GÉNÉRALITÉS SUR LA MINÉRALISATION DES EAUX

L'idée que Von se fait généralement du mode de minéralisation des eaux qui jaillissent du sol est des plus simples : on admet que, sous Tinfluence d*une forte pression, d'une haute température, et encore de l'électricité, les eaux chaudes, d'abord à Tétat de vapeur, puis à l'état liquide, empruntent au sol qu'elles lessivent les substances qui les minéralisent; c'est ce qui a fait dire par Vauquelin que les eaux étaient des espèces de sondes qui nous rapportent des entrailles de la terre des échantillons des matières qui la composent.

Si on se rappelle ce que nous avons dit au sujet de l'existence du feu central de la terre, on comprendra sans peine, qu'étant à une très-haute température, la vapeur aqueuse excessivement comprimée puisse entraîner, mécaniquement d'abord, en dissolution ensuite, des substances minérales insolubles par elles-mêmes à la température la plus élevée que nous puissions obtenir, et sous une pression d'un nombre déterminé, mais considérable d'atmosphères.

Pour la grande majorité des géologues et des chimistes, les eaux minérales, tant froides que thermales, sont en quelque sorte des produits secondaires des réactions chimiques qui s'opèrent dans rintérieur du sol, sous l'influence des causes que nous, venons de signaler.

S'il nous était permis de juger par ce qui se passe sous nos yeux, nons dirions que les acides carbonique, chlorhydrique, et les différents acides du soufre existant dans les vapeurs émises par la chaleur normale des profondeurs du globe, sont, pour toutes les eaux qui se minéralisent dans le voisinage du feu central, les premiers agents de minéralisation, et les ro-

MTNKRAf.ISATIOX ORS EAUX Î13

ches les deconds. Tel serait le cas des eaux qui sourdent des terrains primitifs et des terrains volcaniques anciens et modernes. Il est bien évident que les silicates alcalins et terreux jouent ici un rôle immense, et cela de la manière suivante : sous l'influence d*une forte pression et d'une haute température, le gaz carbonique dissous dans la vapeur aqueuse, ou entraîné avec elle, désagrège et décompose les roches; de là, la production de carbonates alcalins et terreux, tandis que la silice mise en liberté et au contact d'une grande masse de liquide se dissout. Ne parvenons-nous pas, dans nos laboratoires, en faisant passer un courant prolongé d'acide carbonique dans des solutions de silicate de potasse ou de soude très-éten-duesj à produire du bicarbonate de potasse ou de soude, et à rendre la silice soluble? D'après notre manière de voir, la plupart, sinon la totalité des eaux minérales carbonatées, se forment en vertu de cette réaction.

Les silicates sont encore l'origine première des eaux sulfurées à base de sulfure de sodium, seulement l'acide carbonique est remplacé par Tacide sulfhydrique , où encore par Tacide sulfureux et le soufre vomis par le feu central de la terre. Les principes sulfurés, en réagissant sur les roches, don. nent lieu à des sulfures alcalins, tandis que la silice est mise en liberté; on n'ignore pas que dans les eaux de cette classe, l'acide carbonique se rencontre en très-petite quantité, tandis que l'analyse y constate, en général, une proportion très-notable de silice.

Ainsi que nous aurons Toccasion de le dire ailleurs, la minéralisation des eaux sulfuréeâ, d'après M. Fremy, se produirait à l'aide du sulfure de silicium. Il nous semble tout aussi rationnel d'admettre que le soufre, à quelque genre de combinaison qu'il appartienne, se combine avec la base des silicates alcalins et non avec la silice. La présence de celle-ci, en quantité assez grande, n'a rien de surprenant lorsqu'on sait que l'acide sulfhydrique et l'acide sulfureux décomposent les silicates de la môme manière que l'acide carbonique, en produisant de la silice soluble.

Est-ce à dire pour cela que la vapeur d'eau et môme l'eau liquide, ainsi comprimées et échauffées, mais sans acides carbonique, sulfhydrique, chlorhydrique, sulfureux, etc., ne puis-

Ui ËAtIX MINERALES

sent désagréger les roches et dissoudre quelques- unes de leurs parties constituantes? Pa& le moins du monde. Les expériences de de Senarmont ont démontré que l'eau pure chauffée fortement dans un tube de verre fermé dissolvait des traces très-appréciables de silice, tandis qu'une autre partie de cet acide restait en suspension : il y a donc eu là une décomposition partielle des silicates qui entrent dans la composition du verre. C'est encore à l'action décomposante de l'eau pure et surchauffée, que M. Damour attribue la présence de la grande quantité de silice et des alcalis dans l'eau des Geysers d'Islande.

