LE CIMENT ET SES TRANSFORMATIONS

Notion d'un ciment primordial. Son importance.

Les grès formés de grains de sable non contigus et les quartzites composés d'éléments non juxtaposés, avant leur accroissement secondaire, ]>ossédaient nécessairement un ciment à l'origine pour maintenir les minéraux en place. L'existence d'un ciment primordial s'impose pour toutes les roches étudiées, sauf peut-être pour deux.

H en résulte que les grès et cpiartzites du Tertiaire parisien dérivent d'un sable dont les éléments étaient noyés dans une gang^ue dont la composition reste i fixer. Ces éléments sont agglutinés aujourd'hui par des ciments de composition très variée, presque toujours différents du ciment primitif.

Si Ton tient compte de la nature des sédiments marins actu^ et de l'histoire des dépots anciens, on arrive à cette conclusion que seids les ciments calcaires correspondent au ciment originel plus ou moins modifié. Tous les autres sont secondaires.

Dans un sable actuel, les grains ne peuvent être séparés que par du calcaire d'origine organique, par de Targile, par de la silice organique ou par un mélange des trois éléments. Le fer hydroxydè, la pyrite, la silice inorganique et Voxyde de manganèse qui forment le ciment de la plupart des grès se sont introduits dans les sables pendant la période de consolidation, ou pendant l'une des phases de leur consolidation. Ces substances ne peuvent constituer un ciment primordial; elles ont pris la place de la matière qui maintenait les grains séparés à l'origine. Les ciments siliceux, ferrugineux et manganésifères sont secondaires. Les nombreux faits d'observation réunis dans ce travail permettent de conclure qu'ils se sont substitués à un ciment calcaire, que le ciment primordial était calcaire dans tontes les roches étudiées.

La substitution du carbonate de chaux à l'ai^ile ne peut se concevoir; on peut affirmer que les organismes siliceux tels que Radiolaires, spicules d'Epongés n'ont jamais existé dans les roches en question. Si les Diatomées avaient figuré dans le ciment primitif, on en retrouverait des traces dans les cinients d'opale. On arrive ainsi, par une élimination justifiée par tout ce que l'on sait sur les dépôts sédimentaires, à attribuer une composition exclusivement calcaire au ciment originel.

Tous les grès à ciment calcaire que j'ai décrits, et dont plusieurs ont été figurés (pi. m, fig. 5,6, pi. TV, fig. 7, 8), sont des grès à ciment primordial prescpie toujours modifié. Le carbonate de chaux de ces roches n'est jamais le produit d'infiltrations de la surface. Le grès cristallisé de Fontainebleau ne parait pas faire exception à la règle générale.

La considération du ciment primordial nous conduit à cette conclusion que les c grès » du Tertiaire parisien ont, pour la plupart, une histoire complexe. Tous ont un point de départ commun. En dépit de cette origine commune, ils offrent aujourd'hui une très grande variété de composition et de structure. Je ne connais pas d'exemple qui établisse plus clairement que l'histoire d'un

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sédiment, si simple qu'il soit, ne finit pas wec son dépôt; qu'il est le siège, après son dépôt, d'actions physico*chimiques susceptiUes d'en modifier profondément la composition, la structure et la physionomie. La formation de la roche sédim^itaire la moins complexe de toutes est en vérité une œuvre de longue haleine.

Prédesttnatioii de certains sables à former des grès et des quartzites.

La comparaison des grès et quartzites, et des sables auxquels ils sont toujours associés, révèle un fait qui m'a vivement frappé. Les grès et quartzites procèdent de sables calcaires, c'est-à--dire de sables qui renferment des débris calcaires en telle quantité que les grains de quartz n'étaient pas juxtaposés. Or les sables auxquels ces roches sont subordonnées ne montrent jamais les grains séparés par du calcaire. Il n'y a que deux interprétations possibles de cette singularité :

1® Les sables transformés en grès étaient les seuls sables calcaires;

3** Tous les sables étaient plus ou moins calcaires; quelques-uns ont été consolidés en grès ; les autres, c'est-à-dire la très grande majorité , ont été décalcifiés.

Si les sables dans lesquels les grès sont intercalés avaient subi une décalci- Jication en masse, le mode de gisement des grès en serait affecté; les bancs seraient disloqués et réduits en blocs gisant péle-méle dans le sable. J'estime que les conditions de gisement des grès en place sont en contradiction avec l'hypothèse d'une décalcification générale, faisanjt disparaître, non qudques délms calcaires, mais une masse de carbonate de chaux assez importante pour isoler tous les minérauic. Toutes les probabilités sont en faveur de la première interprétation : Les sables transformés en grés étaient les seuls sables calcaires. L'aptitude d'un sable à se transformer en grès et en quartzite serait en rapport étroit avec sa composition initiale. Autrement dit, il y aurait prédestination de certains sables à former des grès et des quartzites. Je ne suis pas en me* sure d'aflfirmer que cette rè^e est absolue ou non. Elle se dégage clairement de l'étude des grès du Tertiaire parisien; je la formule pour ces roches, à l'exclusion de toutes celles que je n'ai pas étudiées (^).

^*) Cette notioa étendue aux grès stampiens de la région de Fontainebleau n'explique nullement leur singulière* distribution en bandes parallèles. En toute hypothèse, lexistence de ces bandes reste une énigme à déchiffirer.

