PREMIÈRE PARTIE

Altérations des terrains gjrpseux.

Les gypses appartiennent, comme on sait, à un grand nombre de formations différentes. Les considérations qui suivent ne s'appliquent qu'aux gisements de cette substance dans la formation secondaire du trias et dans le terrain tertiaire des environs de Paris.

Gypses du trias. — La plupart des exploitations de gypse de l'est de là France sont ouvertes dans la formation des marnes irisées qui constitue, comme on sait, l'étage supé^ rieur du terrain désigné sous- le nom de trias. Le gypse se rencontre à la base des marnes irisées. Il comprend en couebes subordonnées les vastes dépôts de sel gemme qu'on a reconnus en Lorraine et en Franche-Comté. 11 repose sur les couebes de l'étage calcaire connu sous le nom de muschelkalk*

Le gypse des -marnes irisées est exploité en plusieurs points du département de la Haute-Saône. On le rencontre ordinairement à la base de collines arrondies, souvent de forme conique , qui reposent sur des plateaux formés par le muschelkalk. Le sommet de la butte gypseuse est souvent occupé par les couches inférieures du lias.

Les buttes gypseuses triasiques présentent dans leur orographie une ressemblance remarquable avec les buttes gypseuses tertiaires des environs de Paris. Le gypse qui se trouve à la base de celles-ci repose sur des plateaux de calcaire grossier ou de calcaire siliceux, tandis que le sommet de la butte se trouve , comme à Montmartre, recouvert par w chapeau de grès supérieur ou de meulière.

Les gypses qu on exploite à la base des buttes keupé- I iiînnes sont ordinairement assez impurs. Ils sont mélangés d'argiles de diverses couleurs qui leur donnent souvent une texture zonée. Les circonstances de leur gisement ont été signalées déjà par plusieurs géologues, notamment par M. Elie de Beaumont, dans son travail devenu classique, sur les terrains secondaires du système des Vosges. Les masses de gypse quon exploite dans ces carrières, la plupart du temps à ciel ouvert, s'y présentent sous forme de blocs irréguliers, souvent désunis, entourés par des couches de marnes de diverses couleurs inclinées sous des incidences très-variables et qui semblent s'être moulées sur les protubérances de ces masses gypseuses. Ces apparences ont porté plusieurs géologues à considérer ces formations comme le résultat d'une modification chimique de certaines roches calcaires par l'émission de vapeurs acides émanées de l'intérieur de la terre. 11 semble, en eflet, qu'on ne puisse pas concevoir la formation d'amas discontinus et irréguliers, et la stratiiicatiou contournée des couches marneuses à leur approche, dans l'hypothèse d'un dépôt régulier opéré au sein d'une masse liquide.

Lliypothèse d'une modification postérieure au dépôt est sujette elle-même à des objections irès-graves. On peut concevoir que, dans le voisinage de roches ignées, et sous l'inllucncc prolongée de vapeurs acides , des couches calcaires aient élé translôrmées en gypse. Mais il faut remarquer que les gypses keupériens, dont nous nous occupons, ne sont nullement eu rapport avec des roches ignées qui auraient I ercé le terrain. La stratification du terrain keupérien, prise dans son ensemble, est parfaitement concordante avec celle du muschelkalk et avec celle des terrains jurassiques qui le recouvrent. Tout ce système de couches se relève régulièrement, sous un angle de quelques degrés , \evs la chaîne des Vosges. Les couches du nmschelkalk conservent, dans le voisinage des buttes gypseuses , toute leur régularité de stra-

liâcalion. On ne comprendrait pas comment les couche^ calcaires du muschelkalk , qu on trouve partout sous le keuper , auraient pu être traversées par des dégagements de vapeurs acides , sans éprouver elles-mêmes des modifications profondes dans leur composition chimique.

L'une et Tautre des deux hypothèses qui précèdent sont donc sujettes à de graves objections. Les faits que je vais signaler me paraissent de nature à éclaircir beaucoup ce sujet.

Le terrain keupérien renferme, en Franche-Comté et dans le département des Vosges , une couche de combustible c[ui , par sa constance , est un très-bon horizon géologique. On exploite celte couche dans plusieurs concessions dans le département de la Haute-Saône. Son épaisseur dépasse rarement i mètre. Elle présente deux variétés de houille Tune désignée sous le nom de houille tendre, ne renferme pas de gypse ; l'autre, appelée houille dure ou gypseuse^ a tous ses fragments cimentés les uns avec les autres par du gypse fibreux. La fig. i en présente une coupe. Les deUx

Fig. I.

