GÉNÉRALITÉS SUR LES FORMATIONS D'ORIGINE INTERNE

§1 ■IHÉRAUX COHSTITUAHTS DES ROCHES

Distinction des diverses catégories de minéraux. — Le nombre des corps

simples connus à la surface du globe ou dans ses profondeurs ne dépasse guère une soixantaine; encore en est-il plus de vingt qui ne figurent qu'à l'état de très rares exceptions. De ce qui reste, la moitié importe plus par son rôle chimique que par la proportion numérique pour laquelle elle entre dans la masse de l'écorce. Si de plus on met à part plusieurs métaux rares, dont les conditions de gisement sont toujours étroitement localisées, on arrive à cette conclusion qu'un très petit nombre d'éléments simples a suffi pour produire l'infinie variété des minéraux constituants des roches.

Pour donner de ces minéraux une classification d'ensemble qui soit appropriée à leur rôle géologique, il convient d'établir, parmi les matériaux d'origine interne, une double division : celle des roches proprement dites, c'est-à-dire des massifs susceptibles de demeurer homogènes sur une grande étendue et qui forment la partie principale et fondamentale de la croûte solide ; et celle des gîtes minéraux qui, d'habitude, remplissent les fentes des roches ou forment dans leur sein des amas généralement très limités.

Cela posé, les roches, les gîtes minéraux dépourvus de minerais et les gangues pierreuses des gîtes métallifères sont constitués par un ensemble d'espèces minérales formant ce qu'on ajustement appelé le grand groupe des Pierres, tandis mie le remplissage métallique des gisements est formé par les Minerais. Ces minerais résultent d'ailleurs de l'association des Métaux avec certaines substances qui, pour cette cause, ont mérité le nom de Minéralisateurs et dont les principales sont le soufre, l'arsenic, l'antimoine et le tellure. Enfin, à la suite de cet ensemble et jouant un rôle toutù fait subordonné, au moins au début, apparaissent les Combustibles, c'est-à-dire la famille du carbone, sorte de trait d'union entre le monde minéral et le monde organique, participant généralement de ce-

lui-ci par son origine et de celui-là par la forme que ses représentants ont définitivement revêtue dans la croûte terrestre.

Minéraux du groupe des pierres. Conditions générales. — Les Pierres surtout doivent ici nous occuper. D'après ce qui vient d'être dit, nous y distinguerons deux catégories, suivant qu'elles entrent dans la constitution des roches ou qu'elles apparaissent principalement dans les gites minéraux.

La première condition à laquelle une roche solide doive satisfaire étant la stabilité, on peut prévoir a priori que les éléments essentiels des roches seront des minéraux à la fois durs et réfractaires. De plus, comme l'a fait remarquer M. J. Dana (i), il convient qu'ils soient saturés d'oxygène, de manière à avoir épuisé leurs affinités chimiques. Les corps qui satisfont à ces conditions étaient destinés par leur faible fusibilité à faire partie de la croûte de première consolidation; leur dureté et leur résistance aux agents de décomposition devaient d'ailleurs assurer la stabilité de l'édifice formé par leur groupement.

Or les propriétés qui viennent d'être indiquées sont précisément celles qui caractérisent la grande famille des silicates. Mais ces sijicates eux-mêmes peuvent se xépartir en deux groupes : les uns, riches en oxydes métalliques, prennent surtout part à la constitution des roches Uurdes ou basiques; les autres se rencontrent plutôt dans les roches légères, dites également roches acides (2), parce qu'elles doivent leur plus grande légèreté spécifique à la prédominance de la milice ou acide silicique.

Minéraux essentiels des roehes aeldes. Quarts, Feldspath», Phyllites. —

examinons d'abord les matériaux des roches légères, c'est-à-dire de celles qui, les premières, ont dû flotter comme une sorte d'écume à la surface du bain en fusion. Ce qui domine parmi leurs éléments constituants, c'est la silice et Yalumine, c'est-à-dire deux substances éminemment dures, infusibles et rebelles à la décomposition : la silice, qui à l'état de pureté forme le cristal de roche ou quartz hyalin (3), inattaquable par les acides, à l'exception de l'acide fluorhydrique; l'alumine (i), plus dure encore, aussi difficile à fondre qu'à dissoudre, donnant, suivant sa couleur, deux pierres précieuses, le saphir et le rubis, en

(1) Manual ofGeology, 1875, p. 48.

