux de la rive gauche, elle a déjà été indiquée dans le cours du présent travail, à propos du rôle protecteur des couches imperméables. Ces couches sont, nous l'avons dit (p. 30), épaisses et bien développées sur la rive gauche, tandis qu'elles font généralement défaut sur la rive droite, où les sables calcarifères bruxelliens, laekeniens et wemmelicns se montrent presque partout à découvert.

La question de l'origine et de la signification des sables verts et jaunes sans fossiles, dont nous avons annoncé sommairement la solution en juin 1874- •, a été exposée |)ar nous pour la première fois en détail au Congrès de la Fédéralion des Sociétés scientifiques de Belgique, tenu à Bruxelles en juillet 1876 -. Depuis, rattachée et appliquée aux recherches stratigraphiques que nous avons faites en commun avec .M.M. Rutol et Vincent dans notre bassin éocène, elle a encore fait l'objet de diverses communications ^ et nous avons été assez heureux pour lui voir conquérir les suffrages de tous nos confrères de Belgique, surtout de ceux qui, ayant étudié la géologie de nos dépôts tertiaires, ont pu se convaincre de l'exactitude de ces observations. Il en est d'ailleurs de même pour les géologues étrangers qui, depuis la publication de ces résultats, sont venus visiter les couches éocènes des environs de Bruxelles. Nous citerons en particulier MM. Potier, Carez el M. le

' Annales de la Sociélé (jéoloçj. de DeJqique, t. I", 1874 (Bulletins, séance liii 21 juin 1874).

^ Moniteur industriel belge, vol. III, n" i2ô, 10 iioùl 1870, p. ôo4 (Compte (ie.ndu du Co.ngrès DE LA Fédératio.n, L'tc). Voîi' aiissï Annules de lu Sociélé beli/e de microscopie, t. II, 1873-76 (Bull., p. .\lix, Rapport de .M. Cornet sur les iravau.x du premier congrès de la Fédéralion, etc.).

^ E. Van de.\ Broeck, Lettre à M. Gosselel sur l'éorène moyen des eiivirons de Bruxelles (Anxales Soc. géol. du Xoud, t. III, 187,')-7(), pp. 174-I8:i). — Idem, Seconde lettre sur quelques points de la géologie des environs de Bruxelles (Annales Soc. géol. du Nord, t. IV, 1870-77, j)p. lOG-120), Voir aussi la réimpression de ces deu.K lettres à Lille, en juillet 1879, sous le litre : Aperçu sur la géologie des environs de Bruxelles.

DES DÉPÔTS SUPERFICIELS, etc. 93

professeur Gosselel, lequel, nvec les élèves de la Foculié de Lille, est venu récemment vérifier ces résiilitils et a, pour d'autres poiuls encore, reconnu rexaciilude des éclaircissenienls apportés |)ar les données du piiénomène d'altération par inlillralion des eau\ méiéori(pies.

Mais ce premier fait accpiis, tout iniporlanl qu'il fût, n'élait qu'un premier pas de fait dans une voie féconde.

C'est surtout la connaissance du fades ulléré des divers termes slraligrapliiques de la série wemmelienne (pii devait fournir les l'ésullals les plus considérables et les plus inallendus, s'appli(pian!, non i)as à inie région déterminée, mais à un ensemble de depuis disséminés sur une surface comprenant plus de la moitié du bassin éocéne belge.

Nous avons déjà dit (pie c'est suivant les circonstances ayant plus ou moins favorisé le pbénomène d'inlillralion, dans sa durée ou dans son inlen>ilé, el surtout suivant la proportion d'élémenls glauconieux du dépôt inlillré, que la coloration du résidu d'alléralion varie du vert au jaune ou du rouge au brun. C'est grâce aux mêmes causes aussi (pie les sables Irès-glaucouieux du dépôt wemmelien se sont inélamor|)liosés en sables jaunes, très-oxydés, tandis que ceux moins glauconieux du laekenien sous-jaceni , et par conséquent moir.s atteint, se sont transformés en sables verts, moins oxydés.

De même, les coucbes sableuses surinonlanl l'argile glanconifère wemmelienne, connues sous le nom de « sables chamois », représentent le résidu, profondément altéré el oxydé, privé de tout élément calcaire, d'un terme supérieur de la série wemmelienne, qui, par suite de sa situation superficielle dans tous les affleurements connus de ce système, ne s'y retrouve nulle pari à l'état normal. D'ai)rcs certains sondages exéculé's dans la région comprise entre Malines et Anvers, le système wemmelien, s'enfoncant rapidemenl sous le sol, est recouvert par des dépt^ts protecteurs |)lus récents el montre tous ses termes siraligrapbiques à l'élal normal. C'est le seul point où nous ayons retrouvé au-dessus de l'argile glanconifère les « sables chamois » non oxydés el contenant des Nummuliles wemmeliennes *.

' Une intéressante déeoiivcrte, qui vient (rèlro faite pnr MM. Velge et le ninjor Ilenneqiiin, a définitivement eonfinné rexactitiide de 1 interprétation ei-dessiis indi(iuée, de i"àge des sahles cliamois wemmeliens. Cette découverte consiste dans ta constatation qui a été faite, en diverses

Nous avons déjà vu précédemment, dans le chapitre consacré aux phénomènes d'alléralion dans les dépôts glaiiconicux, que la parlie la plus supérieure dos sédiments du système wenmieiien, toujours profondément atteinte dans les régions d'affleurement, a souvent été changée en un dépôt ferrugineux, qui, jus(iu'ici, avait élé considéré comme se rattachant, non à la période éocène, mais à la sédimentation pliocène.

Ces divers résultats de l'étude de nos couches éocènes wommeliennes et autres ont élé constatés et nettement démontrés en des points où il était aisé, le phénomène une fois reconnu, d'établir la corrélation de ces diverses zones d'alléraiion avec les couches normales et non altérées qui y correspondent. Il devenail facile alors, connaissant le double faciès normal et altéré de chacun de nos dépôts éocènes, de définir et de synchroniser avec les couches types et normales, les nombreux dépôts et lambeaux de sédiments éocènes qui sont épars dans les plaines et sur les collines du bassin tertiaire belge, dépôts dont la détermination avait jusqu'ici donné lieu à tant de doutes, de difficultés et surtout d'interprétations erronées.

M.M. Vincent et Rulol, plus spécialement que nous encore, se sont attachés à l'étude straligraphique détaillée de noire bassin éocène; et, dès les débuts de nos recherches sur la question de l'alléraiion, ils ont com|)ris toute la portée de nos obsorvaiions. Aussi, avons-nous rapidement et sûrement résolu en conmiun les problèmes que la stratigraphie seule avait été impuissante à élucider.

Afin de donner une idée de l'importance des résultats obtenus, nous rappellerons que, par suite de l'étude allentive des phénomènes d'altération dans les couches éocènes du bassin tertiaire belge, il est actuellement acquis :

1° Que dans la plupart de nos dépôts éocènes, et notamment dans le bruxellion, le laekeiiien et le wemmelion, certaines couches qui avaient toujours été considérées comme formant des horizons distincts et qui avaient été rapportées à des périodes diverses et souvent confondues avec des dépôts

localilcs à l'ouest de Bruxelles, de la présenee d'empreintes bien rcconnaissables de coquilles cl de Nunimuiiics coicnes, dans des points d'afllciireinents de sables clianiois altérés et eliangés en grès ferrugineux. 1-a faune wemuiclicnue recueillie dans tes grès est parfaitement caractérisée.

(lYole ajoulée pendant l' impression.)

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 9S

absolument différenls, ne sont autre chose que des zones superficielles d'altération par infillralion;

2" Que certaines lignes de démarcation, de prétendus niveaux de dénudalion, etc., généralement considérés comme séparant des elages géologi(|ues ne sont autre chose que la ligne de contact entre les zones intactes et les zones altérées d'un même dépôl;

3° Qu'un grand nombre de dépôts sans fossiles de notre bassin éocéne, et dont la stratigraphie ne parvenait pas à faire reconnaître Tàge ni les relations de synchronisme, se trouvent aujourd'hui nettement définis et rattachés à leurs horizons respectifs;

i° Qu'enfin, par suite des progrès que la question des altérations a fait faire à nos connaissances sur la conslilulion du bassin éocène belge, un remaniement considérable de la carie géologicpie de celte région est devenu indispensable, du moins en ce qui concerne la répartition et l'extension des dépôts.

Nous n'insisterons pas davantage sur la portée de ces résultais, dont l'énoncé est assez frappant par lui-même pour montrer toute Timportance des applications de noire thèse.

Comme remarque accessoire, nous ajouterons qu'il n'est pas douteux que la proportion considérable de carbonate de chaux tenu en dissolulion dans les eaux souterraines de la plus grande partie de notre bassin éocène, et notamment à Bruxelles, ne provienne précisément de l'abondance du calcaire dissous par les eaux d'infiltration dans cette aire étendue, si riche en dépôts calcariféres aisément perméables.

Si nous passons maintenant au bassin pliocène belge, nous y trouvons une confirmation nouvelle de la nécessité de s'appuyer sur Tétude des phénomènes d'alléralion pour établir les relations réelles de celte succession de dépôts meubles et perméables.

On sait (pie les dépôts consliluanl le système scaldisien de Dumont avaient été généralenient divisés, d'après leur faune et surtout d'après le caractère de la coloration de leurs sédiments, en deux étages distincts : l'inférieur, appelé crag gris et le supérieur, appelé crag jaune.

Dans certains points du bassin, la comparaison des faunes montrait des

différences très-sensibles justifiant compléloment la flivision des sables scaldisiens en deux élai^es; mais il fut bionlôt reconnu (ju^il n'en était pas de mênne parloul. Les résullals obtenus devinrent si conlradictoires que les listes d'ensemble des fossiles des deux étages du croy rjris et du crag jaune ne présentèrent plus les caractères tranchés constatés lors des premières recherches.

On en vint alors à douter de la réalité de l'existence de deux étages distincts dans les dépôts scaldisiens. Divers observateurs, parmi lesquels nous citerons M. le professeur Dewalque, reconnurent alors que le caractère de la coloration n'avait nullement la valeur distinclive qu'on lui avait attribuée : la couleur des sédiments n'offrant aucune relation définie avec les caractères paléontologi((ues du dépôt.

Par un revirement assez brusque, on attribua alors à des influences locales, sans importance et sans fixité, les différences de couleur et d'éléments faunicpies, constatées par les premiers observateurs.

Quant à la division des sables scaldisiens en deux étages, elle allait être définitivement abandonnée, lorsque parut, en 1874, une Notice de M. Paul Cogels ', montrant, qu'en certains points des environs d'Anvers, il existait réellement des zones distinctes parmi les dépôts du système scaldisien.

Nos recherches sur les couches pliocènes de la région d'Anvers nous amenèrent à confirmer et à nettement définir ces premiers résultats.

Après en avoir reconnu toute la portée, plus étendue que ne le pensait M. Cogels, nous pûmes établir qu'il existe dans les sables « scaldisiens » deux étages géologiques bien distincts, d'âges différents, nettement caractérisés par leur faune, par leurs éléments lilhologiques et par leurs conditions de sédimentation.

