Histoire de la géologie

Plusieurs théories, où se mêlent croyances religieuses et observations, naissent à cette époque, en Grèce puis dans l'Empire romain, en Inde antique, en Chine. La minéralogie et le volcanisme n'ont pour les anciens aucun rapport. Chez les grecs, la géologie n'est pas une science séparée comme l'astronomie mais fait partie de la géographie, ce que Karl Alfred von Zittel résume par un laconique « Il n'y a pas de géologie antique »[1]. Pourtant quelques intuitions correctes existent, parfois correctement étayées, ou tout au moins rationnellement étayées.

Les auteurs anciens décrivent un monde éternel, traversant des cycles indéfinis, sans parvenir à établir une véritable histoire[2]. Aristote dans son traité Météorologiques conçoit une perpétuelle transmutation entre les éléments : la terre et l'air se transforment en eau qui alimente les sources et les rivières (principe de ce qui sera appelé le cycle de l'eau). Il développe la théorie des exhalaisons attribuée à Héraclite. Les exhalaisons sont des espèces d'évaporation sous l'action du soleil. Si elles sont congelées dans la terre, elles produisent les métaux (exhalaison humide qui provient de l'humidité de la terre) ou les roches non-métalliques (exhalaison sèche qui vient de la terre elle-même). Il considère que les continents peuvent devenir mers et vice-versa et surtout que l'enchaînement de petites causes sur de longues périodes peut produire de grands effets[E 1]. La mauvaise interprétation de la présence de fossiles, par Théophraste, un disciple d'Aristote, reste communément admise jusqu'à la révolution scientifique du XVII^e siècle. L'œuvre de ce savant grec ancien, traduite en latin et dans d'autres langues, sert de référence pendant près de deux mille ans.

Straton de Lampsaque effectue une analyse des phénomènes d'érosion et de transport fluviaux des sédiments dans les estuaires[E 2]. Plus notable encore d'un point de vue méthodologique est l'existence de vrais débats, à une Terre ayant existé de toute éternité, l'argument de l'érosion est opposé « si la Terre n'avait pas eu de commencement [...] tous les monts eussent été aplanis au même niveau, toutes les collines eussent été ramenées au même niveau que les plaines », Zénon de Citon[E 3].

Strabon dans sa Géographie, livre XII, chap. 2, 4 parle de correspondance des « saillants et rentrants en parfaite opposition » dans un canyon au fond duquel coule une rivière, par saillants et rentrants il désigne les couches découpées par la rivière mais sans inclure la notion de couche. Dans le même passage il reconnaît l'existence du transport de limon par les rivières et l'avancée des terres qui peut en résulter à leurs estuaires[E 4]. Strabon réfute aussi la théorie d'Ératosthène qui explique la présence des fossiles par un niveau plus élevé de la Méditerranée qui existait lorsque le détroit de Gibraltar était fermé dans un passé mythique[G 1]. Strabon, lui, invoque une cause actuelle et observable, les tremblements de terre, pour expliquer l'élévation des fonds marins qui conduisent à la présence de fossiles dans des lieux élevés. Cette introduction de cause observable pour expliquer des phénomènes antérieurs est une des innovations grecques, toutefois les grecs, sans l'expliquer, considèrent que ces causes ont pu se produire d'une manière plus violente dans le passé, pour eux l'observation d'un tremblement de terre conduisant à la surrection d'une île valide implicitement l'existence de séisme bien plus violent pouvant surélever des zones beaucoup plus vastes[G 2]. Cette avancée des grecs est donc différente du principe de l'actualisme découvert au XVIII^e siècle.

La géologie antique n'est donc pas inexistante, mais les erreurs y sont nombreuses, en partie ajoutées par des compilateurs comme Pline l'Ancien, auteur d'une œuvre d'une qualité très inégale[R 1], en partie durant le Moyen Âge. Ces erreurs et l'utilisation des textes des gréco-romains durant le Moyen Âge comme argument d'autorité lui donnent une réputation sulfureuse, la géologie moderne du XVIII^e siècle n'hérite pas directement de la géologie antique[E 5].