(2) Élie de Beaumont. Note sur les émanations volcaniques et métallifères, 1847, p. 5, — in Bull, de la Soc. géol. de France, 2« série, t. IV.

(3) Le quartz ou acide silicique cristallisé a pour formule SiO*. Sa densité est 2,65, mais elle s'abaisse par la fusion sèche à 2,2. Les cristaux de quartz obéissent à la symétrie ternaire, avec prédominance du prisme hexagonal. Le quartz amorphe constitue le silex y et la calcédoine ou agate n'est autre chose qu'un mélange de quartz cristallisé et de quartz amorphe.

Depuis quelque temps on connaît, sous le nom de Tridymite, une nouvelle espèce de silice cristallisée, répondant toujours à la formule SiO*, mais offrant la densité 2,2; cette espèce ne se rencontre que dans les roches volcaniques.

La combinaison de l'acide silicique avec l'eau donne naissance à un produit amorphe, de densité comprise entre 1,9 et 2,5 et qu'on appelle Opale. Le quartz dit restai te, le cachot ong, la geysérite et le tripoli ne sont que des variétés communes d'opale.

(4) V alumine a pour formule Al*03. A l'état de corindon (rubis ou saphir), elle raye tous les autres corps, à l'exception du diamant, tandis que le quartz est rayé par l'émeraude, qui ellemême est inférieure en dureté au corindon. Sa densité est presque égale à 4. Vétneri est un mélange de corindon et de fer magnétique.

môme temps que, par son association avec la silice et l'eau, elle donne l'argile, d'autant plus rebelle à l'action du feu qu'elle est plus pure.

Mais la réunion des qualités de la silice et de l'alumine ne suffisait pas pour donner naissance à des roches solides. Il fallait que quelque autre élément intervint pour dissoudre, en quelque sorte, ce mélange et le mettre en état de cristalliser. Ce rôle a été rempli par les oxydes, c'est-à-dire par des corps formés de l'union de l'oxygène avec un métal. Ceux qui dominent dans les roches légères sont les oxydes des métaux légers, c'est-à-dire les alcalis (potasse, soude, lithine), les terres alcalines (chaux, baryte, slrontiane, magnésie) et une certaine quantité de fer à divers degrés d'oxydation.

C'est par l'union intime de ces divers éléments que se sont formées les roches cristallines acides de la primitive écorce et des épanchements ultérieurs. Tandis que la silice en excès, sous l'influence de dissolvants actifs, parvenait à s'isoler en traînées de Quartz mille fois ramifiées, formant comme la trame et le squelette solide de l'assemblage, ce dernier recevait sa principale cohésion du Feldspath (i), sorte de verre alcalin où la silice et l'alumine ont acquis de leur association

(l)Le Feldspath résulte de la combinaison d'un certain nombre d'équivalents de silice SiO* avec un nombre déterminé d'équivalents d'oxydes métalliques répondant à la formule RO (où R désigne un radical métallique quelconque, ordinairement potassium, sodium et calcium) et d'autres répondant à la formule R*03, (où R est surtout de l'aluminium).

Si a désigne la quantité d'oxygène contenue dans les oxydes RO, b celle contenue dans les oxydes R*0S, enfin c l'oxygène de la silice, le rapport a : b : c est constant. Quant à la valeur de ce rapport, elle donne lieu à la coastitution de deux familles : les Feldspathides, pour lesquels on a a : b : c = 1 : 3 : m5 et les Amphigénides ou Leucitides, pour lesquels a : b : c — \ : 3 : n4.

A la première classe appartiennent YOrlhoêc, feldspath potassique, ayant une variété vitreuse appelée Sanidine, VAlbite, feldspath sodique et le Microcline, véritable orlhose dépourvu de plan de symétrie; leur rapport est 1 : 3 : 12 et ce sont, par conséquent, les plus siliceux de toute la série, la quantité de silice pouvant s'y élever jusqu'à près de 69°/0. Ensuite viennent Y OU goclase, sodico-calcique (1 : 3 : 9) et le Labrador, surtout calcifère (1:5:6).