Variétés de houille sont exploitées dans les mêmes concissiens , souvent au moyen du même puits. La houille tendre se compose de fragments très-peu adhérents, qui s'enlèvent

(i) Légende delaÛQ, i. — T houille tendre; G houille gypseuse.

au pic avec la plus grande facilité. La houille dure ou gypseuse est d^une extraction difficile, qui exige l'emploi de la poudre. La houille tendre fournit beaucoup d'eau, tandis que la houille dure est complètement sèche. La houille tendre se présente toujours dans les parties voisines des ai&eurements ] la houille gypseuse , dans la profondeur. Le passage de la houille tendre à la houille gypseuse se fait brusquement , à 3o ou 4o mètres de profondeur au-dessous du sol : on peut l'observer dans plusieurs galeries des mines de Corcelles et de Gemonval. La couche de houille s'enfonce , au sud , sous un angle de 7 à 8 degrés. La séparation des deux espèces de houille se fait suivant un plan horizontal AB, de telle façon que la houille tendre vient se terminer en forme de coin sur la houille gypseuse. Les ^houilles tendres paraissent être évidemment le produit de Taltération des houilles gypseuses par les eaux d'infiltration. Le ciment gypseux qui réunissait les fragments du combustible a été enlevé jusqu'à la profondeur de 3o à 40 mètres au-dessous du sol. Â une profondeur plus grande, la houille est constamment et uniformément gypseuse. On ne saurait douter que la couche de houille n'ait été, dans l'origine, cimentée tout entière par le gypse.

A une petite distance du sol , il y a toujours un intervalle assez considérable entre la houille et le gypse solide. Cet intervalle est rempli par des marnes diversement colorées, très-peu consistantes , et que la sonde traverse avec la plus grande facilité. Quand on arrive aux houilles dures , on trouve, au contraire , le gypse solide presque immédiatement au-dessous de la houille. On a même rencontré des veinules de gypse dans les argiles qui forment le toit de la couche , dans un sondage entrepris dans la concession de Gemonval , et qui a atteint la houille à 90 mètres de profondeur, après avoir traversé le calcaire à gryphées , le grès inférieur du lias, et toutes les couches supérieures du ktupcr. '

Ainsi donc , quand la houille affleure près du sol , elle est séparée du gypse solide par un intervalle de 3o mètres environ d'un terrain marneux ou graveleux sans consistance (i). La houille gypseuse se trouve, au contraire , en contact direct avec le gypse. On peut déduire, ce me semble, de ce rapprochement, cette conséquence rigoureuse: que, dans l'origine, le gypse était partout en contact direct avec la couche de houille , et que Finlervalle qu'on rencontre actuellement vers les affleurements de cette couche, entre elle et le gypse solide, intervalle rempli par un terrain sans consistance, représente le résidu de la dissolution

(i) On a exploré, dans le département de la Haute-Saône, la partie inférieure du terrain kenpérien, par un {p*and nombre de sondages dans Tespoir de rencontrer du sel gemme. Parmi les résultats de tous ces sondages, je choisis le suivant, qui m*a été communiqué par M. Cochet, directeur de la mine de Corcelles, et qui a été commencé précisément sur les affleurements de la couche de houille, sur le territoire de Crevans (Haute- Saône) :

Grès et ai^îles de diverses couleurs; traces de houille 2,00

Grès et marnes grises , rouge foncé ; grès avec fragments quart-

zeux; terrain sans consistance 16,00

• Vide de 0,67

Marnes grises , mêlées de veines de gypse et d'argiles vertes ,

rouges et lie de vin 1 1 , 33

Gypse marneux gris, mêlé de petits bancs d'argiles iriséea, légè»

rementsalé ^SjOo

Gypse gris et blanc assez dur , alternant avec des bancs de marnes

grises et vertes compactes (un peu plus salé que le précédent). . . 8,00

Gypse gris et blanc dur , avec quelques bancs de marnes grises

( continuation de salure ) 1 o , 00

Gypse gris clair très-salé, avec quelques parties de sel gemme

rouge , 7,00

Gypse dur blanchâtre , mêlé de gypse laminaire , et de veines

d^argile bleue ( très-peu salé ) 5 , 00

Gypse dur gris et blanc, avec veines d'argile bleue (très-peu

salé).. 9,5o

Gypse bleu et gris très-dur 3 , 5o

Calcaire argileux, rude au toucher, devenant de plus en plus

dup{muschelkalk) 2,5o

Total i20,5o

Terminé le 11 août 18S9.

progressive des couches gypseuses par les eaux d'infiltration.