Les pères de l'Église se consacrent avant tout à la défense de la foi chrétienne, s'ils parlent de géologie, c'est dans l'optique de corroborer la Bible, plusieurs d'entre eux, Tertullien, Eusèbe de Césarée..., reconnaissent les fossiles de coquillages et de poissons comme étant des animaux pétrifiés et en concluent la véracité du Déluge. Les quelques apports des gréco-romains sont modifiés pour les faire correspondre à la Bible, toute idée de temps géologique long est abandonnée par Isidore de Séville mais l'application de la création du monde en six jours à la géologie ne devient influente qu'au XVII^e siècle[E 6].

Réplique du sismographe de Zhang Heng, le Houfeng Didong Yi

Les fossiles sont connus en Chine dès le I^er siècle av. J.-C. mais ils ne sont pas toujours correctement identifiés aux espèces modernes, les restes d'un mollusque sont pris pour des ailes d'oiseau, des veines dans des roches sont confondus avec des fossiles[R 2]. L'érudit Shen Kuo (1031-1095) observe des fossiles dans les différentes couches géologiques de la montagne T'ai-hang Shan et en déduit que l'érosion et le dépôt de limon remodèlent les terrains et que ces montagnes furent à un moment situées au niveau de la mer[3]. Shen Kuo pense également que les plantes fossiles étaient des preuves de changements graduels intervenus dans le climat.

La Chine étant fréquemment frappée par des tremblements de terre la sismologie est étudiée, sans qu'une théorie concernant leurs causes ne soit émise. L'apport principal est technologique avec l'invention du premier sismographe. Il est composé d'une masse pesante en équilibre dans une jarre, l'appareil est capable d'indiquer la direction générale du séisme, plusieurs de ces appareils sont construits[R 3].

Le travail des chinois ne sera connu en Europe que longtemps après l'éclosion de la géologie moderne.

La période arabe classique est principalement influencé par les auteurs grecs, directement ou indirectement par la traduction du grec en syriaque ou par l'intermédiaire des Perses[C 1], bien que des connexions avec la science chinoise soit connu dans certains domaines, son influence est faible voire inexistante en géologie.

Les Rasâ'il al-Ikhwân al-Safâ' -- Les Épîtres des frères de la pureté, contiennent une description complète d'un cycle géologique, l'érosion produit des sédiments transportés par les fleuves à la mer qui peu à peu se comble. Cette description est proche de celle d'Aristote mais plus détaillé et une nouvelle idée importante est apporté, la stratification des couches sédimentaires au fond des mers débouchant sur une tentative d'explication des orogenèses « [les mers] déposent ces sables, cette argile et ces cailloux dans son fond, couche sur couche [...] s'entassent les unes sur les autres et ainsi se forment au fond des mers des montagnes et des collines »[E 7]. Les frères de la pureté introduisent l'idée d'un dissymétrie dans la forme de la Terre, les mers et les terres sont deux sphères ayant des centres distinctes, les mers ne peuvent donc pas entièrement couvrir les terres[E 8].

Avicenne est plus influent que les Frères de la pureté, pourtant ses apports sont moins intéressant, de plus son texte est connu en occident à travers une traduction d'Alfred de Sareshel vers 1200 qui tronque le texte. Ce texte, De mineralibus, sera d'abord attribué à Aristote et est souvent utilisé au Moyen Âge par les alchimistes bien qu'Avicenne dans l'original la condamne. De mineralibus contient deux parties intéressant la géologie, De la congélation des pierres et De la cause des montagnes. Les fossiles y sont expliqués par l'inclusion d'animaux et végétaux convertis en pierre par une vertu pétrifiante des sols pierreux. La partie explicative du phénomène, les terres contenant des fossiles marins étaient autrefois immergés est manquante dans le texte latin. Avicenne explique les montagnes par deux causes, les tremblements de terre qui soulèvent le sol et dans une moindre mesure par l'érosion qui laisse les reliefs les plus durs intacts. Avicenne connaît aussi la stratification qu'il explique par des avancées et des retraits successifs des mers, chaque couche est dû à l'une de ces avancées. Cette portion du texte est elle aussi manquante dans la version latine de Sareshel[E 9].

