CHAPITRE II

SOURCES THERMOMINÉRALES . .

§1 ORiaiMB DBS SOURCES TRERMOMUfÉRALES

BéAnitloA des soarees thenBOBiiaér«le«é — La chaleur interne ne se manifeste pas seulement par l'accroissement continu de la température avec la profondeur. Elle s'affirme encore d'une manière très nette par le phénomène des sources 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 sources thermales 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 sources 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 chaleur que celle du milieu où elles débouchent, et dont, pour ce motif, les dépôts ont été décrits parmi les phénomènes chimiques dus aux infiltrations superficielles.

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

Supposons, par exemple, que le produit de la fusion des neiges qui recouvrent une des hautes cimes des Pyrénées trouve à s'infiltrer dans les crevasses de la roche et, d'une altitude de 3000 mètres, soit ainsi conduit verticalement jusqu'à 1000 mètres^seulement au-dessus du niveau de la mer. Ce parcours souterrain pourra suffire, en raison de la chaleur interne, pour porter la température des eaux à 60 ou 70 degrés. Si de là des fentes bien définies, comme celles qui accompagnent le pointement de la pegmatite de Bagnéres-de-Luchon, leur permettent de déboucher aux flancs d'une vallée de moindre altitude, elles y apporteront, avec une température élevée, le produit des actions chimiques dissolvantes qu'elles auront pu, durant ce long parcours, exercer sur les pai'ois de leui*s canaux sinueux. Ainsi se constitueront des sources à la fois thermales et minérales.

Il est vrai que des sources de même nature peuvent se produire par l'intervention volcanique, si les fentes de l'écorce sont en communication avec des foyers d'où se dégagent, non seulement de la vapeur d'eau, suffisante pour produire l'élévation de température constatée, mais des gaz ou des dissolutions de matières minérales. 11 est donc à priori difficile de dire si l'état d'une source thermale donnée est dû à la cause simple que nous avons d'abord indiquée ou s'il y faut chercher une connexion avec les phénomènes volcaniques. Néanmoins et sans méconnaître la difficulté de tracer une ligne de démarcation précise, nous essayerons, ne fût-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 incon-

SOURCES THER1H)MINÉRÂLES. 385

testableraent, ces manifestations puissantes dont les Geysers d'Islande sont le type, nous rattacherons à Tétude 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 à la dissolution des roches traversées, ni que la température des sources puisse s'expliquer uniquement par la profondeur à laquelle les infiltrations auraient été amenées. Il peut très bien se faire que bon nombre de sources thermominérales 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.

lioBrees Chermomlnéndes A havte temf^ratmre. — 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'écorce où passe l'isogéotherme de 28<». Or ce que l'homme réalise artificiellement à l'aide d'un sondage, les mouvements du sol peuvent m

l'accomplir en faisant naitre des ^^^^^^^

systèmes de fissures qui donnent J^0{ V^s^

issue à des nappes d'eau chaude *^/^^\ \ /\ "^^

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" * Fig. 71. — Disgramme d une source thermale artésienne.

ment d'un réservoir que remplissent entièrement les eaux d'infiltration venues de la surface. Soit A le point, habituellement appelé grifforiy 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 li, dont la température, comparée à celle qui règne en M, représente l'effet thermique dû à la différence d'altitude des points M et A. Hais la pression qui force le réservoir à se vider en A'y fait arriver de l'eau qui a séjourné en R, au contact d'une isogéotherme 22, sensiblement plus chaude que la première, et s'il y a déperdition partielle de chaleur par suite du parcours de R en A, l'eau qui s'écoule par la source peut garder néanmoins une température beaucoup plus élevée que celle à laquelle on s'attendrait si l'on tenait compte seulement de la plus haute verticale qui domine le point d'émergence A.

BB LAPPABEVT, TRATTi OB a<OL0aiC. 25

586 DYNAIOQUE INTERNE.

11 se forme de celte manière une source artésienne naturelle et c*est ainsi que, sans recourir ^ l'intervention des vapeurs volcaniques, on peut, à la rigiieur, expliquer Tapparition de certaines sources thermales dont la température est voisine de celle de TébuUition.

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 Técorce, peuvent y parvenir tout naturellement à la température de Tébullition 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 Tensemble 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 Faction volcanique. Mais cela ne nous empêche pas de reconnaître Tintime liaison qui unit ces deux chapitres de la dynamique interne ; car l'un et Tautre sont des développements du même principe général, celui de Ténergie calorifique du globe, et de môme que les volcans s'alignent sur les grandes lignes de rupture de Técorce terrestre, de même les sources thermales apparaissent dans des fissures en rapport étroit avec ces grandes lignes.

RÉACTIOMt CHIMIQUES DAMS LES SOURCES THERaoaiNÉRAI.BS

Nature et earaetéres de« sovrees thennonUBérales. — Les SOUrces thermominérales 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.

1^ Sources acidulés ou gazeuses, avec acide carbonique dominant.

Ajoutons que plusieurs sources thermales renferment desmatières organiques, telles que la glairine et la barégine. Un grand nombre de sources gazeuses empruntent leur acide carbonique à des émanations de nature volcanique. Elles ne font donc pas partie de la catégorie dont nous nous occupons ici. La plupart des sources calcaires et des sources siliceuses sont aussi en rapport intime avec les phénomènes geysériens. Du reste notre intention n'est pas de nous livrer à xme

SOURCES THERMOMINÉRALES. 587

étude approfondie des sources thermales, mais seulement d'appeler Tattention 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 Tinfluence 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. Il 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 (i), 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 15 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«',0o par litre. Le silicate de potasse y domine et l'on y observe aussi du fluorure de calcium.

