CHAPITRE II

SOURCES THERMOMINÉRALES

Mfcliiini dea nwt«i ajw—«l»t»ilM — La chaleur interne ne se mandate pas seulement par l'accroissement continu de la température avec la rofondeur. Elle s'affirme encore d'une manière très nette par le phénomène * mmrcet thermales.

Nous avons dit qu'habituellement les sources étaient les lieux d'écoulement de nappes d'infiltration, emmagasinées dans le sol à une profondeur peu différente de celle où les variations calorifiques de l'extérieur ne se font plus sentir. Pour cette raison, la plupart des sources sont remarquables par la constance de leur température, dont la mesure peut suffire à faire connaître immédiatement, à peu de chose près, la moyenne annuelle du lieu d'émergence.

Mais il est des sources dont la température est notablement supérieure à celle du point où elles arrivent au jour ; on leur donne, pour ce motif, le nom de source* thermale* et comme la plupart d'entre elles doivent à la chaleur qu'elles possèdent et peut-être aussi à l'intervention d'émanations internes la faculté de tenir en dissolution certains principes minéraux actifs, ce sont, par excellence, des sourcex minérales. On les distinguera par l'épithète de chaudes ou encore par celle de thermominérales des sources dont la minéralisation ne réclame pas d'autre chaleui que celle du milieu où elles débouchent, et dont, pour ce motif, les dépôts on) été décrits parmi les phénomènes chimiques dus aux infiltrations superficielles

Le caractère des sources thermales est d'arriver au jour, non à la jonction d« deux couches, l'une perméable et l'autre imperméable, mais par des fentes d< l'écorce terrestre. De cette façon, ces fentes doivent être considérées comme de canaux par où s'épanchent au dehors des nappes inconnues, formées, dans le cavités de l'écorce, par la réunion d'infiltrations auxquelles l'état fissuré di terrain a permis de pénétrer à de grandes profondeurs.

Supposons, par exemple, que le produit de la fusion des neiges qui recouvren une des hautes cimes des Pyrénées trouve à s'infiltrer dans les crevasses de 1 roche et, d'une altitude de 3000 mètres, soit ainsi conduit verticalement jusqu' 1000 mètres~seulement au-dessus du niveau de la mer. Ce parcours sou terrai) pourra suffire, en raison de la chaleur interne, pour porter la température de eaux à 60 ou 70 degrés. Si de là des fentes bien définies, comme celles qui ac compagnent le pointement de la pegmatite de Bagnéres-de-Luehon, leur permei tent de déboucher aux flancs d'une vallée de moindre altitude, elles y apporteront avec une température élevée, le produit des actions chimiques dissolvante qu'elles auront pu, durant ce long parcours, exercer sur les parois de leurs c naux sinueux. Ainsi se constitueront des sources à la fois thermales et minérale

11 est vrai que des sources de même nature peuvent se produire par Tinte vention volcanique, si les fentes de l'écorce sont en communication avec d foyers d'où se dégagent, non seulement de la vapeur d'eau, suffisante pour piduire l'élévation de température constatée, mais des gaz ou des dissolutions * matières minérales. 11 est donc à priori difficile de dire si l'état d'une sour* thermale donnée est du à la cause simple que nous avons d'abord indiquée * s'il y faut chercher une connexion avec les phénomènes volcaniques. Néanraoin et sans méconnaître la difficulté de tracer une ligne de démarcation précise, now. essayerons, ne fut-ce que pour le principe, de séparer ces deux ordres de faits et tandis que nous décrirons, à la suite des volcans, auxquels elles se relient incoo-

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testablement, ces manifestations puissantes dont les Geyser) d'Islande sont le type, nous rattacherons à l'élude de la chaleur interne celles des sources thermales tranquilles où il ne semble pas absolument nécessaire de faire intervenir un agent plus actif. Nous n'affirmerons sans doute pas, pour cela, que toutes les substances minérales qu'elles renferment soient dues a la dissolution des roches traversées, ni que la température des sources puisse s'expliquer uniquement par la profondeur a laquelle les infiltrations auraient été amenées. Il peut très bien se faire que bon nombre de sources thermominêrales aient leur température notablement accrue par des dégagements de vapeur issus d'un foyer igné voisin. Cependant, toutes les fois que leur sortie n'est pas accompagnée de dégagements plus ou moins tumultueux de gaz ou de vapeurs, nous avons le droit de les considérer comme appartenant aux manifestations paisibles de la chaleur interne.