Ces deux étages, auxquels nous avons donné les noms de sables moyens d'Anvers et de sables supérieurs d'Anvers, sont séparés par une lacune de sédimentation, marquée par un niveau de dénndation, qui jusqu'ici avait échappé aux recherches. La figure 7 de la planche montre en B ce niveau

' p. Cogels, Obsemilioiia géologiques et paléontologiques sur les différents dépôts rencotitrés à Anvers lors du creusement des nouveaux bassins (Annales de la Soc. malacol. de Bel- GiQCE, t. IX, 4874, pp. 7-32).

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 97

de dénudalion, séparant rétage des sables moyens A de Pelage des sables supérieurs B. Nos deux étages, cela va sans dire, ne correspondent nullement aux anciennes divisions en <ra(j (jn's et en cray jaune, composées Tune cl Tautre de couches hétérogènes, dïiges différents, el réunissant simplement des dépôts distincts, mais de coloiation semblable.

Dans la figure 7 de la planche, Tancien « crag gris » serait représenté par les zones A, B, (] réunies, tandis que le « crag rouge », délimité par la couleur du terrain, serait constitué par ('/, D', E'.

Or, si nous nous demandons d'où piovient Tétrange confusion qui, pendant si longtemps, a régné dans l'étude des couches scaldisiennes du bassin d'Anvers, nous reconnaîtrons aisément qu'elle résulte uniquement de l'interprétation inexacte des phénomènes d'altération qui ont alTecté ces dépôts.

Ces couches scaldisiennes, meubles, peu épaisses el ti'ès-perméables, ont été presque partout altérées, oxydées et rougies sur une certaine épaisseur, par le fait de l'infillration des eaux atmosphériques. Nous avons reconnu que tous les dépôts « scaldisiens » étaient plus ou moins yris primitivement el que la coloration jaunâtre ou rougeàtre de la zone supérieure est uniquement due à l'oxydation des sels ferreux et de la glauconie du dépôt. Celle coloration jaunâtre se présente aussi bien dans les sables moyens d'Anvers, quand ils sont exposés aux inten)péries, que dans les sables supérieurs d'Anvers, où elle esl presque constante.

Si, en fait, elle est à peu près générale dans ce dernier étage et fort rare dans l'autre, c'est une consé(|uence inévitable de la situation respective des deux dépôts, dont l'un, plus constamment el plus directement exposé aux infdlrations, recouvre et protège l'autre.

En tout cas, il esl maintenant bien établi que la coloration des dépôts esl entièrement indépendante de leur âge el de leur signification straligraphique. Nous avons en effet rencontré des sables moyens présentant la coloration jaune, indice de l'oxydation du dépôt; par contre, de nombreux géologues ont |)U s'assurer, lors des travaux récents de prolongement du Kaltendyk, que l'étage des sables supérieurs s'y présente en certains endroits avec une coloration grise bien accentuée, la même à peu près que celle des sables moyens sous-jacenls. La faune de ces dépôts, leurs caractères lithologiques

LES PHÉrSOMÉNES D'ALTERATION

et un niveau de dénudalion les séparent très-nellemeul au point de vue chronologique.

Dans les mêmes travaux, les coupes étendues prati(iuées dans ces dépôts pliocènes, pour la construction des nouvelles cales sèches, montraient la zone des sables supérieurs à Trophon infdlrée et rubéfiée jusqu'à un niveau représentant souvent la moitié de la hauteur du dépôt; ce niveau, variable dans son allure, s'abaissait parfois jusqu'à (piehiues centimètres de la base des sables supérieurs ou bien, au contraire, remontait jusqu'au milieu du banc coquillier, qui s'observait vers la partie supérieure de ce dépôt.

A Sables moyens, gris, à /. cor,

B Banc coquillier, base des sables supérieurs.

C Sables supérieurs, gris, à Trophon antiquum, non altérés.

C, D, E Sables supérieurs à Trophon antiquum, altérés et rubéfièi

F Dépôts quaternaires et modernes.

Les trois coupes réunies dans la figure 22 représentent des sections de terrain pliocène |)rises en différents points des travaux, aux cales sèches. Dans toutes les trois, le dépôt A représente l'étage des sables moyens d'Anvers à Isocardia cor (ancien Cray cjris, part hn) ; B est la couche roulée, à éléments remaniés, formant la base des sables supérieurs à Trophon antiquum C, C, D, E.

C est la partie inférieure, restée normale et grise, de cet horizon. Ce niveau correspond aussi à l'ancien Crag (jris, parlini, et le mélange d'éléments fauniques constaté en B paraissait autrefois relier très-intimement C et A, surtout lorsque le dépôt B, très-développé, était à peu près le seul représentant de l'horizon des sables supérieurs à Trophon. C représente la zone d'infiltration, oxydée et rougie, de C, et l'on voit le développement de cette zone varier d'après le point observé. Elle descend plus ou moins dans la nwsse du

dépôt, suivant Timporlance du massif pliocène enlevé par dénudation ultérieure. D est un banc co(piillier, avec organismes in situ, s'élendanl très-régulièrement au sein des sables à Trophon, et E représente un dépôt plus argileux appartenant à la même formation. C'est l'absence de ces deux dernières zones, dillicilement perméables, qui, dans les cas de ravinements quaternaires intenses, a fait s'abaisser fortement la limite de la zone altérée, comme le montre le dessin C de la figure 22.

En F on trouve les sables et limons quaternaires et modernes formant, aux cales, le sommet des coupes observées.

Dans la figure 7 de la plancbe, nous avons représenté une coupe réelle, et des ()lus explicites, relevée dans ces mêmes travaux d'Anvers.

La simple inspection de cette figure permet de s'assurer combien était fausse la base de distinction adoptée autrefois pour la délimitation de nos étages pliocènes supérieurs, distinction uniquement fondée sur la dillerence de coloration des sédiments.

M. le professeur G. Dewalque, dans une note ' postérieure au Prodrome, a judicieusement fait remarquer le danger (|u'il y avait de baser des subdivisions sur la couleur des dépôts.

A Zwyndrecht, sur la rive gauche de l'Escaut, en face d'Anvers, on voit l'étage des sables supérieurs à Trophon anti(/uuin reposer sur les sables moyens à Isocardia cor, [)ar l'intermédiaire d'un banc coquillier, correspondant au banc inférieur figuré plus haut dans les coupes des cales sèches.

La zone d'altération et de rubéfaction qui, sur toute l'étendue de la coupe observée par M. Dewalque, avait aflecté les sables supérieurs, descendait peu à peu au travers du banc coquillier, épais de 0"',80, et ensuite au sein du sable sous-jacent qui, à l'autre extrémité de la coupe, longue d'environ 50 mètres, se montrait rubéfié à son tour sur 1 mètre, c'est-à-dire sur la moitié de son épaisseur visible. M. Dewalque fait remarquer dans sa note que l'inclinaison de la zone rubéfiée était dans le même sens que celle de la surface du sol, c'est-à-dire suivant la direction d'écoulement et d'infiltration des eaux superficielles.

' G. Dewalque, Xoles sur quelf]ues localités pliocènes de la rive gauche de l'Escaul (An,\.

DE LA Soc. GÉOL. DE BELGIQUE, t. III, pp. 12-20).

iOO LES PHÉNOMÈNES D'ALTÉRATION

La figure 23 nionlro, (Kaprès M. Dewalquc, cette disposition, que nous avons retrouvée nous-nièiiie en d'autres points du bassin d'Anvers.

A, A' Sables moyens à hocardia cor.

B, B' Banc coquillier, base des sables supérieurs à Trophon antiquiim,

C, C Sables^supérieurs à Trophon antiquum.

(Les parlies traversées par les trails verticaux sont rougeâtres; les autres sont restées grises.)

Dans cette coupe, A, A' représentent les sables moyens à Isocardia cor, B, B' le banc coquillier à éléments remaniés formant la base des sables supérieurs à Trophon anlic/uum C, C. On voit la zone rubéfiée C, B', A' descendre avec la pente du terrain et affecter successivement les diverses strates pliocènes de cette coupe. La couche supérieure C, non protégée, se montre partout altérée et rubéfiée, comme c'est d'ailleurs le cas général à Anvers.

Il n'est pas nécessaire d'entrer dans plus de détails pour faire comprendre, étant données l'origine et la signification réelles des caractères de la coloration, que les géologues et les paléontologues qui divisaient les sables « scaldisiens » de Dumont en deux étages basés sur ce caractère, ont dû se heurter à des difiîcultés et à des contradictions vraiment insurmontables.

La dissolution des éléments calcaires et l'oxydation des sels ferreux ne sont pas toujours en relation constante d'intensité, au point de vue de la comparaison mutuelle de leurs effets, dans les dépôts meubles et perméables soumis aux phénomènes d'altération. Ainsi, à Anvers, nous avons constaté que les sables supérieurs ou moyens pouvaient être fortement oxydés et rougis par suite d'une altération profonde de la glauconie, sans que les débris coquilliers fussent dissous. D'autre part, les sables glauconifères sous-jacents de l'étage inférieur se trouvaient simplement verdis par suite d'une altération partielle ou moins intense de la glauconie; et cependant, dans ce dépôt inférieur moins oxydé, tous les éléments calcaires, coquilles, etc., avaient

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 101

entièrement disporu par suite de la dissolution complète du carbonate de cliaux dans le dépôt !

Ce fait, qui paraît anormal au premier abord, n'est qu'une conséquence toute naturelle des conditions spéciales dans lesquelles s'est ici produit le pbéiiomène d altération. Il est à remarquer, en elïet, que si l'oxydation de la glauconie peut se faire au sinq)lc contact de l'air humide ou de l'oxygène en dissolution dans les eaux atmospliéri(iues s'infiltrant rapidement et à de nombreuses reprises au travers des sables meubles, il n'en est pas de même pour la dissolution du calcaire, qui exige une action continue et |)roIongée de l'acide carbonique contenu dans les eaux d'inliliration. il faut donc, pour (|ue les débris co(|uilliers puissent être alta(|ués et le calcaire dissous, que l'eau séjourne pendant un temps assez long dans les dépôts alTectés par les phénomènes d'infdtralion.

Les sables moyens et surtout les sables supérieurs d'Anvers, où la propor- I ion d'éléments (|uarlzeux est toujours considérable, sont généralement peu épais et très-perméables; les eaux pluviales qui les arrosent par intermittences s'y évaporent rapidement, ou bien descendent à un niveau inférieur, sans pouvoir dissoudre les éléments calcaires des couches sableuses. Or, c'est |)récisémcnt parce que les eaux |)luviales ou d'infdtralion s'arrêtent au niveau du dé|)ôt moins perméable des sables glauconieux inférieurs, où elles s'étendent en nap|)e persistante, que la zone altérée de ce dépôt (le sable vert) est généralement privée, par dissolution, de ses éléments calcaires, c'est-à-dire de débris coquilliers, etc.

D'un autre côté, la glauconie si abondante de ces sables inférieurs d'Anvers, en relation moins directe avec l'oxygène de l'air (|ue la glauconie des dépôts recouvrants, laquelle a aussi en grande partie absorbé l'oxygène des eaux d'infiltration, s'oxyde moins aisément, (l'est par ce motif cpie la coloration verte est si fréquente dans les sables inférieurs altérés, tandis (|ue la coloration jaune ou rougeâlre s'observe plus communément dans les sables moyens et su|)érieurs. (Voir la ligure 4 et la ligure 2 de la planche.)

