Les colonnes du temple de Sérapis, à Pouzzoles, et les Principles of Geology de Charles Lyell

Cyril Langlois

ENS Lyon - Préparation à l'agrégation SV-STU

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

02/10/2017

Résumé

Les altérations visibles sur les colonnes de marbre d'un ancien marché romain près de Naples, témoignent de mouvements verticaux du sol à l'échelle des temps historiques, liés à l'activité magmatique de la caldeira des Champs Phlégréens. Ces traces ont constitué un argument important pour le géologue écossais Charles Lyell dans son plaidoyer en faveur de la théorie de l'actualisme.


Figure 1. Les restes du « temple de Sérapis » à Pouzzoles, près de Naples (Italie)


Un curieux de sciences de la Terre qui se rend à Naples va évidemment monter sur le Vésuve (si l'accès à celui-ci n'est pas interdit, à cause de son éventuelle activité, ou à la suite des incendies criminels allumés sur ses flancs, comme en cette année 2017). S'il a du temps, le voyageur peut se rendre à Pouzzoles, dans la banlieue de Naples, pour y voir l'activité fumerolienne de la Solfatare et ses dépôts de soufre (phénomène détaillé sur cette autre page de Planet-Terre et sur celle-ci), reflets locaux de l'activité de la région plus vaste des Champs Phlégréens ( Campi Flegrei ), énorme caldeira volcanique correspondant à l'ensemble de la pointe Nord-Ouest de la Baie de Naples, et dont Pouzzoles occupe grosso modo le centre. À Pouzzoles, il peut enfin se rendre sur le site archéologique d'un ancien marché romain daté du tournant des 1er et 2e siècles après J.C., le Macellum di Pozzuoli en italien, abusivement dénommé « temple de Sérapis » au 18e siècle après la découverte sur place d'une statue de ce dieu d'origine égyptienne. Ce faisant, l'observateur naturaliste peut refaire les observations effectuées sur les colonnes de l'édifice par le géologue britannique Charles Lyell en 1828 [4] et décrites dans son ouvrage de référence Principles of Geology, publié entre 1830 et 1833.

Figure 2. Portrait de Charles Lyell (1797-1875)


Ces observations, que l'on reprend ci-dessous avec des images actuelles du site, sont restées célèbres pour les géologues anglo-saxons et les historiens de la géologie. Une gravure de ces colonnes de cipolin (marbre impur) figuraient en frontispice de l'ouvrage de Lyell, signe de l'importance qu'il accordait à ce site (figure 4). Cet épisode de l'histoire des sciences a été repris en détail par le paléontologue Stephen Jay Gould (1941-2002) dans l'une de ses « réflexions sur l'histoire naturelle » publiées initialement dans la revue américaine Natural History et traduites en français au Seuil [2].

Figure 3. Schéma structural de la région des Champs Phlégréens

Cette carte montre la caldeira principale de -35 000 ans, et le champs de failles associé à la Solfatara, dans la partie Est de Pouzzoles ( Pozzuoli ).


Charles Lyell visite le site de Pouzzoles en 1828, au cours d'un grand voyage passant par l'Italie et la France. Avocat de profession mais passionné de géologie, il se consacre exclusivement à cette dernière à partir de 1827 et défend la thèse de l'uniformitarisme avec la précision et le sens de l'argumentation de l'avocat.

Figure 4. Gravure représentant les colonnes du « temple de Sérapis » ou Macellum di Pozzuoli , Italie

Cette gravure figure en frontispice des Principles of Geology (1830-1833) de Charles Lyell.


Qu'observe-t-on, après Lyell, sur les colonnes du « temple de Sérapis » ? Même d'assez loin, on remarque immédiatement, sur les trois principales colonnes encore debout, comme sur la quatrième démantibulée au sol, une zone grise et comme perforée au tiers de la hauteur (jusque vers 6 m au-dessus du plancher de marbre). La base, elle, semble intacte et lisse, comme la moitié supérieure (figure 5).