Ce terrain graveleux et désagrégé est éminemment perméable, tandis que le gypse solide ne l'est pas. Aussi rencontre-t-on toujours un niveau d'eau entre le gypse solide et le terrain. Je l'ai observé dana une galerie à travers bancs qui partait du fond du puits n® 3, à la mine de Gemonval, ainsi que U coupe fig. 2 le représente (i). Cette

Fig. 2.

galerie était commencée dans le gypse solide à 3o mètres de profondeur. Elle devait aller rejoindre la couche de houille sur son avalpendage. On a trouvé au point C la jonction du gypse solide avec le terrain désagrégé qui le recouvre. Une source abondante se trouvait jiu contact, et le gypse se présentait là comme carié et rongé par le courant d eau souterrain dont le lit devait aller sans cesse en s'approfondissant ( 2).

Si les travaux entrepris pour la recherche de la bouille et du sel gemme n'avaient pas fait reconnaître cette grande épaisseur de couches gypseuses qui existent partout .à la base du terrain keupérien dans le département de la Haute- Saône, on aurait pu croire que le gypse n'existait, dans ce

(i) Légende de la fig. 3. — L lias; h t houille tendre; h g hooille gypseuse; K keuper; T terrain graveleux perméable; I gypse solide imperméable.

(3) Un fait analogue se remarque à Uieuze : dans la mine de sel gemme entre la première couche de sel et son toit, on trouve un petit vide dans lequel coule de l'eau saturée. Toutes les couches de sel inférieures sont complètement sèches.

terrain, qu'en amas isolés à la base des buttes où ou 1 exploite encore aujourd'hui. Partout, en cfl'et, où la ligne de jonction du terrain keupérien avec le muschelkalk se trouve sur un terrain peu ondulé, il est évident que le terrain gypseux ne peut pas apparaître. Il est représenté, au contact des deux terrains, par des couches marneuses de diverses couleurs très^peu consistantes, qui renferment des concrétions quartzeuses et qui , comme les bancs gypseux eux-mêmes^ sont précisément les résidus de la dissolution des l>ancs de gypse inférieurs par les eaux superficielles.

Les faits que je viens de signaler permettent, je crois, dépendre compte , avec une grande probabilité, des apparences que présentent les masses gypseuses qu'on exploite à la base des collines , dans le département de la Haute-Saône.

Les nombreux sondages ([ui ont traversé , dans la Haute- Saône, la partie inférieure de l'étage keupérien, ont montré qu'il existait entre la couche de houille et le muschelkalk une épaisseur d'au moins loo mètres de gypses plus ou moins argileux et diversement colorés. Nous avons vu plus haut que dans la profondeur la couche de houille était en contact direct avec le gypse. Ce contact ne modifie en aucune façon les allures et rinclinaison régulière de Içi couche de houille. On n'aperçoit ici aucun de ces faits de stratification tourmentée et irrégulière que les couches mametlèes présentent dans le voisinage des amas de gypse, près de la surface du sol. Je n'hésite pas h penser que la dissolution superficielle des couches de gypse , dans tous les points où elles viennent affleurer à la base des collines keupériennes , a été une des causes déterminantes, peutêtre même la cause unique , des apparences que présente leur gisemejxt actuel. On peut expliquer, en eflbt, les contournements des couches marneuses qui entourent les amas par le peu de solidité de ces assises qui doivent venir se mouler sur le noyau gypseux à mesure ({ue son volume diminue. Ces couches marneuses peuvent cire elles-mêmes ,

comme nous Pavons vu plus haut, les résidus de la disso* lulion des couches de gypse terreux diversement coloré qui se trouvaient dans le voisinage du sol. En un mot, il me parait évident que les mêmes actions qui ont pu .enlever le gypse par dissolution jusqu^à 3o ou 4o mètres de la surface du sol sur des plateaux peu ondulés , ont du exercer une influence considérable sur les allures et le mode de gisements des mêmes couches , quand elles viennent affleurer à la base des collines, dans des points où elles n^ontpas été protégées par l'épaisseur des couches qui les recouvrent contre les eaux dHnfiltration.

La coupe suivante (i), représentée fig. 3, permeltra^de concevoir les différences d'allure des dépôts gypseux suivant la disposition orographique du terrain dans lequel on les rencontre.

Compe iu sud au nord^ passant par Gemomral.

(0 L^gmàtét U^,y^ ABC<MiKl«d« kiMuOe ; B partie f^npmse;

4*» «tNtdto g^ptMuisi» par k» taa:t âtiiâltraiùa; L lia»; T temù jva»- O «Mlitfert ttdtiiirtiMM rttpnÎMfiM par W Manwa; K terraki knpé-

La coupe suivante en travers d'une butte gypseuse met en relief la même disposition (i).

