Géologie - Histoire

Bref historique

• Contrairement à d’autres sciences qui ont pris leur essor « moderne » aux XVIIème et XVIIIème siècles, en particulier l'astronomie et la physique, la géologie s’est heurtée longtemps au dogme de l’Église catholique concernant l'âge de la Terre. En effet, le concept-clé de la géologie est la durée, et les premières observations scientifiques contredisaient directement l'enseignement biblique tel qu'il se trouve au premier chapitre de l'Ancien Testament, traitant de la Genèse ; il y est dit que la Terre fut créée en six jours. Théophraste, un disciple d’Aristote, interpréta les fossiles de manière erronée, mais son interprétation ne fut pas contredite jusqu’à la révolution scientifique du XVIIème siècle. L'œuvre de ce savant grec ancien, traduite en latin et dans d'autres langues, servait de référence pendant près de deux mille ans. En Chine, l’érudit Shen Kua (1031–1095) observa des fossiles marins dans les différentes couches géologiques de la montagne T'ai-hang Shan qui se trouve à plusieurs centaines de kilomètres de la mer la plus proche. Il en déduisit correctement que ces montagnes furent à un moment situées au niveau de la mer « J’ai vu des coquilles de bivalves […] dans une couche horizontale, traversant une falaise […]. Ceci [cette couche de fossiles] était à un moment donné au bord de la mer, bien que la mer soit maintenant à plusieurs centaines de kilomètres plus à l’Est. », mais son hypothèse ne gagna l'Europe que de nombreux siècles plus tard. Il pensait également que les plantes fossiles étaient des preuves de changements intervenus dans le climat. Le grand humaniste Georg Bauer dit Georgius Agricola (1494–1555) résuma les connaissances minières et métallurgiques de son temps dans son plus célèbre ouvrage De re metallica libri xii qui parut de manière posthume en 1556. Ce dernier comporte aussi un appendice intitulé Buch von den Lebewesen unter Tage (Livre des créatures souterraines). Il traite notamment d’énergie éolienne et hydrodynamique, du transport et de la fonte des minerais et de l’extraction de différents gisements, et constitue donc un véritable traité de métallurgie. En réalité, l'œuvre d'Agricola qui intéresse peut-être le plus la géologie fut publiée en 1544 sous le titre De ortu et causis subterraneorum ; il y critiqua les hypothèses anciennes et posa les premières fondations de ce qui allait devenir plus tard la géologie physique. À l'aube du XVIIème siècle, Jean-Étienne Guettard et Nicolas Desmarest arpentèrent le centre de la France et enregistrèrent leurs observations sur une carte géologique, soulignant l’origine volcanique de cette région.

• L'Écossais James Hutton (1726–1797) est considéré comme le père fondateur de la géologie moderne. En 1785, il présenta un article intitulé Theory of the Earth ; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution and Restoration of Land upon the Globe qui fut publié en 1788 dans les Transactions of the Royal Society of Edinburgh. Cet article, sous une forme pratiquement inchangée, constitue le premier chapitre de son ouvrage paru en 1795 en deux volumes, intitulé Theory of the Earth, with Proofs and Illustrations (Théorie de la Terre, avec Preuves et Illustrations). On peut considérer qu'il s'agit-là du premier traité moderne de géologie puisque Hutton y expose les principes d'uniformitarisme et de plutonisme. La nouvelle théorie géologique que Hutton propose implique que la Terre doit être bien plus vieille que ce qu'on supposait auparavant. En effet, le temps que les montagnes mettent à s’éroder, et le temps que mettent les sédiments à former de nouvelles roches sous la mer, qui à leur tour seront soulevées et émergées, ne peut pas se chiffrer en millénaires, mais doit se compter en dizaines ou centaines de millions d'années. Hutton fut sans conteste un brillant chercheur, mais il exposa ses idées par écrit de manière trop confuse et trop compliquée pour que son génial ouvrage fût immédiatement compris. C'est son ami, le mathématicien écossais John Playfair (1748–1819), qui en fit un exposé clair et accessible à un large public dans son livre Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth, paru en 1802. C'est grâce à ce digest de Playfair que la théorie de Hutton fut connue et finalement acceptée par un nombre croissant de géologues, parmi lesquels figurera l'Écossais Charles Lyell.

• Les successeurs de Hutton furent connus sous l'appellation de plutonistes , car ils pensaient que les roches étaient formées par un dépôt de laves produites sous terre dans des volcans. Ils s'opposaient en cela aux neptunistes qui pensaient que les roches s’étaient formées dans un grand océan dont le niveau baissait au cours du temps. Bien que défendant pour l'essentiel des thèses neptunistes, Georges Cuvier (1769–1832) et Alexandre Brongniart (1770–1840) postulèrent, en 1811, eux aussi un âge très grand pour la Terre. Leur théorie fut inspirée par la découverte faite par Cuvierde fossiles d’éléphants à Paris. Pour étayer leur thèse, ils formulèrent le principe stratigraphique selon lequel des couches géologiques superposées représentent une succession dans le temps. Toutefois, il convient de noter qu'ils ne furent pas les premiers à énoncer le principe fondamental de la stratigraphie, puisqu'ils furent, apparemment à leur insu, devancés par Nicolas Sténon (1638-1686) et par William Smith (1769–1839) qui dessina quelques-unes des premières cartes géologiques et commença l’ordonnancement des couches géologiques d’Angleterre et d’Écosse en examinant les fossiles qui y étaient contenus.

