CHAPITRE XII

Caractères généraux des roches mélamorphiques et principaux types. — Conditions générales du métamorphisme. — Géothermie. — Relations du granité avec les roches encaissantes.

Dès 1797, Hutton reconnaissait que certaines roches, constituées principalement ou exclusivement par des éléments cristallins, ne sont autre chose que des roches sédimentaires transformées par l'action de la chaleur et de la pression. Ch. Lyell leur donnait en 1825 le nom de roches métamorphiques et aif celait métamorphisme Tensenible des phénomènes qui avaient donné lieu à leur transformation.

Caractères généraux des koches métamorphiques et principaux types. — Comme les roches sédimentaires, les roches métamorphiques sont généralement stratifiées ; elles sont plus ou moins cristallines et Ton observe souvent tous les passages entre les roches entièrement composées d'éléments cristallisés et celles qui n'en renferment qu'une certaine proportion, puis entre celles-ci et des roches sédimentaires intactes. En général, dans une succession de roches métamorphiques, les roches les plus métamorphisées se trouvent à la base de la série et l'on passe graduellement vers le haut à des roches moins métamorphiques, pour passer insensiblement à des roches sédimentaires intactes, qui occupent le sommet de la succession. Dans certains cas, on observe cependant des alternances répétées de roches métamorphiques et de roches sédimentaires non transformées.

Les séries métamorphiques sont souvent appelées schistes cristallins ou fornialions cristallophylliennes, à cause de la prédominance du caractère schisteux des strates et malgré la présence fréquente d'intercalations calcaires, dolomitiques ou quartzeuses, où la stratilî-

cation disparait d'une manière plus ou moins complète. On envisafreait autrefois les terrains cristallophylliens comme les terrains les plus anciennement formés à la surface du Globe et on leur donnait, pour cette raison, le nom de terrain primitif. On sait aujourd'hui qu'ils sont le résultat du métamorphisme de terrains sédimentaires d*âges très divers, surtout paléozoïques, mais quelquefois mésozoïques, comme par exemple en Californie, peut-être même cénozoiques.

Il ne saurait y avoir aucun doute à cet égard. On a, en effet, observé fréquemment dans des schistes cristallins des intercalations de véritables conglomérats, composés de galets roulés empruntés à des terrains plus anciens, sédimentaires, éruptifs ou métamorphiques. De tels conglomérats ont été signalés en Suède (Tôrnebohm) et en Norvège (H. Reusch); à Obermittweida en Saxe (Sauer); en Finlande (Sederholm); dans les Alpes occidentales (GoUiez, Termier); à Cannes (Potier), etc.

De grandes lentilles calcaires sont souvent intercalées au milieu de la série cristallophyllienne ; elles ne diffèrent que par la présence de minéraux spéciaux d*intercalations de même genre que Ton rencontre dans les schistes fossilifères de la série Paléozoïque.

Les schistes cristallins alternent souvent avec des schistes argileux, calcaires ou carbures, ou avec des grès dont Torigine sédimeniaire est inconstestable.

Enfin, on a même découvert, au milieu de schistes extrêmement cristallins, des fossiles plus ou moins bien conservés (Norvège, V'alais).

D'autre part, les séries cristallophylliennes passent souvent d'une manière tout à fait insensible vers le haut à des dépôts dont le caractère sédimentaire n'est pas douteux. La cristallinité augmente grafluellement à mesure que l'on descend dans la série.

Les schistes les moins modifiés, qui se trouvent d'ordinaire au sommet d'une série métamorphique, diffèrent des schistes purement sédimentaires et formés exclusivement d'éléments détritiques (quartz, feldspath, mica, ciment argileux) par la présence de petites lamelles cristallines de chlorite ou de séricite extrêmement abondantes, surtout sur les feuillets des schistes, auxquels elles donnent un aspect satiné. Ce sont les chloritoschistes et les schistes à séricite (« talcschistes » des anciens auteurs). Lorsque les schistes sont très calcaires, il s'y développe des cristaux de grenat (schistes grenatifères).

Les calcaires prennent un aspect cristallin, les fossiles disparaissent ou deviennent méconnaissables, il se forme dans toute leur masse

une grande quantité de cristaux d'albite, presque toujours microscopiques. Charles Lory a observé cette albitisation sur de nombreux calcaires triasîques, liasiques ou même tertiaires des Alpes françaises. Souvent encore les calcaires deviennent grenatifères.

Si Ton s'éloigne davantage des sédiments non métamorphisés, on constate que les schistes deviennent très riches en mica, ^ont les feuillets entremêlés forment des lits continus, parallèles aux strates primitives. Les débris de quartz s'arrondissent et se nourrissent, le ciment argileux disparait, de même que les autres éléments détritiques. La roche, entièrement cristalline, prend le nom de micaschiste. Localement se développent des cristaux de silicates d'alumine, andalousite, disthène, staurotide (schistes à andalousite, schistes maclifères, etc.). D'autres fois, le mica est remplacé par de l'amphibole hornblende ou par de l'actinote ; on est alors en présence de schistes à amphibole, ou, lorsque l'amphibole est tout à fait prédominante, d*amphibolites.

A une plus grande distance encore des schistes non métamorphisés, des cristaux de feldspath orthose ou oligoclase viennent s'adjoindre aux éléments des micaschistes, de manière à constituer une roche connue sous le nom de gneiss. Le mica y forme généralement des lits continus, par quoi se manifeste la schistosité. Les grains de quartz et les cristaux de feldspath sont quelquefois mélangés sans ordre, mais très souvent le feldspath forme également des lits réguliers, dans lesquels les cristaux, orientés dans un même plan, peuvent présenter, sur une section perpendiculaire au plan de schistosité, une disposition en chapelet, les autres éléments venant se mouler autour de chacun d'eux. On appelle ces gneiss gneiss rubanés ou gneiss œillés. Les gneiss présentent des variétés nombreuses, que l'on trouvera décrites dans les traités de Pétrographie. Ils sont riches en éléments accessoires. Ils admettent fréquemment, comme les micaschistes, des intercalations d'amphibolites en lits réguliers ou de calcaires en grandes masses lenticulaires. Ces calcaires sont très cristallins et renferment en grand nombre des cristaux de grenat ou de mica, ils reçoivent alors le nom de cipolins.