Mais que l'eau chaude, au lieu d'être chargée d'acides volatils, ou bien pure, charrie avec elle quelques substances salines alors la décomposition des roches se fera encore plus rapidement; des produits plus nombreux se formeront et, suivant leur ordre de volatilité ou de solubilité, seront entraînés par les eaux jusqu'à ce que d'autres matières, pendant leur mouvement ascendant et l'abaissement de la température, viendront modifier leur constitution primitive.

Avant d'arriver sur le sol, toutes les eaux minérales doivent donc incessamment subir des transformations que la nature du terrain qu'elles traversent n'explique pas toujours d'une manière satisfaisante. Nous dirons même plus, nous ne sommes pas éloigné de croire que certaines eaux ont dû se dépouiller de la presque totaUté des substances salines qu'elles tenaient en dissolution pour en acquérir d'autres, souvent très-différentes. Ces transformations tirent leurs causes : de l'abaissement de température de l'eau, du temps que celle-ci a mis pour parvenir jusqu'au soi, de la diminution de pression, et enfin de la présence de matières minérales particulières. Ainsi s'explique, quant à la nature et à la somme des principes fixes, la grande diversité des eaux minérales qui sourdent de toutes les parties du globe, et de plus la différence de composition que les chimistes constatent dans toutes les eaux appartenant à un môme groupe.

L'abaissement de température des eaux, à une profondeur quelconque du sol est peut-être, de toutes ces causes, celle qui apporte les plus grands changements dans leur constitution primitive. Beaucoup d'eaux minérales renferment, en efi'et, des

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sels qui ne peuvent s'être formés qu'à une basse température, tels sont les bicarbonates alcalins et terreux, et les bicarbonates de fer et de manganèse. En traversant en outre les couches les plus refroidies de la terre, elles se chargent encore de matières organiques (ulmine, acide ulmique et matière organique azotée) .

Pour quelques sources qui se rainéralisent à une température moins élevée que celles des terrains primitifs ou de sédiment inférieurs, la matière organique est également Tun des agents importants. Il semble admis maintenant que les eaux sulfurées calcîques, celles d'Enghien par exemple, sont le résultat de la désoxygénation du sulfate de chaux, et la transformation de celui-ci en sulfure de calcium par la matière organique qu'elles renferment. Ces eaux, du reste, répandent une odeur marécageuse qui indique déjà en partie leur origine Mais, que la substance organique vienne sinon à disparaître en totalité (cette circonstance ne se présente jamais), mais à diminuer, c'est alors que les eaux sulfatées apparaissent

Nous aurons peu de choses à dire concernant le mode de minéralisation des eaux chlorurées : tout porte à supposer que ces sels ont pour origine les assises d'allu viens anciennes, ou les amas énormes de sel gemme enfouis et abandonnés par le retrait de l'eau des mers qui recouvraient la plus grande partie de notre sol actuel.

Comme exemple manifeste de la relation qui existe entre l'origine des sources et la nature du terrain d'où elles émergent, nous citerons les eaux chlorurées sodiques de Bourbonne qui se minéralisent au moyen du Muschelkalk (calcaire coquilier], gangue habituelle du chlorure de sodium, et qui forme le plateau sur lequel Bourbonne est situé.

Jusqu'ici, nous avons fait connaître Topinion la plus accréditée, parmi les savants, pour expliquer la manière dont les eaux se minéralisent à l'intérieur du globe ; la chimie, on peut le voir, bien plus que la géologie, a fourni les hypothèses les plus vraisemblables pour démontrer comment les choses peuvent se passer dans les profondeurs de la terre; il nous reste encore à rendre compte d'une autre théorie, sur laquelle on ne s'est peut-être pas assez appesanti.

U6 EAUX MINERALES

Pour Lecoq ^^ le phénomène des eaux thermales semble avoir joué un rôle important dans la structure de la terre, et, loin de croire que les eaux puisent dans les terrains qu'elles traversent les matériaux qu elles déposent, il faut au contraire admettre que tous ces terrains ont été déposés par elles, et qu'elles en ont puisé les matériaux au-dessous des roches cristallisées qui forment maintenant la cioûte solide du globe.