La zone infiltrée et modifiée des sables glauconifères d'Anvers présente parfois sur un espace très-limité, dans une même cou|)e, tous les degrés possibles d'altération. Ainsi, dans un talus du fossé de l'enceinte fortifiée d'An-

vers, entre les Portes Léopold et de Borsbcek, nous avons trouvé certaines parties du dépôt fossilifère à Pétoncles entièrement changées en sable verl sans un atonie de matière calcaire et sans aucune trace de fossiles; d'autres points de la coupe, moins altérés, contenaient encore quekpies fossiles à moitié décomposés, et tombant en bouillie au moindre contact; en certains points concrétionnés du dépôt, les fossiles étaient représentés par des moulages à moitié durcis et daspect ferrugineux. Le dépôt oxydé, devenu rougeâtre ou ocreux, rappelait alors, à s'y méprendre, l'aspect ordinaire des « sables ferrugineux diestiens » .

Dans la zone des sables glauconieux grisâtres à Panopées, que nous avons étudiés au Kiel et à Burgh, près d'Anvers, ces phénomènes d'altération par infiltration des eaux atmosphériques se montraient également avec une intensité variable el donnaient lieu à des colorations différentes. Dans les deux localités précitées, les sables à Panopées reposent sur un lit épais et imperméable d'argile oligocène retenant les eaux au niveau des sables, qui, dans les dépressions de l'argile, sont alors fortement altérés. Les fossiles, ordinairement friables et tombant en bouillie, manquent en beaucoup de points, où ils sont dissous. Ce phénomène est général dans la zone superficielle des sables à Panopées, changés en sables verts, parfois jaunâtres ou rougcâlres et fortement oxydés. Des coupes fraîches du terrain permettent d'observer la transition insensible de cette zone superficielle à la partie fossilifère; mais, dans certains cas, la partie la plus altérée simule, au sein des sables simplemont verdis, ou bien intacts et fossilifères, des poches d'érosion paraissant remplies par le sable rougeàtre el oxydé.

Une observation intéressante, qui nous a été fournie par. les coupes récentes des travaux de prolongement du bassin du Kattendyk à Anvers, montre que les phénomènes de rubéfaction par oxydation, dus aux inlluences météoriques, se produisent parfois avec une très-grande rapidité. C'est ainsi que la surface de talus creusés dans des massifs de sables supérieurs à Trophon non altérés, surface qui se montrait parfaitement grise el normale au moment de la mise à nu, se trouvait être sensiblement oxydée et jaunie, sur une épaisseur d'environ 5 millimètres, après une exposition d'à peu près trois semaines aux influences météoriques. Les coupes des cales, creusées dans un terrain humide, offraient

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 103

en plusieurs poinls le même phénomène bien caraclérisé, partout où il y avait eu exposition à Tair libre de surfaces restées grises et normales. Il est à reniar(|uor que Toxydation ne peut s'opérer aussi facilement dans des sédiments se trouvant à un niveau d"eau constant que dans des dépôts alternativement secs et traversés par rinfiltralion des eaux superficielles. Il en est tout autrement de Taelion dissolvante, favorisée, au contraire, par la persistance de séjour des eaux d'infiltration.

Des phénomènes analogues à ceux que nous avons observés à Anvers, à Bruxelles et ailleurs en nelgicpie, ont élé constatés récemment en Angleterre par différents géologues.

iMM. Whilaker, Wood J"^ et Harmer ' ont simultanément reconnu (lu'un dépôt sableux rougeâtre sans fossiles, surmontant et paraissant raviner dans certaines localités les couches pliocènes du Red Crcuj, n'est autre chose que la partie supérieure altérée et oxydée du dépôt fossilifère sous-jacent, traversée par l'infdtration des eaux superficielles chargées d'acide carbonique ayant amené la dissolution du calcaire.

ftlM. Whitaker et Dalton, du Geological Survey d'Angleterre, ainsi que MM. Potier, de Lapparenl, de Cossigny, Dollfus et d'autres géologues en France, en Angleterre et en Belgicpie, ont bien voulu, dans des communications particulières, nous faire part de diverses observations du même genre, confirmant l'universalité du phénomène d'altération des dépôts superficiels par infiltration des eaux météoriques.

Lors(|ue l'attention des géologues parisiens sera suffisamment attirée sur ce fructueux champ d'étude, il n'est pas douteux que bien des cas analogues à ceux que nous avons rencontrés dans l'éocène et dans le pliocène de Belgi(iue soient signalés en de nombreux points du bassin de Paris, qui contient des dépôts meubles fort semblables à ceux de l'éocène belge.

Dès maintenant déjà, nous pouvons faire remarquer que les dépôts non calcariféres, sablo-argileux, de coloration rougeâtre et prétendument quaternaires, qui ont été signalés aux environs de Paris comme pénétrant, en forme

* s. Wood and F. W. [Iaiimeu, Ohservatiuns un ihe later (ertiarij Geologij uf Eus! Atujliœ (QuAiiT. JouR>'. Geol. Society, February 1877, p. 74). — W. Whitaker, Noie on tite Red Crug (Idem, vol. XXXill, 1877, p. 12-2).

lOi LES PHÉNOMÈNES D'ALTERATION

de découpures, bizarrenienl conlournées, dans le calcaire grossier meuble, ne sont aulre chose que des poches d'alléialion de la roche sous-jacente, lesquelles se présenlent sous le même aspect que celles étudiées par nous dans les dépôts éocènes des environs de Bruxelles. A Paris également, les bancs intercalés de giès durs ont été dissous et le résidu en a été oxydé; de plus, les phénomènes de tassement el d'eflond rement produits par la disparition du calcaire el rimprégnalion des sables ont parfois permis à certains galets (|uaternaires recouvrants de descendre dans ces poches et de compléter ainsi rillusion. Il est certain que, pour beaucoup d'observateurs, ces sables argileux rougeâtres, contenant des galets vers le haut el se reliant ainsi au terrain quaternaire, paraîtront consliluer la base de ce dépôt.

La figure 5 de la planche représente une minime partie d'une belle coupe de calcaire grossier moyen, soigneusement relevée par M. Belgrand. Il sullîl d'y jeter un coup d'œii pour se convaincre, par la seule l'orme et les allures des poches, que le dépôt rouge, décalcitié et oxydé, recouvrant dans cette région le calcaire grossier ne peut représenter une couche sédimentaire. Il est aisé de reconnaître dans ces découpures bizarres et tourmentées une zone superficielle d'altération du dépôt calcaire sous-jacent. Celte coupe montre, en divers points, des phénomènes de dissolution des bancs calcaires, semblables à ceux que nous avons si fréquemment constatés dans les sables à grès calcarifères de l'éocène moyen du bassin tertiaire belge.

Les dépôts meubles et calcarifères des sables moijens du bassin parisien, tels que ceux des gisements classiques de Gues|)elle et du Fayel, les sables fossilifères de Fontainebleau , ceux de Bracheux el ])ien d'autres sédiments analogues, étudiés par nous lors de nos courses dans le bassin de Paris, nous ont montré des zones superficielles de dépôts ocreux décalcifiés, parfois concrélionnés, ferrugineux el transformés en grès durs, qui inconteslablemenl n'oni d'autre origine que l'alléiation par voie hydro-chimique, des sédiments calcarifères sous-jacenis. Ces zones, devenues différentes, n'ont donc nullement la valeur siraligraphique ni la signification que leur atlribuenl les géologues qui les ont le plus souvent signalées el décrites comme des dépôts distincts, ayant leur rang dans l'échelle siraligraphique normale des horizons auxquels elles se rattachent.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 103

Ce nVst pas seulement clans les depuis superficiels dn sol actuel (pie Ton doit s'attendre à trouver dos zones d'altcralion par infiltration dos eaux méléoricpies. Le même phénomène s'élanl produit on Ions temps, les traces qu'il a dû laisser doivent nécessairement se retrouver aussi sur d'anciennes surlaces conlinenlales ou émergées, aujourd'hui recouvertes par d'autres dépôts, soit normaux, soit altérés à leur tour.

La coupe du Wvngaerdborp;, dont nous avons parlé précédemment, et qui se trouve re|)résonléo par la figure 6 do la planche, nous a montré l'existence de doux phases successives du phénomène d'altération, dont la première s'est effectuée pondant un espace de temps compris entre l'émersion des sédiments éocènes et la période quaternaire, et la seconde après le dépôt du loess ou ergeron.

A Coriryck, entre Aerschot et Louvain, nous avons vu une coupe assez étendue montrant 2 mètres de sables glauconifèros diestions (pliooènos), dont la partie supérieure seule avait été infiltrée et changée en sai)les ferrugineux rougeàlros.

Au-dessus d'un épais hano de cailloux roulés, formant la hase de ce dépôt, il y avait, sur toute l'étendue do la coupe, 1 mètre de sahic glauconieux non altéré et d'un gris verdâtre. Ce sable glauconieux reposait sur des sédiments rupeliens (oligocène moyen) (pu' se montraient blancs, meubles et normaux en certaines places, altérés et rubéfiés en d'autres et parfois même concrétionnés en bancs rougeàlros assez durs, un pou limonitoux. Parmi les cailloux de la base du dieslien, il y avait quelques fragments do cotte roche durcie, montrant que sa formation était antérieure au lavinoment pliocène.

Do ronsomble de ces faits, il résulte clairomonl que les phénomènes d'altération ayant affecté les sables rupeliens sont antérieurs à ceux qui ont agi sur les sédiments diestiens. Les premiers se sont effectués pendant la période d'émorsion comprise entre le dépôt de l'oligocène moyen et la sédimentation pliocène, tandis que les seconds sont postérieurs à celle-ci.

Mais on peut aussi constater des phases distinctes du procossus d'altération dans le soin d'une succession do dépôts marins, tous placés hors do l'influence des phénomènes actuels d'infiltration des eaux météori(pios.

Nos recherches sur les terrains tertiaires de la Belgique nous ont montré

10(i LES PHÉNOMÈiNES D ALTÉRATION

quelques cas de ce genre. D'autres nous ont élé communiqués par des collègues.

Nous cilerons, par exemple, Tobservalion faite au Mont Panisel par notre confrère M. A. Rutol. Vers le sommet de la colline, un chemin creux lui a fait voir le sable ypresien présentant une zone superficielle altérée el oxydée — non point par un niveau d'eau actuel, qui ne saurait se maintenir à cette liauleur, où Ton ne constatait d'ailleurs aucune humidité — mais par des infiltrations antérieuirs à la sédimentation pani:?elienne.

En eifet, les sables glauconileres paniseliens qui recouvraient les sables ypresiens ne montraient presque aucune trace de décomposition ni d'altération, et Ton sait cependant combien la glauconie est sensible à l'influence des eaux d'infiltration!

Il est donc logique de conclure que, dans la région du .Mont Panisel au moins, il y a eu, entre la sédimentation des sables ypresiens et le dépôt du sable paniselien, un certain temps d'arrèl causé par une oscillation du sol qui a permis au sable ypresien émergé de subir l'influence de l'infiltration des eaux pluviales et des agents atmosphériques.