Dans les gneiss granitoîdes la schistosité s'atténue considérablement et ne se traduit plus que par l'orientation uniforme des micas, qui ne constituent plus de lits continus. Il existe une série de passages insensibles entre les gneiss granitoîdes et les vrais granités. Le granité est formé des mêmes éléments caractéristiques que le gneiss. Plusieurs auteurs l'envisagent, probablement avec raison, comme le terme ultime du métamorphisme, et il convient peut-être

d'attribuer la même origine aux roches granitoïdes basiques, à la i syéniie, à la diorile^ au gabbro, etc. •

Dans les granités, tous les minéraux composants sont à gros grains, visibles à l'œil nu, assez généralement développés dans tous les sens, sauf parfois de grands cristaux d'orthose, qui prêtent à la roche une fausse apparence porphyroïde. Il y a absence totale de pâte et a fortiori de restant vitreux, mais on peut néanmoins distinguer assez nettement deux tenpfl de consolidation successifs : 1^ des cristaux plus anciens, en partie brisés ou corrodés, d'apatite, zircon, sphène, de biotite, de bisilicates, d'oligoclase, d'orthose; 2* une nouvelle poussée cristalline servant de ciment aux éléments précédents et généralement composée d'orthose et de quartz, parfois associés au mica blanc. Les granités sont donc caractérisés par l'état xénomorphe des éléments de seconde consolidation.

Dans les granuliles, par contre, ces éléments sont en partie automorphes : le quartz y adopte le plus souvent des formes indépendantes, bipyramidées. Le mica blanc y prédomine et l'on y rencontre fréquemment aussi de la tourmaline.

Dans les pegmalites, finalement, le quartz et le feldspath ont cristallisé simultanément, produisant une structure dite graphique. 11 est probable du reste que les granulites et les pegmatites ont une origine toute différente de celles des vrais granités.

Dans les roches granitoïdes acides le quartz et le mica blanc sont, en général, les derniers éléments cristallisés. Certains auteurs supposent que le quartz pourrait avoir été développé par voie secondaire, à très basse température, après formation d'un magma principalement feldspathique.

Les roches granitoïdes basiques sont dépourvues de quartz, les feldspaths tricliniques y remplacent l'orthose et les éléments noirs sont constitués par du mica noir, de la hornblende, de l'augite, des pyroxènes rhombiques.

Toutes ces roches non stratifiées granitoïdes ont aussi été réunies sous les dénominations de roches plutoniennes ou abyssales, La question de leur origine peut être traitée en même temps que celle (les roches cristallophylliennes.

CoNDmoNS GÉNÉRALES DO MtTAMORPHisME. — On peut fairo tout d'abord une constatation première, qui est d'une importance capitale, en raison des conclusions que nous en tirerons, c'est que le métamorphisme affecte à peu près exclusivement des séries sédimentaires d'une très grande épaisseur. C'est dire qu'il est lié à la présence

i76 LES PHÉNOMÈNES GÉOLOGIQUES

des géosynclinaux. Ce sont presque toujours les grandes masses de sédiments accumulées dans les géosynclinaux qui sont transformées en roches métamorphiques et la transformation porte surtout sur les parties profondes de la série. Le métamorphisme est donc un phénomène de profondeur. Exceptionnellement, toutefois, on rencontre des roches sédimentaires de la surface, peu épaisses. déposées dans des eaux peu profondes, qui sont métamorphisées au contact de roches volcaniques. Dans ces cas il s'agit presque toujours d'une simple cuisson de la roche et le métamorphisme ne s'étend qu'à une faible distance alentour de la roche éruptive. C'est Je métamorphisme de contact.

Les représentants de l'ancienne école plutonienne attribuaient, à l'exemple d'Hutton, à la seule action de la chaleur centrale la transformation des roches sédimentaires en roches cristallines. Ils supposaient une fusion complète des sédiments, suivie de cristallisation. Cependant aucun élément fondu ne se rencontre dans les roches métamorphiques. Certains cristaux renferment des inclusions liquides, dont la présence est inconciliable avec l'intervention de températures extrêmement élevées. De plus si, après avoir amené par voie sèche à l'état de fusion une roche métamorphique, on laisse refroidir la masse, on obtient un verre siliceux et non une roche cristalline. Nous verrons d'ailleurs que les roches qui résultent de la solidification de masses en fusion possèdent une structure toute différente de celle des roches métamorphiques.

Une autre école, qui compte encore aujourd'hui de nombreux adeptes, attribue aux actions mécaniques un rôle prépondérant dans la formation des schistes cristallins. Elle admet que, par le simple jeu des forces qui donnent naissance aux plissements, c'est-à-dire uniquement par l'écrasement, le laminage, des schistes argileux peuvent se transformer en schistes cristallins, des roches granitoïdes, en véritables gneiss.

On a appelé dynamo-métamorphisme l'ensemble de ces phéno mènes.

Nous verrons plus tard que les modifications produites sur les roches par l'action des mouvements orogéniques sont souvent très intenses, mais qu'elles sont en général d'ordre purement mécanique et ne portent pas sur la composition minéralogique des roches, qui peuvent avoir subi des dislocations très intenses sans présenter la moindre trace de métamorphisme.

11 s'est aussi trouvé des géologues qui ont soutenu la théorie que les schistes cristallins et les roches granitoïdes résultent de

LE METAMORPHISME 177

la transformation de roches sédimentaires par voie aqueuse, sans aucune intei^^ention de pressions ou de températures élevées. On sait, il est vrai, que les eaux qui circulent dans les couches superficielles de Técorce terrestre donnent lieu à de nombreuses modifications chimiques dans les roches qu'elles traversent. Mais ces modifications, auxquelles nous consacrerons plus loin un chapitre spécial, sont* d'une tout autre nature, elles ne donnent jamais naissance, dans des roches qui ne renfermaient que des éléments détritiques, à des silicates cristallisés; ce sont des phénomènes d'hydratation, d'oxydation, de cimentation, de décalcification, etc., qui n'ont rien à voir avec le métamorphisme. On les a réunis sous la dénomination de phénomènes de mélasomatose.

