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La géodiversité représentée dans le Report on the Geology of the Henry Mountains (1877) de Grove Karl Gilbert (1843-1918)

Geodiversity as represented in the Report on the Geology of the Henry Mountains (1877) by Grove Karl Gilbert (1843-1918)
Christian Giusti

Résumés

Le géographe, géologue, et géomorphologue Grove Karl Gilbert (1843-1918) est un des fondateurs de la géomorphologie. Le mémoire que Gilbert consacre en 1877 aux Monts Henry permet non seulement de saisir sa pensée et définir sa méthode, mais il offre une remarquable illustration de la géodiversité, tant structurelle que fonctionnelle. La genèse des laccolites en tant qu’objet géologique et mécanisme orogénique, ou le développement des formes de dissection des cours d’eau en tant qu’objets géographiques emboîtés (badlands, bassin-versant, région naturelle) et mécanisme morphogénétique sont des problèmes traités par Gilbert à la manière d’un ingénieur : équilibre hydrostatique des venues magmatiques, équilibre hydrodynamique des formes de l’écoulement. Au contraire des Powell, Dutton, McGee, ou Davis, Gilbert ne convoque ni l’histoire naturelle ni la périodisation, mais les équations de la physique et de la chimie. Cette manière de faire, qui est la marque distinctive de toute son œuvre scientifique, explique la notoriété de Gilbert à partir des années 1950.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 24 juin 2019, reçu sous sa forme révisée le 7 octobre 2019 et définitivement accepté le 23 octobre 2019.

Texte intégral

Merci à Stephen Pyne pour sa remarquable biographie de Grove Karl Gilbert, à Yanni Gunnell pour ses renseignements sur le Gilbert Club et les géomorphologues américains contemporains, et à Marc Calvet pour sa relecture critique d’une version préliminaire du présent essai. Mes plus vifs remerciements s’adressent aussi à Yvonne Battiau-Queney et Bruno Comentale pour leurs remarques constructives, qui m’ont permis de préciser des points essentiels.

1. Introduction

1Il y a dix ans, Robert et Suzanne Anderson de l’Université du Colorado à Boulder ont publié un manuel de géomorphologie (Anderson et Anderson, 2010) dont la couverture montre les Henry Mountains s’enlevant à l’horizon au sud sur un vaste premier plan de rigoles d’érosion et de badlands à proximité de la Fremont River (Utah). L’hommage à Grove Karl Gilbert est manifeste (Gilbert, 1877), que confirme une note récente (Anderson, 2018). Alors que selon les critères aujourd’hui en vigueur, une publication risque l’obsolescence au bout d’un bref laps de temps, pourquoi célébrer une monographie qui approche de son cent cinquantenaire ?

2Le nom de Gilbert est indissociable de l’histoire de la géomorphologie, qu’il a contribué à établir sur des bases originales, dont la discussion sera l’objet accessoire du présent essai. De William M. Davis à Henri Baulig et de Richard J. Chorley à Robert et Suzanne Anderson, tous les géomorphologues ont salué l’œuvre de Gilbert, en particulier son mémoire de 1877, mais il serait excessif de prétendre que, d’une génération à l’autre, tous y ont lu la même leçon. Les lecteurs intéressés se reporteront à la biographie documentée de Stephen J. Pyne (1980), Grove Karl Gilbert, A Great Engine of Research, dont nous avons repris ici certaines des conclusions, non sans nous autoriser quelques développements plus personnels, issus d’une analyse d’ensemble de plusieurs concepts clés de la géomorphologie (Giusti, 2012).

3Apparue à la fin des années 1990 (Sharples, 1993) à la suite du concept de biodiversité, la notion de géodiversité a été précisée depuis par de nombreux travaux dont les mémoires de Gray (2013) et de Bétard (2017) établissent la synthèse. Parler de géodiversité chez Gilbert est un paradoxe voire un contresens, car ce n’est pas tant la variété du paysage qui l’intéresse que la régularité des lois et la possibilité de généralisation qui se cache derrière chaque problème particulier (Baulig, 1958) : comment se forme un laccolite ?se soulève une montagne ?se creuse une vallée ?À la différence de travaux contemporains où la géodiversité est évidente parce qu’à l’avant-plan (Powell, 1876 ; Dutton, 1880, 1882), chez Gilbert (1877) elle n’est qu’à l’arrière-plan, en filigrane, dans l’exposé des données d’un problème (Laccolite, Land Sculpture) ou dans l’illustration des situations de terrain à partir desquelles le mécanicien du relief formulera des principes généraux. Aussi cet essai a-t-il pour objet principal de « révéler » (Cayla et al., 2012) la géodiversité des Henry Mountains.

4Le corpus mobilisé se limitera donc à la première des quatre grandes monographies publiées par Grove Karl Gilbert (fig. 1) : Report on the Geology of the Henry Mountains (Gilbert, 1877), Lake Bonneville (Gilbert, 1890), The Transportation of Débris by Running Water (Gilbert, 1914), Hydraulic-Mining Débris in the Sierra Nevada (Gilbert, 1917). L’iconographie et le texte de ce mémoire majeur illustrent en effet de façon exemplaire les représentations géologiques, géomorphologiques et hydrologiques de la géodiversité (Sharples, 1993 ; Gray, 2004 ; Panizza, 2009), tant structurelle que fonctionnelle (Gray, 2013 ; Bétard, 2017).

Fig. 1 – L’Ouest de Grove Karl Gilbert, d’après Pyne (1980), p. 6-7, modifié.
Fig. 1 – The West of Grove Karl Gilbert, according to Pyne (1980), p. 6-7, modified.

Fig. 1 – L’Ouest de Grove Karl Gilbert, d’après Pyne (1980), p. 6-7, modifié.   Fig. 1 – The West of Grove Karl Gilbert, according to Pyne (1980), p. 6-7, modified.

1. Montagnes Henry ; 2. Lac Bonneville ; 3-4. Études sur les débris miniers et sur la charge solide des cours d’eau ; 5. Domaine des chaînons et bassins.
1. Henry Mountains; 2. Lake Bonneville; 3-4. Studies on mine debris and on the solid load of the rivers; 5. Basin and Range Province.

5Après avoir brièvement situé l’auteur et présenté le terrain étudié, l’article traitera des laccolites, des modèles tridimensionnels du relief, et des badlands. Le projet initial du présent essai était de suivre l’iconographie développée par Gilbert de 1877 à 1917. Mais devant l’ampleur du sujet, et afin d’éviter le risque d’un article de pure compilation, il a paru plus cohérent de recentrer le propos sur le seul Report de 1877. À la différence de Lake Bonneville (Gilbert, 1890) et des travaux sur les dynamiques fluviales (Gilbert, 1914, 1917), dont la mise au point s’échelonne sur des années, avec des interruptions et des reprises, la monographie sur la géologie et la géomorphologie des Henry Mountains a été rédigée d’un seul jet, en quelques semaines (Hunt, 1988). Ce mémoire offre donc un précieux instantané tant de la pensée que de la méthode suivie par Gilbert. Comme l’a démontré S.J. Pyne (1980), il condense la vigoureuse vision d’un géomorphologue qui, contre les usages alors en vigueur, se soucie bien moins d’histoire naturelle que de physique et de chimie des formes du relief. Toutefois, comme on le montrera au fil du texte et des figures, la géodiversité s’exprime aussi bien dans l’exposé des données stratigraphiques, tectoniques, ou pétrographiques, que dans la définition fine et multiscalaire des processus de l’érosion (Gilbert, 1877).

