L'Expérimentation en géologie
- I. A. Daubrée : Études synthétiques de géologie expérimentale, 1re partie, 1879 ; 2e partie, 1880. — II. A. Favre : Expériences sur les effets de refoulemens ou écrasemens latéraux en géologie (Archives des sciences physiques et naturelles); 1878. — III. Tresca : Expériences sur l’écoulement des corps solides (Mémoires des savans étrangers) ; 1872 — IV. Ch. Sainte-Claire Deville ; Coup d’œil historique sur la géologie et les travaux d’Élie de Beaumont; 1879.
Les grands accidens par lesquels les réactions mécaniques ou chimiques de l’intérieur du globe se traduisent à sa surface ont de bonne heure frappé l’inquiète curiosité des hommes. Mais la poésie qu’évoquait naturellement la grandeur ou le mystère du spectacle a d’abord suppléé à toute explication. Plus tard sans doute sages et philosophes cherchaient, sous les mythes sacrés ou populaires, une interprétation rationnelle. Toutefois on s’est contenté longtemps de scruter hardiment les causes sans s’astreindre à l’étude patiente des faits. Il faut arriver jusqu’à la renaissance pour rencontrer, dans le domaine de la géologie, des observations précises, éclairées par le raisonnement. D’abord ce ne sont que de justes aperçus, comme ceux de Léonard de Vinci et de Bernard Palissy ; mais peu à peu c’est à la vue de la nature que s’inspirent Descartes, Stenon, Leibniz et Buffon; ensuite un examen plus attentif permet à la science de se constituer avec ses deux grandes écoles, avec Hutton et Werner. Enfin l’observation des faits l’emporte décidément sur l’esprit de système lorsque se forment les géologues voyageurs : Saussure, le créateur de la stratigraphie, qu’il étudie pas à pas dans les Alpes; Pallas, qui explore la Sibérie; Humboldt et Léopold de Buch, qui parcourent les deux mondes ; Brongniart et Cuvier, qui, remontant au loin dans les âges écoulés, posent les grandes lois paléontologiques. Mais, si la recherche des faits et la comparaison qu’on en peut faire sur de vastes espaces doivent d’abord instruire le géologue et le guider dans une voie sûre pour reconstituer les annales du passé, on ne peut nier que l’expérimentation lui fournit ensuite le plus utile concours pour appuyer la synthèse déduite de ses analyses. Le génie de Buffon ne s’y était pas trompé. Que le savant reproduise dans les fours de son laboratoire, et par des réactions voisines de celles que la nature a pu choisir, quelques-uns des minéraux qui tapissent les filons ou imprègnent les roches, qu’apportent les bolides ou que rejettent les volcans, il aura fort éclairé à coup sûr le mystère de leur origine. Et s’il peut imiter, par des actions connues et volontairement variées, les effets qui s’accusent en traits gigantesques à la surface du globe, n’aura-t-il pas dévoilé quelques-uns des rouages employés par la nature ? Il est toutefois une cause d’erreur dont il faut ici se défendre : dans les systèmes que la mécanique compare, elle n’a pas seulement à considérer, comme la géométrie, des relations de longueurs; elle y ajoute les notions de masse et de temps. Les conditions de similitude sont donc plus complexes, et bien que Galilée et Newton les aient dès longtemps formulées, on les a parfois entièrement méconnues. Ainsi de ce qu’une eau chargée de sable abandonne, sur les parois d’une bouteille, des couches inclinées de limon, on n’a pas hésité à conclure qu’une action semblable a suffi, avec l’aide du temps, pour élever l’Himalaya et pour édifier les Andes.
Quelque discrédit que de semblables joujoux géologiques attirent momentanément sur l’expérimentation, la méthode survit aux abus qu’on en peut faire. « L’expérience, a dit Bacon, est la fille légitime de l’observation, fécondée par le raisonnement. » Bien loin de s’aventurer seule et à tâtons, l’expérimentation vient d’ailleurs a posteriori contrôler les données acquises et en vérifier les déductions logiques. Il semble en effet que son heure est arrivée. Beaucoup de problèmes, dont la solution est encore incertaine, ont reçu de l’observation tout ce qu’elle peut donner. Ce qu’elle a préparé veut être achevé par une autre méthode. Même après le fait établi par Torricelli, n’a-t-il pas fallu l’expérience de Pascal au Puy de Dôme pour donner une démonstration définitive de la pesanteur de l’air? Quoique jusqu’ici le rôle de l’expérimentation en géologie ait été restreint, les merveilleux progrès qu’elle a permis de réaliser dans le domaine varié des sciences physiques ou naturelles donnent à croire qu’entre des mains habiles elle ne sera pas moins profitable à la science de la terre.
Elle a déjà conduit à des résultats du plus haut intérêt, dont le tableau d’ensemble vient d’être tracé par l’éminent géologue qui a contribué plus que personne à frayer cette voie nouvelle. Trois ordres de faits ont été l’objet du contrôle de l’expérience : les réactions physiques ou chimiques qui s’accomplissent dans les entrailles du globe ; les effets mécaniques qui en ont modelé la superficie ; enfin les phénomènes plus généraux qui ont pour théâtre l’univers entier et qui unissent étroitement la géologie à l’astronomie. Aux premiers se rattachent l’étude des gîtes métallifères, des roches métamorphiques ou éruptives, la reproduction des minéraux, et nous commencerons par exposer les recherches qui s’y rapportent.
Les minéraux, et notamment les métaux oxydés ou sulfurés, ne sont pas disséminés au hasard dans les roches. Emanés des régions profondes de l’écorce terrestre, ils en tapissent d’ordinaire les étroites fissures et forment, surtout dans les terrains disloqués, des filons coordonnés en réseaux. Une gangue généralement quartzeuze ou calcaire les empâte, et ils manifestent, dans leurs cristallisations successives ou leurs associations mutuelles, des caractères réguliers et des affinités spéciales soit entre eux, soit avec les roches qui les renferment. Les filons se partagent en deux grandes divisions : les amas ou gîtes d’étain oxydé et les filons dits concrétionnés, où le plomb sulfuré joue le principal rôle. L’origine des uns et des autres offrait mainte obscurité que l’expérimentation est par- venue à dissiper, au moins en partie.
Rien n’est plus constant que la constitution des gîtes stannifères, qu’on les observe en Saxe ou en Cornouailles, au Groenland ou en Australie. Intimement lié au quartz, l’oxyde d’étain imprègne parfois la roche, qu’il s’agisse de phyllade ou de gneiss, de granité ou de porphyre ; mais il est surtout concentré dans un assemblage de petites veines, en général dans les parties quartzeuzes d’un massif et non loin de la surface de contact de roches différentes. Ces veinules, souvent rectilignes, n’ont été ouvertes qu’après la consolidation de la masse encaissante et ne sont pas le produit de ses exsudations : elles recoupent en effet, sans déviation ni altération, des roches qui varient d’âge ou de nature. Avec le quartz se trouve un cortège de minéraux étrangers aux filons ordinaires et qui donnent aux amas stannifères une physionomie à part. Ce sont des silicates fluorifères et borifères, comme la topaze, la tourmaline, l’axinite, des phosphates comme la turquoise, et aussi le fluophosphate de chaux ou apatite, etc. Ce fait à la fois si constant et si spécial, cette réunion frappante de corps aussi dissemblables par leurs propriétés chimiques que le fluor, le bore, le silicium, le phosphore, l’arsenic, l’étain et le tungstène, avait porté, dès 1841, M. Daubrée à attribuer au fluor dans cette circonstance un rôle minéralisateur prépondérant et une puissance en quelque sorte créatrice. Le fluorure d’étain, stable aux températures élevées, serait arrivé des profondeurs en même temps que les composés qui partout l’accompagnent ; puis, par des décompositions qui auraient entraîné la disparition partielle du fluor en produits volatils, se seraient formés, à côté de la tourmaline et de la topaze, les cristaux adamantins d’oxyde d’étain. C’est une réaction analogue à celle qui, au milieu des laves du Puy de Dôme ou sur les pentes du Vésuve, a transformé les émanations volcaniques de chlorure de fer en paillettes étincelantes d’oligiste, ou qui, au voisinage du granité, a donné naissance à plus d’un gîte de fer spéculaire tel que ceux de Framont ou de l’île d’Elbe. Restait à vérifier par l’expérience le bien-fondé de cette hypothèse. Ne pouvant opérer aisément avec le fluorure d’étain, M. Daubrée a décomposé par la vapeur d’eau le bichlorure de ce métal. Le tube où s’opérait la réaction s’est recouvert sur toute sa périphérie de cristaux d’oxyde très adhérens, adamantins, rayant le verre, en tout comparables par l’ensemble de leurs propriétés à ceux de la nature. Non-seulement ces résultats justifient la théorie précitée des gîtes d’étain, mais l’étude correspondante des filons titanifères apporte, par analogie, une nouvelle confirmation expérimentale. Ce n’est pas tout : l’apatite, rare dans les filons concrétionnés et fréquente au contraire avec le spathfluor et l’oligiste dans les amas d’étain, a pu être obtenue artificiellement en petits cristaux : il a suffi de réaliser les conditions que la seule étude géologique avait suggérées, c’est-à-dire de faire réagir au rouge le perchlorure de phosphore sur la chaux caustique. Dans les mêmes conditions, le fluorure de silicium et l’alumine donnent un produit très voisin de la topaze, si souvent associée à l’étain et qui, d’après les travaux récens de M. Liversidge, forme à elle seule la gangue de ce métal dans les gîtes de la Nouvelle-Galles du Sud. En résumé, les amas de titane et d’étain qui, par la fixité de leurs élémens, semblent contredire toute idée de sublimation, sont fort comparables aux dépôts des chlorures volatils ; et le fluor, dont on a d’ailleurs constaté la présence dans quelques émanations volcaniques, a joué dans les périodes anciennes le rôle que le chlore remplit aujourd’hui avec une énergie bien affaiblie. C’est, pour le dire en passant, l’un des indices de cet appauvrissement chimique du globe dont parlait volontiers M. Élie de Beaumont. Le fluor et le chlore ne sont pas intervenus seulement dans le remplissage des fissures ouvertes dans les roches anciennes : ils ont eu part aussi au phénomène plus obscur et plus complexe de la cristallisation du granité. Tous les faits sur ce point ont confirmé les prévisions théoriques. De même aussi la transformation du granité en kaolin, loin d’avoir toujours pour cause une décomposition journalière du feldspath, a été due souvent aux agens fluorés qui ont accompagné la venue de l’étain. Elle s’est produite en effet aux abords des massifs quartzeux qui contiennent les amas stannifères, et l’âge en est attesté par ce fait curieux que des aiguilles de tourmaline se sont en partie substituées aux prismes de feldspath décomposé. Il en est ainsi sur maint gisement en Cornouailles et au Devonshire, d’après M. H. Colins, à la presqu’île de Banca, suivant M. Verbeck. De même aussi en France, dans l’Allier, où le kaolin de la Lizolle présente de nombreux grains de cassitérite, ou dans le Limousin, dont les carrières actuelles de kaolin sont souvent en relation avec des excavations ou des monceaux de débris, derniers témoins des anciennes exploitations d’étain dont les Gaulois savaient tirer parti avec une si étonnante perspicacité. Ajoutons enfin que les considérations émises par M. Daubrée sur le rôle du fluor ont été singulièrement justifiées par MM. H. Sainte-Claire Deville et Caron, qui arrivaient à reproduire le corindon par l’action de fluorures volatils sur des composés oxydés; ou par M. Hautefeuille, qui, par des procédés analogues, parvenait à obtenir tantôt le corindon, tantôt l’oxyde de titane sous ses trois formes naturelles. Enfin tout récemment MM. Frémy et Feil ont encore utilisé l’action du fluor pour l’imitation artificielle de diverses pierres précieuses, et notamment de silicates cristallisés dont les vitrines de l’exposition universelle contenaient de beaux échantillons.