Lyell observe la même chose en 1828, et en conclut que « le marbre a été percé par un bivalve marin perforant, appartenant à l'espèce Lithodomus  ». Le genre Lithodomus , défini en 1816 par Cuvier, correspond aujourd'hui à Lithophaga , la datte de mer, un bivalve perforant de la famille de la moule, strictement marin et ne supportant pas l'émersion à marée basse. De telles perforations subactuelles ou miocènes peuvent aussi être vues dans Pholades et galets perforés d'aujourd'hui et d'hier . Les marées étant très faibles en Méditerranée, cette observation implique donc que la place de ce marché romain ait été continuellement submergée sous près de 6 mètres d'eau à un moment de l'histoire entre sa construction, datée de la fin du premier siècle après J.C., et 1828. L'absence de perforation sur les premiers mètres des colonnes laisse supposer, elle, que des dépôts, sédimentaires ou volcano-sédimentaires, ont recouvert ce marché et protégé la base des colonnes de l'érosion biologique (figure 6). Suite à cet épisode subsident, une remontée du sol a de nouveau exondé la place.

Toutefois, on peut voir aujourd'hui, sur le premier mètre des colonnes et sur les murs du marché, d'autres traces d'immersion, moins spectaculaires que les précédentes, que Stephen Jay Gould avait déjà observées en 1999. La gravure de l'ouvrage de Lyell ne les montre pas et l'auteur ne les mentionnait pas dans la première édition de son ouvrage. Elles traduisent donc un mouvement subsident postérieur à celui de 1828 (figure 7). Ces mouvements datent effectivement de quelques années après la visite de Lyell, entre 1840 et 1860. En réalité, montée et descente du sol se succèdent sur ce site à l'échelle de la décennie (figures 8 et 9). La subsidence majeure, à l'origine de l'érosion par les mollusques, correspond vraisemblablement à l'épisode des 14e-15e siècles (figure 8).


Ces déplacements du sol sont évidemment à mettre en relation avec l'activité volcanique et hydrothermale de la région des Champs Phlégréens, et les "gonflements" et "dégonflements" du sol qu'elle produit (bradyséisme). Cette activité est toujours bien présente et la région suscite même actuellement plus d'inquiétude que le Vésuve lui-même. Des mesures fines des données archéologiques, associées à des datations 14C, ont permis de proposer des reconstitutions plus détaillées des mouvements du temple de Sérapis au cours des temps historiques et jusqu'aux années récentes, résumées dans la figure 8 (Lima et al., 2009 [3]). Avec les données géophysiques et géologiques disponibles, ces résultats conduisent à expliquer l'activité tectonique de la zone par des mouvements épisodiques de fluides profonds provoquant l'ouverture et la propagation de fractures dans les matériaux encaissants : les auteurs de l'article dont est tiré la figure 8 proposent ainsi que les mouvements bradysismiques résultent « d'exsolution de fluides aqueux au cours de la solidification du magma, sur une échelle de temps longue (1000 à 10 000 ans) superposée à l'expulsion, sur une échelle de temps plus courte (1 à 10 ans), de fluides provenant d'un réservoir profond (3-5 km), sous pression lithostatique et à faible perméabilité, vers un réservoir hydrostatique. Les cycles d'inflation-déflation apparaissent quand la connexion s'établit entre les réservoirs profonds et superficiels » [3]. Plus précisément, le corps magmatique situé sous la région des Champs Phlégréens, à plus de 6 km de profondeur (figure 10), libérerait des fluides aqueux, qui se retrouveraient bloqués dans la croûte par une première barrière peu perméable dans la zone de transition cassant-ductile (~5 km). Ce phénomène expliquerait la lente montée du sol. La rupture épisodique de cette barrière amènerait certains de ces fluides profonds dans un second réservoir plus superficiel, toujours dans la zone cassant-ductile, sous une couverture de roches imperméables et cassantes (et toujours sous la forme de poches déconnectées les unes des autres). Dans ce second réservoir, l'expansion des fluides et la propagation des fissures (enregistrée sous forme de petits séismes) permettraient finalement aux fluides de s'échapper vers la croûte superficielle, où ils peuvent encore interagir avec les fluides météoriques de la zone aquifère. Ces épisodes de déplacement des fluides peu profonds, fracturation de la couverture imperméable et migration expliqueraient les mouvements enregistrés à l'échelle de la dizaine d'années (figure 9).

Figure 8. Reconstitution historique et mesures récentes des mouvements du sol à Pouzzoles

A. Mouvements schématiques du Temple de Sérapis au cours des temps historiques (en mètres au-dessus du niveau de la mer), estimés par des mesures archéologiques et des datations au radiocarbone (les cercles noirs et blancs distinguent deux études différentes).