Malgré une certaine censure de la part de l'Église le ton de la science du Moyen Âge est relativement libre, si les autorités religieuses penchent parfois vers le dogme avec l'interdiction de certaines des thèses d'Aristote vers 1210 révoqué en 1234 puis à nouveau condamné en 1277[R 4], des penseurs considèrent que la science n'est pas incompatible avec la foi chrétienne. Cette science trouve son apogée dans la création des premières universités en occident et l'avènement de la scolastique. Des érudits comme Robert Grosseteste, Roger Bacon, Thomas d'Aquin ou Guillaume d'Ockham sont des scientifiques[R 5]. La condamnation de 1277 est la prémisse d'une séparation de la foi et de la science avec la doctrine de la double vérité, une concernant la foi et l'autre la raison, vérités pouvant être contradictoires[R 6] - [E 10].

Albert le Grand reprend une partie des idées d'Aristote et d'Avicenne. Dans le domaine de la géologie il étudie les fossiles du bassin parisien mais semble incertain quant à leur origine, d'une part il cite Avicenne en leur attribuant une origine animale, d'autre part il évoque la possibilité que les fossiles soient créés directement dans la pierre sans avoir une origine biologique[E 11]. Cette ambiguïté est partagée par d'autres auteurs du Moyen Âge, Ristoro d'Arezzo aboutit à une origine organique des fossiles, Pietro d'Abano au contraire considère qu'ils sont générés dans le sol par l'action des astres[E 12]. Ristoro d'Arezzo émet aussi une théorie sur l'origine des montagnes, une forme d'attraction de la part des étoiles tend à élever la surface de la Terre, curieusement il considère cette force proportionnelle à la distance, à l'inverse de la force exercée par un aimant ou de la gravitation qui reste encore à découvrir[G 3].

Jean Buridan émet l'idée d'une composition de la Terre en deux hémisphères dissymétriques, peut être inspirée des frères de la pureté. Les terres sont plus légères que les océans, le soleil échauffant les terres les allègent. Cet allègement provoque un soulèvement des terres combattu par les phénomènes d'érosion[E 13]. L'hémisphère nord comportant une majorité de terres est plus léger que l'hémisphère sud, le centre de gravité est excentré[C 2]. Buridan utilise une échelle de temps incompatible avec la Bible, les phénomènes qu'il décrit demande au moins des dizaines de millions d'années, il déconnecte aussi les causes de l'astronomie, en invoquant seulement le Soleil et non plus les étoiles. Les manuscrits de Buridan ne seront pas imprimés, Léonard de Vinci reprend en partie l'idée de dissymétrie du globe[G 4], mais Buridan a moins d'influence que son successeur Albert de Saxe qui réintroduit l'astronomie dans les cycles de formation des montagnes[E 14]. Buridan ne rejette pas l'idée du déluge mais il considère qu'un tel phénomène ne peut pas avoir de cause naturelle[E 15].

La Renaissance débute au XIV^e siècle en Italie pour se propager dans le reste de l'Europe au XV^e et XVI^e siècles. La gravure sur bois puis sur cuivre et l'invention des caractères mobiles en imprimerie permet la propagation des auteurs modernes et anciens[R 7]. La chute de Byzance permet l'arrivée d'un bon nombre de manuscrits et d'érudits parlant le grec en occident mais cette redécouverte des textes grecs est antérieure à la chute de l'Empire byzantin, la Renaissance est plus une période de transition que de rupture[T1 1]. Malgré cette ambiance propice la géologie progresse peu durant la Renaissance.

L'origine des fossiles, biologique ou non, commence à être réellement débattue à partir des années 1500, débat qui se poursuit durant la plus grande partie du XVII^e siècle[E 16] - [E 17], mais dès le début de la Renaissance l'origine animale ne fait pas de doutes pour la majorité des auteurs, les principales divergences concernent les causes qui ont amené ces fossiles, souvent d'origine marine, à l'intérieur des terres[T1 2].

Pour les auteurs de la Renaissance les montagnes sont soit le résultat de l'érosion (Léonard, Agricola, Palissy) ou bien sont des reliefs dont l'existence remonte à la création de la Terre ; des feux souterrains sont évoqués pour expliquer le volcanisme et les tremblements de terre mais ces causes ne sont pas appliquées à l'orogenèse[T1 3].