A la seconde classe appartiennent la Ijeucite ou Amphigène, potassique et d'apparence cubique (1 : 3: 8). La Néphélme, sodique et hexagonale ; enfin YAnorthite, calcaire et triclinique (1 : 3 : 4). Quant à XAndésine, qui répond assez bien à la formule (1:3: 8), elle pourrait n'être qu'un oliçoclase altéré. On peut encore rattacher à cette grande famille les feldspaths litlùnifèreê (Triphane et Pétai i te), et d'autres avec chlore et acide sulfurique (Sodalilhe et Hait y ne, tous deux cubiques, Noséane, Outremer).

Mais les véritables feldspaths, dans l'acception usuelle du mot, sont l'orthose, qui cristallise dans le système binaire ou clinorhombique, le microcline, à peine dictèrent, bien qu'en réalité triclinique, l'albite, l'ougoclase, le labrador et l'anorlhile, tous les quatre du système triclinique et presque identiques quant à la valeur de l'angle du prisme fondamental, qui varie de 120*42' à 121°37'. Les trois derniers ont en outre la propriété de se présenter le plus souvent, dans les roches, en cristaux complexes, formés par la juxtaposition de unes lamelles hémitropesy c'est-àdire dont chacune a tourné de 180° relativement à celle qui lui est immédiatement contiguê et qui dessinent, sur certaines cassures, de nombreuses stries parallèles. Celte propriété qui se traduit» comme on le verra, sous le microscope polarisant, par des apparences très spéciales à l'oligoclase, au labrador et à l'anorthite, les a fait réunir en pétrographie sous le nom de plagioclase (ou feldspath du système oblique). L'orthose, sous sa forme ordinaire comme sous celle de sanidine. affecte le plus souvent une mâcle de deux cristaux, également par liémitropie; mais même quand les cristaux sont très allongés, cette juxtaposition de deux bandes, fort larges l'une et l'autre, n'a rien qui puisse prêter à confusion avec la multiplicité des lamelles des plagioclases. La composition normale de l'orthose comporte 05 % de silice, 17 °/0 de potasse et 18 °/„ d'alumine. L'oligoclase contient 62 °/0 de silice, 14°/0 de soude et G-/0 de potasse, avec 20 °L d'alumine. Le Labrador ne renferme que bZ °L de silice. Une de ses variétés, nommée Sauasurile, n'en contient même que 49 °/0.

avec la potasse et la soude le pouvoir de cristalliser largement. Enfin pour donner à ce système dur et compact l'élasticité dont il avait besoin, les Phyllites ont apparu, sous la forme de ces lamelles délicates, dans lesquelles la silice et l'alumine sont unies, quelquefois aux alcalis, plus souvent au fer et à la magnésie. Ainsi ont pris naissance, suivant les cas, les phyllites flexibles et élastiques, c'est-à-dire la famille des Micas (1) ; les phyllites flexibles, mais non élastiques, ou ChlorUes (2) ; enfin, en descendant toujours dans la série des oxydes, les phyllites cassantes ou Clintonites (3).

Minéraux accessoires. — Telssont, envisagés à un point de vue très général, les matériaux de la partie légère de Técorce primitive et des roches d'épanchçrnent. On conçoit que la cristallisation d'éléments aussi réfractairesait dû exiger des circonstances spéciales. La pression et la vapeur d'eau surchauffée ont très probablement joué un rôle actif dans ce phénomène; mais il est infiniment vraisemblable que diverses substances y ont également pris part en qualité de dissolvants. La chimie nous a depuis longtemps appris à connaître l'énergie développée dans les réactions par le fluor, le chlore, l'acide borique, l'acide phosphorique, les acides sulfurique, titanique, etc. Or la preuve que ces dissolvants n'ont pas été étrangers à la cristallisation des roches d'origine interne nous est fournie par la présence, au sein des roches acides, de minéraux silicates remarquables par la proportion de substances chimiquement actives qu'ils contiennent. De ce xiombre sont les micas fluorés, de couleur blanche ou rosée, qui renferment juscju'à 8 0/0 de fluor, la Tourmaline, silicate d'alumine avec fluor et acide borique, Wixinite, silico-borate d'alumine, le Sphène ou silicotitanate de chaux, la topaze, silicate d'alumine avec fluorure de silicium et certains feldspaths riches, les uns en chlorures, les autres en acide sulfurique. L'oxyde de titane et spécialement la variété appelée Rutile, ainsi que VÉmeraude ou Béryl, silicate double cl'alumine et de glucine, la Cordiérite ou Dichroile, silicate d'alumine avec fer et ïnagnésie, dont la décomposition par pseudomorphose donne le curieux minéral c^onnu sous le nom de Pinite, enfin le Zircon ou silicate de zircone, sont souven associés à ces minéraux.