2. Grove Karl Gilbert, primus inter pares ?

6Grove Karl Gilbert s’est éteint le 1er mai 1918, au terme d’une longue vie de labeur, féconde et productive. Dans les sciences du relief, les noms de John Wesley Powell, Albrecht Penck, Clarence Edward Dutton, William John McGee, ou William Morris Davis et Walther Penck rayonnent toujours d’un vif éclat (Chorley et al., 1964, 1973 ; Kennedy, 2006 ; Giusti, 2012). Mais au firmament de la géomorphologie l’étoile de Gilbert est celle qui, aujourd’hui, brille d’une lumière sans pareil (James et al., 2017 ; Anderson, 2018). Si Powell et Davis furent par excellence, le premier un esprit fertile et un audacieux explorateur, le deuxième un prolifique théoricien et un pédagogue acharné, Gilbert est le chercheur dont les travaux essentiels n’ont jamais été mis en défaut, l’homme de terrain et de laboratoire qui, des Henry Mountains au lac Bonneville, puis par ses études de la charge solide des cours d’eau, s’est affirmé comme un maître ès méthodes (Gilbert, 1886, 1896, 1914), et, dans la seconde moitié du XXe siècle (Baulig, 1958 ; Pyne, 1975, 1980 ; Sack, 1992), imposé aux géomorphologues du monde entier comme le fondateur de leur discipline.

7Entre Gilbert et Davis, les relations étaient empreintes de cordialité, de franchise et de respect mutuel, mais sans vraie compréhension : Davis reconnaissait volontiers en son aîné un maître, et Gilbert a quant à lui défendu la terminologie davisienne (Gilbert, 1905). Par exemple, dans l’essai sur la convexité sommitale des collines (Gilbert, 1909) figurent des expressions comme « matured dissected topography » ou « mature topography » : les concepts davisiens sont alors la science « normale » au sens de Kuhn (1962). Mais dans leur vision du monde, sur le plan des idées, des concepts, et jusque dans leur mode d’expression, presque tout les oppose. Là où dans un paysage Gilbert voit un système thermodynamique tendant à optimiser son rendement mécanique et dont les formes traduisent des équilibres auto-entretenus presque indéfiniment, Davis voit un système de dégradation où l’entropie ne cesse de croître et dont les formes finissent par se dissoudre dans l’abîme du temps (Pyne, 1980).

8Lors du sixième symposium Binghamton consacré aux théories du développement des formes du relief, un portrait de Gilbert figure en frontispice du volume édité par Melhorn et Flemal (1975). Et, pour le centenaire du United States Geological Survey (1879-1979), les idées scientifiques de Gilbert firent l’objet d’une évaluation qui rappela la diversité des thèmes abordés par ce précurseur de génie au cours des années passées dans le Ohio Survey, le Wheeler Survey et le Powell Survey, puis pendant sa carrière au sein du service géologique des États-Unis (1879-1918) : géologie glaciaire à l’est du Mississipi, structures intrusives et laccolites, escarpements de faille et séismes (Basin Range structure), topographie littorale et paléogéographie du lac Bonneville, gravité et isostasie, la surface de la Lune et ses cratères, les eaux souterraines, les rythmes sédimentaires, l’origine des barres et cordons littoraux, le vêlage des icebergs en Alaska (expédition Harriman), les techniques d’analyse sédimentaire, la géomorphologie, sans oublier la philosophie des sciences (Yochelson, 1980).

9Davis (1927) vouait à son devancier la plus grande admiration : il a consacré un important mémoire à la vie et à l’œuvre de Gilbert (1843-1918), dont les idées scientifiques ont été résumées et discutées par Baulig (1958) dans un substantiel article. Mais dans le mémoire de Davis, les altérations de la pensée de Gilbert sont du même ordre que celles des idées de Walther Penck (Davis, 1932) quelques années plus tard (Giusti, 2012). Plus récemment, Pyne (1975, 1980) s’est fait le moderne biographe de Gilbert, tandis que Hunt (1982, 1988) procurait une passionnante édition critique de carnets de terrain relatifs, les premiers au lac Bonneville, les seconds aux Henry Mountains. Enfin, un récent hommage a été rendu au travail monumental de Gilbert sur le transport de la charge solide par les cours d’eau et sur l’érosion anthropique liée à l’exploitation hydraulique des graviers aurifères de Californie (James et al., 2017).

10La mémoire de Gilbert est honorée de façon très vivante en géomorphologie : à l’initiative de W.E. Dietrich (Berkeley), un Annual Gilbert Club Meeting se tient chaque année depuis 1983 à la suite des rencontres d’automne de l’American Geophysical Union (AGU). La mémoire de Gilbert est aussi honorée de façon plus formelle en planétologie, domaine auquel Gilbert a contribué de deux façons complémentaires : d’une part en étudiant la surface de la Lune (Gilbert, 1893), d’autre part en tentant de déterminer l’origine de Coon Butte (Arizona), lieu mieux connu sous le nom de Meteor Crater (Gilbert, 1896). Dans l’incapacité d’y trouver une preuve directe d’impact météoritique, Gilbert défendit l’hypothèse d’un magma volcanique qui aurait réagi avec des eaux de subsurface pour donner naissance à un maar, ou cratère d’explosion (Kring, 2017). Les études ultérieures de Daniel Moreau Barringer puis de Eugene Merle Shoemaker permirent de prouver que Meteor Crater est bien un cratère d’impact. Mais la rigueur méthodologique déployée par Gilbert à travers nombre d’hypothèses résumées et discutées dans son article à Science (Kring, 2017), et l’ouverture d’esprit dont témoigne sa défense de l’origine météoritique des cratères lunaires (El Baz, 1980 ; Burke, 1986) en un temps où le catastrophisme n’était pas de mode, font que la division de géologie planétaire de la Geological Society of America décerne chaque année un prix – le Grove Karl Gilbert Award – à toute contribution remarquable aidant à la solution de problèmes fondamentaux de géologie planétaire au sens large (cartographie géologique, géochimie, géomorphologie, géophysique, minéralogie, pétrologie, télédétection).

3. La géodiversité des Henry Mountains

11Les plateaux du Colorado ont été « la grande école des géomorphologistes américains : c’est là que, peu après 1870, Powell, Gilbert, Dutton ont jeté les bases de la science des formes du relief » (Baulig, 1936). Situées au sud-est de l’Utah en rive droite du Colorado, et jusqu’en 1869 connues des seuls indigènes en langue Navajo sous le nom de « montagne sans nom », les Henry Mountains ont été nommées en 1871 par John Wesley Powell, en mémoire du physicien Joseph Henry, premier secrétaire de la Smithsonian Institution. Lors de la seconde expédition Powell de 1872, le topographe et géologue Almon Harris Thompson gravit le point culminant du massif (la « Première Montagne » en langue Paiute), le Mont Ellen (3 513 m), du prénom de son épouse et sœur du Major Powell. De Salt Lake City à Salina, la distance est de 155 miles (250 km), quatre jours de train jusqu’à York (un ranch situé près de la voie ferrée dans le nord du comté de Juab, Utah) puis une petite semaine en convoi jusqu’à Salina ; de là restent à franchir 120 miles (193 km) avant d’atteindre le pied du Mont Ellen, sur des pistes (quand elles existent) qu’empruntent cavaliers et convois de mules portant les instruments et le gros du ravitaillement. Avec les mules et les chevaux, les incidents sont fréquents, et mieux vaut ne pas croiser les Indiens (Hunt, 1980, 1988).