M3L Cornet el Biiart nous ont également communiqué une coupe inédite qu'ils ont levée pour accompagner une Note sur la constitution géologique des collines tertiaires faisant, dans le Hainaut, la séparation entre les eaux de la Meuse et de l'Escaut. Celte note a été résumée par eux dans les Annales de la Société géologique de Belgique, où elle a paru (Bulletin, t. Y, p. lxxiv) sans la coupe que nous donnons ici et qui met en pleine évidence l'altération ancienne des argilites de MorlauAvelz avant la sédimentation bruxellienne, qui s'eflectua au-dessus de la surface émergée des premières.

La figure 8 de la planche représente, d'après le dessin que nous ont obligeamment communiqué 3LM. Cornet el Briart, un massif de sables el d'argiles tertiaires, parcouru, à une vingtaine de mètres de profondeur, par une galerie horizontale de drainage, longue de 828 mètres, que rencontrent sept puits verticaux et trois forages. Ce sont les données fournies par les travaux exécutés à celte occasion qui ont amené les résultats que nous allons brièvement indiquer.

Dans cette figure, A el B représentent des dépôts (piaternaires el modernes; C el D' représentent le sable bruxeilien, remanié vers le haut, en C, par

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 107

tiénudation qualernaire, allcré dans la plus grande partie D' du dépôt et passant, vers le bas, à un sable marneux E, d\ni blane grisâtre avec grès calcaires.

On remarque que le sable marneux a arrêté riii(]ltration des eaux superficielles, qui n'ont pu pénétrer plus avant.

La coucbe F, F', sous-jacenle à ce sable marneux calcaril'ère, est constituée par un dépôt d'argilite de Morlanwelz, dont la partie supérieui'c F', jaune ou brune, décalcifiée et oxydée, est profondément altérée et où les l'ossiles n'existent plus qu'à l'étal d'empreintes.

Le bas F de la couche, non altéré et de coideur gris-bleuàlre plus ou moins foncé, est calcarifére et contient des fossiles avec leur test.

En G, G' enfin, on trouve mi sable fin, micacé, gris-bleuâtre dans ses parties non altérées G, et renfermant les mêmes fossiles que la coucbe F. A l'entrée de la galerie, dans le Hanc de la colline, on trouve ces sables, décalcifiés et oxydés G' sur une longueur d'environ GO mètres.

La figure 8 de la planche indicpie nettement les rapports des zones intactes et altérées de ces divers dépôts et il nous siilTira, |)our faire comprendre toute l'importance de ces données, de reproduire textuellement le passage final de la note de M3L Cornet et Briart.

« Le fait le plus important, disent-ils, ipii ressort de cette description, c'est que la partie supérieure des argiles est altérée, ([uoicpic se trouvant entièrement recouverte par une couche marneuse du terrain bruxellien qui ne l'est pas du tout. L'altération des argililes, (|ui ne peut être que le résultat des intluences almospbériciues, est donc antérieure au dépôt des marnes bruxelliennes.

» Or, ces influences atmosphériques n'ayant pu exercer leur action que pendant une én)ersion du sol, nous devons en conclure que notre |)ays a subi un soulèvement assez notable et assez prolongé entre le dépôt des argilites ypresiennes et celui des premières assises l)ruxelliennes. »

Cet exemple sullira, croyons-nous, pour montrer le rôle inq)ortant que l'élude des phénomènes d'altération est parfois appelée à prendre dans les recherches géologiques et pour faire ressortir les lumières que celte élude peut apporter dans l'élucidation de certaines questions avec lesquelles elle ne paraît, au premier abord, avoir aucune relation.

d08 LES PHÉNOMÈNES D'ALTERATION

Nous allons mainlenant passer à rétude des phénomènes d'altération observés dans les roches crétacées et spécialement dans la craie blanche.

Depuis longtemps, il est bien établi (pie Tattaque de la craie par une eau légèrement acidulée ou chargée d'acide carbonique donne lieu à la dissolution du carbonate de chaux et à la production d'un résidu généralenuul composé d'une proportion variable de sable siliceux, mais surtout d'une certaine quantité d'argile brunâtre ou rougeàtre, d'aspect ferrugineux.

La conséquence rationnelle de la facilité avec laquelle Feau chargée d'acide carbonique attaque et dissout la craie est que, partout où les couches de craie affleurent à la surface du sol, partout aussi les eaux fluviales el d'infdlration doivent donner naissance à des phénomènes d'altération el de dissolution très-accentués. Il est logicpie de conclure aussi que ces phénomènes ont dû commencera se produire dès l'émergence de la craie et qu'ils se sont elïectués jusqu'à nos jonrs, en se perpétuant pendant toute la période tertiaire, du moins partout où les dépôts crétacés continuèrent à rester émergés ou bien furent recouverts par d'autres sédiments, mais de façon cependant à rester soumis à l'inlluence des agents méléoricpies. Or, nous trouvons précisément dans les dépôts connus sous le nom iïuryUes à silex, qui recouvrent la surface de la craie en affleurement ou sous des dépôts quaternaires ou tertiaires, tous les caractères du résidu chimique provenant de la dissolution lente de la roche par l'eau atmosphérique chargée d'acide carbonique.

On a beaucoup écrit sur l'origine et sur l'âge des argiles à silex, que l'on avait, jusque dans ces dernières années, considérées comme des dé|)ôls distincts, tantôt crétacés, tantôt tertiaires, ou bien se rattachant spécialement à la période quaternaire. On en a fait tantôt des produits geyseriens ou éruptifs, tantôt du terrain « sidérolilhique »; on a aussi regardé ces argiles comme des résidus de remaniement tertiaire ou quaternaire de divers étages crétacés et enlin comme des dépôts glaciaires ou erratiques.

Dans ces derniers temps cependant, on a dû se rendre à l'évidence et, sans parler des géologues anglais et allemands qui ont étudié cette question, plusieurs observateurs français, MM. de Mercey, Meugy, de Lapparenl, Dollfus, Gosselel, etc., ont reconnu l'origine chimique de l'argile à silex et

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. i09

ils onl constaté que ce dépôt n'indique aucun phénomène de transport ou de déplacement mécanicpie dû à l'action des eaux marines. Pour expli(|uer celte origine chimique, M. Meugy et d'autres géologues ont cru devoir faire intervenir des sources acides et d'autres |)hénomènes de ce genre mettant en jeu des eaux d'origine interne. Ayant ohservé (pie l'argile à silex rappelait singulièrement certains caractères « d'érosion », du diluvium rouge, on a attribué à ces deux dé|)ots, non-seulement une origine semblable, ce qui est exact, mais encore une l'ormalion conmiune et un même âge. C'est ainsi que iM. Meugy suppose que des sources acides, ayant donné naissance à la fois au diluvium rouge et à l'argile à silex, ont dû se faire jour entre le dépôt du diluvium gris et celui du loess.

.M. de Lapparent a parfaitement reconnu (|ue les argiles à silex n'ont pas d'âge déterminé; cet observateur judicieux s'est assuré (pie l'argile à silex a pu se former à plusieurs reprises et pendant diverses phases de la période tertiaire.

S'il est vrai que 31. de La|)parent et plusieurs de ses confrères français recomiaissenl maintenant Torigine purement chimi(|ue de l'argile à silex et la formation sur place de ce dépôt, par dissolution de la craie, il n'est pas moins vrai aussi qu'ils sont généralement restés sous l'idée que ces phénomènes chimiques sont dus à des causes spéciales : sources acides, actions thermales, éjections geyseriennes, etc., et se trouvent intimement liés avec les phénomènes éruptifs, avec la production des failles et des lignes de fracture, au voisinage des(|uelles on les observe souvent.

i)J. G. Dollfus, dans une note publiée il y a quel(|ue temps sur les couches lerliaires des environs de Dieppe ' a, le premier à notre connaissance, trèsexactement défini les conditions de dépôt de l'argile à silex. Parlant de dépôts observés aux environs de Dieppe, il dit : « La craie, dans toute la région, pré- » sente les traces évidentes d'altérations superficielles : le plus généralement » elle est recouverte d'argile à silex, qui, par sa nature, sa composition, sa » situation, est un produit ou résidu chimique de raltéralion de la craie par » les agents atmosphéri(pies... Cette argile est une formation continue, (|ui a

' G. DoLLFiîs, Description et clusnificalion des dépôts tertiaires des environs de Dieppe (Ann. de la Soc. géol. du Nord, l. IV, 1876-77, p. 19).

» commencé à se former depuis rémersioii définitive de la craie, qui a duré » pendant loule la période tertiaire et qui se poursuit encore : elle a été cer- » tainement dispersée ou remaniée en bien des points, à plusieurs reprises, » mais elle a toujours recommencé à se former quand la craie a pu être )> alleinle par les eaux atmosphériques. Elle s'est formée également sous les » terrains dont elle pouvait être recouverte toutes les fois que ces terrains » étaient perméables, et nous la retrouvons aussi tapissant les poches pro- » fondes formées par la dissolution de la craie, dans lesquelles les formations » tertiaires ont pu glisser et s'affaisser. »

Plus récemment encore, M. le professeur Gosselet, dans sa Note sur V Argile à silex de Vervins (Ann. Soc. Géol. du Nouu, t. VI, 1879, p. 317) a clairement exposé la même thèse et, pour lui aussi, l'action si simple, mais si puissante, des phénomènes de dissolution dus à l'infiltration des eaux pluviales sullit |)our expliquer les observations faites jusqu'ici au sujet de l'argile à silex. « Fidèle à la théorie des causes actuelles, dit )1. Gosselet, je repousse » loule ingérence de principe inconnu. Je ne veux pas, dans le cas présent, » de ces agonis internes, si commodes pour voiler l'ignorance où nous » sommes souvent des causes réelles des phénomènes naturels ^ »

* Notre attention vient d'èlrc attirée, depuis la rédaelion de notre texte, par un intéressant article de JI. Ribeiro, intitulé Sur le terrain quaternaire du Portugal (Bull, de la Soc. géol. DE France, t. X.XIV, "i' série, p. 695). Dans ce travail l'auteur signale certaines relations existant entre le phénomène de l'altération des roches j)ar les eau.x atmosphériques et l'argile rouge qui recouvre les formations calcaires de tous âges, étudiées par lui en Portugal.

I Les argiles rouges, dit-il, qui accompagnent constamment la surface des régions calcaires... se manifestent dans notre sol calcaire de tous les âges, remplissant les fentes et les anfracluosités de ce sol et en recouvrant en partie la surface... Sur plusieurs points de notre sol, nous avons trouvé une liaison intime entre les argiles en question et l'altération du même sol calcaire, déterminée aussi bien par l'action des eau.v de l'intérieur que par celte des agents externes. ÎVous dirons même que ce phénomène ne s'est point borné à un endroit précis ni à un étage désigné de la série sédimentaire du pays. En effet, nous avons rencontré des calcaires subcristaJlins du jurassique supérieur, entre Lagos et le cap Saint-Vincent qui, sous l'action des agents atmosphériques actuels, donnent une argile identique à l'argile rouge quaternaire en (juestion cl se confondent a\cc elles. On observe un phénomène seniblable dans les calcaires granulaires, jaunes et blancs, des étages néocomien et crétacé moyen de Cascaes, d Ericcira... Et il faut remarquer que l'altération du calcaire peut être .suivie, dans la localité, dans toutes ses phases jusqu'à la disparition complète de la roche que l'argile rouge remplace. »

[M'oie ajoutée pendant l'impression.)