Donc ni la température, ni la pression, ni la circulation de l'eau liquide ne peuvent, en agissant seuls, donner lieu à des phénomènes de métamorphisme, mais l'action combinée de ces trois agents, ou, en d'autres termes, l'action de l'eau sous pression, à haute température, en particulier en présence des alcalis, rend parfaitement compte de la formation des roches cristallophylliennes , voire de certaines roches granitoïdes, aux dépens des roches sédimentaires. C'est à Scheerer [6], de Christiania, que revient incontestablement le mérite d'avoir le premier, dès 1847, démontré l'action concomitante de la température, de la pression et de l'eau dans les phénomènes de métamorphisme. Plus tard, Daubrée [10] montrait, par des expériences synthétiques mémorables, l'action qu'exerce la vapeur d'eau sous pression sur les silicates : dissolution, formation de nouvelles combinaisons, cristallisation bien au-dessous du point de fusion.

Les trois conditions nécessaires pour expliquer les phénomènes de métamorphisme se trouvent réalisées dans les régions profondes des géosynclinaux.

L'eau existe dans tous les sédiments, on peut même dire dans toutes les roches, elle s'infiltre à de grandes profondeurs, nous verrons plus tard dans quelles conditions.

La pression est fonction de l'épaisseur des sédiments accumulés et de leur densité. L'énorme puissance des couches empilées dans certains géosynclinaux indique suffisamment quelles pressions doivent subir les dépôts les plus anciennement formés.

La température est aussi rès élevée dans le fond des géosynclinaux, mais elle n'atteint qu'exceptionnellement le point de fusion des roches silicatées.

11 est nécessaire d'en donner la démonstration.

Haug, Traité de Géologie. 12

Géothermie. — Les variations saisonnières de la température ne se font pas sentir dans le sol au delà d'une certaine profondeur, variable d'ailleurs suivant la latitude. Ainsi, un thermomètre placé dans les caves de l'Observatoire de Paris, à 28 m de profondeur, marque depuis 1783 la température constante de 11*8.

Si l'on s'enfonce davantage dans le sol, on constate qu'à partir de la zone à température constante, la température va en augmentant avec la profondeur. Des observations faites dans des mines, en prenant les températures non dans l'air des galeries, mais dans la roche même, montrent que cette augmentation suit une progression régulière. On a appelé degré géothermique la profondeur dont on s'enfonce verticalement pour observer une augmentation de température de 1° centigrade.

On a constaté, dans les diverses mines, d'assez grandes variations dans le degré géothermique, suivant la plus ou moins grande conductibilité de la roche, suivant que l'on traverse ou non des filons métallifères, suivant que l'on se trouve ou non dans le voisinage de roches volcaniques. Dans les mines métalliques, le degré géothermique est en moyenne de 41 m. Dans les mines de houille, il est généralement inférieur à ce chiffre de plus de moitié, car les terrains traversés sont moins bons conducteurs de la cfialeur. Dans les régions volcaniques le degré géothermique est aussi très peu élevé, mais, dans ce cas là, c'est la chaleur, emmagasinée dans les roches depuis les dernières éruptions, qui détermine une augmentation beaucoup plus rapide de la température, allant par exemple jusqu'à 6° par 100 m dans un sondage de 1 200 m fait aux environs de Riom (Michel- Lévy).

Les observations de température des eaux jaillissantes des puits artésiens donnent des résultats assez concordants, elles permettent d'assigner au degré géothermique une valeur moyenne de 31 m. Le puits artésien de (Irenelle possède une profondeur de 548 m et l'eau y jaillit à une température de 28''. On peut inversement déduire de la température d'une source thermale la profondeur de sa nappe d'origine.

Des mesures de température particulièrement précises ont pu être faites lors du sondage de Sperenberg, près de Berlin. Le facteur conductibilité se trouvait éliminé ; car, dans ce sondage de 1 273 m de profondeur, on est resté constamment dans une masse homogène de sel gemme. La moyenne des observations donne un degré géothermique de 33,7 m. Dans le sondage de Schladebach, dans la province de Saxe, qui a atteint 1 748 m de profondeur, le chiffre

LE METAMORPHISME i79

obtenu a été un peu supérieur, 35,70 m. Dans celui de Paruschowitz, dans la Haute-Silésie, qui a été poussé, en 1893, un peu au delà de 2 000 m, on a observé une température de 69" 3 et on a calculé un degré géothermique moyen de 34,1 m.

Dans tous ces sondages on a constaté un accroissement régulier de la température avec la profondeur; cependant il semble que la valeur du degré géothermique augmente aussi très légèrement avec la profondeur et que, dans tous les cas, elle ne diminue jamais. En faisant abstraction des irrégularités toujours peu considérables et en prenant 33 m comme degré géothermique moyen, on peut évaluer à un minimum de ISO"" la température qui règne à 5 000 m de profondeur et on peut conclure à Texistence d'une température d'au moins 2 000^ suffisante pour maintenir à l'état de fusion toutes les roches connues, dès la profondeur de 66 km. insignifiante par rapport à la longueur du rayon terrestre. Il existe donc dans l'intérieur du Globe une source propre de chaleur et la diminution de la température vers la surface est due au rayonnement de la terre vers l'espace céleste. Ce n'est que plus loin que nous pourrons discuter utilement la question de savoir si le noyau central est fluide et si la croûte solide possède réellement l'épaisseur tout à fait minime que lui assignent les données géothermiques. Appliquons maintenant ces mêmes données aux géosynclinaux. Nous savons que la température du fond des mers est réglée par la circulation océanique, elle n'est nullement influencée par une source de chaleur située en profondeur. Il est donc à peu près certain que la température augmente aussi régulièrement vers le centre de la terre, à partir du fond des océans, qu'elle le fait sur les continents, à partir de la zone de température constante. Si nous appelons isogéolhermes les surfaces de l'intérieur de la terre qui possèdent la même température, il est manifeste que ces isogéothermes sont grossièrement parallèles à la surface de la lithosphère. Toutefois ils sont plus espacés dans les régions polaires, plus rapprochés dans les régions équatoriales; ils subissent, de plus, une certaine dépression sous les massifs montagneux élevés ', en raison de la basse température qui règne aux hautes altitudes (fig. 40).