Soarws IhrnnmnliK'niln * haute température. Remarquons d'ailleurs

que, sans cesser d'appartenir à cette catégorie, une source thermale peut arriver au jour en jaillissant comme si elle était poussée de bas en haut par une forte pression. En effet, nous avons vu qu'il suffisait d'un trou de sonde pratiqué à Paris jusqu'à la profondeur de 548 mètres, pour faire monter, à 40 mètres audessus de la surface, un jet d'eau ayant une température de 28 degrés; et personne ne peut douter que cette température ne soit uniquement due au séjour tranquille de la nappe artésienne dans une région de l'écoree où passe l'isogéotherme de 28". Or ce que l'homme réalise artificiellement a l'aide d'un sondage, les mouvements du sol peuvent y

l'accomplir en faisant naître des systèmes de fissures qui donnent issue à des nappes d'eau chaude en pression dans l'intérieur de la terre. Soit M (fig. 71) une montagne parcourue par des fentes qui permettent en R l'établissement d'un réservoir que remplissant entièrement les eaux d'infiltration venues de la surface. Soit A le point, habituellement appelé griffon, où ce réservoir vient déboucher dans une vallée, sous la forme d'une source thermale. Le plan horizontal BC, mené par le point A, vient toucher en D la surface isogéotherme H, dont la température, comptée à celle qui règne en M, représente l'effet thermique dû a la différence ds'litude des points M et A. Hais la pression qui force le réservoir à se vider "" 4 y Tait arriver de l'eau qui a séjourné en lt, au contact d'une isogéotherme 22, ^siblement plus chaude que la première, et s'il y a déperdition partielle de rtialeur par suite du parcours de lt en A, l'eau qui s'écoule par la source peut 8aftl«r néanmoins une température beaucoup plus élevée que celle à laquelle a s attendrait si l'on tenait compte seulement de la plus haute verticale qui 0,1*irie le point d'émergence A.

!T, TRMTÉ DE GÉOLOGIE. Ï5

i. — Diagnmme d'one source ihernule arléslenne.

Il se forme de cette manière une source artésienne naturelle et c'est ainsi que, sans recourir à l'intervention des vapeurs volcaniques, on peut, à la rigueur, expliquer l'apparition de certaines sources thermales dont la température est voisine de celle de l'ébullition.

Enfin il est encore bon de faire observer que des infiltrations superficielles, pénétrant peu à peu, par de larges fissures ou par capillarité, dans les parties profondes de l'écorce, peuvent y parvenir tout naturellement à la température de l'ébullition et il n'est pas impossible que la pression de la vapeur ainsi produite refoule vers la surface d'autres infiltrations distinctes des premières, en leur communiquant à la fois une force ascensionnelle sensible et une température élevée.

Tel est l'ensemble des raisons qui nous engagent à classer, parmi les phénomènes purement thermiques, les émanations thermominérales dont le gisement ne se présente pas sous la dépendance visible de l'action volcanique. Mais cela ne nous empêche pas de reconnaître l'intime liaison qui unit ces deux chapitres de la dynamique interne ; car l'un et l'autre sont des développements du même principe général, celui de l'énergie calorifique du globe, et de même que les volcans s'alignent sur les grandes lignes de rupture de l'écorce terrestre, de même les sources thermales apparaissent dans des fissures en rapport étroit avec ces grandes lignes.

RÉACTIONS CHIMIQUES DANS LES SOURCES THERKOKIHÉRALES Nature et caractère» des source» thermomlnérales. — Les sources ther-

inominérales varient suivant la nature des principes qu'elles tiennent en dissolution et dont l'origine peut être le plus souvent cherchée dans les roches que les eaux d'infiltration ont dû traverser.

On distingue les variétés suivantes :

1° Sources alcalines, où domine le carbonate de soude.

2° Sources salines, contenant du chlorure de sodium, des sulfates de magnésie ou de soude (Epsom, Sedlitz).

5° Sources sulfureuses, dégageant de l'hydrogène sulfuré.

4° Sources ferrugineuses.

5° Sources calcaires.

6° Sources siliceuses.

7° Sources acidulés ou gazeuses, avec acide carbonique dominant.

Ajoutons que plusieurs sources thermales renferment desmatières organique telles que la glairine et la barégine. Un grand nombre de sources gazeuses e pruntent leur acide carbonique à des émanations de nature volcanique. Elles 'A'1''. uas parlie de la catégorie dont nous nous occupons ici. La plupart

-''»< sources siliceuses sont aussi en rapport intime ave

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étude approfondie des sources thermales, mais seulement d'appeler l'attention sur quelques réactions chimiques dont elles sont le siège et qui peuvent jeter un certain jour sur la formation des filons métallifères.