L’expérimentation n’a pas été moins heureuse en ce qui concerne les filons concrétionnés. Personne n’ignore aujourd’hui que le remplissage en est attribué aux lentes incrustations déposées par des sources thermales sur les parois des fentes qu’elles parcourent pour monter des profondeurs vers la surface. Comment se sont accomplies toutefois des réactions à coup sûr fort différentes de celles de nos laboratoires? Sénarmont avait le premier réalisé autrefois dans ses belles recherches la synthèse de plusieurs minéraux, et bien d’autres chimistes éminens l’ont suivi dans cette voie. Mais M. Daubrée a été assez heureux pour surprendre dans quelques-unes de nos stations thermales, à Bourbonne, à Plombières, à Bagnères-de-Bigorre, les phases successives d’une sorte d’expérience faite en grand par la nature elle-même.
A Bourbonne notamment, les travaux de captage ont mis à découvert un puisard romain. Là, au milieu d’une boue de couleur noirâtre et d’odeur sulfureuse, on a trouvé plus de quatre mille sept cents médailles, la plupart en bronze et d’époques très différentes, depuis Auguste ou Vespasien jusqu’à Constance ou Magnence; quelques-unes seulement en or à l’effigie de Néron ou d’Hadrien, d’autres en argent et presque toutes gauloises. En outre, plus de seize cents médailles, corrodées et méconnaissables, étaient mêlées à des statuettes, des épingles ou des bagues. Au-dessous enfin, des milliers de monnaies décomposées avaient fourni les intéressans minéraux qui cimentaient des fragmens de grès ou de silex. Quelques médailles, dont le relief s’était effacé, avaient néanmoins conservé leur forme, mais leur surface terreuse et blanche n’était constituée que par l’étain oxydé. Le cuivre, de son côté, était entré dans de nombreuses combinaisons sulfurées : ici de petits octaèdres de cuprite dans une poussière noire, variété de mélaconine; des tablettes hexagonales de cuivre sulfuré, souvent mâclé comme celui de Cornouailles. Le cuivre pyrileux, en octaèdres ou en mamelons, se reconnaît à sa couleur jaune; le cuivre gris, très abondant, à sa forme tétraédrique, tandis que l’irisation de petits cubes à faces courbes dénote la présence de la philipsite, aussi nette que dans les anciens gisemens. Le plomb des tuyaux ou quelques outils de fer ont donné lieu aussi à des minéralisations curieuses : lamelles grises de galène, paillettes orangées de litharge, cristaux blancs adamantins de phosgénite. La pyrite de fer, si répandue dans l’écorce terrestre et dont la formation contemporaine n’a pu être reconnue cependant que sur quelques points, à Saint-Nectaire, à Bourbonl’Archambault, se présente à Bourbonne comme à Aix-la-Chapelle. Elle y est récente, puisqu’elle s’étale en enduits cristallins sur des silex taillés ou des haches de pierre; et la réaction s’est accomplie ici, non pas à 150 degrés, comme dans les expériences de Sénarmont, mais à la température des eaux qui ne dépasse pas 52 degrés. Ainsi les minéraux produits par cette action contemporaine des sources ne sont autres que les élémens ordinaires des filons, et rappellent, par les détails de leur précipitation, tantôt les brèches à ciment métallique, tantôt les poudingues avec galène de Bleyberg, ou mieux encore les grès cuprifères avec végétaux fossiles de Perm. La réduction des sulfates en sulfures insolubles, sous l’influence des matières végétales dissoutes, a été facilitée encore par les forces électrochimiques, si actives au milieu de ces métaux différens, plongés dans l’argile et baignés d’eaux salines. En présence d’élémens en proportion indéfinie, il ne s’est pas constitué de préférence quelques équilibres moléculaires; plus de vingt espèces ont pu être reconnues, sans compter celles que leur état amorphe rend indéterminables. Tandis que les recherches de nos laboratoires sont toujours entravées par la brièveté du temps, la nature dans cette expérience a été à l’œuvre pendant seize siècles et semble avoir pris à tâche de reconstituer lentement, avec les métaux des médailles, tous les minerais auxquels le travail humain avait pu jadis les emprunter.
L’activité chimique de l’intérieur du globe ne s’est pas manifestée seulement par les émanations qui ont enrichi les filons. A côté de couches visiblement formées sous les eaux ou de roches dont tous les caractères révèlent l’origine ignée, d’autres terrains semblent participer à la fois de ces deux termes opposés. Ils offrent ainsi l’empreinte d’une double origine, ou plutôt ils témoignent des modifications successives qui les ont transformés. A peine ébauchée par le génie de Hutton, la théorie du mêtamorphisme des roches chercha dans l’expérimentation ses premières preuves. James Hall, en chauffant de la craie en vase clos, obtint du marbre cristallin, démontrant ainsi que les sédimens déposés par les eaux ont pu, sous l’influence de la chaleur et de la pression, acquérir en partie l’apparence de roches cristallines ou éruptives. Mais ici, non plus que dans les recherches de Sénarmont, rien ne mettait en évidence le rôle de la vapeur d’eau. C’est ce point que M. Daubrée a particulièrement élucidé. Rappelons d’abord les faits acquis. Tantôt, au voisinage d’une intrusion de roches éruptives, et sur une épaisseur très variable depuis quelques mètres jusqu’à trois kilomètres, un changement se manifeste dans les couches traversées. Le calcaire est devenu du marbre; la houille a perdu ses élémens volatils. En même temps de nouveaux minéraux ont apparu, ceux-ci dans les schistes, ceux-là dans les calcaires. Bien que l’extrême variété des faits rende difficile tout énoncé général, on peut reconnaître avec M. Delesse que les silicates hydratés, les zéolithes se sont développés exclusivement autour des épanchemens de roches basiques comme les trapps et les basaltes, tandis que les silicates alumineux, la mâcle ou staurotide par exemple, ont pris naissance auprès des roches acides comme le granité. Tantôt le métamorphisme, au lieu d’être ainsi limité, s’étend sur une région entière. Il ne se rattache alors à aucune éruption de roches et doit son origine à une cause bien plus large dans son action. Dans les Ardennes, quoique les feuillets des schistes soient pénétrés de feldspath, de quartz, évidemment postérieurs au dépôt des couches, le caractère sédimentaire est resté apparent. Aux Alpes, il est presque effacé dans les schistes éminemment cristallins de Zillerthal, de Salzbourg ou d’Airolo. Mais l’origine des roches métamorphiques est attestée néanmoins par l’identité de composition et les transitions insensibles qui rattachent les masses modifiées aux couches sédimentaires, ou bien encore par la présence de fossiles au milieu même des minéraux adventifs, comme dans la roche de Rothau, où les polypiers ont été remplacés sans altération de leur forme et par conséquent sans ramollissement notable de la masse, par des cristaux d’amphibole, de grenat et d’axinite. Le métamorphisme sous ses deux aspects, qui diffèrent surtout par leurs proportions, peut avoir affecté des terrains d’âges très variés. En Russie, les assises les plus anciennes ont généralement conservé leur faciès, on pourrait dire leur fraîcheur originelle, tandis que dans les Alpes des calcaires aussi récens que nos gypses de Montmartre sont devenus noirs et cristallins. Sans doute les causes du phénomène sont complexes : tout d’abord la chaleur, car il provoque la formation de minéraux anhydres et se montre dans les régions disloquées qu’ont réchauffées le flux interne et surtout les actions mécaniques ; ensuite l’intervention de vapeurs minéralisatrices comme les fluorures et les chlorures. Toutefois la chaleur et les émanations seraient impuissantes k expliquer seules l’uniformité de l’action qui s’exerce sur des épaisseurs immenses, et l’apparition de minéraux cristallisés au sein de roches à peine modifiées. Mais la vapeur d’eau qui accompagne en abondance toutes les éruptions modernes et que les laves incandescentes retiennent jusqu’à leur solidification, semble avoir joué un rôle prépondérant toutes les fois qu’elle a pu agir sous une forte pression.
C’est pour vérifier ce que l’observation suggère ainsi, que M. Daubrée a exécuté une série d’expériences fort dangereuses, mais des plus instructives. Un tube de verre contenant de l’eau et fermé à la lampe est placé dans un tube de fer très résistant et muni d’un bouchon vissé ou mieux soudé à la forge. Un peu d’eau laissée autour du verre l’enveloppe d’un matelas de vapeur et en prévient la rupture, quelle que soit la tension. Les appareils sont rangés sous une épaisse couche de sable dans un four à cornues d’usine à gaz, et exposés ainsi pendant plusieurs semaines à une température de 400°. Parfois le fer, quoique d’excellente qualité, se rompt sous l’énorme effort qui atteint peut-être un millier d’atmosphères : le tube se boursoufle et se crève suivant sa longueur, disposition qui rappelle la gibbosité de l’Etna et l’échancrure du Val-del-Bove, rapportées du reste par M. Élie de Beaumont à une explosion de ce genre. Après un lent refroidissement, les tubes ouverts laissent voir, à la place du verre, une masse blanche, opaque, poreuse, tantôt friable comme le kaolin, tantôt dure comme l’onyx, toujours fibreuse et le plus souvent schisteuse. Le verre a perdu moitié environ de la silice et un tiers de l’alcali, mais il s’est gonflé en absorbant de l’eau : il est devenu fusible et attaquable aux acides. En même temps apparaissent, soit isolés, soit en géodes, une foule de petits cristaux de quartz bipyramidé présentant même comme les cristaux naturels de certains gisemens les facettes dissymétriques appelées plagièdres. Examinée au microscope à la lumière polarisée par ces méthodes d’analyse dont M. Fouqué a exposé avec tant d’autorité les merveilleux résultats[1], la masse présente des microlithes aciculaires étoiles qui se comportent comme le quartz ou un silicate anhydre, des globules incolores de calcédoine et de zéolithes, enfin des cristaux de pyroxène vert foncé. Ce silicate anhydre se montre souvent du reste en abondance sous forme de cristaux très petits, mais très nets, de la variété diopside. Les obsidiennes, les perlites et d’autres roches volcaniques se comportent dans l’eau surchauffée comme les silicates artificiels qui constituent le verre. Le bois, que sous des pressions moindres Cagniard-Latour avait déjà transformé en lignite, puis en houille, passe ici à l’état d’anthracite très compacte, en globules évidemment fondus, tout à fait analogue à celle de Chounga, au nord du lac Onega, ou mieux à celle qui accompagne les filons d’argent de Kongsberg. En résumé, on reconnaît par ces expériences que l’eau surchauffée exerce l’influence la plus énergique sur les silicates; même en très faible quantité, elle en dissout un grand nombre, détruit certaines combinaisons à bases multiples, en fait naître de nouvelles soit hydratées, soit anhydres; enfin elle fait cristalliser ces nouveaux silicates bien au-dessous de leur point de fusion, tandis que la silice mise en liberté dans ces dédoublemens s’isole en quartz cristallisé.
Mais, à côté de cette expérimentation de laboratoire si difficile à réaliser, la nature nous offre, comme pour les filons, les résultats d’une expérience non moins curieuse. Autour des sources thermales qu’ils aménageaient avec tant d’habileté, les Romains ont laissé des maçonneries en béton, des blocages de briques, de grès et de calcaires réunis par un ciment de chaux. Ces roches artificielles se sont modifiées sous l’action séculaire des eaux chaudes : les briques sont devenues sonores comme les phonolites du Cantal. Leurs boursouflures présentent des enduits ou des géodes de silicates hydratés à base de chaux et de potasse (zéolithes), par exemple la chabasie et la christianite associées ici comme dans les trapps de l’Islande, la mésotype semblable à celle qui tapisse les pores des basaltes du Donnersberg. A côté se montrent aussi l’opale hyalite comme aux abords des sources de Saint-Nectaire, la chaux fluatée ou carbonatée, l’aragonite, et bon nombre d’autres espèces que l’analyse microscopique faite avec grand soin par M. Fouqué révèle dans le tissu des briques ou des pierres, entre autres les grains de calcédoine ou silice anhydre, qui, chose curieuse, s’est déposée à une température au plus égale à 70 degrés. Mêmes faits aux sources de Luxeuil, où la température n’a pas dépassé 46 degrés, à celles de Bourbonne et aux thermes d’Oran. Ainsi la production des zéolithes, avec les minéraux qui les accompagnent dans les maçonneries thermales, a pu s’accomplir à une température basse, sous l’influence d’un lent courant d’eaux d’infiltration, très peu minéralisées, mais sans cesse renouvelées.