1. Les observations faites à Toccasion du percement des grands tunnels alpins montrent que, sous les montagnes, la température en un point donné dépend non de sa pro- Tondeur absolue, mais de sa plus courte distance à la surface du terrain. Lors des travaux du Saint Gothard, le maximum de température de la roche a été de 30"8, celle de Pair de 35^ Le percement du Simplon a montré de plus que le degré géothermique est plus élevé dans les couches redressées que dons les couches horizontales, accusant, du fait seul des dislocations, des variations allant de 30 à (K) m.

Si dans un géosynclinal les sédiments s'accumulent sans cesse, tandis que la profondeur de la mer reste constante, il arrivera que les sédiments le plus anciennement formés plongeront dans des zones de température de plus en plus élevée, comme le montre la fig. 41. Une accumulation de sédiments de 1 000 mètres amènera une élévation de

3ooo™

Nitfeau de /a mer

Fig. 40. — Isogéothermes dans le massif traversé par le tunnel du Saint-Gothard

(d'après Alb. Hbim).

température de l'ancien fond de la mer de 30° environ, et comme les accumulations de 10 000 m ne sont pas un fait exceptionnel dans les géosynclinaux, les premiers sédiments formés seront ainsi amenés graduellement à une température de 300*.

On peut d'ailleurs aussi supposer que le fond primitif du bassin reste fixe et que les sédiments s'accumulent, de manière à combler totalement la dépression.

Dans ce cas, les isogéothermes s'élèveront graduellement, de manière à former, non plus des surfaces concaves, mais des surfaces

Fig. 41. — Plongée des couches d*un géosynclinal dans des régions à température de plus en plus élevée.

planes et les sédiments déposés à l'origine se trouveront portés à une température qui sera fonction de l'épaisseur du comblement. C'est de cette manière que Babbage [1] et Herschell [2] expliquaient l'élévation de température que peut subir l'ancien fond d'un bassin. Ils croyaient cette élévation suffisante soit pour entraîner une dilatation des couches, suivie de mouvements du sol, soit pour donner lieu à la formation de roches métamorphiques.

Il résulte dans tous les cas de ce qui précède que dans les géosjmclinaux l'épaisseur des sédiments accumulés est assez considérable pour que Ton soit en droit d'admettre que les couches les plus profondes sont soumises à des températures de plusieurs centaines de degrés. Ces températures sont certainement suffisantes pour expliquer, concurremment avec la pression et Teau, les phénomènes de métamorphisme.

Dans certains cas extrêmes, les températures étaient peut-être assez élevées pour amener à Tétat de fusion ignée les silicates les plus diflicilement fusibles.

Relations du granité avec les roches encaissantes. — Ilutton avait émis dès la fin du xvm* siècle l'opinion que le granité résulte de la fusion de roches détritiques sous l'action de la température élevée qui règne, sous les océans, dans les profondeurs de la Terre [I, 2]. Cette manière d'envisager le granité comme une roche métamorphique fut conservée par les premiers auteurs qui substituèrent à l'hypothèse de l'origine ignée du granité celle de la formation de cette roche par voie hydrothermale, par Scheerer [6], par Virlet d'Aoust [3, 5, 7], par Delesse [8], Ce dernier résumait en 1862 dans les termes suivants son point de vue : a Les roches plutoniques se sont formées aux dépens des roches métamorphiques, et elles représentent le maximum d'intensité ou le terme extrême du métamorphisme général ».

Ces idées sur l'origine métamorphique du granité, tout en faisant leur chemin en Amérique (Sterry-Hunt [14], Dana, Le Conte), ne trouvèrent que peu d'écho en Europe. Le granité y était et y est encore envisagé par un grand nombre de géologues soit comme la première croûte solide formée à la surface du Globe, soit comme une véritable roche éruptive, et les gneiss sont considérés, sous l'empire des théories dynamométamorphiques, soit comme des granités laminés (Rosenbusch), soit également comme le résultat d'une première consolidation (J. Roth), ou encore comme des sédiments (l'origine chimique, formés dans des conditions spéciales (Gumbel).

Il importe donc d'étudier d'un peu plus près les relations des granités avec les roches encaissantes.

Partout où le granité apparaît à la surface de la Terre nous avons des preuves qu'il était autrefois recouvert par d'épaisses couches de terrains sédimentaires et que ces terrains ont été enlevés ultérieurement par des phénomènes d'érosion. Le granité se rencontre soit dans des régions où, comme dans les Alpes, les terrains ont subi

des dislocations intenses, de telle sorte que les granités et les schistes cristallins forment des massifs anticlinaux bien individualisés, souvent d'une grande altitude; soit dans le fond de vallées qui entament profondément les chaînes de montagnes; soit dans des pays qui ont été plus ou moins complètement nivelés par les agents atmosphériques et transformés en pénéplaines.

Dans ce dernier cas en particulier, le granité affleure sous la forme de surfaces circulaires ou elliptiques au milieu de régions schisteuses, représentant la section horizontale de culots, d'autant plus étendus que le pays est plus profondément dénudé. C'est surtout vers leur sommet que ces culots émettent des digitations, des apo-

Pic Eâcariés.