Auparavant, nous signalerons une particularité distinctive des sources thermominérales : c'est la constance de leur débit, qui se montre, en général, indépendant des variations météorologiques. Cette constance est à rapprocher de celle des nappes artésiennes, qui ne paraissent pas non plus ressentir l'influence des pluies ou des sécheresses. Il est aisé de comprendre que, plus un réservoir est profond, mieux il est soustrait aux variations des conditions extérieures ; c'est pour la même cause que la température des sources minérales ne varie pas, non plus que la nature et la proportion de leurs éléments minéraux. Ces raisons peuvent être ajoutées à celles que nous avons déjà données en faveur du classement de ces sources parmi les phénomènes thermiques. 11 est naturel, en effet, que des dégagements qui se montrent invariables dans leur composition, leur température et leur débit, soient rapportés à quelque chose d'aussi général que le grand fait de la chaleur interne, plutôt qu'à une action aussi intermittente et aussi capricieuse que l'action volcanique.

Sources de Plombières. — Les sources de Plombières, étudiées par M. Daubrée (j), sortent du granité : elles sont disposées par groupes et alignées sur des fractures où domine la direction N.-E. — S.-O. La température des plus chaudes dépasse 70 degrés; on donne le nom de savonneuses à celles qui se maintiennent entre J5 et 32 degrés, à cause d'une sorte de savon minéral qu'elles déposent à l'air et qui n'est autre chose qu'un hydrosilicate d'alumine voisin de l'halloysite. Or ces sources sont en relation évidente avec les filons minéraux de la contrée, que caractérisent le quartz, le spath fluor et l'halloysite. On peut donc considérer le savon des sources actuelles comme le produit d'une décomposition des masses silicatées dans la profondeur. La quantité de matières dissoutes dans les sources de Plombières ne dépasse pas 0«r,05 par litre. Le silicate de potasse y domine et Ton y observe aussi du fluorure de calcium.

Ce qui rend ces sources particulièrement intéressantes au point de vue géologique, c'est l'action qu'elles exercent à la longue sur les formations qu'elles traversent et dont les études de M. Daubrée ont révélé l'importance.

Les Romains, partout si soucieux de l'aménagement des stations balnéaires, avaient assuré le captage des sources de Plombières en étendant, à proximité des points d'émergence, un béton composé de fragments de briques et de grès bigarré, avec ciment de chaux sans mélange de sable. Sous l'action prolongée de l'eau minérale qui imprègne constamment le béton, le ciment calcaire et les briques ellesmêmes ont été en partie transformés. Il en est résulté divers minéraux et spécialement des zéolithes, c'est-à-dire des silicates hydratés d'alumine, de chaux et d'alcalis. M. Daubrée y a reconnu l'apophyllite, la chabasie cristallisée en rhom-

(1) Annales des mines, 5« série, XIII, 227. — Bull, de la Soc. géol. de France, 2* série, XVI, p. 502. — Eludes synthétiques de Géologie expérimentale, p. 180.

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mais il y avait une prédominance marquée des types du règne d'Auguste, représentés par 2966 échantillons.

Ce qui est très intéressant, c'est l'altération subie par ces médailles dans le cours des siècles sous l'influence des eaux de Bourbonne. Sans doute les sulfates de ces eaux, réduits à l'état de sulfures par les matières organiques de la couche n° i , ont agi sur les métaux. Il est à remarquer du reste que toutes les causes propres à déterminer des actions électro-chimiques se trouvaient réunies dans ce milieu composé de substances métalliques diverses, exposées pendant seize siècles à l'action de dissolutions salines chaudes.

M. Daubrée a reconnu la présence des minéraux suivants : 1° Minéraux cuprifères ; cuivre sulfuré, cuivre pyriteux, cuivre panaché, cuivre gris, cuivre oxydulé, oxychlorure et silicate de cuivre. La façon dont ces minéraux, cristallisés pour la plupart, se sont précipités au milieu des fragments pierreux de la couche n° 4 rappelle certaines brèches de filons, mais mieux encore les grès etpoudingues cuprifères de Perm, en Russie.

Quant à Tétain du bronze, rebelle comme partout aux combinaisons sulfurées, il est demeuré à l'état d'oxyde ou cassitérite.

2° Minéraux plombifères, provenant de l'attaque des tuyaux de plomb : plomb sulfaté, plomb carbonate, plomb sulfuré.

3° Minéraux ferrifères : peroxyde hydraté, silicate, carbonate et pyrite de fer. La pyrite, cristallisée, s'est formée sur des cailloux et des silex taillés, mais principalement dans le sable quartzeux accumulé au fond du puisard et aussi dans les cavités d'un carrelage en briques, au milieu de la chaux, en compagnie de rhomboèdres très aigus de calcite. Ebelmen a du reste montré que le sulfate d^ canaux, réagissant sur l'oxyde de fer en présence des matières organiques, pouvait produire de la pyrite et de la calcite avec dégagement d'acide carbonique.