Revenons maintenant de l’expérience à l’observation. Les roches éruptives qui se sont épanchées en nappes, les mélaphyres ou les diabases siluriens aussi bien que les trapps et les basaltes tertiaires, qu’on les observe au Lac-Supérieur ou dans l’Afrique centrale, dans le Tyrol ou en Auvergne, présentent dans leurs boursouflures ou même dans leur pâte le même mélange de zéolithes, de pyroxène, de quartz et d’espèces associées. Et la ressemblance avec les maçonneries pénétrées de minéraux contemporains est si complète que, si l’on n’était mis en garde par la couleur, on serait tenté souvent de confondre un fragment de béton et un échantillon d’une roche éruptive ou d’une lave altérée. Une telle identité dans les résultats autorise à les rattacher des deux parts aux mêmes influences. L’action hydrothermale aide aussi à comprendre la genèse du granité, dans laquelle ont été enjeu, nous l’avons vu, le fluor et le chlore. Elle fait voir enfin comment, sans subir les hautes températures que d’autres faits empêchent d’admettre, une masse rocheuse a pu se ramollir et souvent foisonner, comme le verre se gonfle dans le four. Quand on songe d’ailleurs à la très faible proportion d’eau mise en œuvre, on s’explique comment le métamorphisme s’est étendu uniformément sur de vastes espaces, puisque toutes les roches contiennent de l’eau de constitution ou au moins de l’eau d’imbibition capillaire. Un autre fait important, c’est que, dans la production de minéraux contemporains, la plupart des élémens préexistaient dans la brique ou les pierres : ils ont en quelque sorte saisi au passage ceux en petit nombre qu’apportait l’eau thermale, et le minéral s’est formé sur place. C’est ainsi qu’ont apparu, au sein des roches métamorphiques, la wernérite et le grenat dans les calcaires, la staurotide ou la mâcle dans les schistes, ou encore le feldspath, qui s’est développé en si grande abondance dans les grauwackes des Vosges, qu’on les pourrait prendre pour des porphyres, si elles ne contenaient de nombreux débris végétaux. De même que le verre abandonne du quartz sous l’influence de l’eau surchauffée, de même les quartzites et les phyllades ont exsudé le quartz qui les sillonne de veines cristallines, et qui se montre, là comme dans les filons, un témoin habituel des réactions par voie humide. C’est encore à la même cause qu’il faut souvent rattacher la production des sables cristallisés. Les porphyres feldspathiques des Vosges, par exemple, se sont épanchés dans les mers permiennes et ont passé en partie à l’état terreux en perdant leur silicate alcalin, dont la décomposition a donné le quartz cristallisé du grès des Vosges ou du grès bigarré. Mise ainsi en lumière par l’expérimentation, l’action hydrothermale, qui n’exige point une haute température, explique de la manière la plus heureuse la formation des silicates dans les roches éruptives et la plupart des phénomènes du métamorphisme.
Plus on constate, par les émanations volcaniques ou par les expériences précitées, le rôle immense de la vapeur d’eau dans les éruptions comme dans le métamorphisme, plus on est conduit à se demander si les eaux superficielles ne pénètrent pas à travers l’écorce terrestre pour alimenter cette dépense incessante. On ne pourrait penser cependant qu’elles cheminent simplement par les fissures béantes, car à peine, dans les profondeurs, la vapeur aurait-elle atteint une tension suffisante, qu’elle reviendrait au jour par les mêmes voies, sans s’ouvrir d’issues nouvelles, à moins que les fissures d’accès ne vinssent à se fermer à ce moment précis, ce qui ne saurait être le cas général. Mais n’était-il pas permis de croire qu’en imbibant les roches l’eau obéit aux lois de la capillarité dont M. Jamin a si bien montré l’influence considérable sur les conditions de l’équilibre qui s’établit par l’intermédiaire d’un corps poreux entre deux pressions opposées? Il restait toutefois à rechercher expérimentalement ce qui arriverait, si dans une partie du parcours capillaire la température s’élevait assez pour réduire le liquide en vapeur et le soustraire aux lois en vertu desquelles il s’était infiltré. A cet effet, M. Daubrée s’est servi d’une plaque de roche qui formait à la fois le fond d’un récipient rempli d’eau et le toit d’une chambre à vapeur. Quand l’appareil est porté à 160 degrés et que la chambre est close, il s’établit un appel capillaire à travers la roche, et une tension de vapeur se manifeste au manomètre. Elle égale deux atmosphères environ, mais elle devient tout à coup très considérable, si la plaque cesse d’être maintenue relativement froide par l’eau qui la recouvre. On peut reconnaître par le jeu de l’appareil que l’alimentation se continue malgré la contre-pression : loin de refouler le liquide, la vapeur en favorise plutôt le passage de la partie froide vers la région qu’elle échauffe. La situation des volcans actuels, alignés le long des rivages de l’Océan, l’abondance de la vapeur et du sel marin dans leurs émanations, obligent à admettre que l’infiltration des eaux de la mer est la cause déterminante des phénomènes volcaniques, et l’influence de la capillarité permet enfin de comprendre quel a dû être le mécanisme de cette infiltration. Une roche poreuse plus ou moins voisine de la mer a pu jouer le même rôle que la plaque de l’expérience : grâce à elle, la vapeur dans les cavités profondes aura acquis la tension nécessaire pour soulever des colonnes de lave et les forcer à s’ouvrir un passage dans les points faibles où l’écorce terrestre fendillée offre moins de résistance. Il se peut d’ailleurs que le siège de l’action volcanique, au moins dans sa dernière phase, ne soit qu’à une faible profondeur. Ce qui vient confirmer cette manière de voir, c’est que les volcans dont l’activité éphémère s’est éteinte, ceux de l’Eifel, ceux de l’Auvergne entre autres, étaient placés, comme ceux d’aujourd’hui, à côté de grands épanchemens de roches poreuses, telles que les trachytes et les basaltes. Le surgissement soudain du Jorullo s’est effectué encore dans les mêmes conditions, au pied de l’escarpement basaltique des plateaux du Mexique. On voit par là combien l’expérimentation méthodique peut jeter de jour sur les questions les plus controversées de la géologie, et cet exemple nous servira de transition naturelle entre l’étude des faits chimiques et l’examen des phénomènes mécaniques.
La mer qui bat ses rivages, le fleuve qui roule sur son lit, le glacier qui polit son fond, triturent et charrient des matériaux variés ; l’écorce terrestre se fendille, se rompt et se déforme comme le ferait une marqueterie par le jeu mutuel de ses pièces ; sous l’effort de pressions gigantesques, les roches se laminent et deviennent feuilletées, tandis que la chaleur dégagée par ces mêmes actions provoque les phénomènes du métamorphisme. Tous ces effets mécaniques des forces internes ont été l’objet d’études expérimentales qui en précisent les particularités.
Ainsi, en faisant rouler des cailloux anguleux avec de l’eau dans un cylindre dont on compte les tours, on constate que l’usure est d’abord rapide, surtout pour les feldspaths. Après 25 kilomètres de parcours, les fragmens de granité sont transformés en galets identiques à ceux de la nature et n’éprouvent plus d’usure sensible. Le produit principal de la trituration n’est pas du sable, mais du limon. Impalpable, plastique, fusible, s’il provient de roches feldspathiques, ce limon, qui a perdu de la potasse et fixé de l’eau, ressemble aux argiles schisteuses du terrain houiller et surtout à certains schistes de transition qui, d’après M. Bischof, ont en effet la composition du granité comme s’ils n’étaient que la boue des roches granitiques. Les calcaires ne donnent que du limon, mais avec les roches quartzeuses, il se sépare aussi un sable généralement très fin, pauvre en feldspath, anguleux même après un long parcours, — comme celui de l’Aar dans le Rhin après 300 kilomètres de charriage, — analogue à certains grès micacés ou quartzeux provenant de la trituration du granité, aux grès houillers d’Angleterre ou de Belgique, au grès des Karpathes, à la molasse des Alpes. Quant aux graviers, l’expérience ne réalise leur formation que par la compression et l’écrasement. Il lui faut en cela imiter les glaciers, qui broient les débris des hautes cimes et, par leurs torrens, répandent sur les vallées les sables grossiers, tandis que les élémens fins sont entraînés au loin vers les plaines. Cette ablation glaciaire joue d’ailleurs un rôle plus important qu’on ne le croirait d’abord: un seul glacier comme celui de l’Aar, dont le bassin ne dépasse pas 60 kilomètres carrés, fournit par jour 100 mètres cubes de sable au torrent qui les emporte. Quelle masse de matériaux doit s’accumuler, par la fusion des glaces polaires, sur le fond des océans et jusque sous l’équateur! Enfin des sables à grains arrondis peuvent se produire toutes les fois que les fragmens de la roche triturée sont assez gros pour s’user dans leurs frictions mutuelles et assez légers pour obéir au mouvement de l’eau. Il y a ainsi une limite, qui dépend d’ailleurs de la nature de la roche et de la vitesse du courant ou des vagues. C’est là ce qui explique, dans certaines formations de sables ou de grès, la parfaite uniformité des grains arrondis. Naturellement les élémens plus lourds, comme le grenat, l’étain, les pépites d’or ou de platine, subissent une plus grande usure[2], tandis que les cristaux très fins, les petits saphirs de Ceylan, par exemple, échappent au frottement. Chaque grain de sable porte ainsi le signalement de son origine et témoigne des conditions physiques de sa formation.
Depuis les recherches de Vauquelin, continuées par MM. Pelouze et Becquerel, on savait que les roches feldspathiques, en même temps qu’elles se triturent, éprouvent une décomposition chimique. Mais des expériences précises ont été faites, dans les ateliers de la manufacture des tabacs, avec le feldspath orthose qui, dans les environs de Limoges, sert à la fabrication de l’émail. 3 kilogrammes de ce caillou, malaxés avec 5 litres d’eau dans un cylindre de fer pendant cent quatre-vingt-douze heures, ce qui correspond à un trajet de 4160 kilomètres, ont abandonné 12gr,60 de potasse, soit 2gr,52 par litre. Avec de l’eau salée, il ne se manifeste que des traces de décomposition : la mer n’enlève donc pas d’alcali aux roches feldspathiques qu’elle désagrège. Avec de l’eau chargée d’acide carbonique, l’action est plus énergique, pourvu toutefois qu’on opère dans un vase de grès, car dans un cylindre de fonte, la formation d’un peu de fer carbonate suffit à arrêter la réaction. La potasse enlevée au feldspath n’était pas interposée dans son intérieur : elle provient d’une décomposition réelle, puisque, si la trituration est opérée à sec, la poussière obtenue ne cède aucun alcali à l’eau, même après un contact très prolongé. Dans les lavages de kaolin ou de feldspath, à la manufacture de Sèvres, à l’établissement de M. Gindre, à Itsassou, les eaux sont aussi alcalines. De même les rivières qui roulent des débris granitiques, la Sarthe, entre autres, d’après M. Guéranger, leur empruntent de la potasse. MM. Guignet et Teller ont constaté une réaction analogue dans la baie de Rio de Janeiro, par suite de la destruction exceptionnellement active des roches feldspathiques près de ses rivages. On reconnaît par cet ensemble de faits une nouvelle cause de dissémination de la potasse, tenue en réserve dans les silicates et arrivant dans la circulation végétale par la trituration et le lavage des roches sous les glaciers, les torrens et les fleuves. Peut-être trouvera-t-on là les élémens de quelque application industrielle ou agricole.