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Fig. 42. — Apophyse du granité amphibolique {^fi) de Cauterets dans les schistes et calcaires du Carbonifère inférieur (d'après A. Bresson).

physesy simples ou ramifiées, souvent tortueuses, qui pénètrent dans les couches encaissantes (fig. 42). Il est évident que, pour former ces digitations, le granité devait se trouver au moins à l'état pâteux, mais il est à remarquer que, dans certains cas, les formations sédimentaires environnantes ne présentent aucune trace de métamorphisme *. Il semblerait donc que la masse pâteuse, déjà considérablement refroidie, ait été poussée par des actions mécaniques dans les fissures de la roche encaissante.

En tous cas les exemples de granités pénétrant dans des formations sédimentaires sans y apporter le moindre métamorphisme sont tout à fait exceptionnels. En général les roches encaissantes sont considérablement modifiées, aussi bien au contact des apophyses granitiques que sur tout le pourtour des culots.

Les affleurements de granité sont entourés par des auréoles concentriques de roches jnétamorphiques, qui accusent un métamor-

1. P. Termier. Sur le granilc du Pelvoux. G. H. Ac. Se, CXXIV, p. 317-320.

phisme décroissant à mesure que Ton s'éloigne de la roche cristalline. C'est ainsi que Rosenbusch [12] a distingué dans la région

Fig. 43. — Carte schématique de la région des contacts du pranitc du Ilohwald avec les schistes de Steige (d'après H. Rosenbusch).

7, granité; h, horofeU à andalousite; m, micachistcs Dodulenx et -schistes argileux tachetés; s, schistes deSteîge; s', schistes do Ville; d, Dëvonien; c, Carbonifère ; t, Trias; {JL, microgranulite.

d'Andlau (Alsace) les zones suivantes au contact du granité qui traverse les schistes de Steige (fig. 43, 44) :

1« Zone des cornéennes à andalousite {Andalusithomfels) caractérisée par la disparition de la schistosité et de la matière charbonneuse et par la p résence de cristaux d'andalousite très abondants , mais souvent microscopiques;

2** Zone des micaschistes noduleux {Knolenglimmerschiefer) , caractérisée par la

cristallinité de toute la masse, par la substitution du mica noir à la chlorite, par la présence de petits cristaux de staurotide et par 'existence de nodules foncés à peine modifiés;

Fig. 44. — Coupe du contact du granité du Hohwald (Alsace) et des schistes de Steige (d'après il. Rosenbusch).

5, schistes de Steige; G, granité; ^T, Knotenthonschiofer et Knotenglimmerschiefer : /t, Hornfels.

3" Zone des schistes argileux noduleux et tachetés (Knotenthorischiefer), caractérisée par la localisation du pigment de la roclie sous la forme de taches foncées sur un fond décoloré, qui ne dilîère que fort peu du schiste intact, auquel cette zone passe insensiblement.

Des analyses nombreuses d'échantillons prélevés dans chacune de ces zones ont donné à Rosenbusch une constance remarquable dans la composition chimique; tout au plus la zone la plus métamorphisée a-t-elle perdu une certaine quantité d'eau et *de matière charbonneuse. Il n*y a eu aucun apport de substances minérales au voisinage du granité, et les roches des trois zones métamorphiques ne diffèrent du schiste non métamorphisé que par des transformations moléculaires.

Les auréoles d'Andlau sont devenues l'exemple classique du métamorphisme de contact; beaucoup d'auteurs ont décrit après Rosenbusch des séries analogues. Ainsi, dans l'Erzgebirge, dans le Harz, en certains points des Pyrénées, on observe également un métamorphisme s'étendant seulement à des auréoles de contact et sans aucun apport de substances nouvelles. Les syénites, certaines diabases, les gabbros donnent lieu â des actions métamorphiques tout à fait analogues. L'analogie est grande entre ces modifications, produites par les roches granitoïdes, et les phénomènes que l'on observe au contact de certaines roches incontestablement éruptives. La différence réside surtout dans l'intensité ; dans l'un et dans l'autre cas, il s'agit manifestement d'actions calorifiques dues au voisinage d'une masse à l'état pâteux.

L'analogie est encore plus grande lorsque la roche encaissante est un calcaire. Soit dans le cas d'un granité ou d'une autre roche granitoïde, soit dans le cas d'une roche volcanique, il y a formation, dans la masse du calcaire, de silicates calciques, tels que grenats, vésuvienne, wollastonite, etc. L'apport de silice, qui se substitue partiellement à l'acide carbonique, est alors incontestable.

Tous ces faits semblent bien venir à l'appui de l'assimilation des roches granitoïdes à des roches éruptives. Aussi beaucoup de pétrographes ne voient-ils entre les diverses roches cristallines endogènes que des différences résultant de la consolidation tantôt profonde, abyssique, tantôt superficielle, dans le cas des roches volcaniques d'épanchement. Les unes et les autres proviendraient d'un même magma fluide initial.

Toutefois nous avons vu plus haut les difficultés qui s'opposent à l'hypothèse d'une origine ignée du granité, et d'autres faits vont nous

montrer que les auréoles de contact ne sont pas les seules transformations produites au voisinage des masses granitiques.

Et tout d'abord il existe des régions nombreuses où la nature des contacts diffère essentiellement du schéma donné par Uosenbusch.

Ainsi on rencontre souvent au contact des granités et des granuiites un grand développement de cristaux de tourmaline, ou de topaze, ou de micas fluorés, indiquant l'apport, dans la roche encaissante, d'acide borique, d'acide fluorhydrique, substances auxquelles Élie de Beaumont a attribué avec raison un rùle minéralisateur. Nous reviendrons sur ce phénomène à propos des gîtes métallifères, en particulier des gîtes d'étain, presque toujours en relation avec des liions de pegmatite.

11 existe encore au contact des granités des apports d'une autre nature, dont la portée théorique est considérable.

