DEUXIÈME PARTIE

Altérations des terrains calcaires.

Les modifications qu'éprouvent les roches calcaires par laction de l'atmosphère et des eaux d'infiltration sont de diverse nature et dépendent des corps qui se trouvent mélangés dans la roche avec le carbonate de chaux. Je n'ai point encore terminé l'étude que je compte faire de tous les cliangements que ces phénomènes apportent dans l'allure der.oouches et dans l'aspect pétrographique des roches qui les constituent. Je me contenterai donc d'indiquer aujourd'hui à l'Académie quelques-uns des faits dont je pense avoir trouvé l'explication.

La dissolution des couches calcaires parles eaux d'infiltration est im fait incontestable. Les eaux de pluie, en

s'cnfoncaiit dans un sol qui contient des matières organiques en décomposition, s'y chargent d'acîde carbonique et deviennent un dissolvant pour le calcaire qu'elles rencontrent. Le nitrate d'ammoniaque contenu dans les pluies d'orage doit aussi se décomposer au contact du calcaire, et produire du nitrate de chaux et du carbonate d'ammoniaque. Les apparences que présentent les couches calcaires au-dessous de la terre végétale montrent de la manière la plus évidente les effets de ces dissolutions successives. S'il s'agit d'un calcaire compacte et solide, comme le cornsbrash de l'oolite inférieure qui couronne des plateaux assez étendus dans IcDoubs et dans la Haute-Saône, on voit le calcaire s'arrondir et se corroder sous la terre végétale, comme s'il avait été placé dans une dissolution acide faible. Les moules de corps organisés qu'il renferme et qui sont généralement à l'état spathique, résistent mieux que la pâte du calcaire à l'action du dissolvant et forment des saillies à la surface de la roche. On rencontre souvent des blocs calcaires percés de trous arrondis dans lesquels les racines des végétaux se sont insinuées. Enfin des cavités nombreuses et de dimensions souvent considérables, des grottes profondes, viennent témoigner de la grandeur et de l'importance du phénomène.

Quand les calcaires qui forment le sous-sol n'ont pas une grande solidité, l'action des eaux d'infiltration donne li(;u à des apparences toutes différentes. Le calcaire grossier parisien en présente des exemples très-remarquables. Dans la plupart des carrières exploitées à ciel ouvert dans les environs de Paris, on remarque au-dessous de la terre végétale, et quelquefois jusqu'à 2 mètres et plus de profondeur, une succession de couches peu épaisses, les unes d'un calcaire désagrégé, les autres terreuses et qui présentent de très-grandes irrégularités dans leur stratification. Les couches de calcaire grossier placées au-dessous sont au contraire parfaitement horizontales. Le seul moyen de se rendre

compte d'une manière satisfaisante des irrégularités qile présente l'allure des couclies voisines de la surface, me paraît être de les attribuer à l'action dissolvante des eaux d'infiltration. Les puits naturels (jui traversent quelquefois toute l'épaisseur du calcaire grossier et sur roriginc desquels beaucoup d'hypothèses ont été émises, me paraissent dus à des causes tout à fait analogues à celles qui ont produit les grottes creusées dans les calcaires solides du terrain jurassique et du terrain crétacé du midi de la France. La diversité des effets s'explique aisément, ce me semble, par les différences qui existent dans la nature et la solidité des roches. L'origine des altérations qu'ont éprouvées les couches du calcaire grossier voisines de la surface tient évidemment à des causes qui agissent encore aujourd'hui même à la surface du sol.

Les phénomènes de désagrégation et de dissolution des calcaires par les eaut d'infiltration se lient aussi n un fait d'un grand intérêt, la formation de la terre végétale. Il est à remarquer que les calcaires très-purs , comme les calcaires crayeux, ne sont recouverts que d'une très-faible épaisseur de terre végétale. Les couches calcaires très-mélangées d'argile et de sable laissent au contraire, par leur dissolution graduelle, un abondant lésîdu de matières meubles qui contribue à produire une ( onche épaisse de terre.

La dissolution de certaines couches calcaires parles eaux superficielles peut être démontrée, du reste, par un exemple analogue à celui qui m'a servi plus haut pour prouver que les terrains gypseux du Ivcupcr avaient été dissous jusqu'à une grande profondeur au-dessous du sol.