Quant à l'acide phosphorique, il se manifeste à l'état d'Apatite, phosphate de ohaux avec chlore et fluor, ou encore à l'état de fluophosphates d'alumine (4mblygonite, Wavellite, etc.). De la sorte, aux éléments essentiels des roches il con-

(1) La famille des Micas forme un groupe assez complexe où l'oxygène de la silice est en proportion égale à la somme de l'oxygène des bases RO et de celui des bases R*0*. On distingue des micas ferro-magnésiens ou Diotites et Phlogopîtes, des micas potassiques ou Muscovites et des tnicas riches en fluor ILépidolithc), enfin des micas hydratés ou Margarites. Tous forment de fines lamelles, d'apparence hexagonale et contiennent environ 40% de silice et 15 à 17% d'alumine.

(2) Los ChlorUes forment plusieurs espèces minérales : la plus répandue dans les roches est la chlorite écailleuse ou Ripidolilhe, silicate d'alumine, de magnésie et de fer avec 7 équivalents d'eau. Ce minéral, dont la densité varie de 2,78 à 2,96, contient de 15 à 25 °/0 de magnésie et de 27 à 15 % d'oxyde ferreux. La Delessite en est un type dérivé.

(3) Les minéraux du groupe des Clintonites, parmi lesquels figure YOttrélile, ont une densité supérieure à 3. Tous sont hydratés; le fer y domine relativement à la magnésie et la proportion de silice s'y abaisse jusqu'à 20 •/..

55 i COMPOSITION DE L'ÉCORCE TERRESTRE.

vient d'ajouter une série de minéraux qui, bien qu'accessoires au point de vue de la quantité, n'en sont pas moins importants parles lumières qu'ils peuvent nous apporter sur la genèse des assemblages cristallins au milieu desquels ils se rencontrent

Minérapx de métamorphisme. — Enfin les roches d'origine interne ne sont pas toujours le produit d'un acte unique de consolidation. Il en est dont la masse a dû se maintenir longtemps dans un étal qui permettait des déplacements moléculaires. De plus, elles ont souvent exercé, sur les terrains encaissants, une action de contact propre à modifier l'arrangement des particules de ces derniers; parfois môme elles y ont introduit quelques éléments nouveaux. De là une autre classe de minéraux, qu'on peut appeler minéraux de M étamorphisme, cette expression étant consacrée pour désigner l'ensemble des modifications éprouvées par les roches postérieurement à leur dépôt.

Les minéraux de métamorphisme sont, ou bien de la silice libre, soit seule, à l'état de Quartz, soit combinée avec l'eau sous forme &' Opale, ou des silicates d'alumine presque purs, qui ont réussi à cristalliser d'une manière plus ou moins nette dans la pâte des roches, tels que : YAndaîousite ou la Mâcle, le Disthëne, la Sillimanite, la Fibrolithe, la Staurotide, etc, ou enfin des combinaisons de silice et d'alumine avec les oxydes du fer, du calcium, du manganèse, du magnésium. Ces combinaisons sont réalisées par le grand groupe des Grenats, offrant un si remarquable exemple de l'isomorphisme des substances minérales (1) et par les espèces qui en sont voisines, telles que YIdocrase, la Wernérite et ses variétés, Couseranite, Dipyre, etc., YÊpidote, la Wollastonite ou silicate de chaux.

