• Introduction
• Explication
• Principe général
• Les différents types de métamorphisme
  • Le métamorphisme de contact.
  • Le métamorphisme régional, général et la foliation métamorphique.
  • Structure du métamorphisme
• Résultats du métamorphisme régional sur les roches
  • Les gîtes métallifères
    • L’oxyde de fer
    • L’hématite rouge
    • La magnétite
    • La pyrite
    • La sidérite
    • Les silicates à base de fer
  • Les éléments carbonés
  • Les roches stratifiées
    • Les roches siliceuses
      • Les grès cristallins
      • Les schistes siliceux
      • Le quartzite
    • Les roches argileuses
      • L’argile
      • Le schiste
  • Métamorphisme au contact de deux roches différentes
  • Intensité du métamorphisme.
  • Associations des roches métamorphiques
  • L'action de l'eau.
  • Conclusion

Introduction

Nous pouvons constater que l’ensemble du massif de Rocroi possède une structure feuilletée.  Cette structure, très différente des faciès calcaires modelés par les joints de stratification et les diaclases, résulte d'une action postérieure à leur formation.

Il faut se rendre à l’évidence : il y a une différence entre la structure feuilletée et la stratification, tout comme il y a une différence entre le vrai et le faux clivage, les feuillets étant le plus ordinairement obliques à la stratification, ce qui a été observé dans les ardoises des Ardennes.

Un autre fait très remarquable : la constance surprenante avec laquelle les feuillets se poursuivent sur de grandes étendues, et même au milieu des contournements les plus prononcés des couches auxquelles ils appartiennent.

Explication

La Terre est une planète géologiquement active. Très peu de terrains sont restés intacts depuis leur formation. Ils subissent l'influence des phénomènes géologiques ultérieurs à leur mise en place. Lors de ce remodelage les roches vont être déformées, enfouies, transformées. C'est le métamorphisme.

Il a lieu en profondeur, dans les entrailles de la Terre. N'importe quelle roche peut être métamorphisée. Ce peut être une roche sédimentaire, magmatique ou même une roche métamorphique déjà existante. Selon la nature de la roche de départ on distingue :

• le para-métamorphisme : c'est une roche sédimentaire qui est métamorphisée
• l'ortho-métamorphisme : c'est une roche magmatique qui est métamorphisée
• le poly-métamorphisme : c'est une roche métamorphique qui est métamorphisée

Principe général

Plus on s'enfonce sous terre, plus la température ambiante augmente. En moyenne l'augmentation est de 3°C tous les 100 mètres, c'est le gradient géothermique moyen. De même la pression augmente avec la profondeur. Si à la surface une température de 1000°C suffit à la fusion de la plupart des roches, en profondeur, cette valeur sera bien plus importante. En effet la pression va s'opposer à la fusion.
Quand une roche s'enfonce, elle subit d'abord les phénomènes de la diagenèse puis au fur et à mesure que la température et la pression augmentent, des réarrangements ioniques viennent perturber la structure de certains minéraux. Il y a alors métamorphisme.

Le métamorphisme correspond à l'intervalle existant entre la diagenèse des sédiments (faible température et faible pression) et la fusion des roches.
Ainsi le métamorphisme ne concerne que des roches solides. Malgré les transformations minéralogiques et structurales que subissent les roches, celles-ci restent, grâce aux fortes pressions qu’elles subissent, toujours à l'état solide.

Dans le Massif de Rocroi, deux grands types de métamorphisme vont produire les roches métamorphiques : le métamorphisme de contact et le métamorphisme régional.

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Les différents types de métamorphisme

Dans la région qui nous occupe, nous pouvons distinguer 2 types de métamorphismes :

• Le métamorphisme de contact : Les roches sont métamorphisées au contact d'un granite intrusif (ou discordant). C'est principalement la température qui intervient ici, il y a peu de déformations liées à la pression. L'intrusion du magma, en poussant les terrains déjà en place, peut toutefois induire une schistosité. Il n'y a souvent qu'un réarrangement minéralogique sans échange avec d'autres corps que la roche originelle (métamorphisme isochimique).
  C'est la chaleur du magma qui est responsable de la transformation des roches qui l'entourent.
• Le métamorphisme régional : il correspond à des zones métamorphisées de plus de 10 km. On peut y observer une succession de terrains de plus en plus métamorphisés de même qu'une schistosité de plus en plus poussée. La principale cause de ce type de métamorphisme est d'origine tectonique. C'est pourquoi les minéraux de ces roches métamorphiques sont souvent aplatis et orientés le long des plans de foliation.

Le métamorphisme de contact.

Le métamorphisme de contact est celui qui se produit lorsque du magma encore très chaud est injecté dans une séquence de roches froides, il y a transfert de chaleur entre les roches et cuisson de la roche encaissante aux bordures.

Les minéraux de cette roche sont transformés par la chaleur et on obtient une roche métamorphique. Ainsi, dans le Massif de Rocroi, de nombreuses injections de magma ont créé les filons de microgranite et de diabase que nous pouvons observer à divers endroits.  Les phyllades et les quartzites ont été transformés, tout autour de la masse intrusive, sur quelques millimètres voire un centimètre en une roche noire, dure compacte, finement grenue et cassante qu'on nomme une cornéenne. Elle présente une zonalité à partir de la source chaude et des apports gazeux. On appelle cette bordure transformée, une auréole métamorphique.

Quelquefois cette modification des roches encaissantes est réduite à une lisière très mince, de quelques millimètres, et les changements produits sur cette faible épaisseur sont même peu prononcés.  En effet, à de nombreux endroits, j’ai pu observer que le sill de diabase ou le microgranite n'a pas toujours modifié la phyllade, alors même qu'il a été assez fluide pour y être injecté en filons.  Non seulement l'étendue de la zone modifiée varie suivant la nature de la roche éruptive, mais, pour une même roche, et dans une même roche, une même contrée, cette étendue présente de sensibles différences.  Tout cela semble, évidemment, être consécutif aux différents degrés  d’échanges énergétiques qui se sont opérés entre les roches au moment de l’injection du magma.