• Sir Charles Lyell (1797–1875) publia la première édition de ses Principes de Géologie en 1830. Il les mit à jour par de nouvelles éditions jusqu’à sa mort en 1875. Il pensait à raison que les processus géologiques étaient lents et avaient eu lieu pendant toute l’histoire de la Terre, et se poursuivaient de la même manière à l’heure actuelle. Cette théorie, l'actualisme, est à opposer au catastrophisme selon lequel les caractéristiques terrestres ont été formées et ont évolué grâce à une suite d'événements catastrophiques.

• Bien que les observations contredisent cette idée, les créationnistes refusent toujours maintenant de réfuter les écrits bibliques. Il est à noter que les travaux de Lyell, et les principes de chronologie relative bien connus et bien développés à l'époque, ont conduit Charles Darwin (1809–1882) à publier en 1859 son ouvrage monumental, et crucial pour les idées philosophiques, intitulé The Origin of Species (L'origine des espèces) et plus tard, en 1871, son non moins important ouvrage concernant les ancêtres de l'humanité (The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex). L'observation de fossiles au sommet des Andes et à leur base poussa cet auteur à s'interroger sur la suite des événements qui avaient bien pu mener à cette répartition disparate.

• Au XIXème siècle, la géologie se pencha donc sérieusement sur l’épineuse question de l’âge de la Terre. Les estimations oscillèrent entre à peine cent mille ans jusqu'à plusieurs milliards d’années. La communauté géologique a pu, cependant, s'entendre sur le fait que la Terre devait au moins avoir plusieurs centaines de millions d'années. À cette époque, les physiciens, et en particulier le très influent Lord Kelvin, n'acceptaient guère cette estimation. En effet, utilisant les lois de la thermodynamique, Lord Kelvin avait calculé que la Terre, en se refroidissant graduellement depuis sa formation, devait avoir tout au plus cinquante mille ans. Ce résultat est inattaquable si l'on omet de considérer, comme Kelvin le fit, des sources d'énergie internes à la Terre autres que la chaleur résultant de la contraction gravifique. C'est la découverte de la radioactivité, en 1896, par Henri Becquerel et Pierre et Marie Curie qui fit changer les choses et mit les estimations des physiciens de l'âge de la Terre en accord avec celles des géologues, en les précisant plus tard bien davantage que ne le permettait la stratigraphie.

• Une nouvelle avancée, qualifiée de « révolutionnaire » par certains géologues, eut lieu en géologie dans les années 1960. Il s'agit du développement et de l’acceptation par la communauté scientifique de la tectonique des plaques. Celle-ci consiste en une revitalisation de la théorie de la dérive des continents, proposée dès 1912 par le météorologiste allemand Alfred Wegener (1880–1930), mais rejetée d'emblée par la majeure partie des géologues (DuToit en Afrique du Sud et Holmes en Écosse constituent de notables exceptions) et la totalité des géophysiciens. En réalité, la théorie de Wegener péchait par deux points faibles :

• avec les méthodes géodésiques de l'époque, il était impossible de mettre en évidence la dérive de deux continents l'un par rapport à l'autre ;
• personne n'arrivait à expliquer les forces capables de mouvoir des continents à travers le milieu résistant sous-jacent.

Les éléments qui ont finalement suggéré, au canadien Morgan et au français Le Pichon, la notion de plaques rigides transportées par des mouvements de convection dans les grandes profondeurs de la Terre à la façon dont sont véhiculées des personnes et des objets sur les tapis roulants sont :

• les mesures paléomagnétiques,
• la cartographie des fonds sous-marins pour des besoins commerciaux et militaires,
• la reconnaissance des dorsales médio-océaniques et celle de l'expansion des fonds océaniques,
• la cartographie des épicentres sismiques à l'échelle mondiale.

Les forces capables de faire bouger des continents entiers trouvent donc leur origine dans la grande réserve de chaleur de l'intérieur de la Terre.

• La théorie de la tectonique des plaques possède l'avantage de regrouper géologues, géophysiciens et géodésiens dans une même entreprise dont le but est de connaître de mieux en mieux notre planète. Les géologues y contribuent par leurs observations sur le terrain, les sismologues par l'étude qu'ils font des mécanismes produisant les tremblements de terre, les géodésiens par la détermination de plus en plus précise des ondulations du géoïde et des anomalies gravimétriques y attachées, et les géodynamiciens par une modélisation mathématique des courants de convection à l'intérieur de la Terre. Mais il ne faut pas oublier qu'il s'agit à l'heure actuelle toujours d'une théorie qui présente beaucoup de lacunes et de faiblesses, même si ses points essentiels semblent définitivement acquis. D'autre part, malgré l'engouement des jeunes géologues pour cette théorie, nombreux sont ceux qui devront toujours, ne fût-ce que pour gagner leur vie dans un service géologique ou une entreprise de prospection quelconques, faire de la « géologie de base », c'est-à-dire prélever des échantillons de roche sur le terrain, savoir dresser et interpréter des cartes géologiques à l'échelle locale ou régionale et, éventuellement, être à même de se servir des instruments de mesure que les géophysiciens mettent à leur disposition.