COMITÉ FRANÇAIS D'HISTOIRE DE LA GÉOLOGIE (COFRHIGEO) (séance du 12 juin 1996) Réunion commune COFRHIGÉO/SGF

Chacun connaît les expériences de Wyart et Sabatier, en France, et de Winkler et von Platen, en Allemagne sur la synthèse du granite à partir d'un matériau silicate porté à haute température et haute pression, à la fin des années 1950, dans la suite des travaux de Bowen et Tuttle. La présente communication résume quelques expériences antérieures, réalisées entre la fin du dix-huitième siècle et le milieu du dix-neuvième.

H.-B. de Saussure (1740-1799), le premier, s'attaque à un problème soulevé par Nicolas Desmarest (1727-1817). En observant des basaltes, celui-ci avait imaginé en 1771, qu'ils provenaient de la fusion du granite, réputé d'origine sédimentaire par la plupart des auteurs de l'époque (théorie neptunienne). Saussure soumet ces granites, qu'il a préalablement pulvérisés, au feu du fourneau. Il obtient par refroidissement un verre, d'aspect très différent de celui du basalte. De plus, le quartz résiste à la fusion (1779). Peu après, Dolomieu (1750-1801), qui a remarqué que granite et basalte n'ont pas même composition, rejette l'hypothèse de Desmarest, et suppute, le premier, que les laves ne viennent pas de la combustion de matériaux de la profondeur terrestre, mais sont issues d'une "matière de tous temps pâteuse" qui se trouve sous "l'écorce consolidée du globe". Il n'explique cependant pas la nature de cette fluidité, qui produit une roche "pierreuse" alors que le refroidissement d'un matériau fondu par le "feu de nos fourneaux" donne du verre, ainsi que des expériences faites au Creusot dans les années 1770 le lui ont appris.

Que le refroidisement d'un liquide ne produise pas une roche, voilà qui est particulièrement gênant pour la théorie plutoniste de James Hutton puisque, comme on sait, celle-ci fait passer la genèse des roches cristallines par un stade fondu. C'est pourquoi James Hall (1761-1882), son disciple, entreprend dès 1790, ses célèbres expériences pour répondre aux objections des contradicteurs. Convaincu par les travaux antérieurs de son compatriote James Keir (1776) que le refroidissement lent produit des cristaux, il obtient un verre ou une pierre ayant la texture du basalte, selon la vitesse du refroidissement. Plus tard, il décide de voir en quoi "les effets de la pression modifient l'action de la chaleur" (1805). Il place de la poudre de craie dans le fût d'un fusil convenablement bouché, et obtient une baguette de calcaire cristallin. Il varie matériaux et protocoles (1812).

Malgré ces expériences, la théorie plutoniste ne s'imposera que lentement. Elle a l'inconvénient de ne pas expliquer la source de la chaleur souterraine, restée mystérieuse pour Hutton. En sorte que le plutonisme naîtra sur le continent d'une autre façon. En 1827, Louis Cordier (1777-1881), élève de Dolomieu, reprend son schéma du noyau incandescent. Il admet un globe initial fondu, dont la chaleur se dissipe lentement, produisant simultanément, outre le volcanisme, les phénomènes tectoniques et métamorphiques. Le granite, qui était le terme ultime des transformations dans la thèse huttonienne, devient, pour certains géologues, le produit du refroidissement du magma placé sous l'écorce. Joseph Fournet (1801-1869) et Joseph Durocher (1817-1860) sont, en France, les premiers représentants de l'école magmatiste. C'est à Fournet (1838, puis 1844) que l'on doit le premier usage du mot "magma" dans son sens moderne. Durocher le reprend à son tour (1845).

Pourtant la théorie rencontre vite une objection : le quartz qui est le moins fusible des minéraux du granite, devrait cristalliser le premier. Or ses cristaux moulent ceux des silicates. Contre l'idée que le granite se forme par voie sèche naît une nouvelle thèse, soutenue notamment par l'école allemande : Breislak (1822), Fuchs (1831) et Scheerer (1842). Avec, en France, le soutien de Boucheporn (1844). Fournet propose que le quartz surfondu peut rester liquide au-dessous de son point de fusion. Scheerer objecte qu'on n'a jamais vu de surfusion de 1 500°C. Et Durocher, de son côté, qui refuse aussi la surfusion, observe en faveur de la thèse magmatiste, que quartz, mica et feldspath, qui ne sont pas séparés dans le milieu initial, n'y ont pas les mêmes propriétés. Un long débat l'oppose à Scheerer.

Très vite, cependant, les expérimentateurs vont se saisir de la question. Après Jacques-Joseph Ebelmen (1814-1852), professeur à l'Ecole des Mines, mort prématurément, qui avait tenté la voie sèche, et obtenu du péridot en fondant un mélange de silice et de magnésie, Henri-Hureau de Sénarmont (1808-1862) expérimente sur la synthèse par voie humide dans les gîtes métallifères, et obtient du quartz vers 200°-300°. Dans le même sens Auguste Daubrée (1814-1896) s'attaque à la production artificielle des silicates et aluminates. Il conclut que la silice peut cristalliser à des températures très inférieures à sa température de fusion, lorsqu'on l'obtient par action du chlorure de silicium sur des oxydes métalliques. Ingénieux expérimentateur, pour éviter que la vapeur sous pression ne fasse éclater les tubes de verre où il place son mélange, il les entoure d'un tube de fer, résistant, porté au rouge sombre dans le four d'une usine à gaz.

Mais c'est Heinrich Rose (1795-1864) qui fait la synthèse des travaux en étudiant les différentes formes de l'acide silicique : variété amorphe de faible densité, (2,2 à 2,3) d'une part, et variété cristalline plus dense (2,6), de l'autre. Or la fusion produit toujours de la silice amorphe. D'ailleurs, la forme amorphe peut même être obtenue si l'on porte l'acide silicique cristallin au voisinage de son point de fusion (2 000°C pendant 18 heures). Quant à la vitesse de refroidissement, elle est sans action sur la structure, selon les expériences rapportées qui contredisent directement les résultats de James Hall. Et l'auteur, chimiste et frère du minéralogiste Gustav Rose, peut conclure en opposant les résultats des géologues qui, d'après l'étude des gisements, optent pour la fusion ignée, et ceux des chimistes qui l'excluent en raison de leurs résultats expérimentaux.

Une nouvelle époque, dominée par Auguste Daubrée et Achille Delesse (1817-1681), commence, qui met l'accent sur le rôle de l'eau. Delesse oppose les roches volcaniques, d'origine ignée (trachytes) ou pseudo-ignée (basaltes, ignés et aqueux), aux roches plutoniques, dont la plasticité est purement aqueuse. Et Daubrée se lance dans ses "études et expériences synthétiques sur le métamorphisme et la formation des roches cristallines".