On exploite, comme on sait, dans le département de la Haute-Saône, des gîtes abondants de minerais en grains déposés dans le terrain tertiaire moyen. Les grains concrétionnés de rainerai sont disséminés dans une argile dont on les sépare par le lavage. Le minerai lavé renferme souvent une forte proportion de petits fragments calcaires que les

Ouvriers désignent sous le nom de caslillot. On donne le nom de mines grises aux minerais chargés de calcaire, et par opposition celui de mines rouges à ceux qui n'en renferment pas. Les mines grises et les mines rouges sont exploitées dans les mêmes localités , mais les mines rouges se trouvent toujours très-près du sol , tandis que les mine^ grises s'exploitent à lo et 12 mètres de profondeur. Il ne me paraît pas douteux que les mines rouges ne soient le produit de l'action prolongée des eaux d^infiltration sur les mines grises, et que les rapports d'origine qui existent entre les deux variétés de minerai ne soient tout à fait comparables à ceux que j'ai signalés plus haut entre les houilles tendres et les houilles gypseuses du trias (i).

Les faits qui précèdent se rapportent uniquement à la dissolution progressive des dépôts calcaires par les eaux d'infiltration. Il est d'autres matières qui modifient l'aspect pétrographique de la roche sans la détruire. Je me contente aujourd'hui d'en citer deux exemples.

Calcaires avec pyrites de fer. — i**. La formation jurassique renferme , comme on sait, une grande quantité de pyrites de fer. On les a remarquées surtout dans les formations marneuses qui constituent la base des étages, maison les rencontre aussi en abondance dans les calcaires. Elles y forment des nids plus ou moins volumineux, plus ou moins abondants. Si la proportion de pyrite est considérable , le calcaire se désagrège et se détruit progressivement à mesure que la pyrite se décompose par l'action de Toxygène atmosphérique et des eaux superficielles. Il résulte en définitive de la décomposition , du sulfate de chaux qui est entraîné par l'eau et du peroxyde de fer terreux qui reste dans le

(i) J*ai analysé séparément les mines grises elles mines rouges de Monturcux (Haute-Saône ). La mine grise renferme 26 pour 100 de calcaire , les mines rouges n'en renferment pas. La composition des grains de minerai est la même dans les deux cas (t. p. 094.) Voir aussi un Mémoire de W. Thirrîa ( Annales tirs Mines , /|« série , t. XIX ).

résida de la désagrégation. La décomposition de la pyrite s'arrête^ du reste, à une petite distance de la surface du sol.

Le mode d'altération que je signale, peut s'observer de la manière la plus évidente dans les couches subordonnées à rOxford-CIay, près de 6eaume-les-Dames, coutïies qui représentent les minerais de fer oolitiques du Châtillonnais. L'ouverture d'un chemin a mis à découvert, il y a quelques années, des couches épaisses de plusieurs mètres, constituées par un calcaire pétri de noyaux pyriteux. On peut observer déjà les modifications profondes survenues dans la texture de la roche depuis l'époque très-peu éloignée où elle a été mise à découvert.

Si la proportion des noyaul pyriteux n'est pas très-considérable, il peut arriver que le calcaire ne se désagrège pas à la suite de la décomposition de la pyrite. Les mêmes couches qui se présentent dans la profondeur comme formées par un calcaire compacte avec noyaux pyriteux se montrent près du jour criblées de trous , remplis en tout ou en partie d'hydroxyde de fer terreux. La pyrite de fer en se décomposant a entraîné une proportion considérable de calcaire dont le volume est environ trois fois plus grand que celui de la pyrite (i). J'ai observé ce fait dans des calcaires qu'on trouve, vers la base de l'étage ooli tique inférieur, à Beaume-les-Dames , à peu près au niveau géologique de la lerre à foulon. Des couches de calcaire qui présentaient à la surface des vides nombreux partiellement remplis d'hydroxyde de fer, ayant été coupées à quelques mètres de distance de leurs affleurements pour l'établissement d'un chemin, sur le revers nord de la montagne de Chataud, ont

(i) Un équÎTalent de pyrite de fer FeS* = 75o donne 2 équivalents d'acide sulfnrique, qui dissoudront 3 équivalents de calcaire 2 CO* GaO =: i25o. La

densité de la pyrite étant à celle du calcaire dans le rapport de — ^ = 1,75,

la pyrite doit produire dans le calcaire un vide équivalent à 2,91 fois son volume.

présenté des nodules pyriteux disséminés dans un calcaire très-compacte.

2°. Le dernier fait qu'il me reste à citer, peut s'observer dans une foule de localités très-éloignées les unes des autres et dans un grand nombre de couches du terrain jurassique.