Quant à la nature des modifications subies par les roches encaissantes, elles sont tellement variées, qu'il est difficile de les résumer.

Quelquefois il ne s'est fait qu'un nouvel arrangement moléculaire.

Le plus souvent, il s'est développé de nouvelles combinaisons cristallines, soit avec les éléments qui préexistaient dans la roche, soit avec le concours d'éléments nouveaux qui y ont été introduits, soit enfin par l'élimination de quelques-uns de ceux qui s'y trouvaient.

Parmi les minéraux qui se sont le plus fréquemment formés dans les schistes argileux, on peut citer la mâcle ou chiastolite, la staurotide, le disthène, le mica qui est souvent en paillettes très petites et appartient à deux espèces, les feldspaths orthose et anorthose, l'amphibole, qui est quelquefois assez abondant pour constituer un schiste amphibolique, mais aussi le grenat, l'idocrase, l'amphibole, la wollastonite, l'épidote, la paranthine, le dipyre, la couzéranite, le mica magnésien, la gehlénite, le chondrodite, le spinelle, la serpentine, le talc, la chlorite, la terre verte, les zéolithes, certaines argiles, etc. Ces divers minéraux n'appartiennent d'ailleurs pas exclusivement à cette seule espèce de roches mais se rencontrent non seulement dans des calcaires, mais aussi dans les roches argileuses, les grès, etc.

Le métamorphisme régional, général et la foliation métamorphique.

Le métamorphisme régional est celui qui affecte de grandes régions. Il est à la fois contrôlé par des augmentations importantes de pression et de température. C'est le métamorphisme des racines de chaînes de montagnes. Le métamorphisme régional produit trois grandes transformations: une déformation souvent très poussée de la roche, le développement de minéraux dits métamorphiques et le développement de la foliation métamorphique. Dans ce dernier cas, les cristaux ou les particules d'une roche ignée ou sédimentaire seront aplatis, étirés par la pression sous des températures élevées et viendront s'aligner dans des plans de foliations; c'est la foliation métamorphique caractéristique de ce type de métamorphisme.

Je n’en ai jamais observé personnellement mais je sais de source tout à fait fiable que des micro-grenats ont été découverts au voisinage du filon de diabase affleurant dans les phyllades et les quartzites de l’ancienne carrière de la Grande Commune à Monthermé.  De même, dans cette même carrière, j’ai pu récolter des cristaux de quartz aplatis et chloriteux.  Ce sont deux indices assez valables pour attester le développement de nouvelles combinaisons cristallines. 

Je n'entends parler ici, je le répète, que du Massif de Rocroi, massifs schisteux et quartzique dont l'origine métamorphique est clairement démontrée.

Des massifs considérables de roches sédimentaires, occupant des pays entiers, montrent souvent un métamorphisme prononcé, alors même qu'il est impossible de découvrir, au milieu de ces terrains, le moindre affleurement de roches éruptives

Ce fait est facile à constater dans les contrées où la modification n'est pas très intense, telles que les Ardennes et le Massif de Rocroi. Dans les terrains siluriens et dévoniens de cette région les roches argileuses sont en partie devenues schisteuses et phylladeuses, et, sur de grandes étendues, la chlorite, la magnétite… se sont développées entre leurs feuillets en innombrables cristaux microscopiques et macroscopiques.  Le feldspath s'y est glissé aussi quelquefois; de plus, une multitude de veines de quartz se sont isolées dans leur intérieur, et ces veines renferment souvent elles-mêmes les minéraux qui viennent d'être cités; ainsi que de nombreux sulfures de fer, de plomb et de zinc, pour ne citer qu’eux.  Enfin les grès se sont changés en quartzite. Aussi chacun admet-il qu'ils doivent leur nature actuelle à une transformation subie depuis leur dépôt.

Ainsi, dans les puissants massifs des Ardennes, on trouve le schiste chloritique avec veines de quartz et souvent de chlorite. Il est associé à une série d'autres roches schisteuses cristallines de nature variée, qui alternent entre elles d'une manière irrégulière, notamment les schistes verts, les schistes noirs, et les schistes violets, le schiste amphibolique et même certaines diorites schisteuses.  

La conclusion que certains terrains cristallins, et fort développés, tels que ceux des Ardennes, sont métamorphiques, s'appuie sur plusieurs preuves, qui sont, du reste, à peu près du même ordre que celles qui démontrent le métamorphisme opéré dans le voisinage des roches éruptives :

• Une analogie de composition unissant certains groupes de roches cristallines aux roches sédimentaires est encore frappante, malgré les modifications que les premières paraissent avoir subies.
• Une même contrée présente des passages, incontestablement graduels, des roches cristallines aux roches stratifiées fossilifères. Ces transitions insensibles empêchent d'établir une démarcation entre les roches des deux catégories.
• On sait que la cristallisation qui s'est opérée à proximité des roches éruptives n'a pas toujours effacé la trace des fossiles : il en subsiste encore des vestiges bien distincts au milieu de roches parsemées de silicates cristallins. Il suffit de revoir la promenade dans la botte du Hainaut où, à la faveur de travaux routiers importants, j’ai pu trouver un petit trilobite (Nileus beaumonti).

Il résulte de tout ce qui précède qu'il serait difficile d'établir une distinction nette entre le métamorphisme de contact et le métamorphisme régional, en se fondant seulement sur les caractères minéralogiques : les deux phénomènes diffèrent surtout par leur étendue. C'est principalement dans les étages inférieurs de la série des terrains stratifiés que les effets du métamorphisme régional sont remarquables.