Au contact même du granité et des roches encaissantes Michel- Lévy [13, 16, 19], Barrois [13], Lacroix [22] et d'autres ont observé une zone étroite, dans laquelle il s'est développé des cristaux nombreux de feldspath, visibles même à l'œil nu. On ne peut contester, dans cette zone feldspathique, un apport d'alcalis, soude ou potasse, suivant les cas. Et c'est dans cette zone, qui n'atteint souvent que quelques mètres d'épaisseur, que l'on retrouve la plupart des roches crislallophylliennes : micaschistes, gneiss, amphibolites, leptynolithes (schistes micacés feldspathiques). Elle s'étend et gagne en importance à mesure que l'érosion nous permet d'observer les racines des appareils granitiques à une plus grande profondeur. On atteint ainsi peu à peu des niveaux où se développent, sur de grandes étendues, des schistes feldspathisés qui ne diffèrent en rien de gneiss. Le mélamorphisme de contact se confond peu à peu en profondeur avec le métamorphisme (général (Michel-Lé vy).

Le développement des feldspaths se fait tantôt par imbibitiony sans que la structure de la roche se trouve notablement modifiée; tantôt par injection du granité lui-même entre les feuillets du schiste. Ces phénomènes ont été maintes fois décrits par Michel-Lévy, dans le Plateau Central, dans le massif du Mont-Blanc, dans le Cotentin [19], par Barrois, en Bretagne [13], par Lacroix, dans l'Ariège [22J. Les gneiss ne seraient autre chose que des schistes feldspathisés sur de très grandes étendues au voisinage de masses granitiques, auxquelles on les voit passer insensiblement. Les amphibolites correspondraient à des bancs de calcaires intercalés dans les schistes. Ce mode de métamorphisme semble caractériser les régions les plus profondes des géosynclinaux.

Les actions mélamorphiques exercées au contact ou au voisinage du granité peuvent être qualifiées à*exomorphes, par opposition aux actions endomorplieSy comprenant les modifications qui se produisent dans le granité lui-même, lorsqu'il traverse des roches d'une composition déterminée. Michel-Lévy a montré depuis longtemps [13] que les granités deviennent basiques au contact des calcaires, se chargent de hornblende, et perdent du quartz. Lacroix a donné plus récemment, dans ses beaux mémoires sur le granité des Pyrénées et ses phénomènes de contact [22], des exemples nombreux de ces actions métamorphiques endomorphes. Au contact des calcaires paléo-

Fig. 45. — Granito à hornblonde passant à de la diorite (G-D) par assimilation de couches calcaires (r), qui alternenl avec des lits minces de cornécnnes et de grenatites. flauU.' vallée de Laurent!, Ariège (d'après A. Lacroix).

zoïques de la Haute-Ariège, le granité présente de remarquables transformations de composition minéralogique, qui deviennent plus intenses encore lorsque, par suite de l'assimilation des assises schisteuses environnantes, des bandes calcaires importantes se trouvent aujourd'hui isolées au milieu du granité. Sur toute la bordure de celles-ci, la roche éruptive encaissante n'est plus du granité normal, mais du granité à hornblende, de la diorite, avec ou sans quartz (fig. 45) ; là où la continuité des calcaires englobés a été interrompue, on voit apparaître des roches plus basiques encore, des norites avec ou sans olivine, des hornblendites (hornblende et biotite) et enfin des péridotites à hornblende.

Dans les culots granitiques sans zone feldspathique au contact, tels que ceux décrits par Rosenbusch, on n'observe rien d'analogue, de sorte que les pétrographes de l'école allemande ont été conduits à nier l'influence des roches encaissantes sur la composition du magma granitique.

LE METAMORPHISME

Mais il y a plus. Les granités renferment souvent en plus ou moins grande quantité des enclaves de roches de composition différente de celle de la masse. Il ne faut pas les confondre avec les ségrégations acides ou basiques que présentent |souvent les roches |granitoïdes et * qui renferment! I les mêmes minéraux que la masse de la roche, bien qu'en proportion différente.

Les enclaves proprement dites sont des fragments de roches étrangères à la masse ; Lacroix les qualifie dHénallogèneSy par opposition aux enclaves homœogènes, qui présentent avec la roche englobante une plus ou moins grande analogie de composition minéralogique et d'origine.

Les enclaves des granités de Vire ont été reconnues dès 1845 par Virlet d'Aoust [5] comme des fragments de schistes englobés. On peut les observer en grand nombe, de préférence après une forte pluie, à la surface des trottoirs de Paris. La schistosilé y est encore nettement visible, quelquefois elles restent orientées comme les schistes voisins. Il y a souvent absorption partielle des enclaves sur leurs bords et passage insensible à la

masse granitique. On y rencontre tous les minéraux de contact de la zone feldspathique. Les enclaves sont donc manifestement des frag-

ments non assimilés ou incomplètement digérés de la roche qui se trouvait primitivement sur l'emplacement du granité. Les grès résistent davantage que les schistes à l'absorption, et Barrois a constaté, dans les environs de Brest, que des couches de grès métamorphisés persistent au milieu du granité après assimilation plus ou moins complète par celui-ci des schistes avec lesquels ils étaient originellement interstratifiés (fig. 46, 47).

Michel-Lévy a tiré de l'ensemble de ces faits la conclusion que le granité est susceptible de se faire sa place sans grand dérangement des strates qu'il traverse, par assimilation lente et partielle des roches auxquelles il se substitue [19]. La proximité de la roche éruptive

d - DéiN}f7i^f>

s' St^fiisl^s d 'Angurs

Fig. 47. — Carie schématique du massif de Caulnes (Côtes-du-Nord), montrant la digestion des schistes siluriens cl la persistance des bandes gréseuses dans le granité (d'après Ch. Bakrois).

aurait amené une surélévation des courbes isothermiques dans les régions très profondes des schistes et une circulation intense des minéralisateurs (probablement alcalins).

Lacroix pense que, au niveau des contacts de la Ilaute-Ariège, le magma granitique était au bout de son ascension, car il n'y a pas eu brassage des parties endomorphisées avec de nouvelles parties, de composition normale, venant de la profondeur [22].

