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Cours élémentaire de géologie stratigraphique

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575 pages

ACTIONS CHIMIQUES EXERCÉES PAR LES EAUX

Dégradation des roches par l’action de l’eau et de l’air. — Pouvoir chimique de l’eau de pluie chargée d’acide carbonique ; phénomènes du dépôt et incrustations. — Altération des roches calcaires, gréseuses et schisteuses ; désagrégation des roches granitiques, arènes ; kaolin.

Dégradation des roches par l’action de l’eau et de l’air. — Quelles que soient la dureté et la solidité d’une roche, il arrivera à la longue que les altérations d’humidité, de sécheresse et de froid, occasionnées par les actions successives de la pluie, du soleil ou de la gelée, parviendront à en altérer la surface, à en désagréger les parties constituantes, à la décomposer, il la réduire en poussière.

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Charles Vélain
Cours élémentaire de géologie stratigraphique
INTRODUCTION
La Géologie est une science qui, ayant pour objet immédiat l’étude de la structure de l’écorce terrestre, est appelée, à la suite de dédu ctions raisonnées, à résoudre un des problèmes les plus intéressants,l’histoire de la terre.grands traits de cette histoire Les sont en effet écrits en lignes puissantes dans l’architecture des continents, en caractères non moins expressifs dans chaque accident de la con figuration du terrain, dans le moindre détail de la plus commune des roches. Un examen attentif de la structure du sol, constitué par des matériaux d’origine et de dates diverses, l’amène ainsi à présenter un tableau complet des phénomènes physiques et organiques, qui se sont succédé depuis l’origine, pour l’amener à l’état sous lequel nous la voyons aujourd’hui. Sa surface a conservé la trace de toutes ces actions. Or ce que cette surface offre à nos yeux aujourd’hu i n’est que la phase récente de cette histoire ; c’est l’expression dernière de toutes les causes qui ont agi sur les diverses parties, mais ce n’en est pas l’expression finale, car nous voyons encore autour de nous ces mêmes causes agissantes et nous pouvons les analyser en déterminant leurs effets. Le monde qui nous entoure est loin, en effet, d’off rir dans ses formes extérieures la stabilité absolue qu’on est, en général, porté à lu i attribuer. Rien n’est inerte dans la nature, tout se meut autour de nous, même dans les milieux qui semblent les plus inactifs ; partout des forces mécaniques, physiques et chimiques sont à l’œuvre pour introduire, dans les conditions de l’écorce terrestre, des modifications incessantes. Telles sont, en premier lieu, les masses fluides ex térieures à notre globe qui, soulevées et agitées par la chaleur du soleil, exercent contre les parties superficielles une œuvre quotidienne de destruction. C’est d’abordl’atmosphèresans cesse en qui, mouvement, nous donne, ici-bas, l’exemple d’une activité qui, ne sommeille jamais, et peut devenir, dans certaines conditions que nous aurons à définir, un puissant agent de modification de la surface terrestre : soit par deseffets d’érosionnotables, sur les parties solides du globe quand, violemment agitée, sa puiss ance mécanique s’augmente des particules qu’elle transporte ; soit, et surtout, p ar seseffets de transport, quand par exemple elle relève, dans les déserts, ou sur les p lages basses du littoral maritime, les sables, sous la forme de ces collines mouvantes, lesdunes,dont la marche progressive est si redoutée. Ensuite vient l’eau qui, sous ses différentes forme s, peut être considérée comme le plus puissant de ces agents physiques qui s’appliqu ent journellement à introduire des modifications profondes dans le relief des continents. Son action est double : elle détruit pour reconstruire ; ce qu’elle enlève en un point, elle va le déposer dans un autre. A l’état d’océan, elle lance à tout instant ses vagues à l’assaut des falaises qui la bordent, pour en arracher des fragments, dont les plus grossiers, réduits à l’état de sables et de galets, retombent près du rivage en formant desdépôts côtiers,tandis que les parties plus fines, lesvases,au large, vont se déposer dans les gran ds fonds où les eaux ne entraînées sont plus agitées. En même temps, les éléments que la mer avait pu dissoudre sont fixés au fond par les organismes. De leur côté, les eaux courantes ne restent pas ina ctives. Elles attaquent sans cesse toute la masse de la terre ferme, pour venir accumuler, dans les parties basses de leur lit, ces fragments de plus en plus triturés, ou les cond uire jusqu’au grand réservoir de l’Océan. C’est également comme un puissant instrument de tra nsport que nous aurons à considérer l’eau quand, à l’état solide, sous la fo rme desglaciers, nous la verrons