12Les opérations de triangulation ont été réalisées par A.H. Thompson et la topographie établie par son assistant W.H. Graves en 1874. Gilbert, qui venait de rejoindre le Powell Survey, étudie les Henry Mountains et les régions adjacentes en 1875 et 1876 : cinq carnets de terrain couvrent la période du 29 mai au 12 septembre 1875, cinq autres celle du 17 juillet au 22 novembre 1876 (Hunt, 1988). Comme au cours de l’été 1875 Gilbert n’a pu qu’entrevoir le détail des Henry Mountains, il travaille pendant l’hiver 1875-76 sur les illustrations du rapport sur les Monts Uinta (Powell, 1876), dont un bloc-diagramme doublé d’un stéréogramme (Davis, 1927) qui forme la planche IV de l’Atlas (fig. 2). Comme le précise Gilbert (1877), « My own observations were begun in 1875, at which time a week was spent among the mountains. They proved so attractive a field for investigation that in the following year a period of nearly two months was devoted to their study ». Gilbert rend son rapport le 1er mars 1877, quatre mois après avoir achevé sa seconde campagne de terrain. La mise au point de certaines planches ayant demandé du temps, le volume daté de 1877 n’est distribué qu’en 1879, mais le succès est tel qu’une deuxième édition paraît dès 1880 (Davis, 1927).

Fig. 2 – La planche IV de l’Atlas du rapport sur les Monts Uinta (Powell, 1876), dessinée par Gilbert.
Fig. 2 – Plate IV of the Atlas of the Uinta Mountains Report (Powell, 1876), drawn by Gilbert.

Fig. 2 – La planche IV de l’Atlas du rapport sur les Monts Uinta (Powell, 1876), dessinée par Gilbert.   Fig. 2 – Plate IV of the Atlas of the Uinta Mountains Report (Powell, 1876), drawn by Gilbert.

https://commons.wikimedia.org/​wiki/​File:J._W._Powell,_Atlas_accompanying_the_report_Wellcome_L0027635.jpg (public domain)

13Le Tableau 1 donne un rapide aperçu des éléments géologiques, géomorphologiques et hydrologiques abordés par Gilbert dans sa première monographie. Les uns relèvent de la géodiversité structurelle ou statique (stratigraphie, lithologie, tectonique, formes du relief…), les autres de la géodiversité fonctionnelle ou dynamique comme le drainage radial centripète des dômes volcaniques, le glissement monoclinal (monoclinal shifting) des cours d’eau, l’évolution des lignes de partage des eaux (divides), les formes de planation (tab. 1).

Tab. 1 – Les Monts Henry et la géodiversité (liste des figures non exhaustive).
Tab. 1 – The Henry Mountains and the geodiversity (non-exhaustive list of figures).

Tab. 1 – Les Monts Henry et la géodiversité (liste des figures non exhaustive).   Tab. 1 – The Henry Mountains and the geodiversity (non-exhaustive list of figures).

Noms de lieux et de formations géologiques selon Gilbert (1877) : voir Hunt (1988, Tab. 0.1) pour les équivalents contemporains. Les nombres entre parenthèses désignent le numéro de la figure puis sa page (h.-t. = hors-texte). Les figures en gras illustrent le présent article.
Names of place and geologic formations according to Gilbert (1877): see Hunt (1988, Tab. 0.1) for modern equivalents. The numbers in parentheses indicate the number of the figure then its page (h.-t. = inset). Figures in bold illustrate this article.

14De profondes coupures d’érosion et la maigreur du couvert végétal (fig. 3) ont permis à Gilbert (1877) de saisir très vite la logique d’ensemble des structures géologiques comprises entre les rivières Escalante à l’ouest et Dirty Devil à l’est (fig. 3A), partant, d’apporter une contribution majeure tant à la formation des laccolites et aux mécanismes d’évolution des formes du relief, qu’à l’analyse de la géométrie changeante des badlands et de leurs crêtes d’interfluve si particulières.

A : Modèle en relief (Gilbert, 1877, planche I) ; B : Image Landsat 7 ETM+ du 6 juin 2000, NASA Visible Earth.
Le nom de Dirty Devil est aujourd’hui réservé à la section située en aval de la confluence des rivières Fremont et Muddy ; celui de Blue Gate correspond à la vallée de la rivière Fremont située entre les plateaux nord et sud de Caineville. Les Blue Gate Sandstones [Emery Sandstones] coiffent les Blue Gate Shale modelés en badlands (Hunt, 1988 ; Anderson et Anderson, 2010).
A: Relief model (Gilbert, 1877, plate I); B: Landsat 7 ETM + image of June 6, 2000, NASA Visible Earth.
The name of Dirty Devil is now restricted to the section downstream from the confluence of the Fremont and Muddy Rivers; that of Blue Gate corresponds to the valley of the Fremont River between the North and South Caineville Mesas. The Blue Gate Sandstone [Emery Sandstone] caps the Blue Gate Shale turned into badlands (Hunt, 1988; Anderson and Anderson, 2010).

4. Les laccolites

15Les roches magmatiques de profondeur pénètrent par intrusion dans les terrains encaissants, prenant des formes diverses : batholites, sills (filons-couches), dykes (filons sécants), et stocks plus ou moins massifs auxquels Gilbert a d’abord donné dans ses carnets les noms imagés de « bulges », « arches » et « lacune », puis de « lacculite » dans un pré-rapport, pour s’arrêter à « laccolite » dans le rapport final (Hunt, 1980). Toutefois, suite à une remarque de James Dwight Dana, l’usage anglophone a imposé « laccolith », du grec lakkos, citerne, et lithos, pierre, dont la traduction française est « laccolite » (Foucault et Raoult, 2005).

16Les roches intrusives des Henry Mountains, notées « trachytes » par Gilbert, sont pour l’essentiel des diorites à texture porphyrique d’âge oligocène, mises en place vers 25 Ma (entre 31 et 23 Ma), dont l’origine reste débattue dans le contexte de l’orogenèse laramienne et de la subduction de la paléoplaque océanique Farallon sous la plaque continentale nord-américaine. Les roches de l’encaissant forment une série sédimentaire d’une épaisseur de l’ordre de 2 700 mètres (7 000 pieds), où dominent les grès et les schistes. Cet ensemble de couches est marqué par quelques lacunes, ainsi que par des contrastes de lithologie, de puissance, et de couleurs. L’âge des roches va du Permien pour les « Aubrey Sandstone » [White Rim, Cedar Mesa et autres grès du Permien supérieur de la terminologie actuelle] au Crétacé supérieur pour les Masuk Sandstone [Mesaverde Formation] (Hunt, 1988).