Structure du métamorphisme

Beaucoup de massifs de roche se laissent diviser plus ou moins nettement en feuillets parallèles Souvent le joint ne se montre pas plus dans la roche que le clivage ne s'aperçoit dans les cristaux avant qu'on l'ait fait naître par le choc.  Il est en quelque sorte latent, ainsi qu'on le reconnaît dans les carrières d'ardoises. Ces feuillets ne sont pas un clivage de cristallisation.  Ils ne sont pas dus non plus à la stratification. Le plan des feuillets est fréquemment oblique à celui des couches. Cependant il y a des contrées où la disposition transversale est exceptionnelle, et où les feuillets sont en général parallèles à la stratification.

Cette structure feuilletée est surtout développée dans les schistes argileux ou phyllades; mais elle n'en est pas l'apanage exclusif et se poursuit dans des roches de nature différente, telles que dans les roches quartzites, les grès, les calcaires, surtout lorsque ceux-ci sont impurs. Diverses circonstances montrent que les roches feuilletées ont été soumises à des actions mécaniques, principalement à des pressions énergiques qui y ont produit des effets indélébiles. La plupart des fossiles que renfermaient ces roches ont été refoulés et étirés d'une manière très caractéristique. C'est aux glissements qui sont résultés de ces pressions que la structure feuilletée paraît devoir son origine.  Certaines particularités de structure, moins prononcées que la schistosité ou le clivage, proviennent sans doute aussi d'actions mécaniques. Tels sont les joints secondaires connus de ceux qui travaillent les ardoises.  Le principal de ces joints secondaires est nommé longrain par les ardoisiers des Ardennes. La structure fibreuse qui résulte comme d'un plissement des feuillets.

Ces divers modes de division seraient donc à signaler aussi comme le résultat d'un métamorphisme de l'espèce qui nous occupe. La structure schisteuse anormale, ou, en d'autres termes, la structure feuilletée, qui ne provient pas de la stratification par dépôt, quoique très fréquente dans les terrains anciens, ne s’y trouve pas toujours, et ne leur est pas exclusivement propre. Ainsi l'origine de la structure feuilletée, de même que l'état métamorphique, paraît se lier essentiellement à l'existence de dislocations.

Résultats du métamorphisme régional sur les roches

Jusqu'à présent nous avons étudié le métamorphisme dans les roches les plus importantes et les plus répandues; mais la composition des roches n'est pas toujours aussi simple que nous l'avons supposé : car, d'une part, les roches stratifiées se mélangent entre elles en toutes proportions.  Les argiles et les sables, lors de leur diagenèse ont pu se mélanger à diverses proportions, si bien qu’on trouve des schistes ardoisiers plus ou moins sableux et des quartzites plus ou moins argileux.

Proposons-nous donc de rechercher ce que deviendront ces roches complexes lorsqu'elles seront soumises au métamorphisme.

Les gîtes métallifères

Les combinaisons métalliques provenant des profondeurs sont très fréquemment accumulées dans les fentes que présentaient les terrains et ont formé les filons métallifères. Quelquefois aussi ces combinaisons et les divers autres composés qui les accompagnaient se sont répandus dans les roches, dont elles ont pénétré la substance en lui faisant subir des transformations profondes. C'est ainsi que s'y sont introduits, à proximité de roches éruptives, ou en plein centre d'un métamorphisme régional, là où l'énergie est la plus forte, des amas d’hématite rouge, de sidérite, de marcassite, de limonite du Massif de Rocroi, où des minerais métalliques sont enchevêtrés au milieu des quartzites et des cristaux de quartz.

Quand des massifs entiers de terrains ont métamorphisé, il arrive parfois que, sur de vastes étendues, des substances métalliques se sont logées entre leurs feuillets, dans des conditions telles qu'il est impossible de résister à l'idée que leur arrivée est liée à la cause même qui a produit le métamorphisme.

En résumé, les dépôts métallifères, ainsi que les épanchements siliceux qui sillonnent beaucoup de contrées, ne sont que des cas particuliers des phénomènes métamorphiques.

L’oxyde de fer

Dans le Massif de Rocroi, ce sont principalement des gisements de fer qui pourront être observés.  Certains, à une époque, (de 1800 à 1950) seront exploités sous la dénomination de « La Fonte Ardennaise »

L'oxyde de fer, par exemple, qui est si commun dans la nature, se mélange avec un très grand nombre de roches, et il est facile de comprendre que la composition de ces dernières doive nécessairement exercer beaucoup d'influence sur son métamorphisme.

Avec une roche contenant de la silice, l'oxyde de fer se change souvent en hématite rouge, en sidérite, en limonite… comme on l'observe dans le quartzite, le micaschiste, et surtout dans le sidéroschiste, l'itabirite, l'itacolumite. 

Mais il se change aussi en magnétite, et en marcassite ou pyrite surtout dans les roches qui, indépendamment de la silice, contiennent de la magnésie. Ainsi, le schiste talqueux, le schiste chlorité, le schiste serpentineux, le schiste amphibolique, sont très riches en magnétite.

Très fréquemment l'oxyde de fer se combine avec la silice.  Il forme alors des silicates dans lesquels il est à l'état de protoxyde ou de sesquioxyde. Ces silicates sont généralement le pyroxène, l'amphibole, le grenat, l'idocrase, l'épidote, l'iénite, le chlorite, le talc, la serpentine, le mica. Le métal considéré peut être encaissé dans des roches très diverses, et leur nature exercera nécessairement de l'influence sur son métamorphisme. Cette influence sera surtout très grande lorsqu'il aura de l'affinité pour la silice, comme le fer, le manganèse, le zinc, le titane; car il donnera des bases puissantes, et, comme presque toutes les roches renferment de la silice, il tendra à produire des silicates quand le métamorphisme sera suffisamment énergique. Lorsqu'au contraire le métal aura peu ou point d'affinité pour la silice, comme le platine, l'or, l'argent, le mercure, le plomb, l'uranium, l'étain, le tungstène, il restera généralement à l'état sous lequel il s'est formé d'abord dans chaque gîte métallifère.