Lecoq supposé ensuite que, dans Torigine, les eaux minérales étaient plus abondantes, plus nombreuses, plus chaudes et enfin plus saturées que maintenant ; mais à mesure que le globe s* est refroidi, les eaux elles-mêmes ont subi la môme progression descendante; il en résulte, qu'en se refroidissant ainsi graduellement, elles ont dû perdre une partie de leur débit, changer de composition et déposer peu à peu la majeure partie des principes qu'elles tenaient en dissolution. Aujourd'hui, nous n'aurions plus, dit ce regrettable savant, qu'une faible manifestation d'une action qui fut autrefois assez puissante pour participer à la création de tous les teri'ains de sédiment.

On ne peut nier qu'il n existe entre les terrains de sédiment et les travertins produits par les eaux minérales une analogie frappante; aussi Lecoq n hésite-t-il pas à attribuer aux eaux minérales les couches immenses de calcaires qui se déposèrent dans les premières dépressions des terrains cristallisés, et qui se mêlèrent comme ciment à plusieurs roches mécaniquement formées. « C'est à la même cause, dit il, qu'il faut rapporter ces puissants dépôts de craie avec la multitude de rognons siliceux qui s'y sont déposés, et plus tard la répétition de ce même phénomène, lors du sédiment des marnes et de leurs mélinites. Eniln, en se rapprochant encore de Tépoque actuelle, on ne peut leur contester ces nombreuses concrétions qui, dans le centre de la France, se sont moulées autour des masses de phryganes, ni les nombreux travertins que nous voyons naître sous nos yeux. Les divers amas de fer hydroxydé ont été produits par ces sources, dont plusieurs déposent encore aujourd'hui une grande quantité d'ocre jaune. Le bitume, une partie des quartz, des calcédoines et une foule de minéraux n*ont

1. Lecoq. Recherches sur les eaux thermales et survie râle qu'elles ont rempli i diverses époques géologiques. Clermont-Ferrand, 1839, broch. in-8V

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d'aatre origine que celle qui bous occupe maintenant. C'est encore aux eaux minérales qu'il faut rapporter en partie les dépôts de sel. gemme, la salure des 1001*8. la formation du gypse, et peut-être ce4te quantité d'acide carbonique qui. selon toute apparence, a longtemps vicié notre atmosphère et que la végétation a transformé en couches de houille. Il y a sans doute aussi des filons qui doivent naissance aux eaux et qui ne sont que les fentes remplies qui les . mettaient en contact avec Textérieuf du sol. »

Ajoutons pour être complet que de Senarmont ^ considère comme trôs*-probable le remplissage des filons concrétionnés par des déjections thermales incrustantes, et il n*est pas éloigné de croire que la formation d*un grand nombre de minéraux qu'on y renc(mtre, cristallisés ou amorphes, dépend de la même cause*

Comme Lecoq et de Senarmont, nous sommes d*avis que les eaux minérales ont concouru à la formation d'une certaine partie de notre sol ; ne voit-on pas tous les jours des masses énormes de travertins se former sous nos yeux par le fait seul de la décomposition des eaux ? Mais il reste & savoir . i l'hypothèse du premier de ces savants peut être prise dans sa généralité, ainsi qu'il semble l'admettre.

Les eaux minérales sourdent, on le sait, de tous les terrains, et si ceux-ci sont d'origine volcanique ou primitive, leur point d'émergence se trouve souvent au point de contact des roches de nature différente. Quelques géologues ont même cherché à se rendre compte de la structure intime du globe par la composition chimique des eaux qui en proviennent : c'est ce qui l'ait dire par Brongniart > que les sources qui jaillissent de terrains de môme nature présentent dans leur composition la plus grande analogie : voici à cet égard le résumé de ses obser* vations.

i^ Terrains primitifs» Les eaux qui sourdent des terrains primitifs contiennent de l'acide sulfhydrique, de l'adde carbonique, de la silice libre, du carbonate et d autres sels à base de soude, des sels à base de chaux (sauf le carbonate) et peu de fer. Dans cette classe sont comprises toutes les eaux à tempé-

1. De Senarmont. AnnaU$ de chimie et de physique, 1851, t. XXXII.

2. Bm^gviftrt Btftiannaire 4^$ sciences nalmelles, t. XIT, p. 10.

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rature élevée, comme la plupart des eaux sulfurées des Py* rénées (Bonnes, Cauterets, Baréges, Bagnères de Ludion)^ et celles de Chaudesaigues et de Vie dans le Gantai.

2*» Terrains moitié cristallieéSy moitié compeustes^ renfermant presque tous les terrains de transition. Les ea^x qui jaillissent de ces terrains sont rarement sulfurées; Ta^ide carbonique y existe en assez grande abondance, ainsique les sels de soude. Elles contiennent davantage de chaux et d'oxyde de fer que les eaux des terrains pnmiti&, mais elles sont moins chaudes. Sent placées dans cette classe les eaux de Vichy, Néris, Bourbon* TArohambault, Cambo, Bourbon-Lancy, Gransac, Saint Gervais^ les eaux sulfurées d'Âix la-Ghapelle, et les eaux ferrugineuses acidulés de Spa et de Seltz.