Minéraux des roches basiques. — Là se termine la catégorie des minéraux constitutifs des roches acides. Quant aux roches basiques, avec des variétés feldspathiques pauvres en silice, comme le Labrador et YAnorthite, elles comprennent surtout des silicates dépourvus d'alumine ou ne l'admettant qu'à l'état de mélange mécanique, mais contenant une forte proportion d'oxydes de calcium, de magnésium et de fer. Ces silicates, dont la densité varie entre 5 et 5,5, se répartissent en trois grandes familles :

1° La famille des Amphiboles, où la magnésie l'emporte sur la chaux et qui cristallisent en prismes clinorhombiques de 124°. Cette famille comprend la Trétnolite ou silicate de chaux et de magnésie, YActinote, dans laquelle le fer remplace en partie le magnésium, et surtout Y Hornblende, contenant jusqu'à 14 % d'alumine et où la chaux, la magnésie et l'oxyde ferreux existent dans des proportions à peu près égales.

2" La famille des Pyroxènes, de composition presque identique avec les amphiboles, mais différents par l'angle du prisme clinorhombique, qui est de 87° et

(1) La formule générale des grenats est 6R0, 2R*Os, 6SiO*. Les protoxydes RO peuvent être la chaux, l'oxyde ferreux ou l'oxyde manganeux. Les sesquioxydes R*03 peuvent être l'alumine, l'oxyde ferrique ou le sesquioxyde de chrome. De lu plusieurs espèces de grenats, dont la plus abondante est VAImandine, ou silico-aluminate de fer. La dureté du grenat est tantôt égale, tantôt supérieure à celle du quartz. Sa densité varie de 5,5 à 4,5.

parce que la chaux domine sur la magnésie. Les membres les plus importants sont le Diallage, surtout calcaro-magnésien, et YAugite, pendant de l'hornblende, car il renferme de l'alumine; mais il est plus riche en chaux. À cette famille se rattachent étroitement, par leur formule chimique (1), mais avec prédominance marquée de la magnésie, YHypersthène, silicate magnésien et ferreux, et YEnsla* tite, silicate magnésien, dont la Bronzite n'est qu'une variété. Ces trois silicates se distinguent par leur forme, qui est le prisme orthorhombique de 93°. On leur donne souvent le nom de Pyroxènes rhombiques.

5° La famille du Péridot, comprenant des silicates surtout magnésiens, plus basiques que les précédents (2) et dont le plus répandu est YOlivine.

A la suite de ce groupe viennent naturellement se placer les silicates magnésiens hydratés, dont les principaux sont le Talc et la Serjyentine, cette dernier paraissant être le plus souvent le produit d'une métamorphose opérée aux dépens du péridot et où l'eau a joué un rôle capital.

Xlaéraux des géodes. — Jusqu'ici nous n'avons considéré que les minéraux qui forment ce qu'on peut appeler la pâte des roches. Mais il est des cas oih cette pâte est caverneuse et parsemée de géodes ou cavités qui ont été ultérieurement remplies par des minéraux cristallisés. Ce remplissage est habituellement opéré par une classe très homogène de silicates appelés Zéolithes et quij tous sont des silicates d'alumine hydrate'*, pouvant contenir des alcalis, des terres alcalines et des terres. Dans le nombre nous citerons YAnalcime et la Mésotype, toutes deux sodiques et cristallisant, la première dans le système cubique, la seconde dans le système orthorhombique, puis la Chabasie, calcaire et rhomkoédrique.

On voit, en résumé, que la classe des silicates suffit presque seule à constituer tous les éléments, soit essentiels, soit accessoires, des roches d'origine interne et que dans ces silicates, aux substances dominantes, silice et alumine, se joignent seulement, pour remplir cet office, les oxydes des métaux les plus légers, depuis le potassium jusqu'au fer.

Éiéaseats «les gîtes s»iaérswx. — Il nous reste maintenant à parler des

«éléments de ce que nous avons appelé les gîtes minéraux non métallifères. La

transition de ce groupe au précédent se fait par les Argiles, c'est-â-dirc par des

silicates d'alumine, généralement hydratés, dont le Kaolin est le type. Ensuite

viennent une série de minéraux pierreux, dont la classification la plus naturelle

est celle qui se fonde sur leur nature chimique : en premier lieu, les Oxydes et,

à leur tête, Y Alumine, donnant les gîtes de Corindon, avec les Aluminates de fer

et de magnésie Spinelle, Bauxite, etc.); puis les oxydes de titane, en particulier.

le Rutile, et l'hydrate de magnésie Brucile). Ensuite viendront les CarbonaU$f

d'abord ceux de la série prismatique , c'est-à-dire les carbonates de baryte, de

strontiane >Withérite, StrontianiUs et YAragonite ou chaux carbonatée prisina»

(1) La formule chimique de tous ces silicates est RO . SiO*.