17Au sein de cette série sédimentaire localement peu déformée s’observent de grosses lentilles de roches plutoniques, à surface inférieure plane et surface supérieure convexe vers le haut, l’ensemble étant sensiblement parallèle aux structures de l’encaissant (fig. 4). Comme le précise C.B. Hunt (1988), l’idée du concept de laccolite a germé sous forme de schéma non commenté dans la soirée du 22 août 1875, le terme de « lacune » n’étant employé pour la première fois que le 13 octobre 1876 (Carnet 8, p. 48) à propos du « Bessie Creek Bulge or Lacune ». Dans son rapport, Gilbert donne cinq preuves de l’intrusion : aucun fragment de « trachyte » n’existe dans les couches sédimentaires mésozoïques, les roches intrusives ne sont ni fragmentaires ni vésiculaires (ce qui exclut une mise en place subaérienne ou sous faible tranche d’eau), les couches sédimentaires ont été déformées après leur dépôt avec des pendages souvent compris entre 45° et 60° (ce qui exclut l’enfouissement d’extrusions par fossilisation), certains filons-couches passent d’un niveau à un autre (ce qui montre que les intrusions sont postérieures aux strates), les couches au contact des intrusions sont légèrement métamorphisées et leur altération, identique au mur et au toit du volume intrudé, est maximale au niveau de la surface de contact (ce qui ne serait jamais le cas si les roches magmatiques étaient contemporaines des roches sédimentaires) (voir figure 50, in Gilbert, 1877).

Fig. 4 – Le concept de laccolite, selon G.K. Gilbert.
Fig. 4 – The concept of laccolite, according to G.K. Gilbert.

Fig. 4 – Le concept de laccolite, selon G.K. Gilbert.   Fig. 4 – The concept of laccolite, according to G.K. Gilbert.

A : Schéma sans légende réalisé le dimanche 22 août 1875 après dîner, Carnet 3, p. 51 (Hunt, 1988) ; B1 : Laccolite simple ; B2 : Laccolite, sills et dykes ; B3 : Groupe de laccolites (Gilbert, 1877, p. 19-21).
A: Diagram without legend executed after dinner on Sunday, August 22, 1875, Notebook 3, p. 51 (Hunt, 1988); B1: Simple laccolite; B2: laccolite with sheets and dikes; B3: Laccolite group (Gilbert, 1877, p. 19-21).

18 Mais pourquoi les magmas ont-ils formé des laccolites et non des volcans ? Aujourd’hui encore, le point reste discuté entre spécialistes (Jackon et Pollard, 1988 ; Horsman et al., 2010), mais Gilbert avait bien compris l’essentiel : « The coincidence of the laccolitic structure with a certain type of igneous rock is so persistent that we cannot doubt that the rock contained in itself a condition which determined its behavior. We are then led to conclude that the conditions which determine the results of igneous activity were the relative densities of the intruding lavas and of the invaded strata; and that fulfillment of the general law of hydrostatics was not materially modified by the rigidity and cohesion of the strata » (Gilbert, 1877). Comme l’ont noté Baulig (1958) et Pyne (1980), la vision de Gilbert est celle d’un ingénieur et d’un physicien, qui résout un problème de mécanique (fig. 5) : « The laccolite in its formation is constantly solving a problem of “least force” and its form is the result » (Gilbert, 1877).

Fig. 5 – Le laccolite : du principe mécanique à son expression schématique et physiographique.
Fig. 5 – Laccolite: from the mechanical principle to its diagrammatic and physiographic expression.

Fig. 5 – Le laccolite : du principe mécanique à son expression schématique et physiographique.   Fig. 5 – Laccolite: from the mechanical principle to its diagrammatic and physiographic expression.

A : La loi de l’équilibre hydrostatique (Gilbert, 1877, fig. 51, p. 73) ; B : Diagramme en plan et coupe de l’amas des laccolites du Mont Hillers (ibid., fig. 28-29 h.-t.) ; C : Le laccolite Howell vu du nord et le long d’un rebord (ibid., fig. 32-33, h.-t. ; sur la figure 33, trois personnages gravissant la pente donnent l’échelle).
A: The law of hydrostatic equilibrium (Gilbert, 1877, fig. 51, p. 73); B: Ground plan and elevation diagram of Mount Hillers laccolite cluster (ibid., fig. 28-29 h.-t.); C: The Howell laccolite seen from the north and along a rim (ibid., fig. 32-33, h.-t.; in fig. 33, three people climbing the slope give the scale).

19 Gilbert ne pourra mener à bien pour les structures de type Basin-Range (Gilbert, 1928) ce qu’il réussit à établir dans le massif des Henry Mountains : le lien entre une montagne et sa structure géologique. On ne peut donc qu’éprouver une immense admiration pour ce travail qui démontre de façon claire et convaincante comment des essaims de roches intrusives peuvent déformer les strates formant leur encaissant (Baulig, 1958 ; Hunt, 1980 ; Pyne, 1980). Or, ce point n’est pas sans incidence sur les formes du relief, dont le développement résulte d’une série d’interactions entre facteurs endogènes et exogènes de la morphogenèse.

5. Modèles 3D et facteurs endogènes du relief

20Au cours de l’hiver 1875-76, Gilbert avait travaillé aux illustrations du mémoire sur les monts Uinta (Powell, 1876), notamment la planche IV de l’Atlas (fig. 2). Dans le mémoire de 1877, Gilbert combine dessin au trait et photographies de modèles en plâtre (Gilbert, 1877) pour produire des vues du relief en trois dimensions sous forme de blocs-diagramme et de stéréogrammes en vue perspective (fig. 6). Le principe est illustré sur un cas simple avec la restauration de la topographie idéale et le schéma en coupe du Mont Holmes (fig. 6A), puis appliqué à l’ensemble des Henry Mountains, avec la restitution topographique du relief actuel (fig. 6B), et la restauration géo(morpho)logique du relief initial par rajout des strates enlevées par l’érosion (fig. 6C). Les mêmes travaux ont été réalisés pour l’ensemble de la région située entre les rivières Escalante et Dirty Devil en rive droite du Colorado (Gilbert, 1877).

Fig. 6 – La restitution du relief dans les Monts Henry (Gilbert, 1877).
Fig. 6 – Restitution of the relief in the Henry Mountains (Gilbert, 1877).

Fig. 6 – La restitution du relief dans les Monts Henry (Gilbert, 1877).   Fig. 6 – Restitution of the relief in the Henry Mountains (Gilbert, 1877).

https://pubs.usgs.gov/​unnumbered/​70039916/​plate-3.pdf
https://pubs.usgs.gov/​unnumbered/​70039916/​plate-4.pdf

A : Stéréogramme et coupe idéale des Monts Holmes (fig. 17 et 18 h.-t.) ; B : Relief actuel, pl. III ; C : Stéréogramme, pl. IV.
A: Stereogram and ideal section of the Holmes Mountains (fig. 17 and 18 h.-t.); B: Current relief, pl. III; C: Stereogram, pl. IV.