îi** Terrains de sédiment inférieurs, Ges terrains donnent naissance à des eaux qui ont beaucoup d'analogie avec les précédentes. Gependant l'acide sulfhydrique a presque disparu, et la proportion de silice et d'acide carbonique a diminué sensiblement. Les principes dominants sont les sels de soude, à l'exception du carbonate, mais le sulfate de chaux se montre dans toutes : telles sont les eaux de Bagnères de Bigorre, Uï'sat, Bagnols, Luxeuil, Plombières, Aix (en Savoie), Niederbronn, Pyrmont.

40 Xerrains de sédiment moyens. Les eaux de ces terrains possèdent tous les caractères des eaux de sédiment inférieur ; elles sont un peu sulfurées comme à Gréoulx, et assez chlorurées comme à Balaruc et à Bourbonne les Bains. Gette catégorie semble du reste comprendre presque toutes les autres, puisqu'on y trouve, à côté des eaux sulfurées et chlorurées des eaux bicarbonatées et sulfatées comme à Pougues Aix (Bouchesdu-Rhône), et à Saint Amand (Nord). Elles sont aussi tantôt froides, tantôt chaudes.

50 Terrains de sédiment supérieurs. Les eaux des terrains de sédiment supérieurs sont froides; elles contiennent du carbonate d^ chaux, des sulfates de chaux et de magnésie, du sulfate et du carbonate de fer. Quelques -unes sont très-sulfatées comme celles de Passy, Arcueil ; d'autres carbonatées. acidulés et ferrugineuses, telles que les eaux de Forges, Provins, Segray (Loire). G'est de cette nature de terrain que sourdent les sources sulfurées d'Enghien, minéralisées par du sulfure de calcium,

MINERALISATION DES KAUX 249

provenant de la^décompofiition do sulfate de chaux au moyen de la matière organique, ainsi que nous le savons déjà.

6^ Terrains à base de porphyre, detrachyfe H de basalte. De ces terrains sourdent des eaux qui ont la plus grande analogie avec orties des terrains primitifs. Elles sont tantôt froides et tantôt chaudes. Les principes que l'on *y rencontre en plus grande quantité sont Pacide carbonique, l'acide solfhydrique, de la silice, des carbonates alcalins et terreux, enfin les produits des dégections volcaniques, tant anciennes que moiernes. On y trouve à peine le sulfate de chaux et les sels à base de magnésie ou de fer. Les sources du Mont Dore, de Saint-AHyre, Royat, Vic-le-Gorate, Châtelguyon, en France, jaillissent des terrains de cette nature.

7^ Paya volcaniques. Les eaux qui s'échappent des localités possédant des volcans encore en activité sont plus chaudes que les précédentes; lacide carbonique, la silice, l'acide sulfhydrique, y abondent, ainsi que les carbonates de soude ' et de chaux, et jusqu'à de l'acide sulfurique libre. Les sources les plus remarquables de ces terrains existent dans les environs de Naples et à la solfatare près de Rome ; les eaux des Geysers d*îslande et celles d'une partie de l'Amérique méridionale, de la Martinique, de Saint-Domingue ont la même origine. A. Java et dans les Gordilières, quelquesunes contiennent de l'acide sulfurique libre.

Les nombreuses analyses exécutées depuis l'époque où Brongniart a formulé ces conclusions, ne permettent plus maintenant d'admettre ces faits dans toute leur généralité, car la composition de beaucoup d'eaux minérales n'a pas été trouvée en rapport avec le sol d'où elles se sont échappées. Ainsi, pour ne citer que les eaux deë terrains formés par les anciens volcans, et dans lesquelles Brongniart n'admet pas l'existence en proportion notable de la magnésie et de l'oxyde de fer, nous rappellerons que dans les ditïérentes sources de l'Auvergne, et surtout dans les eaux de Châtelguyon, la magnésie et Toxyde de fer se rencontrent en quantité beaucoup plus grande qu'ailleurs. Nous pouvons en dire autant des eaux de Dax, comprises dans les eaux sulfatées mixtes et qui ne contiennent pas moins de 0«',i70 de sulfate de chaux sur 0«',475 de principes fixes. Enfin on n'ignore pas que dans nombre de stations hydro-

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minérales, on rencontre à côté de certaines sources des eaux qui ont parfois une composition assez différente et que, d'après la théorie de Brongniart, on devrait transporter dans ane autre classe. Nous citerons conune exemple l'eau ferrugineuse de Luxenil, si différente par sa composition chimique des neuf ou dix sources thermales-situées dans le voisinage.