charriant des blocs énormes, que nulle eau courante ne pourrait entraîner, et apporter, jusque dans le domaine des fleuves, tous les matériaux détachés des hautes cimes, que les agents atmosphériques accumulent à sa surface, en longues traînées morainiques. C’est de la sorte que les hautes cimes s’abaissent, que les vallées se creusent et que les dépressions sont comblées. L’atmosphère et l’eau ag issent concurremment dans ce travail incessant, qui est tout à la fois une œuvre de destruction et d’édification tendant, en dernier lieu, à niveler le sol. Le caractère commun de tous ces agents physiques, p lacés sous la dépendance immédiate de la chaleur solaire, est ainsi de s’employer à donner à l’écorce terrestre un profil extérieur adouci destiné à la rendre de moins en moins accessible à la destruction. Par suite, ces forces naturelles à une échéance, plus ou moins lointaine, mais inévitable, parviendraient au repos, si quelque cause n’intervenait périodiquement pour troubler les états d’équilibre acquis. Cette cause existe, et réside dans les profondeurs du globe. En plus du lent, incessant et patient travail des eaux, il existe, en effet, u ne série toute différente de phénomènes qui frappent plus vivement l’attention et dont les effets produits ont un caractère de violence intermittente : c’est la chaleur propre du globe qui entre en scène. Qui n’a lu l’émouvant récit de quelque terrible éruption volca nique ? or les volcans, avec leurs explosions et leurs coulées de lave, viennent nous apprendre que l’écorce terrestre n’est qu’une enveloppe relativement mince, entourant une masse fluide, portée à une très haute température et qui, de temps à autre, parvient à s’épancher au dehors. D’autres fois, sous l’influence de la contraction progressive de ce noyau fluide, soumis à un refroidissement incessant, l’écorce solide est obligée, pour rester constamment appliquée sur son support qui diminue de volume, de racheter son excès d’ampleur, par des plissements ; dans ce cas, elle s’ébranle, s’él ève en certains points, tandis qu’elle s’abaisse dans d’autres, en subissant des dislocati ons notables. A ces mouvements orogéniquesse rapporter la formation des chaînes de montagnes ; et de même les doit oscillations lentes du sol, qui se traduisent sur c ertaines de nos côtes par des phénomènes d’exhaussement ou d’affaissement, n’ont pas d’autre origine. Ainsi donc, rien sur la terre n’est immuable et fixe ; notre globe, depuis qu’il existe, est soumis à d’incessantes modifications, s’effectuant, pour la plupart, avec une extrême lenteur sous l’influence de lois qui n’ont jamais v arié, et sa forme actuelle n’est que la résultante d’une longue suite de transformations dont chacune a laissé, à sa surface, une empreinte plus ou moins reconnaissable. Toute l’histoire géologique du globe, la formation de son écorce et de son relief si accidenté, réside dans le jeu alternatif ou simultané de ces deux catégories d’agents, les unsextérieurs,sous la dépendance immédiate de la chaleur solaire, s’attaquant, placés sans cesse, aux surfaces émergées pour les dégrader et entraîner les matériaux désagrégés au fond des mers, les autresintérieurs,leur source dans prenant l’énergie calorifiquepropre du globe, et se traduisant par deux ordres de faits : l’arrivée au jour, par des fractures, des masses fluides internes, puis un ridement progressif de l’écorce, qui successivement a contribué, d’âge en âge, à accentuer son relief. Or, pour bien apprécier le mécanisme de la longue s érie de transformations, accomplies par ces grandes forces de la nature, pou r amener notre terre à son état actuel, il nous suffira de diriger tout d’abord notre attention vers les changements dont sa surface est le siège et dont nous sommes chaque jou r témoin. En d’autres termes, l’examen desphénomènes actuelsdevient l’introduction indispensable pour l’intelligence des faits du passé. Partant de ces données, qui correspondent à des faits connus, il nous sera facile, en
effet, de venir chercher, dans l’écorce, les traces de la série si variée des événements qui ont concouru à sa formation et d’acquérir par suite, sans effort, des notions exactes sur les traits essentiels qui caractérisent les principales époques géologiques.