21 Comme l’indique Gilbert (1877) de façon un peu elliptique, « a model in relief was constructed, in which great pains was taken to give all the principal features their proper altitudes and proportions ». En ces temps où n’existent ni satellites, ni ordinateurs, ce n’est qu’une fois effectuées les opérations de triangulation, de planimétrie et de nivellement qu’il devient possible de réaliser cartes topographiques, plans en relief et blocs-diagramme. Le lecteur curieux devra se reporter aux anciens traités, comme celui de de Martonne (1940) pour trouver un exposé en règle de la construction d’un bloc-diagramme (fig. 7) : mise en perspective des lignes caractéristiques de la planimétrie et du relief de la carte, mise en place de ces lignes suivant leur altitude. Les planches hors-texte I et III (Gilbert, 1877) sont le produit de ce labeur.

Fig. 7 – Théorie de la construction du bloc-diagramme.
Fig. 7 – Theory of block diagram construction.

Fig. 7 – Théorie de la construction du bloc-diagramme.   Fig. 7 – Theory of block diagram construction.

A : Établissement du réseau perspectif ; B : Échelle des hauteurs (de Martonne, 1940, p. 513-517).
A: Establishment of the perspective network; B: Height scale (de Martonne, 1940, p. 513-517).

22 La construction des stéréogrammes prend pour base le modèle du relief actuel (fig. 6B), et pour couche-repère le « Blue Gate sandstone » [Emery Sandstone], bien exposé au nord des Henry Mountains au niveau des plateformes nord et sud de Caineville. Lorsque ces grès sont à l’affleurement, aucun ajout de couche n’est réalisé. Lorsque ce sont les « Tununk sandstone » [Ferron Sandstone] qui affleurent, une épaisseur est rajoutée, équivalente à la somme des « Blue Gate shale » [idem] et des « Blue Gate sandstone » : « in this way, a restoration was made of the form of that sandstone previous to its erosion » (Gilbert, 1877). Cette surface idéale du toit des « Blue Gate sandstone » n’a évidemment jamais existé dans le relief, puisque recouverte par les couches surincombantes. Mais, « if the sandstone had been indestructible, this is the form which would have been developed by the washing away of all the overlying beds; and in this form are embodied the arches and domes which were impressed upon the sandstone by the upswelling of the laccolites ». Comme le montre cette planche (fig. 6C), la restauration n’a pu être tentée dans le secteur complexe du Mont Ellen : « it seemed better to represent our lack of knowledge by a blank than to bridge over the interval by the aid of the imagination » (ibid.). Comme le note Pyne (1980), « Where others, such as Powell and Dutton, had brought geologic views hybridized with aesthetics, literature, and biology, Gilbert brought a perception derived from physics and engineering ». Son estimation de l’épaisseur des terrains tertiaires enlevés depuis la formation des laccolites – 7 700 pieds (environ 2 300 mètres) – fait entrer dans le domaine du quantitatif les phénomènes d’érosion que tous les explorateurs des plateaux du Colorado avant lui ont évoqué en termes de grandeur, de beauté, de puissance, ou de sublime.

23 En frontispice de son mémoire, Gilbert a placé un bloc-diagramme perspectif combiné à un stéréogramme du Mont Ellsworth (fig. 8A), qui est en quelque sorte l’équivalent du « résumé graphique » aujourd’hui demandé par certaines revues. Comme celle des Monts Uinta (fig. 2), cette planche illustre le travail des forces endogènes (stéréogramme) qui, par le jeu des intrusions successives, ont donné à la pile sédimentaire (côté droit du montage) sa géométrie convexe, et celui des forces exogènes (bloc-diagramme) qui, en décapant les terrains tertiaires et crétacés, puis en affouillant les différents termes du dispositif sous-jacent, sont à l’origine de l’expression des formes structurales. La juxtaposition est révélatrice de la vision propre de Gilbert qui, dans son texte, explique « how the two sets of forces, one in each system, acted against an opposing resistance to create the form shown in the diagram… In the case of the laccoliths, the resulting equilibrium was static; in the case of streams and landforms, it was dynamic » (Pyne, 1980). L’histoire est donc totalement évacuée. En effet, là où ses contemporains (Powell, Dutton) se seraient souciés de la séquence des roches enlevées par l’érosion, de la dégradation de l’énergie impliquée par les événements orogéniques, et du développement consécutif des formes du relief, bref, de l’histoire naturelle de la montagne, « Gilbert not only ignored the degradation of the systems over time but, in its enthusiasm for his ideal model of laccolith formation, nearly forgot to mention just when the event occurred » (Pyne, 1980).

Fig. 8 – Deux types de blocs-diagramme.
Fig. 8 – Two types of block diagram.

Fig. 8 – Deux types de blocs-diagramme.   Fig. 8 – Two types of block diagram.

A : Les Monts Henry et la vision anhistorique de G.K. Gilbert (1877), Frontispice (sur le côté droit du bloc, lire : Carbonifère, Trias-Jurassique, Crétacé, Tertiaire) ; B : La Front Range du Colorado et la vision historique de W.M. Davis (1911, fig. 1).
A: The Henry Mountains and the ahistorical vision of G.K. Gilbert (1877), Frontispiece (on the right side of the block, read: Carboniferous, Jura-Trias, Cretaceous, Tertiary); B: The Colorado Front Range and the historical vision of W.M. Davis (1911, fig. 1).

24 Plus d’un siècle avant le développement massif des techniques numériques et la production en série des modèles numériques de terrain, il n’existe à l’époque de Gilbert que trois façons de rendre le relief et son expression dans le paysage : le dessin d’art, les cartes en hachures ou en courbes, et les blocs-diagramme. Bien que n’étant pas l’inventeur de la technique du bloc-diagramme, Gilbert a montré l’intérêt de ce type de représentation pour illustrer les composantes géomorphologiques de la géodiversité, tant statique avec l’étendue des formes dans l’espace, que dynamique avec les modifications volumiques d’un relief donné. Mais là où les verticales sont chez Gilbert des hachures qui, d’une tranche de temps à l’autre, ne se raccordent pas (fig. 8A), elles sont chez Davis des lignes strictement parallèles, en traits pleins, tirets ou pointillés, indifférentes à la structure géologique (fig. 8B). Là où Gilbert juxtapose deux états des Henry Mountains sans rien indiquer des étapes historiques du passage de l’un à l’autre, Davis dessine une évolution en quatre temps. L’hypothèse peut être avancée que les hachures traduiraient chez Gilbert le seul jeu des forces contraires affectant les quatre volumes de la pile sédimentaire (Carbonifère, Trias-Jurassique, Crétacé, Tertiaire) : équilibre hydrostatique et soulèvement sur le stéréogramme à l’arrière-plan (laccolites), équilibre hydrodynamique et érosion sur le bloc-diagramme au premier plan (formes du relief). Chez Davis, les lignes verticales indiquent sans équivoque le passage du temps, une histoire séquentielle avec abaissement des versants (downwearing) au cours d’un premier cycle « géographique », soulèvement des blocs C-D par rapport aux blocs A-B entraînant le développement d’un second cycle d’érosion. Autrement dit, si Davis incarne la dimension historique de la géodiversité dynamique, Gilbert illustre la dimension physique de celle-ci : l’état d’équilibre dynamique d’un massif montagneux, d’où sa modernité (Anderson, 2018).