4° Zéolithes. La chabasie et la christianite ou harmotome calcaire ont pris •■Naissance dans les cavités des briques du béton, où elles sont accompagnées de laïcité et d'aragonite.

À tous ces produits il convient d'ajouter des matières organiques minéralisées; ^*insi des pilotis, les uns transformés en lignite après immersion dans les ^sources à 67°, d'autres imprégnés de calcite au point d'en contenir 97 %. Mentionnons encore divers dépôts de boues, rubanés et de colorations variées, contenant 26 % de silice, 8,5 % d'alumine et 30 % d'oxydes de fer et de manganèse. En résumé, comme le fait observer M. Daubrée, il a suffi d'une eau thermale *e contenant que des sels neutres très communs pour donner naissance à ^4 espèces cristallisées, offrant, par leur forme, une identité frappante avec les minéraux des filons. Cette action s'est accomplie à huit mètres de profondeur, sous une pression par conséquent très faible et à une température notablement inférieure à celle de l'ébullition.

Source de Bourbon-i'Archambault. — La source (le Bourbon-l'ÀrchambaulL, qui émerge d'une fente ouverte dans le gneiss, arrive au jour à la température

de 52° et fournit 2*,942 de résidu fixe par litre. Elle contient en dissolution du chlorure de sodiuig, des sulfates et bicarbonates alcalins ou terreux, un peu d'alumine, d'oxyde de fer et de silice. Le fluor y est à la dose de 3 milligr. par litre, le brome à celle de 7 milligr. et on constate des traces bien nettes d'iode. L'analyse spectrale indique en outre la présence du rubidium et du strontium. Lors du curage du réservoir, M. de Gouvenain(i) a constaté que, sur les médailles romaines, il s'était formé du cuivre sulfuré, du cuivre panaché et du cuivre pyriteux. Une barre de fer métallique s'était en partie transformée en pyrite de fer, entourée d'une masse cristalline dans laquelle M. Daubrée a reconnu de la sidérose ou carbonate de fer.

Sésame. — Dans tous ces différents cas, les minéraux observés ont été produits par épigénie, c'est-à-dire aux dépens des éléments du béton ou des monnaies, avec adjonction, pour les zéolilhes, des alcalis contenus dans les eaux thermales. On ne saurait douter que l'état cristallin de ces minéraux épigéniques ne soit dû à leur enveloppement continu par l'eau qui leur a donné naissance. On remarque aux abords des volcans que le soufre et le fer oligiste, qui se déposent à l'état amorphe dans le voisinage des fumerolles, cristallisent largement sur les parois mêmes des fentes par où se fait le dégagement. On peut dire que les cristaux élémentaires se nourrissent par l'apport prolongé des mêmes substances et c'est ainsi qu'une action 'continuée pendant des siècles produit des minéraux cristallisés au lieu de masses amorphes.

Remarquons maintenant que, s'il y a vraisemblablement une grande analogie entre la circulation des eaux thermales dans les fentes qui leur livrent passage et les phénomènes auxquels peut être dû le remplissage des filons métallifères, il s'en faut de beaucoup que les observations précédentes nous donnent la clef de la formation de ces derniers. En effet, dans tous les cas qui viennent d'être cités, l'apport intrinsèque des eaux a été presque négligeable et elles ont plutôt servi de véhicule pour faciliter répigénie de substances existantes. Il y avait là, pour fournir l'élément métallique, des monnaies apportées de main d'homme, et c'est l'homme aussi qui a déposé tout à côté l'élément réducteur par les matières organiques qu'il s'est plu à y entasser. Or les dissolutions qui ont pu circuler dans les anciennes fentes de l'écorce terrestre n'y ont sans doute trouvé ni métaux préexistants, ni matières animales ou végétales accumulées. C'est donc à d'autres réactions qu'il faut faire appel pour expliquer le remplissage des veines métalliques. Mais les observations de Plombières, de Bourbonne-les-Bains et de Bourbon-l'Archambault n'en sont pas moins instructives en ce qu'elles nous montrent que, soit des silicates, soit des sulfures cristallisés peuvent se former, sous des influences réductrices, à l'aide de dissolutions très faiblement chargées en sulfates et en alcalis, sans qu'il soit nécessaire de faire appel ni à une grande pression, ni à une température élevée. La persistance des mêmes actions chimiques supplée dans ce cas à leur intensité.

(I) Comptes rendus, LXXX, p. 1297.

DEUXIÈME SECTION