Les glaciers qui descendent des champs de névés ne se bornent pas à polir, à arrondir, à moutonner leur fond et leurs bords, en poussant leurs moraines : les cailloux qui sont emprisonnés sous leur masse y restent enchâssés, et, grâce à l’énorme pression qu’ils supportent, jouent le rôle de burins pour graver sur les parois les plus dures tantôt des stries fines, tantôt de profondes cannelures. Une disposition simple permet de reproduire les détails du phénomène. Une table de roche granitique est soumise à l’action de matériaux divers, pressés par un bloc de bois et mus avec une vitesse variable à volonté. On reconnaît ainsi que le sable ne trace aucune strie : il s’use trop vite et sert seulement d’émeri pour le polissage. Les cailloux durs s’émoussent également, tournent et s’arrondissent; après avoir dessiné des stries déliées, ils sculptent de larges sillons. Une roche résistante peut être rayée par des matériaux plus tendres, s’ils sont animés d’une vitesse suffisante; il y a donc une sorte de compensation entre la vitesse, la dureté et la pression. Si les cailloux, au lieu d’être saisis dans une masse rigide, sont seulement empâtés dans une argile boueuse, ils rentrent dans son épaisseur pour y rester noyés, et le striage est insignifiant. Non-seulement les roches polies et rayées se rencontrent dans le bassin des glaciers actuels, mais bien au delà de leurs limites elles sont largement répandues dans tous les massifs montagneux, et elles forment même des régions entières dans le nord de l’Europe et de l’Amérique. Longtemps on a voulu y voir les effets de courans boueux ou de causes aussi mal définies ; mieux interprétés aujourd’hui, à la lumière de l’expérimentation, ces témoins du passé racontent l’histoire des glaciers disparus.
Il est plus difficile de reproduire en petit, avec quelques conditions de similitude, les grands bouleversemens, ploiemens ou fractures, que l’écorce solide du globe a subis et qui se manifestent autant par les contournemens et les ressauts des couches profondes que par les accidens et les détails du relief apparent. Les imitations qu’on en peut tenter ne doivent jamais prétendre à autre chose qu’à éclairer, par des analogies plus ou moins prochaines, les causes de phénomènes mécaniques dont le calcul a été jusqu’ici impuissant à esquisser une théorie raisonnée. Hall, dans un exemple devenu classique, comprimait latéralement des feuillets d’argile ou des étoffes superposées ; il simulait grossièrement ainsi l’allure des assises tourmentées. M. Daubrée a rendu l’expérience méthodique. Un châssis de fer, muni de vis de pression, permet de refouler en divers sens, par l’intermédiaire de plaques de fer ou de bois, les couches très variées que l’on soumet à l’épreuve. zinc, tôle, plomb laminé, cire mélangée de plâtre ou de résine, matériaux rigides ou plastiques, alternance de couches différentes, tout a pu être étudié dans des conditions assez semblables à celles où se trouvent les sédimens. Uniformément comprimée sur toute sa surface, une couche pressée latéralement se bombe et s’infléchit en formant des plis de plus en plus nombreux à mesure que la poussée s’accroît. Si la compression verticale est inégalement répartie, si l’épaisseur ou la composition de la couche varient, la résistance plus ou moins grande à la déformation s’accuse avec une extrême sensibilité par une atténuation ou un renflement de plis. Enfin, si l’effort est suffisamment continué, le ploiement se renverse et un repli véritable se forme dans la couche. Ces résultats d’expérience semblent n’être que l’illustration des faits recueillis par l’observation. Il n’est pas nécessaire pour s’en convaincre de suivre sur le plan d’une mine de houille le tracé des ondulations et des renversemens des couches, non plus que d’étudier les profils dont les géologues ornent le bord de leurs cartes. Il suffit d’observer comment ces accidens se dessinent sur les tranchées des routes de l’Ardenne ou de la Bretagne, aussi bien que sur les abrupts des Pyrénées ou des Alpes. Toutes les diversités que comporte l’expérience se retrouvent dans la nature. L’inégalité entre les plis successifs d’un même faisceau de couches est notamment un fait souvent constaté. Ainsi, dans le bassin houiller des Flandres, les contournemens sont beaucoup plus accusés au midi qu’au nord. Le pays de Galles offre des traits aussi inégaux, et d’après MM. Rogers, le massif entier des Apalaches présente une dissymétrie non moins frappante. De même des couches juxtaposées se disjoignent en quelques points, laissant entre elles des cavités qui parfois, dans les gîtes de plomb du Derbyshire par exemple, s’enrichissent d’amas métallifères. De même encore une assise que la compression fait butter contre un plan incliné s’infléchit pour en suivre la surface, comme les grès tertiaires de Suisse se courbent et plongent sous les couches renversées qui constituent le flanc septentrional des Alpes.
Les effets des refoulemens et des écrasemens latéraux en géologie ont fait l’objet d’une autre série d’expériences, moins précises par leur méthode, mais plus pittoresques dans leurs résultats. Le savant éminent qui, dans l’étude des environs du Mont-Blanc et la restauration des anciens glaciers des Alpes, continue si dignement la grande tradition d’Horace-Bénédict de Saussure, M. Alphonse Favre, a présenté au congrès géologique international de 1878[3] les résultats de ses ingénieuses recherches. Sur une bande de caoutchouc, longue de 0m, 40 mais étirée à 0m,60, on étend de l’argile pâteuse que retiennent aux extrémités deux arrêts en bois fixés au caoutchouc. Quand on abandonne celui-ci à son élasticité, il revient à sa longueur primitive[4]; la pâte, qui ne cesse d’y adhérer en même temps que les arrêts la refoulent, le suit dans son retrait. Si l’on a eu soin de tracer au préalable des lignes horizontales sur les faces de l’argile, elles dessinent alors les plissemens de la masse, dont la surface libre imite les accidens de relief les plus ordinaires dans les chaînes de montagnes. Ploiemens et renversemens, crets et combes, voûtes déchirées à leur sommet, crevasses, chevauchemens et inflexions plongeantes, tout ici rappelle la nature avec une telle exactitude que les photographies qu’on en a pu faire semblent autant de vues prises dans quelque région classique, comme l’Oisans ou le Salève, le Jura ou la Suisse. A la vérité, on peut dire que les sédimens, même imbibés par les eaux, n’étaient pas en général, à l’époque de leurs bouleversemens, au même état de plasticité que la terre glaise. Mais n’est-ce pas là seulement une question de mesure dans l’énergie de la pression mise en jeu, et ne sait-on pas qu’avec une force suffisante M. Tresca, dans une expérience justement célèbre, a réalisé l’écoulement des corps solides? La fluidité des corps dépend en effet des conditions mécaniques auxquelles ils sont soumis, et les différences les plus tranchées dans les circonstances ordinaires peuvent s’effacer par la variation d’une seule de ces conditions. Si à une température fixe on exerce un effort puissant sur un solide en laissant à ses élémens toute liberté pour s’échapper par une voie déterminée, on favorise en réalité le mouvement relatif des molécules, on les aide à s’affranchir de leurs liens réciproques ; en un mot, on abaisse le point de fusion. Ainsi en comprimant, au-dessus d’un orifice circulaire, une pile de lames métalliques, M. Tresca a obtenu une veine solide dont les diverses coupes révèlent une structure en tout semblable à celle d’une veine liquide. Les mêmes lames refoulées contre un obstacle résistant s’écoulent aussi latéralement en formant une bavure évasée en demi-éventail. Plus la pression augmente, plus la fluidité s’accroît : à 200 atmosphères, par exemple, elle est complète pour le plomb. Non-seulement les métaux tenaces, les argiles molles, mais aussi les sables secs se conforment aux mêmes lois, et ces phénomènes, quelque peu inattendus, montrent comment les couches solides si variées de l’écorce terrestre ont pu s’onduler sans se rompre, se replier avant de se briser, refluer à travers des cassures étroites et affecter en grand dans la nature les apparences de masses pâteuses ou fluides. Ainsi, sans prétendre atteindre à une identité absolue dans les procédés, et sans oublier d’ailleurs que plus d’un accident naturel n’a pu encore être reproduit, on doit reconnaître que les expériences poursuivies séparément à Genève et à Paris par des méthodes fort différentes permettent tout au moins de rattacher les traits principaux de la configuration du sol à une conception mécanique des plus simples.
En même temps qu’elle se bosselle et se ride, l’écorce du globe se fêle et se fend : les fractures qui la divisent en compartimens déterminent en partie le modelé de sa surface. Souvent les deux bords de ces cassures jouent quelque peu, et les assises ne se correspondent plus d’un côté à l’autre. Une couche de houille, un filon de minerai, après leur rencontre avec une de ces fractures, semblent manquer, et c’est au-dessus ou au-dessous du niveau primitif qu’il en faut rechercher le prolongement. C’est ce manque qui, dans notre vieux français, a valu à la cassure le nom de faille. A côté apparaissent, dans les bancs des carrières ou dans les escarpemens rocheux, les joints, moindres en importance, mais extrêmement nombreux et coordonnés aussi par faisceaux en cassures rectilignes et parallèles. Ces faisceaux se croisent souvent presque à angle droit et donnent lieu alors à une division naturelle en prismes carrés. Tantôt on a voulu voir dans cette structure l’effet d’un retrait comme celui qui crevasse par assèchement les couches argileuses du gypse de Montmartre, ou qui transforme par refroidissement les coulées basaltiques en colonnades gigantesques ; tantôt on a cru l’expliquer par un clivage ou une cristallisation. Mais, malgré l’autorité qui s’attache aux travaux récens du professeur William King, il faut avouer que l’analogie ne saurait être que bien lointaine entre les forces qui groupent, sous une forme cristalline spéciale à chaque substance, des molécules de même espèce, et les actions de polarité, attribuées assez gratuitement au magnétisme terrestre, qui auraient opéré une division prismatique à travers les élémens les plus hétérogènes. Ici, comme précédemment, on est conduit bien plutôt à comparer ces ruptures à celles que subissent les matériaux incapables de résister aux pressions ou aux tensions auxquelles on les soumet. L’origine mécanique des failles et des joints est en outre indiquée par une foule de traits accessoires, par exemple par des indices de frottemens et de cisaillemens le long des parois rompues. Mais sur ce point, plus peut-être que sur tout autre, l’expérimentation s’est montrée ingénieuse et féconde.
Par suite des bossellemens et des contournemens qu’elle éprouve, l’écorce terrestre subit constamment, dans son épaisseur, des torsions et des tensions; il fallait donc rechercher d’abord quels sont les effets de rupture produits par la torsion. Une plaque de glace, mince, longue, étroite, est solidement encastrée par ses bouts dans une monture en bois ; un fort papier collé sur les faces empêche la projection des éclats et une manivelle permet de tordre l’une des extrémités. La rupture ne tarde pas à se produire, mais non pas au hasard. Les cassures, qui apparaissent en grand nombre, forment deux systèmes conjugués, également inclinés sur l’axe de torsion et à peu près rectangulaires entre eux. Elles s’opèrent suivant des surfaces gauches dont le plongement varie d’une extrémité à l’autre, et se groupent dans chaque système par faisceaux rayonnes, dont les affleuremens sur la plaque sont des droites divergentes, comme les branches d’un éventail à demi ouvert. Chaque rayon a son parallèle dans le faisceau voisin. Souvent une ou plusieurs fractures parallèles s’arrêtent lorsqu’elles recoupent leurs conjuguées et donnent ainsi de ces traits en échelons si fréquens dans la nature. Certaines cassures n’arrivent pas à la surface : elles restent intérieures et ne sont pas ouvertes. En outre, de fines fêlures, à peine visibles, constituent une sorte de clivage, et leur existence est révélée par la manière délicate dont elles affectent la transmission de la lumière ou la conductibilité de la chaleur.
Il se peut faire aussi que la simple pression donne naissance à des systèmes de fissures analogues. Que l’on comprime, par exemple, un prisme de mastic à mouler ou de cire mélangée de plâtre, il se brisera obliquement à la pression. La surface de rupture, inclinée à 45° environ, sera ondulée, et, par suite, le glissement relatif des deux parties donnera lieu à des étranglemens et des renflemens. Il n’est pas rare qu’il se forme une autre crevasse conjuguée, tandis que les faces du prisme se bombent par le reflux de la matière plastique et se couvrent.de gerçures rectilignes, parallèles et groupées en deux systèmes rectangulaires. Telle est encore la disposition des déchirures que provoque un ploiement quand la limite de la flexion sans rupture est dépassée.