Les coufhes calcaires jurassiques présentent très-souvent une teinte bleue très-prononcée, mais qui est loin d'être uniforme dans la même couche. La même pierre présente souvent une partie bleue très-nettement circonscrite sur un fond jaunâtre. Ce fait, qui se remarque sur la plupart des pierres de taille qui ont servi à la construction des maisons à Besançon , à Dijon et dans un grand nombre d'autres villes , a été noté comme donnant à la physionomie de ces villes un caractère particulier. Quand on examine ces roches , soit dans les carrières des départements de la Franche-Comté, soit dans les nombreuses fauchées qui ont été ouvertes dans les calcaires de Fooilte inférieur, aux environs de Dijon , pour rétablissement du chemin de fer, on reste convaincu que la partie jaunâtre de la roche était primitivement bleue, et que cette teinte a disparu par des réactions postérieures. On observe, en effet, que les parties bleues se trouvent toujours dans l'intérieur des couches à distance des plans de stratification et des fissures qui traversent la roche et qui peuvent donner accès aux eaux d^infiltration. Les parties bleues forment ordinairement des amandes discontinues ; quelquefois la partie moyenne du banc est entièrement bleue ,^ tandis que les deux faces supérieure et inférieure sont d'un blanc jaunâtre. Toutes ces apparences me paraissent complètement d'accord avec l'hypothèse d'après laquelle on admettrait une teinte bleue primitive dans toute la roche et sa disparition successive et graduelle par Feffet des eaux d'infiltration.

Les essais chimiques que j'ai faits sur la partie bleue et la partie jaunâtre d'un même échantillon de calcaire extrait d'une carrière de Beaume-les-Dames , ouverte dans le pre-

mier étage jurassique (combrash), m'ont conduit à ce rë^ sulut inattendu que la couleur bleue de la roche était due à là présence de de bisulfure de fer disséminés uniformément dans toute la masse. On peut isoler la matière colorante du calcaire, en traitant celui-ci par Tacidc chlorhydrique étendu qui en sépare une matière noire floconneuse et très-légère. C'est un mélange d'argile avec 10 pour 100 de bisulfure de fer dans un état de division extrême. Dans cet état, il ne s'attaque pas par Pacide chlorhydrique même concentré et chaud, et il ne se dissout que dans l'eau régale ou l'acide nitrique. La calcina tion en vases clos en sépare du soufre , et ce résidu s'attaque avec facilité par l'acide chlofhydrique avec dégagement d'hydrogène sulfuré ( i ) .

On ne peut s'empêcher de comparer ce phénomène de teinture du ctflcaire par le bisulfure de fer , à celui que présentent cerrfBns métaux, tels que l'or et l'argent qui peuvent colorer les verres en rouge ou en jaune, même quand ils sont en proportion extrêmement minime. A cet état de division ils n'ont plus l'éclat métallique , même après avoir été isolés du corps dans lequel ils étaient disséminés. La coloration des calcaires par le bisulfure.de fer, dans un élat isomérique particulier , paraît être un phénomène de même ordre.

11 y a lieu de penser que la coloration bleue si fréquente des marnes et des argiles est due aussi à la présence du bisulfure de fer. La teinte qu'elle présente est sensiblement la même que celle des calcaires. Elle disparait aussi par le conlaci prolongé avec l'air , pour faire place à une coloration jaunâtre ou rougeâtre. Les couches d'argile plastique du

(i) Cet état particulier du bisulfure de fer est analogue à celui sous lequel il a été obtenu par M. de Senarmont, en décomposant dans un tube fermé un sel de fer par un bisulfure alcalin à la température de 170 degrés. Ainsi Préparé, le bisulfure de fer était en poudre noire sans éclat métallique, inaltérable à l'air , et inattaquable par les acides non oxydants.

( loo )

bassin de Paris sont souvent bariolées de rouge, de jaune et de bleu, dans les parties voisines de la surface.

Cette dissémination du sulfure de fer dans une étendue si considérable des terrains stratifiés est un fait remarquable à un autre point de vue. J'ai établi , en effets dans un précédent travail , que la formation de la pyrite de fer , dans les terrains stratifiés (p. 5o), était une des principales réactions qui restituaiîenl k Tatmospbère deToxygène emprunté aux éléments minéraux de la croûte solide du globe. On voit que ce phénomène s'est produit pendant toute la durée d'un grand nombre de périodes géologiques , avec une continuité qu'on était loin de soupçonner. Tout porte à croire qu'il se produit encore aujourd'hui, et qu'il joue un rôle considérable parmi les causes qui tendent à amener des modifications dans la composition de l'atmosphère terrestre. L'étude des grandes lois qui maintiennent ou qui feront varier dans l'avenir la composition de notre atmosphère est assurément un sujet des plus dignes d'attention \ et si l'on parvient à trouver dans les formations géologiques , comme dans les phénomènes qui se passent encore sous nos yeux, des traces de ces importantes réactions, on pourra rendre ainsi à la science un service des plus signalés.

( ^oi )