Les minerais de fer s'observent en couches, en amas, en filons. Lorsqu'ils sont en filons, ils ont le plus souvent, dès l'origine, une structure bien cristalline ; mais il n'en est pas de même quand ils ont été déposés en couches. En effet, les minerais de fer des marais, ceux des terrains tertiaires, secondaires ou primaires, sont généralement à l'état amorphe, quand ils n'ont pas été métamorphosés. Ils peuvent être anhydres, comme l'hématite rouge; cependant ils sont ordinairement hydratés, et ils appartiennent à l'hématite brune. Très fréquemment ils sont à un état semi-cristallin, comme lorsqu'ils ont la forme de grains, de plaquettes ou d'oolithes. Les actions moléculaires qui s'exerçaient au moment de leur dépôt ont donc bien réuni les parcelles d'oxyde de fer, et elles les ont groupées autour de certains centres; toutefois l'oxyde est resté mélangé de matières argileuses; il a pu devenir fibreux mais il n'a pas cristallisé avec les caractères de l’hématite rouge.

Explorons maintenant les terrains métamorphiques renfermant des minerais de fer, et recherchons les modifications apportées à ces derniers par le métamorphisme. Nous allons les voir se transformer successivement et d'une manière d'autant plus complète que le métamorphisme aura été plus énergique. D'abord les minerais de fer en grains disparaissent, à moins qu'ils ne se soient déposés dans des fentes ou dans des cavités postérieurement au métamorphisme.

L'hématite rouge.

Les roches dans lesquelles le métamorphisme a été plus énergique nous montrent le fer à l'état de l’hématite rouge, de magnétite ou de silicates bien cristallisés. L’hématite rouge est surtout extrêmement répandue dans les roches métamorphiques, qui prennent même des noms spéciaux lorsqu'il est abondant. Dans les grès et dans les schistes métamorphiques qui ont conservé des traces de leur stratification, il forme des paillettes qui rappellent tout à fait la disposition du mica dans les micaschistes.  L’hématite rouge se présente en paillettes parallèles à la schistosité; il est accompagné de martite, de pyrite et d’arsénopyrite. Ces minerais de fer s'observent fréquemment dans la roche qui est une variété de quartzite, essentiellement formée de grains arrondis et lenticulaires de quartz, accompagnés d'un peu de mica blanc, rougeâtre ou verdâtre. Quand l’hématite rouge devient très abondante, la roche a reçu le nom d'itabirite.
Le sidéroschiste est un schiste métamorphique dans lequel il s'est encore développé de l’hématite rouge qui est en paillettes ou en feuillets ondulés parallèles à la schistosité. Il est généralement trop compact et beaucoup trop riche en fer pour qu'il soit possible d'admettre une infiltration ou bien une pénétration de vapeurs volcaniques qui auraient introduit postérieurement de l’hématite rouge. Il existait donc de l'oxyde de fer dans la roche originaire.  Cet oxyde a cristallisé au moment du métamorphisme, et, par suite, ses paillettes se sont orientées suivant la schistosité de la roche. L’hématite rouge ne s'est pas seulement développée en paillettes, elle se montre aussi en amas qui sont enclavés dans les roches métamorphiques. L’hématite rouge y présente des formes très variables : tantôt elles sont lenticulaires, tantôt, au contraire, ondulées et reployées dans tous les sens, sans aucune régularité. Elle est entièrement cristalline, le plus souvent compacte, quelquefois lamelleuse. Ses druses sont tapissées de beaux cristaux d’hématite rouge. Ici encore il faut admettre que le minerai de fer a été originairement déposé dans la roche dans laquelle il se trouvait en couches, en filons ou en amas. Le métamorphisme très énergique qu'il a subi a complètement développé sa structure cristalline, et en même temps celle de toutes les roches dans lesquelles il est enclavé. Ces modifications dans l'état cristallin ont nécessairement donné lieu à des changements de volume considérables.  Par suite, il n'est pas étonnant que le minerai de fer métamorphique présente généralement des formes très irrégulières.

La magnétite.

La magnétite accompagne très fréquemment l’hématite rouge. De même que l’hématite rouge, la magnétite se montre disséminée dans des roches qui sont incontestablement métamorphiques.  Ces roches sont même son gisement le plus habituel. Citons particulièrement l'ardoise, le schiste chloritique, talqueux, amphibolique, pyroxénique, diallagique, hypersthénique. La magnétite forme alors des cristaux isolés, quelquefois très nets, qui se sont développés dans ces roches. Les conditions dans lesquelles ont cristallisé le chlorite, le talc, l'amphibole, le pyroxène, étaient extrêmement favorables à la formation de la magnétite.  Il est même rare que ces minéraux eux-mêmes n'en soient pas plus ou moins imprégnés. Il est visible que la magnétite de ces roches métamorphiques représente l'excès d'oxyde de fer qu'elles contenaient originairement, et qui n'a pas pu trouver place dans des silicates à base de fer et de magnésie. La nature des roches encaissantes a exercé de l'influence sur la réduction.  On remarque notamment que le minerai de fer métamorphique se trouve souvent à l'état de magnétite quand il est en contact avec le calcaire ou le schiste ardoisier.  Cependant il faut remarquer que la réduction peut aussi avoir lieu sans cela. Ainsi les roches métamorphiques avec hornblende, pyroxène, chlorite, talc, contiennent de la magnétite, et une partie au moins du fer combiné dans ces silicates se trouve à l'état de protoxyde. La magnétite doit être regardée comme caractéristique d'un métamorphisme déjà très énergique subi par des minerais de fer ou bien par des roches contenant beaucoup d'oxyde de fer.