(2) La formule du péridot est 2XgO . SiO*.

tique; puis les carbonates rhomboédriques, Calcile ou carbonate de chaux, Dolomie ou carbonate double de chaux et de magnésie, Giobertite ou carbonate de magnésie ; les Sulfates de chaux, de baryte et de strontiane (Anhydrite, Gypse, Barytine, Célestiné), qui tous, au premier chef, constituent des gîtes minéraux typiques; les Phosphates, de chaux (Apatite, Phosphorite) , d'alumine (Amblygonite, Klaprothine, Turquoise), les Borates. Niobates, etc. Enfin la série sera close par les Sels halo'ides, comprenant : les Chlorures (Sel gemme), et les Fluorures (Fluorine ou chaux fluatée, Cryolithe ou fluorure double d'aluminium et de sodium), non moins aptes que les sulfates et les phosphates à former, dans le sein des roches, de ces amas définis que nous avons indiqués comme la forme normale des gîtes minéraux.

Minerai», Combustible». — En dehors des espèces qui viennent d'être énumérées, il n'y a plus à considérer que les Minerais, c'est-à-dire ces combinaisons par lesquelles un petit nombre de minéralisateurs, Oxygène, Soufre, Sélénium, Tellure, Antimoine, Arsenic, Carbone, etc., ont fait prendre aux métaux la forme pierreuse en les associant à des gangues qui toutes font partie de la catégorie précédente. Mais il serait hors de propos de mentionner ici les minéraux qui en résultent et dont la plupart trouveront plus naturellement leur place dans la description des gîtes métallifères. Nous ferons seulement une exception pour quelques espèces qui apparaissent fréquemment dans les roches, surtout parmi celles du groupe basique. Ce sont la Magnétite ou fer oxydulé, ïllménite ou fer titane', la Pyrite jaune ou bisulfure de fer, la Pyrrhotine ou pyrite magnétique, le Fer chrome', le spinelle chromifére ou Picotite, la Pyrite de cuivre ou Chalcopyrite, le Mispickel ou arséniosulfure de fer, enfin certains minerais du nickel.

Quant au groupe des combustibles, il est représenté dans les roches d'origine interne par le Carbone pur, soit à l'état de Diamant, soit à l'état de Graphite et par quelques hydrocarbures de la famille du Bitume.

Résumé. Rôle de la slllee et du carbone. — Tels sont les éléments fondamentaux de la croûte du globe. On voit combien le nombre en est petit et quelle place y tient l'oxygène, combiné soit avec le silicium, soit avec le carbone et les métalloïdes, soit enfin avec les oxydes métalliques. On peut dire que l'oxygène constitue, à lui seul, la moitié en poids de la croûte terrestre, ou du moins de la partie de cette croûte accessible à nos investigations; après lui vient le silicium, qui forme 28 % de toutes les masses cristallines d'origine éruptive. Le groupe de l'oxygène, du silicium, de l'aluminium, du magnésium, du calcium, du potassium, du sodium, du fer et du carbone constitue les $££• de l'écorce. Dans ce qui reste, la prédominance appartient à l'ensemble du soufre, de l'hydrogène, du chlore et de l'azote.

M. Dana a fait observer (i) que la silice, saturée comme elle est d'oxygène et rebelle à toute altération, est, par excellence, l'instrument de la consolidation de l'écorce terrestre; car lorsque par exception elle se laisse attaquer par des eaux

(I) Manual of Geology, 1876, p. 49.

alcalines, c'est le plus souvent pour aller se déposer dans des fissures dont elle cimente les parois, ou dans' des roches meubles dont elle agrège les particules. Au contraire, l'élément fondamental du monde organique est le carbone, caractérisé par l'instabilité de ses composés, instabilité particulièrement favorable aux perpétuelles variations que comportent les phénomènes physiologiques.

Il est remarquable assurément que des fonctions aussi dissemblables, qui placent le silicium et le carbone aux deux pôles opposés de la série des corps, soient remplies par deux éléments simples, que l'ensemble de leurs propriétés a depuis longtemps engagé les chimistes à classer l'un à côté de l'autre dans une même famille naturelle.