Les déductions géologiques que l’on peut tirer de ces résultats se présentent d’elles-mêmes à l’esprit. Ce que nous avons dit des failles, des joints[5] et des filons suffirait à faire comprendre la ressemblance frappante qu’ils présentent avec les cassures obtenues dans la cire ou les glaces. Mais quelques exemples naturels feront mieux saisir la portée de ces rapprochemens. Pour les failles et les filons, dont les plans gauches ont une tendance si manifeste à être parallèles entre eux et obliques sur la verticale, leurs affleuremens peuvent se reconnaître sur le sol : reportés sur des cartes, telles que celle de la Côte-d’Or par M. Guillebot de Nerville, ou celle de la Haute-Marne par M. de Chancourtois, ils figurent, dans leur ensemble et même dans plusieurs de leurs particularités, un réseau semblable à celui des fissures artificielles. On en dirait autant des relevés faits dans les mines les mieux étudiées, en Saxe, en Cornouailles, au Derbyshire. Pour les joints, la similitude n’est pas moins visible. Les falaises du Tréport, entre autres, démantelées sans cesse par le flot qui nivelle à leur base une table de roche, découpées par deux systèmes de joints qui s’inclinent généralement sur l’horizon, présentent l’apparence des redans anguleux d’une fortification, tandis que les traces des plans de division dessinent au loin sur la grève les stries conjuguées des plaques de glace. Il est donc naturel d’y voir l’effet des torsions qui auront nécessairement accompagné dans la craie la formation des grands plisse mens que M. Hébert a signalés en Normandie, et que les sondages du tunnel sous-marin ont suivis sous la Manche. Dans la nature d’ailleurs aussi bien que dans les expériences, se montrent en rapports étroits de parallélisme et de direction des cassures d’ordre très différent, depuis les grandes failles jusqu’aux joints les plus déliés. Les divisions en quelque sorte virtuelles qui, dans les ardoisières de l’Ardenne ou de l’Anjou, se trahissent seulement dans l’exploitation comme surface de moindre résistance, ne sont-elles pas elles-mêmes figurées dans les plaques tordues par ces fêlures indistinctes dont l’action de la lumière décèle l’existence? Nombre de remarques s’imposent encore. Ainsi la tendance des failles, des joints ou des filons à se recouper sous des angles droits est bien connue ; mais on avait pensé que deux systèmes qui se croisent sont nécessairement d’âge très différent. L’expérience montre que fort souvent tout au moins ils se produisent comme les effets presque simultanés d’une seule cause. Contrairement aussi à ce qu’on a cru longtemps, elle indique que, dans les cassures en échelons, en baïonnette, dont les filons ou les failles offrent tant d’exemples, c’est la dernière venue qui se dévie à la rencontre de la fracture ancienne. Bien que la direction des frottemens et des stries parût souvent le contredire, on attribuait ordinairement à la pesanteur, dans une masse fracturée, les chutes relatives des pièces et les rejets nombreux des couches, tandis que les prismes qui en imitent les détails quand la pression les rompt, témoignent du rôle qu’ont joué ici les poussées latérales. C’est par un mouvement de ce genre qu’aux environs d’Auchy, en Artois, un épais lambeau de terrain dévonien a été remonté sur un plan incliné formé par les couches charbonneuses, de telle sorte que les puits atteignent la houille après avoir traversé des assises dont l’âge plus ancien semblait interdire tout espoir de succès.
Non-seulement les grandes chaînes, les Alleghanys par exemple, d’après MM. Rogers, ou les Alpes suivant M. Lory, doivent à un même effort, modifié par le jeu mutuel des masses qui lui obéissaient, les ploiemens, les fractures et les poussées qui les ont façonnées, mais la connexion des mêmes effets se montre non moins intime dans des régions aussi peu déformées que le Weald d’Angleterre étudié par M. Hopkins, ou notre pays de Bray décrit par M. de Lapparent. Comment pourrait-on supposer d’ailleurs qu’une enveloppe élastique comme l’écorce terrestre, subissant ces écrasemens latéraux dont les preuves sont partout manifestes, n’a pas éprouvé en même temps, par l’inégalité des efforts et l’hétérogénéité des élémens, un gauchissement véritable et des torsions réitérées? L’analyse l’indique et les travaux de Lamé en ont donné la théorie mathématique; l’observation le vérifie, témoin ces failles, dites à charnière, le long desquelles une des parois a subi un mouvement de bascule, en s’abaissant ici pour se relever plus loin au-dessus de sa position première. Lente aura pu être la flexion des roches peu à peu reployées, et brusque la rupture qui, en déchirant la voûte, amena les déplacemens mutuels des divers voussoirs polis et striés sur leurs faces de glissement. Et, pour le dire en passant, là comme pour les querelles entre neptuniens et plutonistes, qui ne voulaient voir à l’œuvre dans la nature que l’eau ou le feu, les causes qui semblaient s’exclure se montrent solidaires et connexes.
C’est au même concours des actions brusques et des causes lentes que le relief du sol doit son modelé. Sans doute l’effet le plus apparent est celui des agens météorologiques : la foudre, les gelées, les pluies s’attaquent aux sommets qu’elles démolissent ; les eaux transportent les matériaux vers l’océan et les épanchent sur la route selon leur grosseur, depuis les galets des hautes vallées jusqu’aux limons des plaines baisses; fleuves et rivières sont incessamment à l’œuvre pour approfondir leur lit ou en modifier le cours, ici pour ronger leurs rives, là pour remblayer d’épaisses terrasses de gravier. Les bassins de l’Adour et de la Haute-Garonne entre autres ne sont en quelque sorte que les talus de déjection des gaves qui ravinent les pentes des Pyrénées avant de s’étaler sur les plaines d’Aquitaine. On en dirait autant des campagnes du Piémont et de la Lombardie au pied des Alpes. Cependant presque toujours le fendillement du sol avait au préalable préparé en quelque sorte la maquette du modelé. Non-seulement les fractures des roches ont démantelé les cimes et produit les chaos, les mers de roches, comme à Gavarnie ou au Brocken; non-seulement les failles ont souvent fait surgir des falaises au-dessus de régions abaissées, telles que les Vosges et la Forêt-Noire encadrant l’Alsace; mais encore d’innombrables fissures, failles ou joints, ont déterminé les chemins que devaient suivre les eaux et esquissé avant toute érosion le réseau des vallées, même dans les régions dont les couches, à peine déformées, sont demeurées sensiblement horizontales. Qu’on applique un papier transparent sur une carte des environs de Dieppe ou de Briey, par exemple, on y pourra tracer par des droites les lignes de fil d’eau, les thalwegs, c’est-à-dire les traits fondamentaux du dessin des vallées. Considéré sur le figuré qu’il recouvre, ce diagramme en résume les caractères topographiques; envisagé seul, il reproduit avec une surprenante précision l’agencement des cassures par torsion qui nous sont familières. Ce sont les mêmes fissures rectilignes, parallèles, se groupant en systèmes conjugués, se recoupant en échelons, s’interrompant pour reparaître plus loin sur la même direction. Ce dernier trait surtout est à remarquer : si les vallées ne devaient pas leurs premiers linéamens à des fractures, et si les ruisseaux de leur fond les avaient seuls creusées, il serait aussi inexplicable que l’existence de vallons bien ouverts et pourtant privés d’eau, quoique à peine remblayés. On ne comprendrait pas davantage qu’un coude brusque ne fût pas toujours accompagné d’un cirque d’érosion : arrêtées dans leurs cours, les eaux auraient assurément affouillé l’obstacle qui les obligeait à se frayer une issue latérale. Il en a été ainsi, en effet, dans la vallée de l’Orne et partout où les érosions ont été assez puissantes pour modifier profondément la première ébauche du relief. Les méandres de la Charente, de la Marne, de la Seine et de tant d’autres rivières, ont précisément pour origine des cassures échelonnées dont les angles ont été adoucis par l’action séculaire des eaux. Loin de s’étonner des irrégularités que peuvent présenter les configurations naturelles, on est plutôt surpris de leur étroite similitude avec les fractures artificielles. Ainsi le massif espagnol du Mont-Perdu, sur la carte que vient d’en relever M. Schrader, ressemble à une immense plaque de couches crétacées ou nummulitiques, fissurée par un système réticulé d’entailles à pic profondes de 1,200 à 1,300 mètres. Et d’après une dernière communication faite par M. Daubrée à l’Académie des Sciences, la forêt de Fontainebleau laisse reconnaître les mêmes arrangemens dans les vallonnemens qui affectent ses sables ou dans les fractures qui ont brisé ses rochers. Il est enfin des vallées qui rappellent les cassures et les gerçures des prismes écrasés. Telles sont celles du Trient, de la Via-Mala, du Fiers en Savoie ou du Rhône à Bellegarde, les gorges du Rummel de Constantine ou les cañons du Colorado : elles ne portent aucune trace d’érosions et ne sont que des crevasses restées béantes. Ainsi le rôle important des fractures de divers ordres que la pression ou la torsion ont produites dans l’écorce terrestre se reconnaît malgré l’énergie partout attestée des dénudations qui, à l’époque quaternaire surtout, ont si profondément remanié le relief ancien du sol. Désormais toute étude topographique saura tenir compte de ces résultats; dans l’analyse d’un massif montagneux, à côté de l’intérêt qui s’attache à en coordonner les lignes défaite, on ne devra pas négliger la recherche des fractures intérieures qui, bien mieux que les hautes cimes, ont conservé leur caractère originel.
Loin de toute faille, des surfaces polies et striées se montrent dans l’intérieur de roches très variées, dans le lignite exploité à Bouxviller, dans le silicate de magnésie et de nickel de la Nouvelle-Calédonie. On les peut imiter dans leurs détails en soumettant à l’écrasement des matières de consistance convenable. Un pain de savon à la glycérine, par exemple, s’étale entre les plateaux de la presse hydraulique, et l’écoulement moléculaire est accompagné de frottemens et de polissages internes. Ces accidens de structure fréquens dans les roches semblent donc être l’effet d’une compression que le poids des sédimens entassés a pu suffire à exercer. Un autre éclaircissement en est donné par le tir des boulets sur les plaques de blindage. D’après les recherches déjà anciennes de MM. Piobert et Morin, le choc transforme la force vive en mouvement moléculaire, qui détermine dans le projectile l’apparition d’une série de couches concentriques glissant les unes sur les autres, à mesure que la pénétration s’effectue dans la plaque, tandis que celle-ci, par un reflux correspondant, en reçoit l’empreinte annulaire. C’est par un effet tout semblable que, sous l’action seule de leur poids, les neiges accumulées au sommet du Mont-Blanc y forment des calottes concentriques qui s’écoulent en glissant les unes sur les autres; on les distingue aisément de Chamounix, surtout quand aux derniers rayons du soleil les dômes neigeux revêtent pour un moment ces adorables teintes qui, fugitives et changeantes, passent si rapidement du rose vif au violet pâle.
Un autre phénomène a vivement piqué la curiosité. Les galets variés qui constituent des pou dingues d’âge très différent sont impressionnés ; ils offrent à leur surface de nombreuses concavités, comme s’ils s’étaient mutuellement pénétrés. Il en est ainsi dans mainte contrée, aussi bien pour les galets calcaires comme ceux du nagelfluhe de la Suisse que pour les cailloux quartzeux du terrain carbonifère de Russie. On a pensé qu’il ne fallait voir laque l’effet d’une pression réciproque fort énergique, accompagnée de ramollissement et d’usure. Pour consulter sur ce point l’expérience, deux poules de calcaire sont maintenues en contact dans une eau acidulée et sous une pression de 10 kilogrammes. Mais c’est alors l’effet inverse qui se manifeste : le calcaire est dissous, sauf au point que protège le contact. Au contraire, si l’on place dans un entonnoir quelques billes calcaires et que par un suintement très lent on y fasse arriver le dissolvant, celui-ci est concentré par la capillarité sur les seuls points de tangence, et les impressions se produisent comme dans la nature.