DES DEPOTS SUPER EiCIELS, etc. lH

Maintenant que l'origine cliiniique et la formation sur place de l'argile à silex ne peuvent plus être sérieusement contestées, maintenant aussi que l'action dissolvante des eaux météoriques sur la craie est un fait bien établi, il n'est plus guère nécessaire de repousser une à une les hypothèses encombrantes et si peu jusiiiiées qui mettent en jeu des actions thermales, des sources ou des éruptions d'eaux acides.

On nous permettra cependant de passer rapidement en revue les principales objections qui ont été présentées.

Nous avons dit plus haut ijue les géologues qui, recoimaissant l'impossibililé déconsidérer Targile à silex comme un terrain de transport, y ont reconnu un dépôt chimique effectué sur place, ont généralement fait a|)pel à des agents extraordinaires, tels que des sources ou des éruptions d'eaux acides! Ils ont été jusqu'à calculer gravement l'effrayante quanlilé d'acide chlorhydrique nécessaire pour dissoudre les massifs de craie dont l'argile à silex représente le résidu chimicpie.

On peut s'étonner de voir des observateurs devant , par la nature même de leurs éludes, être familiarisés avec la valeur du temps en géologie et avec la puissance et la grandeur des effets d'érosion mécanique et chimique produits sur les surfaces continentales par les agents météoricpies, trouver si dilTicile d'admettre l'épaissem* des massifs crayeux dont le résidu de dissolution est représenté par l'argile à silex. On peut se demander aussi comment il ne leur est pas venu à l'esprit ([ue, si considérables que soient les quantités d'acide chlorhydrique mises à leur disposition par l'hypothèse, elles ne fourniront jamais des résultats de dissolution aussi énormes et aussi généraux à la surface des roches crayeuses du globe entier que Vacide carbonique des eaux pluviales, multiplié par ce facteur d'une puissance infinie qu'on appelle le temps.

On a souvent mis en avant l'hésitation des géologues à admettre l'épaisseur des massifs crayeux qu'ils croient nécessaires — en admettant nos vues — d'invoquer comme source du résidu d'argile à silex. Ce qui rend surtout cette objection si persistante c'est, croyons-nous, l'idée fausse que l'on se fait généralement de la différence de volume existant entre une masse donnée de roche calcaire ou crayeuse et son résidu de dissolution.

On nous répondra peiil-èlre par des expériences de laboraloire. Mais celles-ci — en admettant cprelles se montrent délavoral)Ies à nos vues, ce qui reste à démontrer — ne pourront servir d'argument qu'après avoir été faites dans des conditions identicpios à celles où se produisent les diverses actions que nous oiTre la nalure. La dissolution pure et simple d'une roche calcaire ou crayeuse par un acide donnera lieu peut-èlre à un résidu argileux assez faible, tandis que si celle attaque est lente et conduite de manière à permettre en même temps Voxi/dalion des sels ferreux contenus dans la roche, la combinaison des deux résidus argileux et ferriques donnera lieu à une masse bien différente.

L'oxydation des sels ferreux produit en effet une sorte de foisonnement et une incontestable augmentation de volume, dont la formation de la rouille nous fournit un frappant exemple. Une mince lame de fer, s'oxydant sous l'influence des intempéries, se trouve, après un certain temps, transformée en une masse de rouille d'un volume bien supérieur. C'est la combinaison de l'oxygène de l'air humide avec le fer qui donne lieu à cet accroissement de volume, dont les armes anciennes de nos musées d'antiquités fournissent des exemples familiers à tout le monde.

Il en est absolument de même dans l'altération des roches calcaires et crayeuses, qui toutes contiennent des sels ferreux. C'est le foisonnement et le mélange du résidu ferrique de ces sels avec les particules argileuses résultant de la dissolution du calcaire (jui donnent lieu à la formation du dépôt assez considérable d'argile rouge constituant l'argile à silex, et (|u'un simple groupement des particules argileuses prises isolément n'aurait en effet pu produire.

Si des argiles à silex, entièrement dépourvues d'éléments sableux ou grossiers, recouvrent une région dont le sol est constitué par une roche crayeuse grossière ou mélangée de grains de quartz, on ne pourra arguer de ce fait, sans s'être au préalable assuré si l'argile fine recouvrante ne provient pas de la dissolution préalable de couches crayeuses préexistantes, plus fines et plus pures que le substratum actuel de cette argile. Il y aura également lieu d'examiner, dans la négative, si l'argile à silex ne montre pas les caractères d'un dépôt stratifié; elle pourrait représenter le résidu fin et purifié d'une

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. Ho

argile à silex formée sur place ailleurs et remaniée par des phénomènes de transport quatei'naires ou modernes. Celle dernière cause a d'ailleurs souvent étendu le dépôt d'argile à silex au-dessus de couches tertiaires postérieures à sa formation, ce qui a même été présenté, bien à lort, comme une objection à la thèse de la formation sur place de largile à silex par l'infiltration des eaux superficielles dans des roches crayeuses.

D'étroites relations ayant été souvent constatées entre la disposition des failles ou des lignes de fracinie el la [)résence des dépôts de sables dits éruptifs, des poches d'argile à silex, etc., on a généralement conclu à des relations communes d'origine entre ces deux séries de phénomènes; mais ces relations s'expliquent tout naturellement par le fait que les failles et les fractures étant pour les eaux superficielles ou d'infiltration de véritables centres d'attraction, des conduits naturels d'écoulement, il est logique d'y constater l'extension plus grande des phénomènes d'altération et de dissolution résultant du séjour prolongé de ces eaux.

On a parfois remarqué que les argiles à silex se trouvent localisées sur le boi'd abaissé des failles. C'est une conséquence de la tendance des eaux superficielles à se réunir dans les dépressions du sol; elles y exercent des phénomènes d'altération plus intenses (|ue sur les sommets des pentes, où, ne pouvant se maintenir, elles influencent moins les dé[)ôts.

La continuité, parfois constatée aussi, du dépôt d'argile à silex sur les bords relevés et sur les bords abaissés d'une faille, n'implique nullement, ainsi qu'on l'a cru généralement, que la formation de ce dé|)ôt doive nécessairement être antérieure à la production de la ligne de fracture. Cela peut signifier simplement (|ue la surface de la ci-aie a été altérée partout, par suite de circonstances spéciales, toujours faciles à retrouver. 11 est d'ailleurs évident que les phénomènes d'altération produits par les agents atmosphériques et les infiltrations superficielles, en rappoi't direct avec les données topographiques et hydrographiques, n'ont aucune relation avec l'âge des couches ou des dépôts.

C'est aussi par l'examen attentif des données topographiques et par l'étude des phénomènes de remaniement, postérieurs à la formation de l'argile à silex, que l'on parviendra à écarter les prétendues difficultés qui ont été

m LES PHENOMENES D ALTERATION

signalées et qui ne sont que les conséquences normales de conditions particulières ou locales.

Quant aux objections générales que l'on a faites à la thèse de Porigine hydro-chimique de l'argile à silex, elles toml)ent devant l'évidonce des fails, dûment inlei'prélés.

Les argiles ferrugineuses ou plastiques, les sables siliceux nieu!)les ou cimentés, les poudingues, le fer hydraté, le minerai de fer en grains, qui, avec les argiles à silex, s'observent souvent en poches, en fdons ou en nappes au voisinage des lignes de fracture, sont très-généralement les résidus d'altération, de dissolution, de concrélionnement cl de mélamoiphisme hydrochimique de depuis, soumis, par leur situation même auprès de ces fentes attirant les eaux, à des phénomènes accentués d'alléralion sur place. Le plus souvent cependant, ces dépôts sont regardés à tort comme d'origine interne et en connexion avec des phénomènes volcaniques ou geyseriens.

Dans son étude Sur l'étendue du syslèine tertiaire inférieur dans l'Ardenne et sur les argiles à silex (Axx. Soc. oéol. di' Nord, t. VI, 1879-80, p. 3^0), M. Ch. Barrois, cpii admet, quoique sans grande conviction, la véritable cause de la formation de l'argile à silex, étudiée par lui dans l'Aisne et dans l'Ardenne, se trouve forcé de reconnaiire les relations intimes existant entre ces argiles à silex recouvrant la craie, l'argile brune à fossiles siliceux qui recouvre les terrains jurassiques de l'xXrdenne et les minerais de fer en yrains qui, communs aux deux dépôts, se relient surtout au premier. La formation de ce minerai de fer, par le fait d'actions chimiques dues aux influences météoriques, est appelée à jeter un grand jour dans la question du sidérolilhique.

C'est d'ailleurs ce qu'un observateur consciencieux, M. Yirlel-d'Aoust, avait déjà fait remarquer en 1864 (Bull. Soc. géol. de France, 2" sér., t. XXII, p. 138). D'autre part M. G. Dollfus, après un voyage en Suisse, nous écrit ce qui suit : « J'ai vu, en Suisse, que le sidérolithique n'est que l'altération continentale ou d'émersion des jurassique et crétacé inférieur calcaires, pendant l'éocène. »

Nous croyons utile de rappeler à ce sujet d'intéressantes observations faites par M. Virlet-d'Aoust et signalées par lui, en 1839, dans le Bulletin de la Société géologique de France (2^ sér., t. XVf, p. 4.4o).

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. Hd

Faisant remarquer les inconvénients qui peuvent résulter de Teniploi de l'expression : terrain ou étage sidérolilhique, M. Virlet-d'x\oust signale le fait que certaines oolithes sont le résultai de concrétions formées par transports moléculaires postérieurement au dépôt des masses qui les renferment.

Il a vu, dans des dépôts oolithiques ferrugineux, en Bourgogne et en Franche-Comté que « les grains coupent les feuillets ou zones du terrain encaissant » et il ajoute « qu'avec un peu d'attention on peut parfois apercevoir ces zones se prolonger à travers les grains eux-mêmes, circonstance bien imporlanle à noter parce qu'elle démontre linlerposition postérieure du fer, phénomène qui nous a été si clairement révélé pour la première fois par les grandes oolithes ou nodules de fer carbonate lilhoïde, qu'on rencontre au milieu des bancs argileux zones de VOxfunI Clai/ des environs de la Voulle. » « Celte pénétration postérieure, continue l'auteur, est encore mieux démontrée par les fragments réellement roulés (|u'on rencontre parfois à travers ces masses ferrugineuses; car ils ne coupent pas les zones, mais, au contraire, ils sont contournés et enveloppés par elles. »

La coloration brune ou rougeâtre de l'argile à silex est due à l'oxydation des sels ferreux de la craie, changés en hydrate ferrique. Dans certains cas, les eaux superticielles ont pu se charger mécaniquement, pendant leur passage au travers de couches quaternaires ou autres, recouvrant la craie, de particules limoneuses qui se trouvent ensuite arrêtées au passage dans les endroits les moins perméables, se déposent et peuvent alors, conjointement avec les résidus chimiques d'altération, former des bandes d'argile |)lasti(|uc ou très-pure revêtant les poches d'altérations creusées dans la craie.

Lorsqu'au lieu d'agir sur la craie blanche, les infdtrations superficielles ont lieu dans la craie glauconieuse, ou bien sur de la craie recouverte par des dépôts tertiaires glauconieux, tels que le landenien, le résidu de l'attaciue se présente tantôt sous la forme d'un sable vert siliceux, tantôt sous la forme d'une argile verte, véritable dépôt chimique, analogue à l'argile à silex et formé conmie elle par altération sur place.