Ce qui rend ces sources particulièrement intéressantes au point de vue géologi(|ue, 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 briqi^es 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 mméraux et spécialement des zéolithes, c'est-à-dire des silicates hydratés d'alumine, de chaux et d'alcalis. M. Daubrée y a reconnu l'apophyliite, la chabasie cristallisée en rhom-

• (i) Annales des mines, 5« série , XIII, 227 . — BulL de la Soc. géol. de France, 2« série, XVI, p. 562. — Etudes synthétique de Géologie expérimentale, p. 180.

388 DYNAMIQUE INTERIŒ.

boèdres voisins du cube et rharraotone calcaire. Avec ces minéraux se trouvaient : Topale hyalite, Topale commune, la fluorine, un hydrocarbonate de magnésie et Thalloysite. La formation de ces substances a eu lieu sous la simple pression atmosphérique, à une température ne dépassant pas 70 degrés et par Faction, sans doute très lente, mais continuée pendant des siècles, d*une eau minérale alcaline.

La localisation des produits est très marquée : ainsi lapophyllite ne se trouve que dans la chaux, et la chabasie dans la brique. Il n*y a donc pas eu dissolution dans Teau des minéraux aujourd'hui cristallisés, mais production sur place d'espèces nouvelles par adjonction de Falcali des eaux à la substance des briques ou du ciment. Ce qui le prouve bien, d'ailleurs, c'est la complète absence des zéolithes dans la nappe de gravier que l'eau minérale a dû traverser avant d'arriver au béton et où il ne se dépose que de l'halloysite.

M. Daubrée a remarqué que les parties de béton chargées de zéolithes offraient une analogie remarquable avec certains tufs basaltiques amygdaloïdes.

Soiurecs de Bo«rbenne-les-Bains. — Les sources de Bourbonne-les-Bains jaillissent des argiles bariolées situées à la partie supérieure du grès bigarré, à proximité de failles paraissant en rapport avec le pointement granitique qui surgit si inopinément à Châtillon-sur-Saône (i).

La température des sources varie en général de 58*» à 66* et s'élève même à 68* sur le point principal d'émergence. Le poids total du résidu de l'évaporation est de 7 à 8 grammes par litre, se composant de chlorures et de sulfates d'alcalis, de chaux et de magnésie, avec bromures, carbonates de chaux et de fer et traces d'arsenic et de manganèse. On y a également constaté la présence des corps suivants : ammoniaque, iode, bore, cuivre, lithine, strontiane, cœsium et rubidium. Enfin, bien que l'analyse n'y ait pas signalé de sulfures en proportion notable, il s'exhale des sondages une odeur d'hydrogène sulfuré et l'on a même recueilli du soufre natif.

En nettoyant, il y a peu d'années, un puisard romain, on a observé, de haut en bas, la succession suivante :

i<» 0",30 d'une vase noirâtre avec débris de bois et des milliers de noisettes, de glands et de noyaux de fruits.

2® 0",i5 de sable gris.

3° 0",iO d'une boue noirâtre contenant des médailles et des objets en bronze, en or, en plomb, en ambre et en jayet.

40 0",05 d'une sorte de grès grisâtre, cimenté par des substances à éclat métallique, très nettement cristallisées.

5* A la base, 2 mètres de sable, directement superposé aux argiles bariolées.

Les médailles de la couche n° 5, jetées sans doute dans le puits en souvenir de guérisons obtenues, étaient au nombre de 4700, la plupart de bronze ou de laiton^ sauf 4 médailles d'or et 265 d'argent : plusieurs remontaient au Bas-Empire,

(i) Daubrée, Annale* âeê minti, 6« série, YIII, p. 459. — Géologie expérimentale, p. 72.

SOURCES THERMOMINÉRâLES. 389

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

Ce qui est très intéressant, c'est Taltération subie par ces médailles dans le cours des siècles sous Tinfluence des eaux de Bourbonne. Sans doute les sulfates de ces eaux, réduits à Tétat de sulfures par les matières organiques de la couche n® 1 , 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 Faction de dissolutions salines chaudes. M. Daubrée a reconnu la présence des minéraux suivants : {^ 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 àTétain du bronze, rebelle comme partout aux combinaisons sulfurées, il est demeuré à Télat d'oxyde ou cassitérite.

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

5^ 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 da chaux, 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 ciilcite et d'aragonite.

A tous ces produits il convient d'ajouter des matières organiques minéralisées; ainsi 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 «/o. Mentionnons encore divers dépôts de boues, rubanés et de colorations variées, contenant 26 Vo de silice, 8,5 «/o d'alumine et 50 % d'oxydes de fer et de manganèse. En résumé, comme le fait obser\'er M. Daubrée, il a suffi d'une eau thermale ne contenant que des sels neutres très communs pour donner naissance à 24 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.

Soarce de Bo«rboB-i*AreiMUBibaaic. — La source de Bouiiion-FArchambault, 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 sodium, 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 5 milligr. par litre, le brome à celle de 7 milligr. et on constate des traces bien nettes diode. 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 pyrileux. 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 zéolithes, 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 mômes 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 l'épigénie de substances existantes. 11 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-rArchambault n'en sont pas moins instrucfives 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) Compte* rendus, LXXX, p. 1207.

DEUXIÈME SECTION

PHÉNOMÈNES TOIiCANIQ^UES