Chacun connaît pour l’avoir observée directement, ne fût-ce que sur les ardoises de nos toits, la texture schisteuse ou feuilletée. On l’appelle souvent clivage dans les couches stratifiées, et foliation dans les roches dont les minéraux en paillettes s’orientent dans le sens des feuillets ou se moulent sur des grains résistans. Plus fréquente dans les vieilles assises du globe, cette structure affecte des formations de tout âge, calcaires tertiaires dans les Alpes ou quartzites anciens dans les Ardennes, et les roches les plus différentes, gneiss, protogine, leptynite ou porphyre. La phonolite d’Auvergne, le trachyte du Velay ou les laves de Santorin peuvent souvent se débiter en dalles aussi bien que les micaschistes de Bretagne. Beaucoup de roches, lors même qu’elles ne sont pas schisteuses à l’œil nu, laissent discerner par l’analyse microscopique une texture fluidale très caractérisée, ainsi que l’a montré M. Michel Lévy. La schistosité d’ailleurs, comme la stratification, n’offre pas moins d’extension que de diversité : le gneiss à lui seul semble être le soubassement ordinaire de l’écorce terrestre et dans tous les massifs montagneux les roches feuilletées prennent un grand développement. Bien qu’on ait eu recours d’abord pour expliquer ces faits à des causes occultes, pour ainsi dire, telles que l’électricité, le magnétisme, la cristallisation, les dernières observations devaient faire soupçonner que l’origine en est exclusivement mécanique. La schistosité, en effet, indépendante de la direction des couches, mais en rapport avec les axes de redressement, apparaît dans les masses tourmentées pour leur imprimer un caractère commun. C’est ainsi que, sur les immenses plissemens qui rendent si pittoresques les environs du Bourg-d’Oisans, les argiles du lias ont pris l’aspect feuilleté des ardoises siluriennes de l’Anjou. On en trouve encore un indice dans la déformation des fossiles enfouis dans les couches devenues schisteuses : ils ont été visiblement amincis, étirés et souvent tronçonnés. L’expérience pouvait donc sur ce point devenir décisive.
M. Sorby d’abord, en comprimant de l’argile mélangée de paillettes d’oligiste, obtint une masse feuilletée, et M. Tyndall une véritable ardoise en laminant de la terre de pipe ou de la cire d’abeilles. M. Daubrée par d’autres procédés parvint à des résultats analogues. Mais ensuite, profitant des belles recherches de M. Tresca, il a pu récemment, avec le concours de cet habile expérimentateur, donner plus de netteté à l’imitation des faits naturels. Une matrice en fer, cylindrique ou prismatique, reçoit l’argile amenée à une consistance convenable ; un piston poussé par la presse hydraulique oblige la pâte à s’échapper en jet par un orifice de petite section percé à la partie supérieure. Qu’on fasse varier les dimensions ou la forme de la matrice et de l’ouverture, qu’on emploie l’argile tantôt pure, tantôt mélangée de grains de quartz, de paillettes de mica, de petites lames ou de tiges minces, toujours une schistosité véritable se manifeste. La pâte devient fibreuse et feuilletée, et tous les élémens mobiles s’orientent dans le sens du glissement. Du cristal, ramolli par la chaleur et soumis à un écoulement analogue, accuse, après le refroidissement, des stries que la réfraction fait discerner et qui témoignent d’une structure semblable. Plus d’une opération industrielle réalise aussi les conditions de l’expérience : l’étirement de l’argile peut rendre feuilletées les briques ou les tuiles, et, après le laminage, le fer et le plomb sont parfois schisteux. Quant aux fossiles, on en imite aisément les déformations en les enchâssant dans une masse de glaise ou de plomb dont la résistance est proportionnée à celle de leur têt. Des cônes allongés de craie, noyés dans une pâte molle qu’on étire ou qu’on écrase, s’alignent dans le sens du mouvement, s’amincissent et se brisent en fragmens qui s’écartent : telles sont les bélemnites tronçonnées si nombreuses dans les Alpes. On voit clairement par ces expériences que le feuilleté des roches comme la foliation des minéraux se produisent, quel que soit le sens de la pression, dans la direction où le glissement rencontre la moindre résistance. Comment s’étonner dès lors que la schistosité reste indépendante de la stratification, qu’elle affecte autant les roches cristallines que les couches sédimentaires, et qu’elle soit si répandue au milieu des tassemens qu’ont subis les pièces disjointes de l’écorce terrestre ? D’ailleurs, puisque des corps solides sous une pression suffisante se comportent comme des liquides visqueux, on ne saurait désormais arguer de la schistosité d’une roche en faveur de son origine sédimentaire. Le gneiss, notamment, se trouve par là définitivement rattaché au granité, auquel le relient tant de passages insensibles et dont il n’est guère qu’une modification mécanique.
Comme le métamorphisme, la schistosité est surtout fréquente dans les terrains anciens et les régions disloquées. Si les schistes et les gneiss se présentent souvent en feuillets verticaux, il faut y voir, non pas la preuve d’une stratification relevée, mais le résultat des écrasemens et des refoulemens latéraux qui ne laissaient à leur écoulement qu’une issue verticale. Telle est aussi, sur de plus vastes proportions, la structure des grands massifs comme le Mont-Blanc, le Pelvoux, la Maladelte. Les granités feuilletés qui en occupent le centre, foraient d’immenses couches redressées en murailles abruptes, dirigées suivant l’axe de la chaîne et renversées du centre vers les bords. Elles surplombent même les strates sédimentaires, si bien qu’on en a pu comparer la disposition à l’épanouissement des épis d’une gerbe fortement serrée vers sa base. Plus d’un géologue a tenté d’expliquer la structure en éventail des protogines du Mont-Blanc, depuis Saussure, qui le premier les a décrites, jusqu’à M. Lory, qui les regarde comme les débris d’une voûte refermée sur elle-même, dont le sommet aurait disparu et dont les pieds-droits seraient seuls restés en place. Les expériences de MM. Tresca et Daubrée permettent une interprétation plus simple. Granités ou protogines, écrasés sous le poids de l’écorce rompue et ne pouvant trouver aucun vide au-dessous d’elle, ont dû, pour se frayer un passage entre les bords de la crevasse, se laminer d’abord pour s’épanouir au-delà, comme le plomb ou l’argile s’étalent en bavures divergentes au pourtour des pièces qui les compriment. Au centre, où le glissement s’est prolongé davantage, l’effet est naturellement plus prononcé que sur les bords, qui ont échappé les premiers; et cette analogie avec les faits de l’expérience est encore justifiée par la schistosité qu’ont acquise au voisinage les roches et même les sédimens en participant plus ou moins au laminage. Les massifs montagneux portent ainsi dans leur structure intérieure un témoignage irrécusable des écrasemens et des glissemens qui les ont fait surgir ; et ce n’est pas sans raison que M. Daubrée les compare à ces appareils enregistreurs de nos laboratoires sur lesquels les phénomènes viennent se graver eux-mêmes.
Les eaux thermales, en circulant pendant plusieurs siècles à travers les ruines des maçonneries romaines, nous ont offert, pour la genèse des minéraux et des roches, une sorte d’expérience faite spontanément par la nature. Les glaciers, à leur tour, dans leur mouvement incessant, reproduisent sous nos yeux la plupart des faits que révèlent la torsion, l’écoulement et le laminage des corps solides. Les fissures si nombreuses qui, sur chaque côté, s’alignent en deux systèmes obliques entre eux et sur la rive, sont dues d’après M. Tyndall à l’inégale vitesse des diverses parties du glacier, c’est-à-dire encore à des torsions comme celles que nous avons mises en jeu. Les bandes bleues et la structure veinée naissent, au dire de Forbes, du laminage provoqué dans la masse par le retard que le frottement fait éprouver aux couches du fond et des bords. Souvent enfin, près de l’extrémité frontale, à la Mer de glace par exemple, toute entaille semble ouverte dans un gneiss gris et schisteux, dont les lamelles de mica noir se rangent en ondulations parallèles. C’est qu’en effet les poussières de granité quartzeux et d’esquilles schisteuses, qui en amont tombent sur le glacier et le salissent, sont entraînées peu à peu dans son intérieur par la fusion et s’orientent ensuite pendant les laminages successifs, comme les minéraux en paillettes dans la protogine ou les roches feuilletées. Ainsi un massif tel que le Mont-Blanc offre sous deux aspects bien différens les curieux effets de schistosité et de foliation produits par l’écoulement des corps solides, et l’on peut dire qu’il présente à la fois le phénomène à l’état mort dans ses protogines et à l’état vivant dans ses glaciers.
Une dernière remarque. Le métamorphisme, nous l’avons vu, se poursuit indifféremment à travers les formations anciennes ou modernes, et a pour cause réchauffement des couches toujours plus ou moins imbibées d’eau. Comme il ne se manifeste que dans les régions bouleversées, il était naturel de rechercher si réchauffement lui-même ne pouvait pas être attribué à l’effort mécanique se traduisant partie en travail, partie en chaleur. Les expériences faites à ce sujet ont montré combien l’argile, surtout quand elle est maigre, élève sa température en frottant sur elle-même, soit entre les cylindres d’un laminoir, soit dans un tonneau malaxeur. En deux heures, le thermomètre a parfois accusé une élévation de 8 à 20 degrés. Quel échauffement considérable ont dû amener dès lors dans les roches solides les mouvemens intérieurs inséparables des ploiemens et des étiremens que leur imposaient d’énormes pressions! Souvent d’ailleurs le métamorphisme n’a pas exigé une température élevée : elle ne dépassait pas 50 degrés dans les briques romaines qui, à Plombières, se remplissaient de zéolithes. On s’explique donc aisément que la houille devienne maigre ou se change en anthracite dans le fond des bassins épais de la Belgique ou du Creuset, ou dans les couches les plus contournées des Apalaches. En même temps que les roches métamorphiques, par les modifications de leur constitution intime et par l’apparition de certains minéraux, attestent l’action de l’eau surchauffée, l’allure de leurs assises, la déformation de leurs rares fossiles et les traces de frottemens intérieurs, indiquent donc l’origine mécanique de la chaleur développée; puis là encore l’expérience vient à son tour éclaircir par des analogies concluantes l’ensemble de ces phénomènes thermodynamiques.
Un grand nombre de faits sont par là ramenés à une même cause mécanique. C’était le vœu qu’énonçait Huyghens, dans son Traité de la lumière : Omnium efjectuum naturalium causœ concipiuntur per rationes mechanicas, nisi velimus omnem spem abjicere aliquid in physicis intelligendi. Et quant à ces raisons mécaniques, est-il besoin d’y revenir après ce qui en a été si bien dit ici même? La terre, parcelle détachée de la nébuleuse solaire à l’une des phases de son évolution, se refroidit, comme un boulet rouge, plus vite au centre qu’à la surface. Dès lors la pellicule qui la recouvre, pour ne point abandonner le noyau sur lequel elle repose, doit se rider peu à peu, comme le fait la peau d’une pomme à mesure que la pulpe se contracte en perdant son humidité. Puis, quand le bossellement graduel est insuffisant pour en diminuer l’ampleur, un écrasement brusque forme un repli et fait surgir une chaîne montagneuse avec tous les accidens subordonnés qu’engendrent la torsion et le refoulement. N’était-il pas possible à l’expérience d’apporter ici encore son témoignage ? Tout le monde connaît ces petits ballons en caoutchouc vulcanisé que les magasins de nouveautés distribuent aux acheteurs afin de transformer leurs plus jeunes cliens en porteurs de réclames. Si la pression du gaz intérieur diminue, la mince enveloppe cesse d’être distendue, et son défaut d’homogénéité s’accuse par les inégalités de sa surface. Mais si au préalable on a appliqué sur quelques parties de l’enveloppe un enduit adhérent, par exemple de la couleur dissoute dans la benzine, cette pellicule, qui ne peut obéir à l’élasticité, doit racheter par un bombement ses dimensions devenues trop grandes. Si deux proéminences de ce genre se croisent sur ce globe en miniature, la saillie est plus sensible à leur point de rencontre ; en outre chacune est couverte de rides normales à son contour, et par conséquent parallèles au moins quand elles sont voisines. N’y a-t-il pas dans ces ressemblances avec des traits orographiques bien connus l’indice de quelque analogie dans les causes, et l’expérience n’aide-t-elle pas à mieux saisir les ressorts cachés de l’ingénieux mécanisme dont les mouvemens se développent si lentement dans l’immensité des âges que l’homme est impuissant à en supputer les périodes? Mais, allant plus loin encore sur les pas du même guide et portant dans le domaine de l’astronomie les données de la géologie, ne pourrons-nous pas à l’aide d’une méthode pareille interpréter les résultats de l’analyse spectrale et acquérir de précieuses notions sur la genèse des astres?