En Angleterre, où ces dépôts ont été bien étudiés, iMM. Hughes, Whitaker et Codringlon ont reconnu qu'ils sont uniipiemenl dus à la dissolution des parties supérieures de la craie par l'infiltration d'eaux chargées d'acide carbonique.

116 LES PHENOMEi^ES D'ALTERATION

Vargile à chailles de cei'lains dépôts jurassiques a la même origine, el le passage entre la roche intacte el la zone superficielle altérée qui la recouvre est si évident que le moindre doute à ce sujet est depuis longtemps rendu impossible. On sait que cette argile constitue un riche gisement de fossiles silici/iés, mis en liberté par suite de la dissolution de la roche calcaire au sein de laquelle ils se trouvaient primitivement renfermés.

Lorsqu'une argile à silex, surmontant la craie, se trouve à son tour recouverte par des dépots tertiaires, il y a lieu d'examiner tout d'abord si ceux-ci sont altérés ou non, s'ils sont perméables en tout ou en partie et enfin si les eaux du sol peuvent s'infiltrer à la surface de la craie. Dans l'aflirmative, l'argile à silex, bien que située sous des dépôts tertiaires, peut être d'origine récente. Ce serait alors à peu près le même cas que celui de cette argile plastique du bassin de Liège, mentionnée page 23 et se formant actuellement, sous des couches crétacées, à la partie supérieure de schistes houillers.

Dans le cas d'une argile à silex reposant sur la craie et recouverte ellemême de couches tertiaires imperméables ou non altérées, on ne pourrait évidemment rapporter à des phénomènes actuels d'infiltration la formation du dépôt. C'est aux phénomènes d'altération effectués après l'émersion de la craie et avant l'abaissement du sol ayant donné lieu à la sédimentation tertiaire, que doit alors se rattacher la formation de l'argile à silex en (|ueslion.

Parmi les argiles à silex anciennes se trouvant dans ce cas, il en est beaucoup, qui, par suite de l'invasion des eaux tertiaires par lesquelles elles furent recouvertes, ou bien par suite de remaniements fluviaux antérieurs à cette invasion, ont dû subir une sorte de lavage sur place; les particules argileuses délayées et en partie dispersées dans les eaux, ont disparu el il est alors resté soit un résidu sableux, soit un conglomérai de sables et de silex non roulés. Ces dépôts, parfois encore un peu argileux el oxydés, forment ce que l'on appelle parfois des sables à silex. Ceux-ci peuvent également être constitués par remaniement quaternaire ou moderne d'argiles à silex formées à la surface actuelle du sol crayeux.

Ces sables à silex sonl donc, soit un véritable produit de lavage sur place

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 117

d'une argile à silex cFàge (|iielconque, soil le résullat de rinlrodiielioii, dans un dépôl piéexislanl de celte nature, de sédiments (|uarlzeux et de grains glauconieux amenés par Tinvasion des eaux d'une mer tertiaire (|ui serait venue le recouvrir.

Il est facile, au moyen de lavages éliminant les particules légères et argileuses de Varyilc à silex, de s'assurer expérimentalement (|u'elle donne souvent naissance à un résidu siliceux, qui est bien le sable à silex. On devra tenir compte toutefois de cette circonstance (|ue l'expérience en question ne peut évidemment donner lieu à l'apport mécaiii(|ue des grains quarizeux et glauconieux, d'origine tertiaire, constatées dans certains dépôts remaniés de sables à silex.

Par suite de lavages ou de remaniements quaternaires ou modernes, trèsaccentués, il peut ne subsister dans une région déterminée, primitivement recouverte d'argile à silex, que des amas épars de silex enlièremenl déchaussés de leur gangue argileuse et sableuse. Celte circonstance paraît s'être présentée à diverses reprises et n'a pas toujours été bien interprétée.

Lorsque la surface de la craie est recouverte, non d'argile à silex, — impliquant une altération chimique du dépôl par iniîllralion des eaux météoriques — mais de ce produit particulier de désagrégation mécanique de la craie, qui est connu sous le nom de yrùvc cmyeuse, on observe parfois, au-dessus de cette zone décomposée, des dépôts |)lus ou moins développés de sables siliceux, purs, non slraiifiés, (|ui, dans certains cas, ont été rapportés au terrain tertiaire. DArcliiac a signalé des dépôts de ce genre dans la région orientale du département de l'Aisne, où 31. Cli. Barrois les a étudiés à son lour tout récemment '.

Il nous parait résulter très-clairement des observations de M. Barrois (|ue ce sable siliceux de l'Aisne, reposant sur la grève crayeuse et surmonté lui même du limon quaternaire, n'est autre chose que le résidu de la dissolution sur place de la couche superficielle de la grève crayeuse. Ce résidu siliceux a aussi été déplacé et entraîné en divers points des vallées, où il constitue, à l'étal remanié, des dépôts manifestement (|ualernaires.

' Ch. Barrois, Sur les sables de Sissonne (Aisne) cl les alliivioiis de la vallée de lu Sourlie (Ann. de la Soc. géol. du Noud, l. V, 1877-78, p. 84).

118 LES PHENOMENES D'ALTERATIOIN

Le passage suivant tle la notice de }\. Barrois est relatif à la coupe, reproduite ci-dessous (fig. 24), d'une sablière nionlrant un phénomène particulier accompagnant la superposition des sables siliceux de Sissonne (Aisne) sur la grève crayeuse. Nous le reproduisons en entier, parce qu'il montre que l'auteur exprime lui-même, quoique avec une certaine réserve, l'opinion que nous venons d'émettre sur l'origine du sable siliceux surmontant la grève crayeuse.

Fig. U.

A Grève crayeuse, sable et fragments de craie.

B Argile brune.

C Sable en lits bruns et jaunes.

Faisant allusion au mince lit d'argile brune, ligure dans cette coupe, M. Barrois dit :

« La séparation nette qui existe ici entre le sable et la grève crayeuse » mérite de fixer latlention, car elle n'est pas habituelle, et l'on observe » ordinairement un passage insensible du sable à la grève sablo-crayeuse » pure. On a probablement ici un exemple de ces altérations de sable dues » aux agonis atmosphériques, sur lesquelles M. Van den Broeck a récemment » insisté : le sable jaune de la partie supérieure devait contenir primiti- » vemenl delà grève crayeuse conmie celui de la base, mais les eaux plu- » viales chargées d'acide carbonique, qui se sont infiltrées dans ces sables, » ont dissous ces fragments calcaires et laissé leur résidu sous forme d'un » cordon argileux brun, au point où la décomposition s'est arrêtée. »

M. Barrois fait ensuite cetle remarque importante que l'argile brune qui forme cette veine est identique par tous ses caractères à l'argile brune à silex de la craie de Picardie.

Si, dans la coupe précédente, le résidu argileux et oxydé de la dissolution de la grève crayeuse s'est déposé sous forme d'un mince lit brunâtre, c'est

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc. 119

sans doute parce qu'en ce point récoulenient latéral des eaux d'infiltration ne pouvait s'effectuer librement comme partout ailleurs, où les eaux entraînent avec elles, en circulant dans le dépôt, les fines particules limoneuses et oxydées qu'elles tiennent en suspension après avoir effectué la décomposition de la roche calcaire.

Dans les conclusions de sa notice, M. Barrois considère les sables « de Sissonne » comme (piaternaires. Cela est exact en ce sens que les sables siliceux sont parfois recouverts par le limon quaternaire et qu'ils se trouvent également déposés dans les vallées, où ils s'observent en stratifications fluviales et irrégulières, appartenant à la formation diluvienne. î^lais les sables de Sissonne ont pu commencer à se former bien avant l'époque quaternaire par altération de la grève crayeuse sous rinfluence des agents météoriques, et il n'est pas douteux non plus que partout où ces sables siliceux, purs et non remaniés, affleurent au-dessus de la grève crayeuse, aux dépens de laquelle ils sont formés, ils doivent être plus anciens que dans le fond et sur les flancs des vallées, où ils ont été dispersés par remaniement ultérieur. Dans leurs points normaux de formation, ils doivent encore continuer à s'accroître actuellement |)ar suite de la dissolution graduelle des éléments calcaires de la grève crayeuse, soumise à Taclion continue de l'infiltration des eaux météoriques.

Ce que nous disons ici s'applique à tous les dépots de ce genre ayant la même origine. Ces couches siq)erficielles, résidus altérés de formations (|uelconques, n'ont pas d'âge déterminé, comme les couches sédimentaires.

L'a|)parition des phénomènes d'altération qui leur ont donné naissance peut, à la rigueur, être rapportée à telle ou telle époque déterminée, mais l'activité des agents météoriques, ainsi que l'accroissement de ces dépôts, (|ui ont pu être interrompus à diverses reprises, se sont généralement continués jusqu'à nos jours, du moins lorsqu'il s'agit de dépôts superficiels ou non protégés contre l'infiltration des eaux météoriques.

Les puits naturels de la craie ont, depuis longtemps, attiré l'attention de nombreux observateurs, et les hypothèses les plus diverses ont été émises pour expliquer ces phénomènes.

Les puits naturels ne sont pas localisés dans le terrain crétacé seulement :

120 LES PHE?sOMÈNES D'ALTÉRATION

ou on a ronconlré dans divers dépôls calcaires et, plus rarement, dans certaines couches purement sableuses.

Dans le bassin de Paris, on en a observé dans les sables inférieurs, dans le calcaire grossier, dans les sables moyens, dans le calcaire lacustre de Saint-Ouen, dans le gypse, dans les marnes supérieures, etc. En Belgique, nous en avons vu dans le sénonien, dans le maesiricbtien, dans le sable landenien et on en a signalé dans nos terrains primaires.

Nous avons retrouvé entre les poches d'alléralion formées par rinlillralion des eaux atmosphériques dans les sables éocènes des environs de Bruxelles et les puits naturels ou orgues géologiques de la craie de telles affinités que la similitude d'origine de ces poches et des puils natuiels ne saurait un instant être contestée. Après tout ce qui a été dit dans ce travail sur le rôle des infdirations dans Taltération des roches calcaires, il ne peul plus subsister aucun doute sur Texactitude de la thèse défendue, depuis un certain temps déjà, par d'habiles observateurs anglais, tels cpie Lyell et Presiwich, en ce qui concerne le mode de formation des puits naturels.

Il suffît d'examiner quelques puits, ou même de lire simplement les descriptions données, pour retrouver dans la conslilulion des puits naturels tous les caractères des phénomènes d'altération; ils s'y présentent même avec un aspect tout à fait semblable à celui constaté dans les poches d'altération des déi)ôls calcarifères ou sableux des terrains tertiaires de la Belgique, de la France, etc.

Résumer rapidement les principaux caractères des puits naturels revient, comme on va le voir, à rappeler les descriptions données tantôt par nous au sujet des poches d'altération dans les dépôts calcarifères de l'éocène moyen. En effet, dans les puils de la craie, comme dans les poches de nos sables calcarifères, le carbonate de chaux, dissous, fait complètement défaut. Le lest calcaire des fossiles a également disparu. Au voisinage des cavités ou puits de la craie, la roche est devenue tendre, friable et poreuse; un commencement d'attaque a parfois donné lieu à une craie un peu colorée, à moitié décomposée et où l'on distingue un mélange de sable fin, d'argile et d'oxyde de fer. Les parois et le fond des puits sont visiblement corrodés et apparaissent souvent comme désagrégés et décomposés.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 124

L'enlèvement des élénienfs calcaires à rinlérieur des puits donne lieu, tout comme dans les poches de nos dépôts éocènes, à une forte diminution de volume, amenant des tassements et un effondrement graduel des dépôts recouvrants, lesquels descendent peu à peu dans l'intérieur des puits. C'est ainsi que des fragments de roches tertiaires ou quaternaires s'observent parfois vers la partie supérieure des puits de la craie, où leur poids les a fait descendre.