Sans vouloir nier la possibilité de l'ascension du magma granitique, qui est au contraire très vraisemblable dans certaines conditions, on peut se demander s'il est vraiment nécessaire d'admettre, dans tous les cas, l'existence d'un magma venant de la profondeur. La formation graduelle du géosynclinal suffit, comme on Ta vu plus haut, pour expliquer l'élévation de la température et de la près-

sion et l'action plus intense des minéralisateurs. Si l'on suppose une descente graduelle du fond du géosynclinal dans des régions de plus en plus profondes, on peut admettre que les couches sédiinentaires plongées dans des zones isogéothermiques à température croissante (fig. 48) se trouvent finalement dans des conditions de température et de pression telles que Taction des minéralisateurs suffira pour les transformer totalement ou partiellement en magma granitique. Après le refroidissement, les roches sédimentaires se trouveront remplacées, suivant leur nature, par du granité ou par d'autres roches graniioïdes. Latéralement, et par conséquent, comme le montre la figure 48, à une profondeur moindre, les mêmes couches seront injectées par le magma granitique ou imprégnées, gr&ce à l'action

Fig. 48. — Coupe schématique expliquant la transformation du fond d'un géosynclinal constitué par des schistes (s) en granité (y), avec imprégnation latérale (i), formation d'auréoles de contact (c) et d'apoph}rses (a) à des profondeurs moindres.

des minéralisateurs, plus facile suivant les plans de stratification. Dans les parties plus élevées de la zone transformée en granité, ces mêmes phénomènes se produiront sur une largeur moindre et, finalement, à une hauteur plus considérable encore, ou, en d'autres termes, à une profondeur plus faible, l'apport des minéralisateurs sera juste suffisant pour donner naissance à un magma granitique et il sera impuissant à modifier la composition chimique des auréoles du contact.

Ce n'est qu'exceptionnellement, et probablement sous l'action de poussées orogéniques, que certaines parties du magma granitique, encore plastique, mais déjà sensiblement refroidi, pourront se trouver pressées dans des vides préexistants et amenés par une ascension verticale dans les régions superficielles de Técorce terrestre. Dans ces cas, les phénomènes de contact seront toujours très peu développés. Baltzer [24] a fait connaître, dans le massif de l'Aar, en Suisse, un exemple assez probant de ce mode d'ascension.

On peut fort bien concevoir la montée verticale de fluides minera-

lisateurs, la filiration de vapeurs au travers des couches de la lithosphère, mais il faut des fissures préexistantes et des poussées d'une nature particulière, dont les causes seront recherchées plus loin, pour expliquer Tascension d'un magma fondu. Rien ne montre que, dans la généralité des cas, le granité se soit ainsi élevé à la manière d'une roche volcanique.

L'ascension des minéral isateurs est également favorisée par la présence de fentes préexistantes, et nous en aurons des preuves nombreuses lorsque nous étudierons les formations filoniennes, mais il semble aussi qu'elle est possible par simple filtration dans des couches non fissurées. Termier [25] a expliqué ainsi les intercalations de roches cristallines basiques (gabbros, péridotites, amphibolites et micaschistes chloritisées) au milieu de l'immense série des Schistes Lustrés mésozoïques des Alpes du Piémont. Nulle part il n'existe de cheminée permettant d'admettre l'ascension d'un magma fondu. Les « roches vertes » constituent des lentilles interstratifiées, formées tout autour des colonnes filtrantes, dans le plan des couches et de façon très inégale suivant leur perméabilité. Leur nature dépendait uniquement des pertes subies, en chaque point, par la colonne filtrante.

En somme, comme nous le disions plus haut, le métamorphisme se réduit à l'action des minéralisateurs, facilitée par des pressions et des températures élevées. Les principaux minéralisateurs semblent être les suivants : la silice, l'eau, les alcalis (et autres bases : magnésie, oxyde de fer, etc.), principes capables de former le quartz, les feldspaths ; puis l'acide borique et des composés fluorés et chlorés, qui ont dû intervenir dans la formation de la tourmaline et des micas.

Tandis que les sédiments amenés par le jeu des géosynclinaux aux plus grandes profondeurs sont sans doute entièrement fondus et transformés en un magma igné, ceux qui atteignent des isogéothermes correspondant à des températures moins élevées sont complètement imprégnés par des minéralisateurs, agissant sous pression et à une température qui atteignait probablement encore plusieurs centaines de degrés. L'origine de ces minéralisateurs doit être probablement cherchée dans les masses fluides sous-jacentes.

Les couches les plus fortement imprégnées sont transformées, suivant leur nature, en granité ou en roches granitoïdes basiques. Plus haut l'imprégnation des schistes a lieu lit par lit et le développement des feldspaths crée des gneiss, tandis que les calcaires deviennent cristallins et se chargent de silicates calciques. Plus haut encore, les vapeurs minéralisantes traversent les strates par filtration et déve-

LE METAMORPHISME 19i

loppent dans leur masse une cristallinité générale et localement des amas lenticulaires de roches cristallines non stratifiées.

Souvent l'action des eaux d'infiltration superficielle vient modifier la composition des minéraux formés par le métamorphisme général, ou encore le passage de roches volcaniques détermine une cuisson locale, ou, enfin, c'est l'action mécanique des mouvements orogéniques qui vient se surajoutera celle des agents du métamorphisme. Il est souvent difficile de faire la part des modifications qui sont imputables à chacune de ces causes; nous nous efforcerons, dans des chapitres ultérieurs, de définir les divers agents qui viennent quelquefois masquer le jeu normal du métamorphisme *.

1. — Th. Babbage. Observations on the Temple of Serapis at Pozzuoli, near Naples; with Rë marks on Certain Causes which may produce Geological Cycles of great Extent. Proe, GeoL Soc. o/London, II, p; 72-76, 1834.

2. — Sir John F.-W. Herschell. On Phenomena connected with the interior Température of the Earth. Ibid., p. 548-551, 596-598, 1837-1838.

3. — ViRLET. Question de la transmutation des roches. Bull. Soc. GéoL Fr., 1« sér., VIII, p. 306-308, 1837.