La dissolution des amas de gypse a amené dans quelques localités des discordances de stratification très-prononcées entre le muscbelkalk et les terrains supérieurs, par suite des affaissements du sol dont elle a été la cause. La coupe suivante (2), passant par le village de Saulnot du nord-ouest au sud-est, montre la dolomie en contact direct avec le muscbelkalk.

Fîg.5.

(i) Légende de la fig. 4* — A amas gypseux, voisins de la surface du sol , entourés de couches marneuses diversement colorées, à stratification trèfteoDtournée ; E E prolongement hypothétique des bancs gypseux sur la masse de la colline, en couches régulières; B C couches de Tétage keupérien , dolomie, marnes irisées; D couches de grès infraliasique qui couronnent la butte; M M muschelkalk.

(a) Légende de la fig. 5. S village de Saulnot; M M couches du rouschel- Ulk, inclinées d'environ i5 degrés; DD couches de dolomie keupérienne, qui coupent les couches du mUschelkalk sous un angle de 60 degrés environ ;

Gypses tertiaires du terrain de Paris, — Les considération a qui précodeul me paraissent entièrement applicables au terrain fjypsi ux du bassin parisien.

On admet généralement que le dépôt gypseux du terrain tertiaire parisien a formé, dans l'origine, une masse lenticulaire dont le maximum d'épaisseur parait correspondie n la butte Montmartre. Les buttes dans lesquelles on l'exploite pivsentent entre elles, quoique isolées les unes des ttutres , une très-grande ressemblance dans la nature des iHHuhes qui les constituent de la base au sommet. L'iden-^ tilé des lits marneux dans lesquels le gypse est enclavé, rimiformilé de connu)silion et de structiue do ces amas (i), ont jHninîs de conclure qu'ils avaient présenté à Torigine une ot>utinuité parfaite, inlerrt^cnpue par des dénudations po$lt?neutes i Vémei^sion du terrain.

Je ii*aî pas Tintcntion d enti'er ici dans de grands détails sur Vori>graphie des terrains gypseux parisiens. Je me contettterai de citer v^^ueljucs tails qui prouvent, scion moi, rinrtueniv des phcnomèncs de dissolution sur le mtxie de gîsometit actuel de ces masses.

Les déjH>ls gypseux qu\ni exploite dans la vallée de la Marne pivseulcnl» d après >L dWrchiao, lo nuxle de gisement suivant : le i;y^^^o est ex^>loilë dans ces carrières par

C C ^uife* {K>wif e\j»loiU»r lo {jxr*t* î l^" cv»uchoî!i keupcrtouuos m\ siratitica- U^»i» vViKvrU.ïiiV UM^v le K'rraiti jurus^simu* cl lo mui^chcIWalk; O O iH>lttlie iiitViicuiv ; O irjpj^' ; N ^ uiuruv-îi ot s*.htsios ; calcairvs i y[ryphi*t»s.

^i^ Voici ov* v(Uo vlit à vitH o;;ui^ >l. S^ tiarmoui l}csvr:jfCvn j^etf/o^yuc* de

« V^oÀi|u\» l*k umdH Ut» »^j><t»*v.' it aicul par le oaracUiTe d'iuie tormalion n.»- • cottimuo» ils |>tYM7nicii( c\?|.'<*uUattt «iami l«Hir structure {*éiM^-

% vtiW uiH» .^Kitea ^ratt<l«> uithortuktv Ut.» vvm(KMÙiioii « ot IVa peut dtstîuçver % ^«HtWttJT^ wucticH » soit vjU> i|r^V^-% ^'it U<> m^rtto, v^u'on retrouve à d^asMx » (^i^iumW UiiOttttcxML U»u» lii nK>me pocàtioit retari^o. %

C^iW \,^.»l'<v^4»v>uvUav^> ouu^* lu >U uv U*iv Uo> aman ^p^oux. ^ «le {]^n<les «|k«»tHU*coK » scmblo pivuvor 41» ils ;io >oal pa> îo*ïao^ ;'ar UepOis Uiscon-