PREMIÈRE PARTIE
PHÉNOMÈNES ACTUELS
I
AGENTS EXTÉRIEURS
CHAPITRE PREMIER
ACTIONS CHIMIQUES EXERCÉES PAR LES EAUX
Dégradation des roches par l’action de l’eau et de l’air. — Pouvoir chimique de l’eau de pluie chargée d’acide carbonique ; phénomènes du dépôt et incrustations. — Altération des roches calcaires, gréseuses et schisteuses ; désagrégation des roches granitiques, arènes ; kaolin.
Dégradation des roches par l’action de l’eau et de l’air.Quelles que soient la — dureté et la solidité d’une roche, il arrivera à la longue que les altérations d’humidité, de sécheresse et de froid, occasionnées par les actions successives de la pluie, du soleil ou de la gelée, parviendront à en altérer la surface, à en désagréger les parties constituantes, à la décomposer, il la réduire en poussière. Tout le monde connaît le lent travail de la pluie qui goutte à goutte creuse la pierre. On sait aussi combien sont grands les changements de coloration que prennent les roches dans toutes les surfaces exposées depuis longtemps à l’air, changements qui sont toujours l’indice d’une décomposition partielle, ou d’une altération chimique, et le plus souvent liés à une diminution notable de cohésion. Pouvoir chimique de l’eau de pluie. — L’eau pluviale est par excellence l’agent de ces transformations ; l’action de l’air, en effet, est surtout indirecte et n’intervient que pour fournir l’acide carbonique et l’oxygène nécessaires à toutes ces transformations. La pluie, comme on sait, ne ramasse pas simplement les impuretés de l’air, en le lavant pour ainsi dire, pour le rendre plus sain, en traversant l’atm osphère elle absorbe un peu d’air et se charge de ses éléments, en particulierd’oxygène etd’acide carbonique.litre Un d’eau météoriquecontient 25 centimètres cubes de gaz dissous, et dans cette quantité il y a 31 p. 100 d’oxygène et de 2 à 3 p. 100 d’acide carboni que. Armée de cet acide, l’eau de pluie est prête à attaquer les roches, à les ronger , notamment celles calcaires qu’elle peut dissoudre en partie. On a la preuve de toutes ces actions dans ces dégradations qu’éprouvent les vieux édifices, dégradations qui sont plus ou moins grandes suivant la nature des pierres dont ils sont construits. La pie rre à bâtir des environs de Paris (calcaire grossier) se désagrège ainsi facilement sous l’action de la pluie, elle se creuse de trous et de sillons ; les sculptures qui surmont ent les fenêtres et les portes, sont parfois à ce point rongées, que tous les ornements deviennent méconnaissables ; c’est la marque des vieux monuments. Cet effet se remarque a ussi sur les calcaires durs, plus compacts que le calcaire grossier, sur les marbres, par exemple. Les statues qui décorent nos jardins publics, les colonnades des an ciens portiques, perdent ainsi leur poli et portent des traces d’usure plus ou moins profondes, suivant leur ancienneté. Dans ce cas, l’eau exerce une action chimique notable. O n sait, en effet, qu’une eau chargée d’acide carbonique peut dissoudre facilement le carbonate de chaux en le faisant passer à l’état de bicarbonate qui se trouve alors entraîne. De plus cette mêmeeau météorique,avec l’oxygène dissous, oxyde les roches qu’elle traverse, et détermine en particulier à leur surfac e unerubéfactionqui caractéristique, résulte de la suroxydation des éléments ferrugineux qu’elles contiennent ; c’est de la sorte que se produisent également, sur les cassures planes des calcaires, ou des grès