Si ces débris .sont calcaires, ils s'allèrent et disparaissent très-rapidement; les grès et d'autres roches plus résistantes peuvent .se maintenir intacts plus longtemps, surtout vers le haut des puits, où les eaux d'infiltration, ne pouvant se rassembler, agissent avec moins d'intensité que vers le ])as.

Les galets et le gravier quaternaire qui forment, dans certaines circonstances, un manteau superficiel recouvrant la craie, sont disposés souvent "u lits légèrement déprimés — par suite de tassements — au-dessus des puits dans lesquels ils ont d'ailleurs aussi pénétré : plus bas, on voit les galets prendre une position oblique et s'incliner de plus en plus vers l'axe du puits; ils occupent ensuite la position verticale au sein de celui-ci et, présentant leur grand axe ainsi que leur centre de gravité vers le bas, ils montrent clairement qu'ils ont été entraînés par leur poids, ainsi que par les tassements et l'approfondissement successif du puits.

Les bancs de silex que rencontrent dans la craie les poches ou les puits de faibles dimensions, n'oni guère subi de modification et se continuent souvent, sans aucun déplacement, au sein de ces puits. Les silex (jui se trouvent en saillie sur la face intérieure des puits n'ont été ni déplacés ni modifiés, toute l'énergie dissolvante des eaux d'infiltration ayant agi sur le carbonate de chaux, plus facile à attaquer que le silex.

Dans les puits d'une certaine étendue, au contraire, les bancs de silex se trouvent représentés par des rognons isolés, non sensiblement altérés, mais souvent descendus à un niveau un peu inférieur à celui des bancs in situ. Ces silex n'ont subi d'autre mouvement que celui imprimé lentement à tout le résidu du puits par l'affaissement graduel résultant de la disparition du calcaire.

La figure 25 représente, d'après Lvell, des« tuvaux de sable «(puits nalu-

rels) dans la craie, à Ealon, près de Xorwich. (Voir Eléments de géologie, 6" éd., Paris, t. I^-^, p. 132.)

FiG. 25.

Puits naturels dans la craie, à Eaton (Norwich), d'après Lyell.

^ « Ces cavités, dit Lyell, étaient d'une forme très-symétrique : les plus larges avaient au delà de 3™,o0 de diamètre et quelques-unes avaient été suivies par le forage jusqu'à 18 mètres de profondeur. Les plus petites variaient de quelques centimètres à un décimètre de diamètre et rarement elles descendaient à plus de 3"', 65 au-dessous de la surface. Sur un point où trois d'entre elles se présentaient, comme en a, très-rapprochées les unes des autres, la roche interposée, composée de craie blanche, tendre, n'était aucunement brisée. Toutes les cavités se dirigeaient vers le bas et se terminaient en pointe; du sable et des cailloux roulés occupaient généralement les parties centrales des tuyaux, tandis que les côtés et le fond étaient tapissés d'argile.

» Les actions mécaniques, dit plus loin le même auteur, qui ont été invoquées pour expliquer la formation de ces cavités ne peuvent avoir creusé les tuyaux de sable c et d; car on voit plusieurs gros silex de la craie faisant saillie hors des parois de ces tuyaux et n'ayant pas subi Tefifet de l'érosion, bien que le sable et les graviers aient pénétré à plusieurs décimètres au-dessous. Dans d'autres cas, tels qu'en bb, on rencontre, à difTérentes profondeurs au sein des matériaux meubles qui remplissent les tuyaux, de semblables nodules siliceux, conservant encore leur forme irrégulière et leur encroûtement blanchâtre. Ces nodules proviennent évidemment des lits réguliers de silex (|ui se trouvent au-dessus. 11 faut aussi remar(|uer que le tracé du même

DES DÉPÔTS SUPERFICIELS, etc. 123

tuyau bb se continue quelquefois jusqu'à une certaine dislance au-dessus du niveau de la craie au travers des sables et graviers qui la recouvrent; la destruction de toute niar(|ue de stratification ne laisse aucun doute sur la réalité de cette continuation. Quelquefois, comme dans le tuyau d, les lils sus-jacents de gravier se courbent en bas, vers rembouchurc du tuyau et prennent une direction presque verticale, ainsi qu'il arriverait si des couches liorizonlales eussent fléchi graduellement par défaut de support. On peut expliquer tous ces phénomènes en attribuant l'élargissement et l'approfondissement des tuyaux de sable à l'action chimique de l'eau chargée d'acide carbonique extrait du sol végétal ou des racines d'arbres en décomposition... »

Cet extrait, malgré sa longueur, devait prendre place ici à cause de l'intérél que présente la coupe figurée par Lyell ainsi que la réunion des divers cas présentés par les puits qui s'y rencontrent.

Tous les caractères des puits naturels, soit ceux signales [)lus haut, soit ceux indiqués dans la coupe de la figure 25, se retrouvent, à un degré plus ou moins accentué, mais toujours Irès-reconnaissables, dans les poches d'altération par infiltration que nous avons observées, à Bruxelles, dans les sables éocènes à bancs de grès siliceux.

Quant au résidu quartzeux formant l'intérieur des puits de la craie, ou d'autres roches calcaires, il provient, dans la plupart des cas, de la décomposition de la roche elle-même, comme l'ont d'ailleurs montré diverses expériences de laboratoire.

Ce résidu peut également provenir de l'effondrement de couches sableuses recouvrantes. Souvent, les deux causes agissent simultanément.

Le phénomène de la production de l'argile rouge ou brune (|ui garnit les parois des puits naturels a été singulièrement interprété par la plupart des géologues qui s'en sont occupés. On a fait appel, pour l'expliquer, à des éjaculations geysericnnes, à des phénomènes éruptifs ou d'origine interne, alors que la dissolution du calcaire ou de la craie, mettant en liberté l'argile que ces roches contenaient, produisant l'oxydation de leurs sels ferreux ou de leurs éléments glauconieux, est la cause toute naturelle de la formation du résidu d'argile rouge qui, partout et toujours, dans les roches calcaires, accompagne les phénomènes d'altération par infiltration.

12i LES PHÉNOMÈNES D'ALTERATION

Celle argile, parfois irès-piire et Irès-compacle, tapisse les moindres sinuosités des parois des puils et en recouvre surlout le fond. Ce résidu fin qui, par suite de l'attaque du dépôt calcaire, s'est d'abord trouvé en suspension dans les eaux d'infiltration, a passé aisément au travers des dépôts meubles remplissant l'axe des puils, et s'est ensuite arrêté sur les bords et surlout au fond des puils, dont les parois difficilement perméables laissaient peu à peu infiltrer l'eau, mais arrèlaienl l'argile ferrugineuse qu'elle tenait en suspension. L'argile rouge se forme constamment le long des parois, par suite de l'attaque conlinuelle du calcaire; ce dépôt s'épaissit donc peu à peu et s'avance lentement au sein de la rocbe, au fur et à mesure de la dissolution du calcaire et de l'agrandissement des puils.

Les poclies d'altération des sables calcarifères des environs de Bruxelles nous ont montré, dans certains cas, des phénomènes absolument identiques, dont l'origine ne saurait être contestée.

Nous avons dit plus haut que le résidu sableux remplissant certains puits naturels de la craie peut provenir en partie des terrains de transport recouvrants qui s'y sont graduellement effondrés.

De même, les eaux d'infiltration, avant d'attaquer la craie, peuvent avoir traversé et oxydé un dépôt (|uaternaire ou autre, et s'être chargées, au sein de celui-ci, de particules limoneuses ou d'un résidu argilo-ferrugineux provenant de l'attaque de ce terrain superficiel, résidu qui se joint ainsi à celui résultant de la dissolution du dépôt calcaire.

Le croquis suivant (fig. 26) représente les données principales d'une coupe publiée par M. Van Horen * et dans laquelle on voit deux puits naturels X ol 1/ creusés dans la craie sénonieime du Brabant, dans un talus entre Jandrin et Wansin.

Le massif crétacé A est recouvert d'un dépôt d'âge indéterminé, passant vers le bas à un sable brun rougeàlre B; tous les deux sont oxydés et décalcifiés; le dernier seul pénèlre dans les puils, comme en x. Ils sont séparés de la craie par un mince lit d'argile brune ferrugineuse a, qui suit toutes les irrégularités de la surface de la craie et borde les puits dans toute leur

' F. Van Horen, Sur l'existence de puits naturels dans la craie sénonienne du Brabant (Bull. Acad. royale des sciences de Belgique, 2' sér., t. XXX, n° 7, 1870, p. 57).

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc.

élendue, les remplissant même enlièrement lorsqu'ils sont de petite dimension, comme en y. D'après M. Van Horen, et suivant l'opinion exprimée par 1\]. le professeur Dewalque, dans son rapport sur le travail de ce dernier,

A Craie blanche traversée par les puits x, i/.

B Sable rougeâtre oxyJé se reliant au lufeau remanié C.

D, E Diluvium et limon quaternaire, altères.

l'argile brune a, imprégnée de limonite, ne saurait être considérée comme le résidu laissé en place par la dissolution des couches superficielles C, D, E. M. Dewalque, dans son rapport, dit que « la foi-mation de l'argile brune résulte de l'infillralion des eaux superficielles, (jui arrivent à la craie, chargées de particules limoneuses en suspension, lesquelles s'arrêtent à la surface de la craie, roche infiniment moins perméable que les sables (|ui la recouvrent et y forment lentement la couche argileuse dont il s'agit, tandis que la craie est dissoute par l'acide carbonique. »

Tout en admettant, en partie, ce mode de production du résidu argileux a, nous croyons cependant le phénomène plus complexe. Suivant nous, la couche en ([uestion résulte, non-seulement de l'arrêt, causé par le filtrage mécanique des matières en suspension dans les eaux d'infiltration, mais encore et surtout de l'attaque de la roche crayeuse, dont les sels ferreux, oxydés et mis en liberté, en même temps qu'une certaine proportion d'argile, donnent naissance à ce résidu rougeâtre ferrugineux.

La couleur et les caractères lilhologiques de la couche d'argile brune a,

la proporlion d'éléments ferrugineux qu'elle renferme el son égal développeincnl sur les surfaces horizontales et verticales, sa puissance uniforme sur toutes les parois des puits qu'elle borde, sont autant de caractères montrant clairement la nature chimique de ses relations avec les surfaces qu'elle recouvre. Ces caractères seraient tout autres si l'argile brune a était produite par un phénomène mécanique de descente verticale.

niais on |)ourrait toutefois admettre que les matières entraînées par les eaux d'infillralion se soient confondues avec le résidu de dissolution sur place et que la réunion de ces dépôts semblables, mais d'origines différentes, ail donné lieu au développement assez considérable de la couche argileuse qui recouvre la surface de la craie et tapisse les parois et le fond des puils.