La sidérite.

Lorsque la sidérite s'est déposée dans des terrains stratifiés, il est généralement amorphe et argileux.  Mais lorsqu'elle se trouve en filons, en amas, ou en veines serpentant dans les roches métamorphiques, elle est, au contraire, bien cristalline. Les recherches de M. de Senarmont ont, du reste, appris qu'elle peut devenir cristalline avec le concours d'une chaleur modérée. Dans certaines zones qui paraissent en relation avec la nature de ces schistes, il est remplacé par de la magnétite ou par de l’hématite rouge, et l'association de ces divers minerais de fer dans un même gisement est très remarquable.  Ainsi, la sidérite  n'est pas nécessairement détruite par le métamorphisme général, alors même que ce dernier est très énergique. Il est, d'ailleurs, facile de comprendre que la nature de la roche avec laquelle elle se trouve en contact doit nécessairement avoir une grande influence sur sa conservation et sur l'altération qu'elle éprouve par le métamorphisme.

Les silicates à base de fer.

Les silicates à base de fer sont généralement associés aux minerais d’hématite rouge et de magnétite, et ils paraissent encore indiquer un degré de plus dans le métamorphisme. Ces silicates se retrouvent dans les roches les plus diverses. Mais il est facile de reconnaître, dans les gîtes métallifères classiques de qu'ils se sont développés spécialement vers le contact des minerais de fer avec des roches silicatées.  Il est donc naturel d'admettre que ces silicates à base de fer ont emprunté leur fer aux minerais, et leurs autres éléments aux roches voisines. La structure cristalline des roches qui renferment ces silicates est, d'ailleurs, très développée, par conséquent les substances diverses qu'ils renferment pouvaient se déplacer facilement et obéir aux actions moléculaires.  C'est ce qui explique aussi pourquoi la proportion de fer de ces silicates est tantôt très considérable, comme dans l'iénite, la thuringite, tantôt, au contraire, assez faible, comme dans le talc, la chlorite, le mica, le pyroxène, l'amphibole. Les silicates à base de fer sont très nombreux et d'une composition très complexe. Ils peuvent être, d'ailleurs, anhydres ou hydratés.

Ces minéraux, dont la richesse en fer est très variable, sont pour la plupart associés à l’hématite rouge et à la magnétite.  Ils peuvent former une sorte de salbande à la limite des minerais de fer.  Mais le plus souvent ils ont seulement cristallisé dans leur voisinage et même à une distance assez grande du contact. Ils sont très fréquemment accompagnés de quartz hyalin, qui est associé à des silicates pauvres en silice.  De plus, ils sont hydratés et aussi accompagnés par des sulfures, des fluorures et différents minéraux des gîtes métallifères qui seraient facilement détruits par la chaleur; par conséquent le métamorphisme que nous venons d'étudier dans les minerais de fer ne saurait être attribué à une fusion ignée.

Les éléments carbonés

Si les couches de combustibles intercalées dans les terrains
sont assez rares, il n'est pas de roche stratifiée qui ne contienne de petites quantités de matières organiques. J’ai fait quelques essais très simples avec les schistes ardoisiers de Fumay, de Revin et de Monthermé.  Il m’a suffit pour m'en assurer de chauffer ces schistes dans un tube, la matière organique se révèle de suite par son odeur, par un dégagement d'ammoniaque qui ramène au bleu le
papier de tournesol rougi. Or, lorsque cette roche est soumise au métamorphisme général, la matière organique est décomposée, et son carbone peut même cristalliser sous forme de graphite (mais je n’en ai jamais personnellement observé).

La présence du graphite dans ces roches, qui contiennent du fer à l'état d'oxyde et de silicates, montre bien que le métamorphisme général n'a pas eu lieu par fusion et à une température élevée; autrement le carbone aurait été oxydé et le fer réduit à l'état métallique.

Les roches stratifiées

Enfin les roches stratifiées renferment assez souvent de petites
quantités de chlorures, de fluorures, de sulfates, de phosphates, de borates. Ces substances y ont été introduites par des roches anormales, ou bien elles proviennent de la destruction de roches préexistantes; elles s'observent aussi dans les roches éruptives, qu'elles soient volcaniques ou plutoniques. Si l'on suppose que toutes ces roches soient soumises au métamorphisme général, leur structure cristalline tendra à se développer; il pourra même se former des minéraux contenant ces différentes substances. Le chlore entrera dans la sodalite, le chlorite et l'apatite; le fluor dans la fluorite, la topaze, l'apatite, la condrodite, le mica; le soufre dans la pyrite, les sulfures, le lapis-lazuli ; le phosphore dans l'apatite et les phosphates; le bore dans la tourmaline et l'axinite. Ces divers minéraux sont d'ailleurs fréquents dans les roches métamorphiques, et leur présence s'explique facilement; car les substances exceptionnelles qui sont nécessaires à leur développement peuvent se trouver en petites quantités dans toute espèce de roches.

Les roches siliceuses

Quelles sont maintenant les métamorphoses subies par les roches siliceuses qui composent une grande partie des terrains stratifiés ? Ces roches sont essentiellement formées de débris remaniés de quartz ou de silice, qui est à différents états, et qui provient des matériaux composant l'écorce terrestre.   Toutefois, il est rare qu'elles ne soient pas plus ou moins mélangées de parcelles calcaires ou argileuses, qui tendent alors à apporter quelque complication dans le métamorphisme. Si nous considérons d'abord les roches siliceuses regardées comme étant à l'état normal, nous verrons que le quartz y cristallise avec la même facilité que la calcite. On sait, en effet, que les cavités des silex et des grès sont souvent tapissées de cristaux très limpides de quartz. La formation de ces cristaux s'explique aisément par la solubilité de la silice dans l'eau.