Dans son perpétuel voyage, la terre traverse des nuées d’astéroïdes qui circulent avec elle dans les espaces planétaires. Elle rencontre aussi sur sa route des fragmens de matière cosmique venus des profondeurs de l’univers et que l’attraction fait tomber à sa surface. Ces épaves détachées d’astres lointains, étrangers même peut-être à notre système solaire, ont été longtemps méconnues. En l794 seulement, Chladni démontra la véritable origine des pierres tombées du ciel et fit comprendre toute l’importance qu’on leur doit accorder. Les météorites sont en effet de précieux témoins qui nous révèlent la constitution des corps célestes et qui par comparaison éclairent d’un jour nouveau l’histoire de la terre. Aussi s’applique-t-on maintenant à les recueillir avec un soin extrême, et grâce à M. Daubrée chacun peut étudier dans les galeries du Muséum d’histoire naturelle une série des plus remarquables par la beauté des échantillons et des plus complètes par la variété des types. Les circonstances qui accompagnent la chute des météorites changent peu dans leurs traits principaux. Le bolide, sorte de projectile lumineux, se meut avec une vitesse comparable à celle des astres, de 20 à 30 kilomètres à la seconde. Sa trajectoire, en général peu inclinée à l’horizon, mais d’une orientation très variable, demeure souvent brillante comme si le météore abandonnait derrière lui une poussière de feu, et elle peut être suivie parfois sur un long parcours, par exemple de Santander jusqu’aux environs de Montauban pour la météorite d’Orgueil. Lancé ainsi à travers l’atmosphère, le bolide comprime violemment l’air devant lui, s’échauffe jusqu’à l’incandescence et finalement se brise en éclats avec une formidable détonation dont le retentissement se fait entendre à plus de 100 kilomètres. Les débris alors tombent sur le sol, animés non plus de la vitesse planétaire qui les emportait, mais de l’accélération que la pesanteur leur imprime, et avec ce sifflement que les Chinois comparent au bruissement d’ailes des oies sauvages. Ils se répandent sur une aire d’une étendue variable, tantôt peu nombreux, tantôt très multipliés : on en comptait trois mille à Laigle sur un ovale de 12 kilomètres de long. Enfin leur poids, ordinairement peu considérable, atteint par exception 2, 3 ou 7 milliers de kilogrammes pour les fers météoriques du Brésil, et descend à quelques centigrammes pour les esquilles pierreuses semées sur la neige dans la chute de Hessle près d’Upsal.
L’arrivée des météorites ne paraît jusqu’ici soumise à aucune loi de récurrence, mais des échantillons identiques proviennent quelquefois de chutes singulièrement concordantes, témoin celles de Erxleben (15 avril 1812) et de Pillitsfer (15 avril 1863). Peut-être en outre sont-elles un peu plus abondantes le jour que la nuit. Elles n’affectent spécialement aucune zone terrestre, bien qu’elles soient nombreuses au Mexique, au Chili, aux États-Unis, et plus rares en Suisse que dans la France méridionale ou l’Inde anglaise. En étendant aux deux hémisphères les chiffres propres à l’Europe et en faisant la part de ce qui échappe à l’observation, on évalue à six ou sept cents le nombre annuel dus chutes sur la surface du globe. Facilement oxydables et promptes à se désagréger, les météorites venues pendant les âges géologiques n’ont jamais été retrouvées dans les sédimens qui, déposés jadis sur le fond des mers, sont aujourd’hui les assises de nos continens. Toutes celles que l’on connaît peuvent être classées en quatre divisions suivant que le fer, toujours joint au nickel, au chrome, à quelques sulfures, en constitue la masse entière, ou forme seulement une sorte d’éponge métallique contenant des parties pierreuses, ou se réduit même à des grains disséminés et des poussières cachées dans une gangue de silicates à texture globulaire, ou enfin apparaît à peine dans une pâte hydratée mélangée de matières charbonneuses et volatiles. Mais les météorites sont encore plus curieuses par leur aspect physique que par leur composition chimique. Leur forme fragmentaire est des mieux accusées, et les morceaux anguleux, à peine émoussés sur les arêtes, peuvent même quelquefois se raccorder entre eux. Ceux par exemple qui proviennent de la chute du Teilleul (Manche) et que renferment les collections du Muséum ou de l’école des mines, reconstituent par leur rapprochement un prisme droit à base pentagonale. Les portions de la surface primitive se reconnaissent à leur croûte vernissée : il semble que la couche superficielle ait subi une fusion rapide et ruisselé en quelque sorte sous forme de rides ou de bourrelets. La cassure, mieux encore que les parois, révèle la structure intime, qui tantôt offre l’aspect d’une masse concassée et ressoudée, tantôt présente d’innombrables globules enchâssés dans une pâte plus ou moins résistante. Mais le caractère le plus net est la multitude d’impressions que porte la surface ; semblables à celles que laisse sur l’argile molle le doigt du potier, ces cupules rappellent par leur arrangement irrégulier et leurs formes arrondies l’empreinte des premières gouttes d’une pluie d’orage sur la vase à demi durcie des grèves. La structure globulaire, comme les surfaces de frottement, paraît due aux efforts mécaniques subis par les météorites dans les espaces planétaires, tandis que les cupules se sont produites, comme l’éclatement, dans notre atmosphère. L’expérience jette une lumière inattendue sur ces deux ordres de phénomènes.
Plusieurs roches dans la nature possèdent la structure globulaire. Tels sont ces minerais de fer ou ces calcaires qui doivent à une précipitation concrétionnée au sein des eaux agitées l’apparence d’un amas d’œufs de poisson; tels aussi certains silicates dus à la consolidation de masses d’abord chaudes et fondues, ou encore les grenailles de galène qui parsèment les grès bigarrés de la Prusse rhénane. En suivant les indications que fournit ainsi l’observation, on peut faire naître la structure globulaire. Que l’on soumette à la fusion, avec du charbon qui le divisera par sa seule présence, le silicate le plus analogue à la matière pierreuse des météorites, le péridot, et l’on obtiendra des grains cristallisés, sphéroïdaux ou légèrement déformés, mélangés d’un peu de fer métallique, reproduisant à s’y méprendre l’aspect de la pierre d’Ornans. Du reste, toute matière qui tend à s’agglomérer dans un milieu résistant, solide, liquide ou gazeux, prend la forme globulaire. C’est ainsi que le laitier des hauts fourneaux se granule sous l’action de l’eau, ou le plomb de chasse en traversant l’air. En manifestant les effets de la même loi mécanique, les météorites en démontrent la généralité : l’attraction universelle a non-seulement assigné aux corps célestes leur forme et leurs orbites, mais elle a en outre présidé dans les espaces stellaires à la constitution intime des fragmens qu’elle entraîne jusqu’à notre globe.
La structure polyédrique et les impressions superficielles se rattachent par leur origine aux réactions de l’atmosphère sur la météorite. Celle-ci, en effet, grâce à sa vitesse, heurte avec une prodigieuse puissance les couches d’air qu’elle échauffe et comprime. Les conditions mécaniques sont donc les mêmes que si, le solide étant en repos, on développait subitement contre sa paroi une haute température et une énorme tension. Seule, une vive chaleur, celle d’une flamme oxhydrique par exemple, bien qu’elle fasse sauter quelques esquilles, ne reproduit pas l’aspect des météorites; mais chacun connaît l’énergie brisante des gaz dégagés par la combustion de la dynamite. M. Daubrée a posé des pétards de 5 à 6 kilogrammes à la surface de pièces d’acier placées au fond d’un puits à parois d’argile. Après l’explosion, toujours les prismes d’acier ont été brisés en fragmens polyédriques, dont les plans de rupture s’orientaient normalement à la surface d’action. On n’est pas surpris de la violence des effets quand on songe que, dans cette explosion, dont la durée n’atteint peut-être pas un cinquante millième de seconde, la tension des gaz dépasse sans doute 30,000 atmosphères. Mais l’expérience peut imiter aussi les cupules si ordinaires sur les météorites de tous les types, sur les fers de Hrashina ou de Braunau, comme sur les pierres de Knyahinya, de Stannern ou d’Orgueil. Quand on tire à poudre, il arrive souvent qu’à la bouche du canon tombent des grains de poudre, incomplètement comburés, éteints par la brusque détente de la pression. Leur surface couverte d’alvéoles témoigne de la tension gazeuse qu’ils ont supportée, et leur aspect les pourrait faire confondre avec les petites pierres si abondantes à la chute de Pultusk. Il en est de même quand la poudre dans le vide brûde sans déflagrer. Le zinc ou l’acier soumis à une pression analogue dans un appareil très résistant, présentent aussi, après l’inflammation de la poudre, des excavations capricieuses. Enfin les gaz chauds qui s’échappent par les fissures d’une obturation incomplète, par un robinet d’éprouvette, par la lumière d’un canon, ou par la tête mobile d’une culasse, corrodent les parois, creusent des sillons contournés et entraînent au dehors le bronze pulvérisé. Ces exemples divers expliquent comment les cupules, sortes de contre-empreintes des balles de gaz violemment développées, se manifestent en alignemens ou par groupes quand on fait éclater une pièce d’acier sous l’action de la dynamite. Elles naissent sans doute instantanément à la surface qu’elles chagrinent, et précèdent la déchirure du métal. En même temps les parois argileuses du puits où se fait l’explosion sont affouillées et comme mamelonnées en creux par le mouvement gyratoire des gaz. Enfin les fragmens présentent sur leurs bords élargis des écrasemens, des arrachemens et des bavures, comme s’ils avaient été laminés sous les étreintes d’un corps solide. Qu’on ne croie pas d’ailleurs que les particules sableuses contenues dans la dynamite jouent ici quelque rôle : la nitroglycérine ou le fulmicoton produisent des effets identiques. Sous d’énormes pressions, nous avions déjà vu les solides s’écouler à la manière des fluides : dans les expériences non moins surprenantes de M. Daubrée, des gaz, travaillant à l’air libre, mais sous une tension extrême, labourent presque instantanément les matériaux les plus résistans, comme le feraient à peine de puissans outils de fer ou d’acier.
L’analogie de ces résultats de l’expérimentation avec ce que nous apprend l’examen des météorites amène donc à concevoir un solide craquelé par la pression de l’air qu’il refoule en vertu de sa vitesse et dont il est incapable de soutenir l’effort. Séparés par une première détonation, les fragmens peuvent subir encore plusieurs ruptures successives, mais leur répartition ordonnée suivant leur poids sur le champ allongé de leur dispersion est un indice de leur commune origine. A en juger d’ailleurs par la température que nécessite la combustion du fer, la réaction de l’air comprimé n’est guère inférieure à la tension gazeuse dans les expériences précitées.
Nous n’avons envisagé jusqu’ici que les caractères extérieurs des météorites; mais au-delà de la mince pellicule que l’incandescence a fondue, la constitution minérale est restée ce qu’elle était dans les espaces cosmiques, et elle nous montre, au milieu d’élémens qui nous sont familiers, quelques associations spéciales. Les conditions de leur formation peuvent d’ailleurs être éclairées par des expériences synthétiques qui reproduisent les météorites, soit de toutes pièces, soit en partant des roches terrestres les plus analogues. On peut en effet incorporer au fer doux par la fusion quelque peu de silice et de nickel, ou oxyder partiellement le siliciure de fer associé à la magnésie, opération délicate assez analogue aux réactions qui accompagnent l’affinage de la fonte. D’autre part, les roches serpentineuses et la Iherzolite des Pyrénées, qui sont surtout un mélange de silicates magnésiens, fondues avec un excès de silice ou en présence d’un agent de réduction, imitent les résultats de la fusion des météorites, aussi bien pour la forme anguleuse ou la structure globulaire des grenailles métalliques que pour la composition de la gangue silicatée.