En thèse générale, les zones d'altération qui, sous forme de fdons verticaux ou obliques, traversent de haut en bas les roches calcaires mises à nu dans les talus, représentent, comme dans la figure 26, des coupes faites au travers de véritables puits, c'est-à-dire de poches allongées, plus ou moins cylindriques, s'cnfonçant irrégulièrement el à des profondeurs variables au sein de la roche. Mais il n'en est pas toujours nécessairement ainsi.

Il peut arriver que la surface visible altérée représente la section transversale d'une zone étendue de sédiments altérés, se prolongeant le long d'une fente ou d'une fracture ayant donné naissance à la zone d'altération et qui aurait été rencontrée par le laïus ou la coupe de terrain exhibant celle section.

Si les fentes ayant servi de centre d'atiraclion aux eaux d'infdlration et par conséquent aux phénomènes d'altération, s'enfoncent obliquement dans le dépôt calcareux, les zones d'altération paraîtront évidemment obliques dans la section du terrain. Elles s'y présenteront sous la forme apparente d'un « puits » obli(iue, sinueux et quelquefois bifide, brisé ou contourné suivant la direction et la disposition des fentes préexistantes ou bien suivant les diverses conditions de perméabilité des différentes parties d'un même dépôt.

La figure 27 représente, d'après Stanislas Meunier, des puils naturels remplis d'argile rouge traversant le calcaire grossier à Ivry et montrant l'irrégularité d'allures de ces poches.

On a observé en Angleterre, dans un dépôt crétacé redressé, une série de « puits » obliques situés les uns près des autres, tous parallèles entre eux,

DES DEPOTS SUPERFICIELS, etc.

et qui n'élaienl autre chose que les sections transversales de zones traltération et de dissolution provenant de rinfillration des eaux dans les joints de stratification du dépôt.

FiG. 27.

A Calcaire grossier traversé par des puits naturels

B Argile rouge.

C et D Limon quaternaire H terre végétale.

De véritables puils cylindriques peuvent également prendre des formes irrégulières et sinueuses par suite de la variabilité des résistances que rencontre l'infiltration des eaux.

Une coupe verticale du terrain peut alors montrer des surfaces limitées d'altération formant des sections rondes ou ovales paraissant isolées au milieu des dépôts intacts. (Voir la figure 27 ci-dessus.)

Les formes bizarrement contournées de certaines poches d'altération des sables éocènes des environs de Bruxelles, surtout dans les couches inférieures, permettent de se rendre compte, par analogie et avec une extrême précision, de tous les cas de ce genre rencontrés dans les puits naturels de la craie.

Le meilleur moyen de s'assurer si un « puits naturel » est réellement une cavité cylindrique limitée, ou s'il représente la section transversale ou oblique d'un filon ou d'une zone étroite d'altération, se prolongeant au loin dans la masse du dépôt, consiste à vider de son résidu une certaine hauteur du « puils ». Si, après avoir enlevé le résidu, on rencontre une paroi circulaire

ininlerrompuc formée par la roche inlacle, on a évidemment alors affaire à une véritable poche produite par accroissement latéral et par approfondissements successifs.

La plupart des puits naturels observés dans les terrains crétacé, tertiaire, ou jurassique partent do la base du terrain quaternaire recouvrant. C'est assez dire que les phénomènes d'altération qui ont donné naissance à ces puits sont alors dus à l'infiltration d'eaux météoriques post-tertiaires.

Dans la craie, on a souvent reconnu que ces puits prennent naissance au fond de dépressions ou d'entonnoirs creusés dans la roche calcaire et remplis par les galets et les cailloux roulés du diluvium quaternaire.

Il importe peu que ces entonnoirs proviennent eux-mêmes d'érosions mécaniques à la surface de la craie, antérieures au dépôt quaternaire, ou bien qu'ils soient le résultat d'une ablation produite par les phénomènes chimiques de dissolution. Suivant toute apparence, les deux causes ont agi simultanément, mais ce qui est bien certain, c'est que ces entonnoirs, de même que toutes les dépressions de la surface de la craie, ont servi et servent encore actuellement de centres d'attraction et de réceptacles aux eaux météoriques.

Des dépressions, insignifiantes d'abord, ont pu, par suite des phénomènes de dissolution, s'agrandir et s'étendre. Les eaux atmosphériques s'accumulant sans cesse et depuis des siècles dans les cavités préexistantes ou en voie de formation et se rassemblant constamment vers le centre de celles-ci, ont fini, en dissolvant peu à peu le calcaire sous-jacent , par se frayer des chemins représentés par ces puits ou orgues géologiques. Il est à noter que plusieurs de ces puits, très-profonds et très-anciens, servent d'écoulement aux eaux du sol, qui peuvent ainsi atteindre, dans le sein de la terre, des couches plus perméables, où elles se répandent en nappes souterraines.

On a remarqué que les puits naturels sont plus rares dans les couches sableuses que dans les dépôts calcaires compactes. C'est une conséquence toute naturelle de la facilité d'imprégnation des dépôts meubles, dont la masse se laisse traverser d'une manière plus uniforme et plus aisée par les eaux d'infiltration, qui ne doivent pas s'y creuser lentement et graduellement des conduits spéciaux d'écoulement.

DES DÉPOTS SUPERFICIELS, etc. 129

De même, les puita naturels de la craie, qui représentent des phénomènes localises d'infiltration et d'altération des roches crayeuses, s'observent surtout dans les régions où la surface de celles-ci se trouve généralement protégée ou recouverte par des dépôts imperméables, tandis cpie Vargilc à silex, qui représente un phénomène (jénéral d'altération, est surtout développée dans les contrées où toute la surface de la craie a été ou est encore directement soumise à l'influence des agents météoriques.

Avant de tenniner les considérations relatives aux puits naturels, nous ferons remarquer (|ue des phénomènes analogues à ceux produits par l'infiltration des eaux superficielles depuis le dernier retrait des eaux de la mer, ont également dû avoir lieu à des périodes continentales antérieures. C'est pourquoi l'on peut parfaitement rencontrer dans le sein de l'écorce terrestre des puits naturels anciens, ne recevant plus les eaux d'infiltration auxquelles ils ont servi de conduits d'écoulement pendant d'anciennes phases d'émersion. Ces puits aboutissent alors vers le haut à d'anciens dépôts terrestres, à moins que des dénudations postérieures à leur formation n'aient fait disparaître ces dépôts continentaux.

Ce sont là des cas analogues, dans leurs relations avec le terrain environnant, à celui des argiles à silex anciennes (pie l'on trouve, surmontant la craie, sous des dépôts tertiaires imperméables ou non traversés par les infiltrations actuelles.

Lorsque, par suite d'infiltrations intenses et prolongées, la dissolution du carbonate de chaux s'est opérée sur une grande échelle, dans un dépôt de craie traversé par des bancs réguliers et nombreux de silex, on observe parfois au-dessus de la craie des zones épaisses ou des |)oches localisées, d'où le calcaire a entièrement disparu et où les rognons de silex, pressés les uns contre les autres, forment des accumulations parfois considérables, qu'au premier abord on serait tenté d'attribuer à un puissant phénomène de dénudation et de ravinement. Des observateurs non prévenus y ont été trompés, bien qu'il sufiise d'un examen attentif pour s'assurer aisément que l'on se trouve en présence d'une simple apparence de remaniement, due à la dissolution de la gangue crayeuse des rognons de silex et au tassement de ceux-ci en amas, dont les éléments sont parfaitement intacts et non roulés.

lôO LES PHENOMENES D'ALTERATION

Avec un peu iraltenlion, on peut même retrouver dans la série verticale des silex ainsi accumules les caractères différentiels qui distinguent généralement les zones superposées de bancs de silex en place dans les dépôts crayeux intacts.

Sous Pinfluence des agents météoriques et surtout de Tinfiltration des eaux pluviales, certaines roches calcaires argileuses se transforment peu à peu en dépôts meubles, favorables à la culline. Parmi les modifications qu'ont alors subies ces dépôts, on remarque invariablement, dans les analyses qui ont été faites, la dissolution ou tout au moins la diminution considérable du carbonate de chaux et l'oxydation des éléments ferreux changés en hydrate ferrique, imprégnant cl colorant le résidu décomposé de la roche.

La marne, soumise aux phénomènes d'infiltration, s'altère d'une manière très-sensible, surtout lorsqu'une certaine quantité de particules finement sableuses la rend assez facilement perméable.

Nous avons eu l'occasion, à diverses reprises, de constater d'intéressants phénomènes d'altération dans les marnes pliocènes du nn'di de la France et de ritalie.

Les marnes bleues, qui représentent dans ces contrées un horizon pliocène très-étendu et bien défini, sont ordinairement recouvertes d'une zone jaunâtre, sableuse, paraissant, le plus souvent, constituer un dépôt distinct des marnes bleues sous-jacentes. En certains points, cette zone paraît même avoir été confondue, surtout lorsque les fossiles y font défaut, avec les dépôts d'un horizon pliocène supérieur : les sables jaunes astiens.

Nous avons aisément pu reconnaître que le sable argileux jaunâtre surmontant les marnes bleues ne représente le plus souvent autre chose que la zone superficielle altérée de celles-ci, dont le carbonate de chaux est dissous en tout ou en partie et dont les sels ferreux, oxydés, imprègnent le dépôt de leur coloration jaunâtre. Les cocpiilles de la zone altérée sont friables, décomposées ou bien tombent en bouillie; parfois elles sont entièrement dissoutes et il n'en reste alors, dans les sables un peu concrélionnés, qu'un moulage absolument vide. Lorsque l'altération est moins intense, les fossiles |)euvent rester en assez bon état au milieu des sables marneux oxydés et jaunis.

DES DEPOTS SUPEKFICIELS, etc. 131

Il est à remarquer que la zone superficielle altérée de ces marnes pliocènes se présente à peu près partout avec la même épaisseur : la partie resiée intacte et bleuâtre du dépôt marneux varie seule d'épaisseur. Dans les localités où les couches pliocènes sont extrêmement amincies par le fait de dénudalioiis ultérieures, la zone jaunâtre n'en persiste pas moins et forme invariablement le sommet du dépôt marneux; parfois même la zone bleuâtre disparaît et se trouve entièrement remplacée par les sables marneux jaunâtres et oxydés. Cette circonstance qui, de même (|ue ridenlilé des éléments fauniques dans les deux dépôts, s'oppose entièrement à l'hypothèse de deux couches distinctes, est la conséquence du processus des phénomènes d'infiltration ayant affecté partout une épaisseur constante de ces dépôts homogènes et suflisamment compactes.

A ce sujet, on ne peut s'empêcher d'espérer qu'un jour peut-être, lorsque des expériences auront été faites pour calculer le temps nécessaire pour effectuer l'altération d'une épaisseur donnée de ces maines pliocènes, il sera possible d'obtenir, à l'aide de cette base naturelle, l'évaluation approximative du temps qui s'est écoulé depuis l'émergence des dépôts pliocènes jus(|u'â nos jours. Peut-être aussi (jue des séries de résultats de ce genre, judicieusement choisis, permettront un jour aux géologues de déterminer avec plus de précision qu'aujourd'hui la durée probable de la période quaternaire? Il y a là, en tout cas, un curieux champ d'étude à explorer, mais que nous noua bornerons simplement à indiquer.

152 LES PliEÎNOMErsES D ALTERATION