L'origine des sources est fréquemment ramenée à une origine océanique, l'eau des océans circule sous Terre et resurgit, durant la Renaissance l'altitude des océans est mal connue, même Palissy, qui réfute cette théorie, considère que certaines parties de la surface des océans sont plus élevées que la Terre[T1 4].

Léonard de Vinci ne s'intéresse ni à la volcanologie ni aux tremblements de terre. Il ne publie pas ce qu'il écrit sur les fossiles et l'érosion, son influence est difficile à estimer[E 18] - [G 5]. Il réfute la théorie de la genèse des fossiles sur place et les théories fondées sur le déluge, en particulier dans le Codex Leicester. Toujours dans ce codex il identifie entre elles les couches présentes des deux côtés d'une vallée érodée par la présence d'un fleuve[E 19]. Léonard échoue à présenter une théorie globale de la terre, il joue avec plusieurs idées, celle d'une terre creuse, celle d'une terre remplie d'eau ou encore il reprend les idées d'Albert de Saxe[E 20] et celles de Buridan[G 6].

Les principaux apports de Bernard Palissy sont contenus dans son traité des Eaux et fontaines où il réfute l'opinion fréquemment admise depuis l'Antiquité d'une origine océanique des sources et montre que l'eau des fleuves provient de la pluie[R 8] - [T1 5]. Palissy admet l'origine biologique des fossiles mais rejette une provenance marine ou qu'ils aient été apporté par le déluge, pour lui ces fossiles sont des restes d'animaux d'eau douce provenant des fleuves et des rivières[E 21]. Sur la question des fossiles, Palissy n'est pas novateur, ses apports restent inférieurs à ceux de Léonard[G 7].

Le grand humaniste Georg Bauer dit Georgius Agricola (1494–1555) résume les connaissances minières et métallurgiques de son temps dans son plus célèbre ouvrage De re metallica[4] qui parait 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[R 9]. Le De re metallica traite aussi de la succession des couches trouvées au-dessus des mines en Saxe, sans tenter d'apporter d'explication[E 22]. L'œuvre d'Agricola qui intéresse peut-être le plus la géologie est publiée en 1544 sous le titre De ortu et causis subterraneorum ; il y critique les hypothèses anciennes et pose les premières fondations de ce qui va devenir plus tard la géomorphologie par sa description de l'érosion[E 23].

XIX^e siècle

• Adolphe d'Archiac, Introduction à l'étude de la paléontologie stratigraphique. Tome I, Précis de l'histoire de la paléontologie stratigraphique et supplément au Tome I dans le tome II, éditeur F. Savy, 1864
• Archibald Geikie, The Founders of Geology, éditeur MacMillan, 1897
• Karl Alfred von Zittel, Geschichte der Geologie u. Paläontologie bis Ende d. 19. Jahrhunderts, München, Oldenbourg, 1899

XX^e siècle

• François Ellenberger, Histoire de la Géologie, 2 tomes, Éditions Lavoisier - Technique et Documentation, Paris, 352 pages, 1988 (ISBN 285206457X), et 381 pages, 1994 (ISBN 2852066742).
• Geneviève Bouillet-Roy, La géologie dynamique chez les anciens grecs et latins d'après les textes, thèse de doctorat, Paris 6, 1976, 438 pages.
• Joseph Needham, Science and Civilization in China, volume 3, Mathematics and the Sciences of the Heavens and the Earth. 1986, Taipei : Caves Books, Ltd.
• Colin Ronan, Histoire mondiale des Sciences, 1983, éditions du Seuil, (ISBN 2020362376)
• Histoire générale des sciences, collectif, sous la direction de René Taton, PUF, 4 volumes, 1995, (ISBN 2130471579)
• Gabriel Gohau, Une histoire de la géologie, 1987, 1990, éditions du Seuil, (ISBN 2020123479)

XXI^e siècle

• Histoire des sciences de l'antiquité à nos jours, Éditions Tallandier, 2004, collectif, (ISBN 2847340521)

• Comité français d'histoire de la géologie
• Étymologie des éons, ères et périodes géologiques
• Histoire de la volcanologie
• Histoire de la paléontologie
• Histoire de la minéralogie