des puits qui partent du sommet de la butte (i), alteif];uent le dépôt gypseux à 3o mèlres environ de profondeur, el du pied desquels partent des galeries horizontales dirigées dans la masse gypseuse. Le gypse se présente dans chacune de ces collines en amandes très-aplaties (2), dont la plus grande épaisseur, qui est de 5 à 8 mètres, correspond au soniniei de la butte 9 et qui vont en s'amincissaut, en s^approckant du talus de la colline, pour disparaître avant de l'avoir atteint. Le même fait a été signalé par M. Alex. Rrongniart (3) comme se présentant dans les carrières de pierre à plâtre des environs de Clamart. Cet amincissement progressif, qui coïncide avec la diminution d'épaisseur du terrain superposé, prouve, ce me semble, bien clairement , la dissolution des bancs gypseux par les eaux d'infiltration. Autrement, on ne comprendrait pas pourquoi le maximum d'épaisseur de ces amandes gypseuses se trouve précisément dans la verticale qui passe par le sommet de la butle, et pourquoi elles viennent se terminer piéiisénient dans le voisinage des talus extérieurs. Celle disposition est, au coQiraire, une conséquence nécessaire des effets produits par l'action dissolvante des eaux d'infiltration.

J'ai préféré citer les exploilaUons gypseuses qui se font par travaux souterrains, sans altérer le relief extérieur du sol, plutôt que celles qui s'opèrent à ciel ouvert, comme à Montmartre par exemple. On ne trouve plus ici , par suite des travaux qui ont modifié tout le pourtour de la bulle , que des masses gypseuses Irès-puissanles et irès-régulièrcs, parce qu'elles sont protégées par un chapeau épais de couches peu perméables. M. Alex. Brongniart cile pourtant les couches gypseuses mises à découvert dans la plaine de Pani tin, comme présentant des inflexions nombreuses et considérables. Les tranchées profondes qui ont traversé dans ces

(') D'ArchiaC) Description gcolo^que du département de l'Aisne. (î) D'Archiac, Histoire des progrès de In géologie ^ terrain tertiaire, (î) Cttvier et A. Brongniart, Description géologique des environs de Paris

dernières années les marnes du travertin inférieur et du gypse, ont présenté en un grand nombre de points des inflexions nombreuses, évidemment postérieures au dépôt, et qu'on explique très-naturellement par des affaissements déterminés par la dissolution partielle ou totale des banos gypseux.

Si maintenant nous raisonnons par analogie avec les circonstances que présente le gisement des gypses keupériens , nous pourrons déduire de ce qui précède quelques conséquences pratiques pour la recbercbe du gypse dans les environs de Paris. Nous avons vu que quand la superposition du keuper sur le muschelkalk s'opérait sur un plateau peu ondulé , rien n'annonçait la présence du gypse dont on trouvait cependant des épaisseurs considérables dans des sondages pratiqués à quelque distance des affleurements du muschelkalk. La non-apparition du gypse au jour, en beaucoup de points du bassin de Paris, est sans doute due à des causes analogues. Partout où les couches de gypse sont venues affleurer à la surface d'un talus très-peu incliné, elles ont dû disparaître jusqu'à une distance horizontale assez grande de leurs affleurements primitifs (i).

Résumé.

Les faits et les considérations renfermés dans la première partie de ce Mémoire peuvent se résumer comme il suit :

i**. Partout où les dépôts gypseux du terrain keupérieu sont voisins de la surface du sol, ils ont été attaqués par l'action prolongée des eaux d'inflltration. Il en est résulté une dissolution partielle ou totale des amas gypseift, et la stratiflcation des couches supérieures est devenue irrëgiilière et contournée à leur approche. Partout , au contraire,

(i) On a remarqué que Tétat marneux des roches du travertin inférieur dénotait le voisinage du gypse. Il me parait probable que les couches de marnes qui remplacent souvent le gypse dans le groupe sont, dans certains cas, les résidus de la dissolution des bancs gypseux , tout comme cela a lieu dans le terrain du keuper.

OÙ les dépôts gypseux ont ëlé préservés par des couches imperméables et par leur grande profondeur au-dessous du sol, ils se présentent en couches régulières, et la stratification des couches voisines n'en parait nullement aftectéc.

* u?. Les apparences que présente le gisement des gypses da bassin parisien, me paraissent s'expliquer aussi avec beaucoup de netteté quand on tient compte de Taction pro* longée des eaux d'infiltration.

C'est en me servant de la couche de houille keupérienne comme d'un repère , que j'ai pu apprécier toute Timpor tance des effets géologiques produits par la dissolution progressive des couches de gypse.

Les considérations qui précèdent ne devront s'appliquer qu'avec réserve aux gisements gypseux qui paraissent avoir une origine métamorphique, ainsi qu'à ceux primitivement formés d'anhydrite et qui auraient éprouvé un gonflement par leur hydratation postérieure ^ on devra tenir compte néanmoins, dans l'application des circonstances de leur gisement , des effets possibles qui peuvent résulter de l'action prolongée des eaux dlrifiltration.