6. Badlands et facteurs exogènes du relief

25Pendant les dernières semaines de sa campagne de 1876, du 11 octobre au 22 novembre, Gilbert a dû s’accommoder d’un temps de plus en plus exécrable, accompagné d’averses, de coups de vent, de chutes de neige sur les sommets et de pluies quasi continues sur le piémont. C’est au cours de ces moments d’immobilisation forcée (et d’observation de la circulation d’eaux plus ou moins chargées dans les rigoles d’érosion) que Gilbert a jeté les grandes lignes de ce qui deviendra le chapitre Land sculpture dans le mémoire final (Pyne, 1980 ; Hunt, 1988).

26Son analyse est divisée en trois parties, chacune faisant évoluer le thème de la morphogenèse vers une présentation plus élaborée et plus intégrée, du chenal au bassin-versant, puis au massif montagneux dans ses relations avec les plateaux du Colorado et le relief régional des chaînes nord-américaines. Dans un premier temps (« Erosion »), Gilbert commence par définir les processus de l’érosion, la météorisation (qui intègre l’action dissolvante de l’eau sur les roches en place, les variations de température, l’impact des gouttes de pluie, le rôle des racines, et la pesanteur), le transport, et la corrasion (dissolution chimique et fragmentation mécanique de la charge solide), puis il discute la façon dont les conditions locales (pente, climat, nature des roches) modifient la part respective de chaque processus. La lithologie est ici un paramètre important pour la géodiversité de par le grand développement des terrains argileux : la série sédimentaire des Henry Mountains fait en effet alterner des formations arénacées (grès, conglomérats : cliff markers), qui donnent des corniches, avec des formations pélitiques (argiles, marnes : slope markers) façonnées en badlands (fig. 9). L’épaisseur des formations pélitiques varie de 300 à 350 m pour les Blue Gate Shale, et de 120 m à 270 voire 300 m pour les Tununk Shale (Gilbert, 1877 ; Hunt, 1988 ; Horsman et al., 2010). Dans un second temps consacré à la genèse des formes (« Sculpture »), Gilbert énonce une série d’axiomes organisés en trois lois régissant le travail de l’érosion et le développement des formes du relief dans le paysage : lois de la pente, de la structure, et des lignes de partage des eaux (divides). Enfin, dans un troisième temps, Gilbert étudie l’organisation systémique du drainage : formation des lacs, mécanismes de planation, types de terrasses, cônes alluviaux, glissement monoclinal des rivières, drainage adapté (« consequent ») ou inadapté (« inconsequent ») à la structure. Dans chaque cas, les échelles régionale et macro-régionale sont prises en compte, les Henry Mountains étant source d’exemples et objet de conclusions (Gilbert, 1877 ; Pyne, 1980).

Fig. 9 – Badlands incisés dans les schistes argileux au pied du plateau nord de Caineville, au droit du passage ouvert par la rivière Fremont, connu sous le nom de Blue Gate.
Fig. 9 – Badlands incised into shale at the foot of the North Caineville Plateau, within the pass carved by the Fremont River known as the Blue Gate.

Fig. 9 – Badlands incisés dans les schistes argileux au pied du plateau nord de Caineville, au droit du passage ouvert par la rivière Fremont, connu sous le nom de Blue Gate.   Fig. 9 – Badlands incised into shale at the foot of the North Caineville Plateau, within the pass carved by the Fremont River known as the Blue Gate.

https://upload.wikimedia.org/​wikipedia/​commons/​5/​54/​Badlands_at_the_Blue_Gate%2C_Utah.JPG

La vue est orientée vers le sud, avec la Fremont au loin, au pied du plateau sud de Caineville. © Dan Hobley CC BY-SA 4.0.
View is looking south, with the Fremont in the distance at the foot of the South Caineville Plateau. © Dan Hobley CC BY-SA 4.0

27Gilbert a prétendu ne rien apporter de nouveau, ce qui est vrai en un sens, au vu de la longue tradition fluvialiste qui le précède en géomorphologie, tant en Europe qu’en Amérique du Nord (Baulig, 1950, 1958 ; Chorley et al., 1964 ; Davies, 1968 ; Kennedy, 2006). La nouveauté réside dans la façon dont Gilbert expose les données du problème, en un mot son parti de formalisation. Les lois énoncées par Gilbert sont simples : la première souligne que la pente stimule le travail de l’érosion ce qui favorise l’uniformisation du relief, la deuxième que les roches n’offrent pas la même résistance au travail des agents d’érosion ce qui favorise sa diversification, la troisième que le profil longitudinal d’une rivière tend à se raidir à l’approche de la ligne de partage des eaux, ce qui ramène à la première. Toute la science de Gilbert est de faire varier méthodiquement deux à deux les paramètres, les axiomes, les lois, et de montrer que les formes du relief observables dans le paysage sont l’expression d’un équilibre dynamique entre des tendances antagonistes, des forces agissant en sens contraire : régularisation versus différenciation. Prenons le cas des badlands (fig. 10A-B) : échelle spatiale limitée, structure homogène et peu résistante, végétation rare et discontinue, drainage par ravins parallèles d’importance comparable (Anderson et Anderson, 2010). Comme le note Baulig (1958), « au haut des pentes, l’eau des averses ruisselle en nappes et en multiples filets qui érodent peu ; mais dès que le débit, augmentant vers le bas, s’est concentré … la pente en long se réduit et le profil en long présente une pente régulière ». Quant aux crêtes qui en théorie devraient être aiguës (fig. 10B1), leur sommet arrondi (fig. 10B3) s’explique par le creep ou reptation élémentaire (fig. 10C), processus signalé par Davis en 1892 dans une courte note, puis mieux explicité par Gilbert (1909) dans son article sur la convexité des sommets.

Fig. 10 – Dynamique des badlands.
Fig. 10 – Dynamics of badlands.

Fig. 10 – Dynamique des badlands.   Fig. 10 – Dynamics of badlands.

A : Image 3D Google Earth orientée en direction du sud depuis le rebord méridional du plateau nord de Caineville, avec les Emery Sandstone au premier plan reposant sur les Blue Gate Shale ; B1,2,3 : Figures 54, 58, 59 et 60 du chapitre 5, Land Sculpture (Gilbert, 1877) ; C : Le rôle du creep dans la convexité sommitale d’une colline (Gilbert, 1909).
A: 3D Google Earth image pointing south from the southern edge of North Caineville Plateau, with the Emery Sandstone in the foreground overlying the Blue Gate Shale; B1,2,3: Figs. 54, 58, 59 and 60 of Chapter 5, Land Sculpture (Gilbert, 1877); C: The role of the creep in the convexity of a hilltop (Gilbert, 1909).