Ces faits conduisent à supposer que le carbonate de chaox ne joue pas un rôle passif dans la genèse des grès à ciment siliceux et des quartzites. Si la silice qui a été introduite en grande quantité dans le sable pour le consolider était simplement déposée par une solution, la présence pour ainsi dire constante d'un ciment calcaire ne s^expliquerait pas; de plus, la solution abasidonnerait la silice de préférence dans les sables à grains contigus séparés par des vides. Or les grès à minéraux juxtaposés sont tout à fait Texception; et il convient d ajouter que la juxtaposition actuelle de leurs éléments n'est pas une preuve de Tabsence d'un ciment calcaire originel. J'en conclus que le carbonate' de chaux a joué un rôle dans la précipitation et la fixation de la silice secondaire des grès et quartzites.

Déplacement du calcaire l>ar la silice. Sources de la silice.

J'ai donné maintes preuves de la silicification du calcaire des sables qui ont donné naissance aux grès et cpiartzites. Les < grès » lutétiens et bartoniens, en particulier, en fournissent de nombreux témoignages. Les ciments calcaréosiliceux, les Foraminifères et débris de test de Mollusques, partiellement ou complètement transformés en silice, les oolithes bartoniennes quartzifiées nous mettent en présence d'un fait indiscutable. C'est dans le groupe des « grès > et « silex » à Nummulites que le phénomène de silicification revêt le plus d'ampleur. De véritables calcaires très pauvres en matériaux détritiques n'ont gardé aucun vestige de leur carbonate de chaux. La substitution de la silice au calcaire est le fait dominant de Thistoire des grès et quartzites du Tertiaire parisien.

D'où vient cette silice? Les organismes siliceux manquent aussi bien dans les sables que dans les « grès ». L'Eocène et TCHigocène marins du centre du Bassin de Paris ont été, semble-t-il, très pauvres en oi^anismes siliceux, et les phénomènes de silicification doivent s'expliquer sans leur intervention, ou en leur attribuant un rôle tout à fait secondaire. La source principale — sinon la source unique — de la silice doit être le sable lui-même. On sait que les grains de quartz des sables sont toujours un peu corrodés, et que les eaux météoriques qui les traversent se chaînent d'une faiUe quantité de silice. Cest la circulation des eaax transportant de la silice minérale^ empruntée aux sables, qui est T agent principal , etpeut-4ire unique, de la transformation des sables calcaires en grès et quartzites.

Il est impossilde d'assigner une date même approximative à la siliciiication des sables calcaires. Il se peut qu elle ait commencé avant Témersion des terrains; il est probable qu elle est due, en partie, au régime continental qui a affecté le Bassin de Paris durant tout le Néogène. Je n ai pu recueillir sur ce sujet aucune donnée décisive.

Les grès considérés comme des concrétions siliceuses.

Le cas du grès de Fontainebleau mérite d'être traité à part et soulève plusieurs difficultés d'interprétation. L'une des coupes qui m'ont été communiquées par M. L. Janet montre un banc de grès de 3 m. a 3 couronné par o m. 35 de sable. D'où vient la silice qui a agglutiné le sable pour engendrer le banc de grès? Quand on voit, dans ui\ autre exemple, un banc de grès de 1 m. 10 séparé de l'assise des meulières par a m. o5 de sables, il n'est pas invraisemblable que les sables supérieurs aient fourni toute la silice secondaire du grès, mais dans la première coupe envisagée, les 35 centimètres de sables constituent une source de silice évidemment insuffisante. On peut, il est vrai, supposer que les assises supérieures, aujourd'hui incomplètes, ont été mises à contribution, et qu'elles ont cédé de la silice aux sables. Or ces sables supportent des argiles vertes, des sables argileux, et enfin des meulières (fig. a a ). Il y a là un milieu imperméable qui, dans son état actuel, ne peut se prêter à une circulation d'eaux siliceuses per descensam.

Dans toutes les questions de cet ordre, il est de mode aujourd'hui d'expliquer les phénomènes de substitution et de dépôt par la descente des eaux météoriques. On peut concevoir, pour les grès en particulier, un autre processus d'introduction de la silice dans les bancs de grès. Les sables de Fontainebleau, avant d'être profondément entamés parles agents d'érosion, pouvaient renfermer une nappe d'infiltration beaucoup plus importante que de nos jours et susceptible de s'élever jusqu'au sommet de l'assise. La transformation en grès se serait produite sous l'empire de cette nappe. Toute la masse sableuse qu'elle baignait a subi un commencement de dissolution, ainsi qu'en témoigne la surface corrodée des grains. C'est la silice ainsi libérée, et abandonnée aux eaux de la nappe, qui a donné naissance aux grès.

Cette silice s'est substituée au calcaire du ciment; la provision en était indéfiniment renouvelée par diffusion partout où elle se fixait; il y avait aiïisi un véritable afflux de silice de tous les points de la masse des sables vers les

centres de production de grès — fussent-ils placés au sonunet de la formation. Les sables infiérieurs aux grès, comme les supérieurs, auraient donc pris part à la genèse de ces roches. Les bancs de grès dont il est question sont, à mon avis, d'énormes concrétions. On s explique , dès lors, pourquoi ils peuvent être mamelonnés sur toutes leurs faces. Leur accroissement ne s'est pas produit de haut en bas, mais dans toutes les directions à la fois. Les masses de grès mamelonnés, formées dans des sables saturés d'eau, se sont développées comme un corps qui cristallise dans une solution et qui s'accroît en tous sens aux dépens de la solution.

0*95 Lâmoa dea plaleaiu.

^*^tr' "-s-H 0">o Argile jaune.

oo Menlîèra porrnue.

Fig. it.

o" 70 BoK d« cûllatM bUaehe.

a* 70 SaUe argUeaz.

o* ko AfgUe verte.