Les grès cristallins

Le quartz peut, d'ailleurs, se déposer en cristaux dans les terrains stratifiés.  Il a été observé des grès pour qui, chaque grain de quartz est alors un cristal, quelquefois même complet, ses faces étant seulement oblitérées vers le contact avec les grains voisins. Les grains qui sont le mieux cristallisés ont la forme d'un prisme hexagonal régulier, et portent aussi des troncatures sur les arêtes moyennes.  La formation de ces grès se laisse expliquer assez aisément : d’abord le quartz a pu se déposer lentement au fond de l'eau, sous forme d’alluvions sableux apportés par les cours d’eau et cristalliser postérieurement à son dépôt.
Sous l'influence des fortes pressions qu'il supporte dans l'intérieur de la terre, le quartz se ramollit, et il acquiert même une certaine plasticité. Il se laisse alors déformer, et il s'écrase comme une matière pâteuse.  Par suite, sa structure cristalline doit se développer. En même temps ses grains se soudent facilement l'un à l'autre. Les roches de quartz semblent, d'ailleurs, cristalliser plus facilement que les autres roches stratifiées, développant des cristaux centimétriques.

Le schiste siliceux.

Les roches siliceuses qui sont schisteuses peuvent devenir très compactes, et même elles passent au schiste siliceux.  Mais, quelle que soit leur richesse en silice, leur métamorphisme ne diffère pas de celui que le schiste proprement dit éprouve dans les mêmes circonstances, et nous nous en occuperons avec les roches argileuses.

Le quartzite.

Lorsque les roches siliceuses sont soumises à un métamorphisme plus énergique, la silice se change en quartz hyalin, et, de plus, il se développe d'autres minéraux, notamment du mica. La roche qui se forme alors est le quartzite. Elle se présente en couches qui ont conservé leur stratification et quelquefois même une grande régularité. Elle est habituellement associée aux schistes cristallins et aux roches métamorphiques les mieux caractérisées. Son examen minéralogique montre que le quartz du quartzite est en petits grains hyalins, cristallisés, qui sont tantôt soudés l'un à l'autre et tantôt s'égrènent avec facilité. Le mica est le minéral qui caractérise par excellence le quartzite, car il le distingue du grès cristallin. Bien que ses lamelles soient parallèles à la stratification, elles n'ont pas été déposées par l'eau, et elles ne proviennent pas de la destruction des roches granitiques.  Elles ont des caractères tout différents de ceux qu'offre le mica de ces roches, et elles se sont développées par métamorphisme au moment où le quartz a lui-même cristallisé. Le mica du quartzite présente une couleur blanche, rougeâtre, grise ou verte.  Son éclat est nacré et soyeux.  Il est très doux au toucher, et quand sa couleur est verte, il ressemble beaucoup au talc, avec lequel on l'a souvent confondu. Ses lamelles peuvent être très petites et surtout extrêmement minces. Ce mica est une variété de damourite ou de séricite.  

Les roches argileuses

Les roches argileuses sont amorphes, d'une composition très variable et, généralement, elles ne sont pas susceptibles de cristalliser, comme le calcaire, en donnant immédiatement un minéral défini. Lorsque leur structure cristalline se développe, il se forme, non pas un seul, mais plusieurs minéraux. Les roches argileuses ont, d'ailleurs, une composition extrêmement complexe ; elles réunissent les principales substances qui entrent dans la composition de l'écorce terrestre; il est donc facile de comprendre que des produits très variés doivent résulter de leur métamorphisme. Nous allons considérer successivement les principales roches argileuses, et nous rechercherons, autant que le permet l'état de la science, quelles, sont les roches métamorphiques qui dérivent de chacune d'elles.

L’argile.

L'argile proprement dite forme le plus souvent des couches dans la série des terrains.  C'est un hydrosilicate d'alumine dont la composition est très variable. Elle peut aussi contenir un peu d'oxyde de fer et de magnésie.  Mais, lorsqu'elle est bien plastique, elle ne renferme pas d'alcalis ou seulement des traces très faibles. Les matières organiques ou bitumineuses y sont souvent abondantes, et contribuent à lui donner une couleur grise ou noirâtre.  Sa densité est faible et peut descendre jusqu'à 1,7. L'argile étant très molle à l'intérieur de la terre, et complètement imprégnée d'eau, tous les minéraux qui se forment par infiltration pourront s'y développer très facilement. Il n'est donc pas étonnant qu'on y trouve des cristaux très nets de pyrite, de gypse, de calcite, de quartz, des rognons de sidérite… Par cela même que l'argile est naturellement à l'état plastique, les actions moléculaires s'y exercent librement.  Aussi les substances qui s'infiltrent dans l'argile ou qui prennent naissance par double décomposition peuvent-elles aisément y former des nodules et même des cristaux. Quant à l'argile elle-même, elle n'est pas susceptible de cristalliser.  Elle ne se dissout pas sensiblement dans l'eau, et il ne paraît pas qu'elle se modifie pendant la longue durée des temps géologiques. Toujours est-il qu'elle n'est pas altérée par une introduction lente et postérieure d'alcalis, car l'argile plastique et
réfractaire qui se trouve dans les terrains tertiaires s'exploite aussi dans les terrains houillers ; pendant une immense période de siècles, elle n'a donc pas absorbé d'alcalis, puisque ces derniers lui auraient fait perdre la propriété qu'elle possède d'être réfractaire. Il est bien certain, d'un autre côté, que le métamorphisme général modifie les propriétés de l'argile. Jusqu'à présent, en effet, aucune couche d'argile proprement dite n'a été observée dans les roches métamorphiques; l'argile qui s'y trouvait enclavée a donc donné lieu à la formation de divers minéraux. Pour préciser le métamorphisme qu'elle éprouve, il faudrait partir de l'état normal et la suivre dans ses altérations successives. D'après la composition de l'argile, on peut présumer qu'elle se change en schiste, puis en phyllade ardoisier.