28 Comme le souligne Pyne (1980), « what Gilbert achieved in the Henry Mountains was to bring both to the structural problem of laccolith formation and to the geomorphic question of stream behavior a similar perception of nature as well as similar techniques of analysis ». Dans les deux cas, Gilbert crée à partir des données de terrain un modèle dynamique basé sur des lois physiques et organisé autour du concept d’équilibre : hydrostatique dans le cas des laccolites, hydrodynamique dans celui des cours d’eau. Or, en privilégiant l’équilibre sur l’évolution, il s’écarte de l’histoire naturelle : là où Dutton (1880, 1882) et plus tard Davis (1889, 1899) traitent la variété géographique spatiale comme la conséquence d’un processus historique inscrit dans la durée, Gilbert l’interprète comme l’expression paysagère mécanique d’un système dynamique ouvert en état stationnaire (Pyne, 1980). Comme Davis (1927), Baulig (1950) et Pyne (1980) l’ont bien perçu, deux grandes règles sous-tendent la vision de Gilbert : la loi de conservation de l’énergie et le principe du moindre travail. Le cours d’eau est en état d’équilibre dynamique, et le profil en long régularisé : sans le mot, il s’agit déjà de la notion de « graded stream » telle que la développe Mackin (1948) au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, discutée par Baulig (1950), qui fera l’objet de nombreux travaux tout au long de la seconde moitié du XXe siècle.

29 La leçon de Grove Karl Gilbert n’a pas été comprise en son temps : le laccolite a régressé de mécanisme orogénique à type de montagne (une ligne supplémentaire dans la terminologie taxonomique de Powell), et l’état stationnaire anhistorique de la rivière régularisée en équilibre dynamique est devenu un moment de l’histoire d’une rivière (un stade d’évolution au sens de Davis). Or, pour Gilbert « as long as there existed an equilibrium of action, the ratio of force to resistance effectively shaping the landscape remained constant. As long as this ratio remained constant, there was a similar conservation of form », que cette forme soit le profil en long d’une rivière, la géométrie en dôme d’un laccolite, ou la face verticale d’une falaise (Pyne, 1980). Pour Gilbert, l’élément moteur est la crise morphogénique qui, par exemple lors des grandes crues, active les processus de haute énergie, alors que Davis privilégie les effets cumulatifs mais infiniment lents des processus du quotidien. Et là où Gilbert voit un paysage en état d’équilibre à l’échelle humaine, celle de l’ingénieur (Gilbert, 1914, 1917), Davis le voit en état de dégradation irréversible dans le cadre dilaté à l’extrême du temps géologique d’un cycle d’évolution soumis à l’entropie (Baulig, 1958 ; Schumm et Lichty, 1965 ; Pyne, 1980).

7. Épilogue : géodiversité et géohistoire

30La géomorphologie est l’étude des formes du relief, subaériennes ou sous-marines, terrestres ou planétaires, ainsi que celle du développement spatial de ces formes en volume ou en surface sous l’action combinée des mécanismes internes et des processus externes de la morphogenèse, autant que de l’expression actuelle des formes et des modelés dans des paysages plus ou moins marqués par l’anthropisation. C’est pourquoi la géodiversité est à la fois statique et dynamique, spatiale et temporelle, idiographique et nomothétique. Dans les Henry Mountains (Gilbert, 1877), la dimension géographique donc idiographique est omniprésente puisque, par exemple, chaque volcan de la région fait l’objet d’une description minutieuse, et que l’étude de l’érosion est conduite sur la base d’élargissements spatiaux successifs : de l’affleurement aux badlands, puis du bassin-versant à la région naturelle et au grand ensemble continental, étant rappelé que l’on ne voit ni n’étudie la même chose selon l’échelle spatiale considérée (le laccolite isolé n’est pas le massif laccolitique, la ravine élémentaire n’est pas le bassin-versant). Les quatre thèmes présents dans le mémoire sur les Henry Mountains (la formation des montagnes, l’érosion par les eaux courantes, le transport de la charge, les processus de dépôt) représentent la dimension nomothétique du travail de Gilbert, et sont traités de façon systématique dans les autres grandes monographies : Lake Bonneville (Gilbert, 1890) avec la formation des deltas (voir aussi Gilbert, 1885), Transportation of Debris by Running Water (Gilbert, 1914) et Hydraulic-mining Debris in the Sierra Nevada (Gilbert, 1917) sur l’écoulement et le transport, les Studies of Basin-Range structure (Gilbert, 1928) sur le rôle de la tectonique dans la croissance et la décroissance du relief au sens de Penck (waning and waxing development of landforms) (Giusti, 2012, 2013).

31Un chercheur qui travaille dans le domaine de la géodiversité ne doit pas se donner une image binaire de la géomorphologie, autrement dit, adopter un schéma réducteur qui oblitère une part essentielle du message délivré par l’histoire des idées et des concepts, par exemple en opposant l’œuvre d’un Gilbert qui serait scientifique parce que quantitative, à celle d’un Davis qui serait scientiste parce que qualitative. Alors que Gilbert a laissé de côté les implications du deuxième principe de la thermodynamique (l’irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques), développant ses travaux dans le cadre de la mécanique newtonienne (conservation de l’énergie, principe de moindre action), Davis, avec la théorie du cycle, a tenté de compléter l’œuvre de Gilbert en intégrant les temporalités séculaires de l’ingénieur à celles des millions d’années d’un temps géologique marqué par l’entropie (Pyne, 1980). Gilbert traite des cours d’eau en tant que systèmes dynamiques dans un référentiel temporel social, celui du fonctionnement des rivières et des conséquences de leur anthropisation : les mémoires de 1914 et 1917 sont une première forme d’anthropogéomorphologie (James et al., 2017 ; Giusti, 2018). Davis fait du cours d’eau l’agent coordonnateur de l’évolution subaérienne des formes du relief terrestre, en fonction de temporalités qui, bien que jamais quantifiées, relèvent de la très longue durée de l’histoire de la Terre (Klein, 1993 ; Giusti, 2012). La géodiversité s’exprime donc non seulement à toutes les échelles de l’espace, mais aussi du temps. Ceci dit, comment appréhender la géodiversité lorsque le temps semble échapper à sa flèche, être comme suspendu ? Ici encore, deux réponses sont possibles, l’une historique, l’autre anhistorique.

32En termes de géodiversité, un autre exemple du rôle des temporalités anthropique ou géologique sur le contenu d’un concept géomorphologique peut en effet être donné au milieu du XXe siècle, quand deux géomorphologues qui travaillaient sans se connaître sur des domaines aujourd’hui séparés par un large océan (Appalaches et Plaine côtière atlantique, Massif armoricain et Bassin parisien), vont cependant parvenir à la formulation de concepts similaires, le steady state (Hack, 1960) et l’acyclisme (Klein, 1960), tous deux basés sur le dépassement des impossibilités du geographical cycle (Davis, 1899). Mais lorsque Claude Klein expose les fondements théoriques de l’acyclisme (Klein, 1960), donc la persistance longue des formes planes dans le paysage et la composante surfacique de la géodiversité, il se place dans la logique historique suivie par Davis : la séquence est en effet l’équivalent acyclique du stade d’évolution à l’échelle d’une temporalité longue et géologique (Giusti, 2012). Alors que quand John Tilton Hack expose son interprétation des topographies d’érosion des régions à climat tempéré humide (Hack, 1960), autrement dit la persistance des formes rugueuses dans le paysage et la dimension volumique de la géodiversité, il se place dans la logique suivie par Gilbert dans les Henry Mountains : les crêts, les barres, les sillons et les cluses des paysages appalachiens sont un système ouvert en équilibre dynamique stationnaire à l’échelle d’une temporalité courte et anthropique (Battiau-Queney, 1989, 1999). Comparaison n’est pas raison, mais la proposition peut être avancée que les géomorphologues ont autant besoin d’histoire et de récit que de mathématiques et d’équations physico-chimiques même si, selon les époques, au gré des modes, des besoins et des moyens techniques, telle approche sera privilégiée sur telle autre. La géohistoire est une composante de la géodiversité, au même titre que la géomorphométrie (blocs-diagramme), la géodynamique interne (laccolite) ou la géodynamique externe (érosion, forces anthropiques incluses).