Les sondages que l'on a pratiqués sur plusieurs points ont fait surgir du sol un grand nombre de sources minérales. Pour les distinguer de celles qui se sont produites sans le secours de l'art, on en a fait une section spéciale sous le nom d'eaux minérales artésiennes^ ce qui ne les différencie pas des eaux minérales naturelles.

Les examens comparatifs des différentes sources de Vichy, dont quelques-unes n*ont surgi qu'après des sondages profonds, ont démontré à M. Bouquet > que les eaux naturelles et artésiennes avaient entre elles la plus grande analogie : ainsi elles renferment les mêmes principes, c et si les proportions de ces principes varient dans quelques cas, les variations ne sont jamais assez grandes pour faire disparaître le caractère marqué d'analogie qu'elles possèdent à un très-haut degré. » Tout porte à croire qu^il en est de même pour les sources des autres localités, et que leur ressemblance est d'autant plus grande que les sondages ont été pratiqués dans les endroits les plus rapprochés des sources minérales qui ont jailli spontanément.

§ 1*' Variations de composition dos oanz minérales.

Les eaux qui jaillissent des entrailles de la terre éprouventelles, avec le temps, quelques changements^ non-seulement dans la nature, mais encore dans la quantité des principes minéraux qu'elles entraînent h la surface du sol par leur mouvement ascensionnel? Telle est la question que quelques chimistes ont tÂché d'aborder dans le cours de ces dernières années.

Si l'on s'en rapporte aux écrits des auteurs, beaucoup de sources minérales auraient subi et subiraient incessamment des modifications dans la constitution de leui^ eaux. On cite,

1. Bouquet. Histoire chimique des eauv de Vichy^ Cusset^ etc., p. "256, Paris, 1855.

MINERALISATION DES EAUX %1

par exemple, les eaux de Steinbad, à Tœpliiz qui; d'après Berzelius, cooliendraient à peine des traces des sels qui les avaient fait ranger trente ans auparavant» par Âmbrozzi, parmi les eaux salines les mieux caractérisées. Suivant Suttzer, les eaux de Bippoldzau n'avaient plus, en iSll, le carbonate de magnésie et le sulfate de soude qui y avaient été signalés, en 1806, par Klaproth. D'après Hermann, les sources salées de Halle auraient vu remplacer la plus grande partie de la chaux qu'elles renfermaient par de la magnésie. A Schœnnleck, le sulfate de soude disparaîtrait progressivement. Les eaux de Pyrmont, au rapport de Struve, jouiraient de la singulière propriété d'être alcalines et gypseuses pendant les mois les plus chauds de l'année et de voir disparaître -ces sels pendant l'hiver. Les eaux du Mont Dore ne contiendraient plus la même quantité de silice que des analyses exécutées avec soin y avaient constatée. Les eaux de Saint-Nectaire et de Vichy, dit Lecoq ^ n'ont plus la même richesse en substances minérales qu'autrefois, et leur composition n'est plus la môme qu'à Tépoque où elles formaient ces immenses dépôts siliceux et aragoniti£ères qu*on trouve aux environs des lieux d'où elles sourdent. En 1822, Berzelius analysant les eaux minérales de Garlsbad n'y avait pas constaté de potasse, tandis que le dépôt ocreux de la source contenait du fluo-silicate de cet alcali. Depuis, d'autres chimistes, entre autres Ragski, ont trouvé constamment de la potasse dansTeau, mais l' examen du dépôt recueilli en 1862, n*en renfermait pas de traces suivant Erdmann. Ajoutons encore que les analyses chimiques, faites à différentes époques, accusent dans cette eau des proportions très-variables de potasse. La grande autorité des opérateurs ne laisse pas de doutes sur la fréquente variabilité de composition de l'eau minérale de Garlsbad. Enfin, suivant Fontan, l'une des sources de Borcettene serait sulfureuse que pendant l'été.

Les témoins irrécusables de ce défaut de permanence dans la composition chimique des eaux.minérales sont dans la nature des dépôts et des travertins formés à différentes époques par ces eaux elles-mêmes. Ici, ce sont des dépôts ou concrétions qui indiquent que, dans un temps très-éloigné de nous, les eaux ont perdu tous les principes qui les constituaient alors