Le schiste.

Comme le schiste renferme toujours un peu de mica, et, par conséquent, des alcalis, il semblerait donc que des alcalis peuvent avoir été introduits dans les argiles métamorphiques.  Et alors il est vraisemblable qu'ils ont été fournis par les roches encaissantes au moment où elles étaient plastiques et où elles ont cristallisé.  Quelle que soit, du reste, la roche qui résulte du métamorphisme de l'argile, sa densité a certainement augmenté, et de plus sa quantité d'eau a diminué.

Le schiste a une structure feuilletée.  Dans l'eau, il peut se désagréger et donner une pâte maigre. Sa densité est à peu près 2,00. Sa composition est très variable et est semblable à de toutes les argiles : elle renferme plus de 10% d'eau, de la magnésie, de l'oxyde de fer et quelques pour cents d'alumine.  Si l’argile a des compositions différentes, le schiste qui en résultera après dessiccation et compression et le phyllade ardoisier qu’il en adviendra après métamorphisme auront des compositions variable et celle des minéraux associés  variera également.  On pourra observer le talc, la serpentine, le chlorite, la magnétite, le fer chromé, la calcite, la dolomie, la sidérite, le pyroxène (diallage, smaragdite), l'amphibole (hornblende, actinote), le grenat, le disthène, l'épidote, etc. Les éléments de tous ces minéraux se retrouvent dans les argiles.

Métamorphisme au contact de deux roches différentes

Lorsqu'un terrain est soumis au métamorphisme général, les différentes roches, éruptives ou stratifiées, qui le composent éprouvent des métamorphoses qui ont été étudiées successivement pour chacune d'elles; mais, au contact de ces roches, il s'opère en même temps des métamorphoses spéciales et très complexes, qui tiennent à leur réaction mutuelle. Ces dernières métamorphoses s'observent quels que soient la nature et le mode de gisement des deux roches en contact.

Des phénomènes intéressants s'observent au, contact des roches stratifiées, siliceuses et argileuses, lorsqu'elles ont été soumises au métamorphisme général. Ils s'observent aussi au contact d'une roche éruptive intercalée dans des roches stratifiées. Comme les minéraux ont une grande tendance à se développer sous l'influence du métamorphisme général, il n'est pas étonnant qu'il se produise, au contact des roches métallifères, des silicates, des carbonates, des phosphates, des sulfates, des oxydes, des fluorures, des sulfures, des arséniures, des antimoniures, c'est-à-dire les principaux minéraux.

Intensité du métamorphisme.

Lorsqu'une roche est soumise au métamorphisme, elle prend des caractères nouveaux. Ces caractères diffèrent d'autant plus de ceux qu'elle avait d'abord, que le métamorphisme a été plus énergique. La comparaison d'une roche à l'état normal et à l'état métamorphique peut donc servir à mesurer l'intensité du métamorphisme. Dans l'étude du métamorphisme général, j'ai cherché à ordonner les roches de chaque famille relativement à cette intensité; et, pour certaines familles, il est très facile de suivre ses progrès successifs.

Chaque roche donne donc une série de dérivés qui représentent les différents degrés et en quelque sorte les étapes du métamorphisme. Les caractères nouveaux qu'elle prend dépendent entièrement de sa nature et de sa composition originaire. Généralement sa densité et sa structure cristalline vont successivement en augmentant. Au contraire, l'eau, les matières bitumineuses et volatiles tendent à diminuer; toutefois, le gaz carbonique et l'eau se retrouvent, même dans les roches qui ont subi le métamorphisme le plus énergique. Le maximum d'intensité paraît, d'ailleurs, correspondre à une structure cristalline très développée. Il se forme alors des minéraux variés, des micas, du pyroxène, de l'amphibole, du grenat, de la serpentine, du chlorite, du talc, de la pyrosklérite, des feldspaths et même du quartz.

Associations des roches métamorphiques

Les roches métamorphiques sont toujours groupées entre elles d'une manière remarquable, et il importe de faire connaître les lois de leur association. D'abord, lorsque le métamorphisme général s'est exercé sur un ensemble de roches, il n'en est aucune qui ait échappé à son action. Si, par exemple, on trouve dans un gisement une roche normale à côté d'une roche métamorphique, il faut l'attribuer à ce que la première soit postérieure à la seconde. Des failles ou des renversements peuvent également mettre en contact une roche normale et une roche métamorphique. Mais, hormis ces cas exceptionnels, quand une roche a été métamorphosée, toutes celles qui l'accompagnent le sont également. On pourrait nommer roches métamorphiques correspondantes celles qui se montrent habituellement associées. Elles représentent les effets d'un même métamorphisme sur diverses roches. Elles s'observent surtout très bien dans les terrains stratifiés qui conservent la trace des couches originaires, même après le métamorphisme le plus énergique.