Comparée à l’observation des phénomènes terrestres, cette expérimentation offre des résultats d’une extrême importance par les enseignemens qu’ils nous apportent sur la constitution interne du globe. Le péridot, par exemple, cet élément si constant dans les météorites de tous les types, manque absolument dans les terrains stratifiés et dans les roches granitiques. Il se rencontre au contraire habituellement dans les basaltes et les laves qui proviennent des parties profondes de la terre et que l’activité interne pousse à travers le revêtement de granité, de gneiss et de sédimens. Resté longtemps inaperçu, le péridot est aujourd’hui signalé un peu partout, dans maint produit d’éruption, dans la roche d’Elfdalen (Suède), dans les dolérites de Montarville (Canada), dans la Iherzolite des Pyrénées, du Tyrol ou de la Nouvelle-Zélande, et s’il n’est pas encore plus abondant, c’est qu’assurément en parcourant sur plusieurs kilomètres d’épaisseur les roches plus acides de la croûte du globe, il leur a emprunté de la silice pour arriver au jour sous forme de pyroxène ou d’amphibole. Les roches serpentineuses elles-mêmes reproduisent par la fusion un péridot, et semblent ainsi dériver de la Iherzolite par une hydratation qui rappelle la conversion du feldspath en kaolin. A une certaine profondeur au-dessous de la surface de l’écorce terrestre, aussi bien que dans les météorites dont elles ont la forte densité, les roches péridotiques jouent donc un rôle prépondérant, et ce double fait est en harmonie avec la présence du magnésium que l’analyse spectrale nous décèle dans le soleil et dans un grand nombre d’étoiles. Il était permis de croire d’ailleurs que l’analogie ne s’arrêtait pas à ce premier terme. Aux masses serpentineuses ou péridotiques doivent succéder, dans la profondeur, d’abord des roches dans lesquelles le métal commence à s’isoler, puis un noyau de fer nickelé, par une progression parallèle à celle qui des météorites pierreuses conduit jusqu’aux fers presque purs. Cette conception était autorisée en outre par la forte densité moyenne de la terre, comparée à celle des élémens de la surface, par l’ensemble des phénomènes du magnétisme terrestre que la théorie d’Ampère paraît impuissante à expliquer, et aussi par divers indices géologiques. Ainsi le platine, qui en raison de son poids spécifique a dû se concentrer dans les régions les plus profondes, est associé parfois au fer natif et allié au fer chromé, surtout dans les gisemens de l’Oural, de Bornéo ou de la Nouvelle-Zélande. D’autre part, les galets de serpentine qui l’accompagnent dans les terrains de transport de Nischne Taguilsk, et même certaines roches péridotiques qui en contiennent de petits cristaux mêlés aux grains de fer chromé, prouvent que sa gangue habituelle le rapproche aussi étroitement des météorites. Comme les débris de matière cosmique, l’intérieur de notre globe témoigne donc d’une scorification incomplète; mais ces rapprochemens inattendus avaient besoin d’un contrôle décisif. Il fallait retrouver, dans la série continue de nos roches éruptives, le terme le plus basique, le plus éloigné du granité, le fer natif lui-même.
En 1870, à Ovifak, sur le rivage de l’île de Disco à peine détachée de la cote du Groenland, l’infatigable explorateur des régions polaires, M. Nordenskjöld, trouva éparses au milieu de blocs granitiques quinze masses de fer, dont l’une atteignait le poids énorme de 20,000 kilogrammes. A quelques mètres pointait une roche basaltique, contenant aussi des grains ou des lentilles de fer natif, et dont quelques fragmens adhéraient comme une croûte aux blocs voisins. La présence du nickel et du cobalt fit d’abord attribuer à ces masses une origine météorique. Toutefois, comme M. de Chancourtois le fit observer avec une remarquable sagacité, il était vraiment bien peu probable que ces météorites d’un poids presque sans exemple fussent allées tomber précisément sur le filon de la roche qui aurait dû être logiquement la gangue du fer natif, si, au lieu de descendre des espaces célestes, celui-ci provenait des régions internes du globe. M. Daubrée, qui, par ses expériences synthétiques sur les laves d’Islande, avait été amené dès 1866 à prévoir en quelque sorte l’apparition du fer natif dans ces régions, a mis hors de doute l’origine terrestre des masses d’Ovifak. Comme les météorites charbonneuses, elles renferment, outre le carbone libre ou combiné, de l’oxyde magnétique, ce qui les relie d’ailleurs aux dolérites et aux roches voisines. Il ne serait pas impossible que les roches basaltiques qui leur ont fait cortège eussent subi une réduction partielle sous l’influence des houilles et des lignites si abondantes aux environs. Au surplus, dans l’intérieur du globe sont de puissans réservoirs de calcium et de carbone auxquels s’alimentent les émanations volcaniques. Les expériences synthétiques semblent établir que les fers d’Ovifak, comme les météorites charbonneuses, ont été soumis à des actions tour à tour ou simultanément oxydantes et réductrices, telles que les peuvent exercer la vapeur d’eau ou l’oxyde de carbone. On sait en effet, par les recherches de MM. Stammer et Grüner, que l’oxyde de carbone, à une température inférieure à 400 degrés, réduit en partie l’oxyde de fer en donnant un carbure et du carbone libre. Pour les autres météorites, au contraire, la réduction est probablement due à une atmosphère hydrogénée, telle que l’analyse spectrale en découvre autour du soleil et de beaucoup d’autres étoiles.
En résumé, on le voit, l’étude des roches péridotiques et des fers d’Ovifak justifie la comparaison établie entre les fragmens cosmiques et le globe terrestre. Des deux parts, on reconnaît le produit d’un affinage assez analogue à celui que réalise la préparation de l’acier par le procédé Bessemer. Silicium, magnésium, nickel et fer, ont brûlé dans l’ordre de leur plus facile oxydation : d’abord se sont formés les silicates de magnésie qui, en recouvrant les globules de fer nickelé, les ont protégés contre la combustion ultérieure; de même notre terre s’est revêtue d’une croûte silicatée qui empêche l’oxydation d’atteindre la masse interne. Mais on ne saurait oublier une différence fondamentale ; notre globe est comme enveloppé de terrains stratifiés, sans cesse en formation sous les eaux et lentement accumulés les uns sur les autres pendant d’incalculables périodes. Ces assises multiples, qui rappellent malgré leur discontinuité les couches d’accroissement d’un arbre gigantesque, reposent sur un soubassement de granité et de gneiss, c’est-à-dire de ces roches dont la genèse mystérieuse révèle l’intervention de l’eau, de la chaleur et de la pression. Au-delà, dans la profondeur, dorment les roches que la voie sèche a formées, que les éruptions et les volcans amènent parfois au jour et qui manifestent alors l’étroite analogie de la terre et des météorites. Celles-ci en effet n’ont jamais offert rien qui ressemblât aux roches sédimentaires ou granitiques. Peut-être viennent-elles de l’intérieur de globes pareils au nôtre et couverts aussi d’une mince écorce; peut-être leurs astres originaires ont-ils subi une évolution plus simple et, privés d’océan, n’avaient-ils ni strates ni granités. Quoi qu’il en soit, venues de tous les points de l’univers, elles en confirment la remarquable unité, attestée déjà par l’analyse spectrale. Les météorites ne nous apportent aucun nouvel élément, et, parmi les vingt-deux corps simples qu’elles contiennent, ceux qui jouent le principal rôle, le fer, le silicium, l’oxygène et le magnésium sont aussi les plus répandus sur notre terre. Sauf quelques espèces particulières, la plupart de leurs minéraux sont, pour leur nature et leurs associations, ceux mêmes qui abondent dans nos roches, et surtout le péridot, que son ubiquité peut faire regarder comme la scorie universelle. Enfin les débris errans qui s’échangent entre les astres lointains gardent dans leur constitution intime la preuve des hautes températures qu’ils ont subies; et leur témoignage, en éclairant l’histoire passée de notre planète, confirme une fois de plus la belle conception de Laplace sur l’origine des mondes et la parenté des diverses parties de l’univers.
Ainsi, grâce à des travaux poursuivis pendant près de quarante années avec la plus ingénieuse originalité dans le choix de procédés toujours rigoureux, l’expérimentation synthétique a pu être abordée par la dernière venue de nos sciences, par la géologie, que la nature de ses études semblait condamner à ne jamais sortir de l’observation passive. Qui aurait cru que, pour reconstruire l’histoire du globe par l’interprétation des caractères à demi effacés que le temps a gravés sur sa surface, le géologue pût recourir à des instrumens de laboratoire, comme le physiologiste ou le physicien, et qu’il parviendrait à reproduire quelques-uns des phénomènes dont l’immensité ou la lenteur déroutent l’imagination? Mais n’est-ce pas la même force qui fait osciller le plus délicat de nos pendules et qui, aux confins de l’univers, retient les astres sur leurs orbites? La nature, suivant l’expression de Leibniz, n’est qu’un art plus en grand. On a donc pu, en suivant en petit ses procédés, surprendre quelques-uns de ses secrets : le rôle minéralisateur du fluor et la puissance variée de l’action hydrothermale; les curieux effets de torsion, de compression ou de laminage qui soulèvent les monts en chassant les océans, ou fracturent le sol en ébauchant les vallées; les faits de capillarité ou de thermodynamique qui expliquent l’éruption des volcans ou le métamorphisme des roches; la surprenante énergie d’érosion que peuvent acquérir les gaz, l’importance du silicium et du magnésium qui fournissent en s’oxydant la scorie universelle; enfin le phénomène d’affinage qui s’accuse dans les débris cosmiques comme dans les produits de l’activité interne, et qui permet de concevoir comment les astres brûlent ou s’éteignent dans l’obscurité glacée de l’espace. En marchant ainsi, comme le voulait Bacon, sous le fer et le feu de l’expérience, la géologie a réalisé un progrès manifeste qui est à la fois la justification de la méthode expérimentale et le gage assuré de nouvelles conquêtes.
A.DELAIRE.
- ↑ Voir la Revue du 15 juillet 1879.
- ↑ Par des expériences directes, M. Daubrée a étudié la répartition des paillettes d’or dans le Rhin. Il a constaté qu’elles ne se trouvent jamais dans les sables fins, mais à l’aval des rives corrodées par le courant, et au milieu de cailloux ou de gros graviers.
- ↑ Organisé sur le désir exprimé par un comité international de géologues réunis à Philadelphie en 1876, le premier congrès géologique avait surtout pour objet de préparer, pour la nomenclature des terrains et le figuré des cartes, une entente rendue chaque jour plus nécessaire par les progrès de la science en tous pays. Une courte session ne pouvait que poser les questions et en provoquer l’étude en vue d’un deuxième congrès. Celui-ci se tiendra en 1881, à Bologne, sous le haut protectorat de S. M. le roi d’Italie, qui porte un si vif intérêt au mouvement scientifique. Il a pour président d’honneur M. Sella, l’éminent minéralogiste, et pour organisateur le savant professeur de Bologne, M. Capellini, qui avait été l’un des promoteurs de ces réunions. Déjà de nombreuses et importantes adhésions sont arrivées d’Amérique, d’Allemagne et d’Angleterre. Tout fait espérer que la deuxième session rassemblera les représentans les plus autorisés de la science de la terre et qu’elle sera féconde en résultats pratiques.
- ↑ Beaucoup de montagnes ont subi une compression analogue. Par exemple, la coupe que M. Alphonse Favre a donnée des montagnes situées entre la Pointe-Percée et les environs de Bonneville montre que les couches plissées et contournées entre Dessy et le col du Grand-Bornand couvrent une longueur qui n’est que les deux tiers de celle qu’elles occupaient avant la compression
- ↑ M. Daubrée propose pour les divisions nommées joints (et qui seraient plus justement appelées disjoints) l’expression de diaclases; les failles seraient alors des paraclases, mot qui rappelle le déplacement, et les deux genres de cassures se grouperaient sous le terme général de lithoclases.