fins, ces arborisations noires d’oxyde de manganèse et de fer, élégamment ramifiées, bien connues sous le nom dedendrites. Mais ces effets sont surtout bien accusés, quand le s eaux météoriques, profitant des joints, des mille fissures dont nous savons la terre étoilée, s’infiltre dans le sol. Dans cette circulation souterraine elles se chargent, par dissolution, de substances diverses, qu’elles entraînent et viennent ensuite abandonner sous form e de dépôts ou d’incrustations, quand elles débouchent à l’air libre. Dans ces conditions, en effet, l’acide carbonique en excès s’évaporant, elles perdent leur pouvoir disso lvant. Ainsi se produisent, au point d’émergence des sources et des suintements, ces dépôts, si fréquents, de fer hydroxydé, qui, après s’être traduits par des pellicules irisé es nageant à la surface de l’eau, se précipitent sous la forme ocreuse, et surtout aussi lesincrustations calcaires,la dont production est plus lente, le dépôt du carbonate de chaux ne s’effectuant qu’après le départ complet de l’acide carbonique qui avait servi à le dissoudre. Altération des roches calcaires. — Alors que le rôle chimique de l’eau pure est à peu près négligeable (50 000 parties d’eau chimique ment pure étant nécessaires pour dissoudre une partie de carbonate de chaux), il suffit de 1000 parties, soit cinquante fois moins, d’eau météorique, toujours chargée d’acide c arbonique, pour produire le même résultat. On conçoit dès lors aisément que cette fo rce, sans cesse à l’œuvre, puisse exercer, avec le temps, une action notable sur les roches calcaires. C’est à cette action dissolvante qu’il faut attribuer ces singuliers rav inements que présente la surface de certains plateaux calcaires qui se montrent creusés de rigoles sinueuses, dessinant un relief aux formes les plus curieuses et les plus ac cidentées, et qu’on désigne sous les noms bien significatifs derasclesla France méridionale, de dans lapiez dans la Suisse française. Leslimons rouges,recouvrent les affleurements des grands massif s qui calcaires, pénétrant dans leurs cavités, et remplis sant les fentes élargies en forme de poches par corrosion, doivent être considérés comme un des derniers résultats de cette dissolution du calcaire par les eaux météoriques. Il est, en effet, peu de roches calcaires qui ne contiennent de l’argile ; on peut en faire l’essai en traitant par un acide les marbres blancs ou la craie, qui laissent, après l’attaque, un résidu argileux rougeâtre. Phénomènes de dépôts et incrustations. — Les eaux d’infiltration chargées de calcaire, en venant sortir lentement à l’air libre, l’abandonnent par évaporation en donnant. naissance à des dépôts légers, caverneux, se formant de préférence autour des algues et des mousses qui garnissent ces suintement s ; ainsi se produisent lestufs, tantôt terreux, tantôt compacts, qui emprisonnent, avec des herbes, les coquilles des mollusques terrestres.
Fig. 1. — Grotte à stalactites.
Toutes les fois que cette évaporation s’effectue le ntement sur les parois de cavités souterraines creusées dans les massifs calcaires, e lle a pour effet de consolider ces parois en les recouvrant d’un enduit concrétionné d e carbonate de chaux formé de couches concentriques qui donnent lieu à ces penden tifs bien connus sous le nom de stalactites. L’eau qui tombe ensuite goutte à goutt e sur le sol y produit unplancher stalagmitique, d’où s’élèvent desstalagmitesà se réunir, par suite destinées d’accroissements successifs, avec les stalactites de la voûte en donnant, naissance à de véritables colonnes tapissées d’innombrables petits cristaux miroitants de calcite. Sur le parcours des fentes qui traversent ces murs et le plafond de ces cavités, se dressent des draperies reproduisant les sinuosités de ces fissures en donnant un grand charme à la visite des grottes calcaires (fig. 1). L’activité de l’accroissement de ces revêtements est nécessairement en fonction directe de l’abondance d es pluies et de la puissance des infiltrations qui en résultent. Aussi nous verrons plus tard que la formation de la plupart des grottes à stalactites célèbres date d’une époqu e où ces précipitations atmosphériques étaient beaucoup plus abondantes qu’aujourd’hui.
Fig. 2. — Escarpements ruinifornes dans les grès des Vosges.
Altération des roches gréseuses.— Lorsque le ciment des grès est calcaire, l’action