Jusqu'à présent nous avons considéré les roches métamorphiques sur un même point; mais transportons-nous en des points différents, de plus en plus rapprochés d'un centre de métamorphisme, l'intensité ira successivement en augmentant.  Les roches, d'abord à l'état normal, s'altéreront peu à peu.  Leur structure deviendra plus cristalline, et il se formera de nouveaux minéraux.  Ce métamorphisme a eu lieu sur une grande échelle, et même le plus souvent sur plusieurs kilomètres d'étendue. Il a frappé tous les observateurs. Il est surtout bien visible dans les roches stratifiées siliceuses ou argileuses du Massif de Rocroi. En effet, ces dernières roches ne sont pas entièrement décomposées par le métamorphisme, comme le sont quelquefois les roches calcaires; elles conservent au moins des traces de leur stratification, même lorsque l'action a été très énergique; elles se changent alors en schistes cristallins, qui constituent par excellence les roches métamorphiques.  Les schistes argileux sont beaucoup moins cristallins, et leur couleur tire tantôt sur le gris bleuâtre, tantôt sur le gris noirâtre et même sur le violet et le vert.

L’action de l’eau.

Une des premières et des plus importantes questions que la géologie ait été appelée à résoudre, c'est de reconnaître quelle est, dans la formation du revêtement solide du globe, la part de l'action de l’eau et la part de l'action ignée. La question est compliquée car en étudiant plus rigoureusement les divers terrains, on en a trouvé partout qui présentent manifestement l'empreinte d'une double origine. Est-ce au moment même où ils se sont formés que ces terrains ont acquis leur double caractère, ou bien l'un de ces caractères est-il consécutif à l'autre ; et, dans ce dernier cas, comment se rendre compte d'une telle succession d'effets ? Telles sont les questions qui m’ont taraudé bien longtemps pendant que j’étudiais les roches du Massif de Rocroi.

Quand les réactions que les régions intérieures du globe exercent sur sa surface se manifestent par des phénomènes journaliers, comme les sources thermales, les éruptions de volcans, les tremblements de terre, ou par des effets dont l'homme n'a pas été témoin, mais dont il retrouve les traces grandioses, comme les éruptions de roches, le soulèvement des chaînes de montagnes, c'est un sujet plein d'attraits et dont chacun s'occupe très volontiers. Mais quand ces mêmes réactions n'ont produit que des modifications lentes, occultes, inaccessibles à l'observation directe par la profondeur à laquelle elles ont eu et ont lieu sans doute encore aujourd'hui, on conçoit, qu'elles excitent incomparablement moins l'intérêt, et qu'elles présentent, d'ailleurs, des difficultés d'investigation particulières.

Cependant, si l'on considère que ces grandes transformations se sont exercées sur une portion importante de l'écorce terrestre ; que, selon toute probabilité, leur importance s'accroît à partir de la surface, au point qu'elles deviennent prédominantes dans les profondeurs ; que, d'ailleurs, elles sont en connexion intime avec toutes les autres manifestations de l'activité interne du globe, il faut reconnaître que leur étude mérite bien la plus sérieuse attention.
C'est cette étude du phénomène, que je me propose de réaliser dans le Massif de Rocroi. 

Tout d’abord, parlons un peu de « l’eau ancienne », la mer ou l’océan d’il y a 600 millions d’années, la mer du Cambrien.

L’eau a eu pour effet de concentrer en couches superposées les sédiments terrigènes apportés par les cours d’eau de l’époque : des successions de sables et d’argiles (que nous retrouvons aujourd’hui transformés en couches de phyllades et de quartzites).

Mais cette mer a eu aussi un d’autres effets très importants.

En effet, rappelons nous que depuis l’ère précambrienne, ère géologique qui s'étend d'environ -4 550 millions d'années à -570 millions d’années, la terre a été marquée par des événements qui constituent des étapes essentielles dans le développement de la vie sur notre planète : l'apparition, vers 3 800 millions d’années, des premières bactéries anaérobies, puis celle des bactéries photosynthétiques vers 3 000 millions d’années. Les premières cellules eucaryotes (possédant un noyau) datent d'environ 1 500 millions d’années.

L'oxygène commence alors à jouer un rôle primordial. Une faible partie de ce gaz s’est dégagé de l'intérieur de la Terre lors des manifestations volcaniques, mais il provient pour l'essentiel de la photosynthèse réalisée par des algues marines. Ces dernières utilisaient le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère et dissous en partie dans les eaux.

Les premières traces de chlorophylle, attestant cette activité photosynthétique, remontent à 2,7 milliards d'années, mais les plus anciennes traces cellulaires connues, probablement antérieures à l'apparition de la photosynthèse, remontent à environ 3 milliards d'années. Une grande partie de l'oxygène était au début consommée par la formation d'oxydes, essentiellement aux dépens du fer présent dans les sédiments. Ce phénomène est à l'origine des énormes masses de minerais caractéristiques de cette période (minerais de fer rubanés). La baisse de la teneur en dioxyde de carbone dans les eaux permit rapidement le développement de la sédimentation des roches calcaires, dont le dépôt était provoqué par le métabolisme d'algues bleues et vertes (cyanophycées, cyanobactéries); ce sont les stromatolithes.

Donc dans les roches antérieures aux phyllades et quartzites cambriennes existaient déjà des masses d’oxydes de fer que les eaux cambriennes d’infiltration vont lessiver, que les cours d’eau cambriens vont transporter et que la mer cambrienne va stocker et concentrer.  De là proviennent les pyrites, marcassites, sidérites, goëtites et limonites que nous pouvons observer dans les couches de phyllades et de quartzites.

Venons en à « l’eau actuelle. »

Il y a la Meuse qui a creusé son lit dans les couches de roches et qui a découpé le Massif de Rocroi.  Son action est donc principalement érosive.

Mais il y a aussi le fait que tout le Massif est parsemé de très nombreuses sources plus ou moins ferrugineuses.  En effet, l’eau s’infiltre dans le massif, rencontre les minerais de fer dont nous venons de parler et met le fer en solution.  Le long des routes de la région, on voit sur les parois de phyllades de longues traînées de rouille qui indiquent la présence de l’eau et des minerais de fer.