4. — H. DE CoLLEONO. Peut-ou distinguer dans la nature des roches véritablement primitives? Thèse Fac. Se. de Paris, in-4o, 16 p., Paris, 1838.

5. — ViRLET d'Aoust. Note sur Torigine métamorphique du granité des environs de Vire (Calvados). Bail. Soc. Géol. Fr., 2« sér., III, p. 94-97, 1845.

6. — Th. Scheerer. Discussion sur la nature plutonique du granité et des silicates qui s*y rallient (traduit de Tallemand par L. Frapolli). Bull. Soc. Géol. Fr., 2« sér.. IV, p. 468-495, 1847.

7. — ViRLET d'Aoust. Observations sur le métamorphisme normal et la probabilité de la non-existence de véritables roches primitives à la surface du globe. Ibid., 2' sér., IV, p. 498-505, 1847.

8. — Delesse. Recherches sur l'origine des roches. Ibid., 2« sér., XV, p. 728- 782, 1858.

Réimprimé : In-8«, 74 p., Paris, 1865.

9. — E. MiTSCHERLiCH. Ueber die Metamorphie der Gesleine durch erhOhle Tempera tur. Abh. d. k. Akad. d. WUs. zu Berlin, 1865, p. 67-78.

10. — Daubrée. Études et expériences synthétiques sur le métamorphisme et sur la formation des roches cristallines. Mém. présentés par divers savants à VAcad. des Se, XVII, p. 1-126, 1862.

11. — Delesse. Études sur le métamorphisme des roches. Ibid., XVÏÏ, p. 127- 220, 1862.

12. — H. RosENUUsce. Die Steiger Schiefer und ihre Conlactzone an den Granititen von Barr-Andlau und Hohwald. Abh. z. geol. Specialkarte v. Els.-Lothr,, ï, n'>2, 315 p., 2 pi., 1 carte, 1877.

13. — A. Hichel-Leyy. Note sur la formation gneissique du Morvan et com-

1. On a dû s'abstenir, dans le présent chapitre, de donner des détails sur la composition mi aérai ogique des roches métamorphiques et sur leur structure, c'est-à-dire sur le mode d'association de leurs éléments constitutifs. On trouvera ces données dans les traités de Pétrographie, auxquels on ne peut que renvoyer le lecteur.

paraison avec quelques autres régions de même nature. Bull. Soc, géol. Fr.^ 3« sér., VII, p. 857-871, 1882.

14. — Ch. Sterry Hunt. The Origin of Cristalline Rocks, a historical and critical Review with an account of the Crenetic Hypothesis. Trans. /?. Soc. Canada, H, 3, 67 p. 1884.

15. — Gh. Barrois. Le granité de Rostrenen, ses apophyses et ses contacts. Annales Soc, géoL du Nord, XII, p. 1-119, 1884.

16. — Michel Lévy. Sur Torigine des terrains cristallins primitifs. Bail. Soc, Géol. Fr.j 3« sér., XVÏ, p. 102-113, 1888.

17. — J. Lehmann. Untersuchungen uber die Entstehung der altkrystallinischen Schiefergesteine, mit besonderer Bezugnahme auf das Sâchsische Graniilitgebirge, Eragebirge, etc. 1 vol. gr. in-4<>, 278 p., 5 pi.; atlas, 28 pi. phot. Bonn, 1884.

18. •— H. RosENBUSCH. Zur AuCfassung des Grundgebirges. A*. Jahrb., 1889, II, p. 81-97.

19. — Michel Lévy. Contribution à Tétude du granité de Flamanville et des granités français en généraL BulL Serv, Carte géol., V, n<> 36, 41 p., 5 pi. 1893.

20. — W. C. Brôgger. Die Eruptivgesteine des Kristianiagebietes. II. Die Eruptionsfolge der triadischen Eruptivgesteine bei Predazzo in Sûdtyrol. 1 vol. gr. in-8û, 183 p. Kristiania, 1895.

21. — J. J. Sederholm. Ueber eine archâische Sedimentformation im sûdwestlichen Finland. Bull. Comm. géol. de la Finlande, n» 6, 257 p., 2 cartes, 5 pL, 97 fig., 1899.

22. — A. Lacroix. Le granité des Pyrénées et ses phénomènes de contact. I, II. Bull. Serv. Carte géol., n^» 64, 71, 68 p., 3 pi., 68 p., 3 pi., 1898, 1900.

23. — Pierre Termier. Les trois séries cristallophylliennes des Alpes occidentales. C. R. Ac. Se, CXXXIII, p. 964-966. 1901.

24. — A. Baltzer. Die granitischen Intrusivmassen des Aarmassivs. N. Jahrb., Beil. Bd. XVI, p. 292-324, pi. XIII-XVI, 1903.

25. — Pierre Termier. Les schistes critallins des Alpes occidentales. Congrès géol. intern. C. R. de la IX'' session. Vienne, 1903, p. 571-586.

26. — V. Grdbenmann. Die kristallinen Schiefer. I, Allgemeiner Theil, 1 vol. in-8o, 105 p., 7 flg., 2 pi. Berlin, 1904. II, Specieller Teil, 175 p., 8 fig., 8 pi. Berlin, 1907.

27. — Ch. r. van Mise. A Treatise on Metamorphism. Monogr. ofihe U. S. Geol. Surv., XLVIÏ, 1286 p., 32 fig. 1904.

28. — Michel-Lévy. Sur les particularités de nature, de gisement et de métamorphisme des roches éruptives de profondeur. Revue scientifique, 6« sér., IV, p. 769-776. 16 déc. 1905.

K. IIaug. — Traité de Géologie.

Pl. VI.

Clifli/' G. Schmitz.

ANTICLINAL DROIT

dans les schistes et grès houillers, sous la citadelle de Namur.

tMi<hé Paul Corhin.

SYNCLINAL DU MONT DEBOUT, PRÈS THÔNES ( HaUlO-SaVOlc).

Calcaires urgoniens, avec noyau nuniinulitique.