B. Déplacements verticaux (en mm) enregistrés au port de Pouzzoles par des données de nivellement sur la période 1969-2006.


Figure 9. Déplacement vertical du sol au cours du temps dans la région de Pouzzoles, en Italie

Les déplacements indiqués ne sont pas quantitatifs mais seulement schématiques (comparez avec la figure précdente).



Pour Lyell, ces phénomènes sont surtout la preuve que des mouvements d'ampleur notable peuvent avoir lieu à des échelles de temps courtes et sous l'effet d'une succession de changements peu sensibles, liés à des processus toujours actuels, ni cataclysmiques ni exceptionnels (même si cet exemple-ci reste de portée locale).

L'argumentaire de Lyell développé dans les Principles of Geology assurera la suprématie de la pensée uniformitariste sur les hypothèses catastrophistes. Pour la résumer, la théorie de Lyell affirme d'une part le gradualisme (les causes actuelles, répétées, expliquent sur le long terme les phénomènes d'ampleur géologique) et d'autre part l'état stationnaire de la Terre (l'amplitude des phénomènes terrestres ne tend ni à décroitre, ni à croitre). Elle sera d'une importance majeure pour Darwin, qui emporta le premier volume des Principles of Geology dans son voyage sur le Beagle en 1831 et reçut le deuxième tome au cours du voyage. L'uniformitarisme de Lyell lui permettait en effet d'attribuer à des processus actuels, de faible ampleur mais continument à l'œuvre (la séparation des sous-populations au sein d'une espèce par adaptation à des conditions de vie légèrement différentes), l'apparition d'espèces nouvelles.

On sait aujourd'hui que des phénomènes "catastrophiques", d'amplitude jamais vue dans les temps historiques, et très rares à l'échelle géologique, ont influencé l'évolution biologique et géologique (chute de météorite il y a 66 Ma, volcanisme intense de type "trapps", responsable probable de plusieurs autres extinctions biologiques en masse). On considère aussi aujourd'hui, avec de nombreux arguments, que la Terre a nettement changé au cours des temps géologiques (possible changement de régime tectonique à la transition Archéen-Protérozoïque, vers 2,5 Ga, oxygénation croissante mais non linéaire…) et qu'elle n'a donc pas atteint un état stationnaire. En conséquence l'uniformitarisme, contrairement à ce que défendirent beaucoup de scientifiques des 19e et20e siècles, ne suffit pas à tout expliquer. Néanmoins, comme le soulignait S. J. Gould dans son essai [2], la vision de Lyell eut une importance déterminante dans l'avancée des sciences géologiques et biologiques au début du 19e siècle, car « si les crises paroxystiques à l'échelle de la planète avaient façonné la plus grande partie de l'histoire, alors […] nous serions privés des observations nécessaires pour réaliser des études empiriques […] nous ne pourrions pas nous servir des processus actuels pour comprendre les événements survenus dans le passé ».

Figure 11. Localisation du temple de Sérapis (Pouzzoles) en Italie



Bibliographie

Robert J. Bodnar, Claudia Cannatelli, Benedetto De Vivo, Annamaria Lima, Harvey E. Belkin, Alfonsa Milia, 2007. Quantitative model for magma degassing and ground deformation (bradyseism) at Campi Flegrei, Italy: Implications for future eruptions , Geology, 35, 9, 791-794 - doi:10.1130/G23653A.1

Stephen Jay Gould, 2002. Les piliers de la philosophie de Lyell , in Les pierres truquées de Marrakech , Seuil, p.183‑208 - ISBN:2.02.040759.0.

Annamaria Lima, Benedetto De Vivo, Frank J. Spera, Robert J. Bodnar, Alfonsa Milia, Concettina Nunziata, Harvey E.Belkin, Claudia Cannatelli, 2009. Thermodynamic model for uplift and deflation episodes (bradyseism) associated with magmatic–hydrothermal activity at the Campi Flegrei (Italy) , Earth-Science Reviews, 97, 1–4, 44-58 - doi:10.1016/j.earscirev.2009.10.001

NERC & Heriot-Watt University, 2017. Sir Charles Lyell , in The Lyell Centre (consulté le 26 septembre 2017)