33J’ajouterai que, en matière de géodiversité, les géomorphologues ont aussi besoin de paysage, les structures géologiques et les dimensions géomorphologiques n’étant que des éléments parmi beaucoup d’autres, naturels ainsi que culturels (Passarge, 1915 ; Sauer, 1925 ; Hallair, 2011). En géomorphologie, le retour au premier plan de Grove Karl Gilbert dans la seconde moitié du XXe siècle est l’un des effets, avec la redécouverte des travaux de Walther Penck (Giusti, 2013), de la révolution systémique et quantitative que les sciences du relief ont connu à partir de 1945 (Kennedy, 2006). Or, depuis le début du XXIe siècle, de plus en plus d’études s’intéressent à l’expression des formes du relief dans le paysage et à la façon dont les agents de l’érosion ont pu, peuvent et pourront par leurs dynamiques contribuer à en modifier l’allure : les géographes du risque et ceux du patrimoine sont aussi des géomorphologues sensibles aux multiples aspects de la géodiversité (Gray, 2013 ; Bétard, 2017). La mécanique et la chimie des reliefs (Gilbert, Penck), le développement géohistorique des formes du relief (Powell, Dutton, McGee, Davis), l’expression des formes et des processus dans le paysage (Sauer, Passarge) sont trois entrées possibles pour étudier la géodiversité en géomorphologie.

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DOI : 10.1130/SPE183

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Annexe

Abridged English Version

Grove Karl Gilbert died on May 1st, 1918, after a long life of toil, fruitful and productive. In the sky of geomorphology, John Wesley Powell, Albrecht Penck, Clarence Edward Dutton, William John McGee, or William Morris Davis and Walther Penck are still brilliant (Chorley et al., 1964, 1973; Kennedy, 2006; Giusti, 2012). But in the firmament of landform studies, Gilbert’s star is the one that shines today with an unparalleled light (James et al., 2017; Anderson, 2018). If Powell and Davis were par excellence, the first a fertile spirit and a daring explorer, the second a prolific theorist and a relentless pedagogue, Gilbert is the researcher whose essential work has never prove wrong, the man on fieldwork and at lab, which, from the Henry Mountains to Lake Bonneville, then by his studies of the solid load of rivers, has asserted himself as a master of methods (Gilbert, 1886, 1896, 1914), and, in the second half of the twentieth century (Baulig, 1958; Pyne, 1975, 1980; Sack, 1992), did impose on geomorphologists around the world as the founder of their discipline. When Davis sees in a scenery a system of degradation where the entropy never stops to grow and whose landforms end up dissolve in the abyss of time, Gilbert sees a thermodynamic system tending to optimize its mechanical efficiency and whose landforms translate a dynamic equilibrium almost indefinitely self-maintained, hence its modernity (Pyne, 1980; Anderson, 2018).

The Colorado plateaus have been “the great school of American geomorphologists”. The triangulation operations were carried out by A.H. Thompson and the topography established by his assistant W.H. Graves in 1874. Gilbert, who had just joined the Powell Survey, studied the Henry Mountains and adjacent regions in 1875 and 1876: five field notebooks cover the period from May 29 to September 12, 1875, five others from July 17 to November 22, 1876 (Hunt, 1988). Gilbert returns his report on March 1st, 1877, four months after completing his second field campaign. Table 1 provides a brief overview of the geological, geomorphological and hydrological features discussed by Gilbert in his first monograph. Some deal with structural geodiversity (stratigraphy, lithology, tectonics, landforms ...), others with functional geodiversity such as centripetal radial drainage of volcanic domes, monoclinal shifting of rivers, the dynamics of water divides, the forms of planation.

The intrusive rocks of the Henry Mountains are mostly Oligocene porphyry-type diorites emplaced around 25 Ma (between 31 and 23 Ma). The bedrock corresponds to a sedimentary group of strata of about 2,700 meters thick (7,000 feet), dominated by sandstones and shales. The strata are marked by some gaps, as well as contrasts of lithology, thickness, and colours. The age of the rocks ranges from the Permian for the “Aubrey Sandstone” [White Rim, Cedar Mesa and other Late Permian sandstones of the present terminology] to the Late Cretaceous for the Masuk Sandstone [Mesaverde Formation] (Hunt, 1988). But why did the magmas form laccolites and not volcanoes ? Even today, this point remains discussed among specialists (Jackon and Pollard, 1988; Horsman et al., 2010), but for Gilbert “The coincidence of the laccolitic structure with a certain type of igneous rock is so persistent that we cannot doubt that the rock contained in itself a condition which determined its behaviour. We are then led to conclude that the results of this study are of importance to the relative densities of the intruding lavas and the invaded strata; and that fulfilment of the general law of hydrostatics was not materially modified by the rigidity and cohesion of the strata” (Gilbert, 1877). As noted by H. Baulig (1958) and S. Pyne (1980), Gilbert’s vision is that of an engineer and a physicist, who solves a problem of mechanics (fig. 5): “The laccolite in its formation is constantly solving a problem of ‘least force’ and its form is the result” (Gilbert, 1877).

In the 1877 report, Gilbert combines line drawing and plaster model photographs (Gilbert, 1877) to produce three-dimensional relief views in the form of block-diagrams and perspective stereograms (fig. 6). In frontispiece of his memoir, Gilbert placed a perspective block-diagram combined with a stereogram of Mount Ellsworth (fig. 8A), which is in a way the equivalent of the “graphic summary” now required by some journals. This plate illustrates the work of the internal forces (stereogram in the background) which, by the interplay of successive intrusions, gave the sedimentary pile its convex geometry, and that of the external forces (block-diagram in the foreground) which, by stripping the Tertiary and Cretaceous strata, then by eroding the various terms of the underlying rocks, are at the origin of the structural landform development. The juxtaposition is indicative of Gilbert’s vision which, in his text, explains “how the two sets of forces, one in each system, acted against an opposing resistance to the form shown in the diagram... In the case of the laccoliths, resulting equilibrium was static; in the case of streams and landforms, it was dynamic” (Pyne, 1980). History is fully ignored. Where his contemporaries (Powell, Dutton) would have been concerned with the sequence of rocks removed by erosion, the degradation of energy implicated by orogenic events, and the consequent development of landforms, in short, the natural history of the mountain, “Gilbert not only ignored the degradation of the systems over time but in his enthusiasm for his ideal model of laccolith formation, nearly forgot to mention just when the event occurred” (Pyne, ibid.)

The last chapter (Land sculpture) is threefold: erosion processes, landform development, systematic organization of drainage. The novelty lies in the way Gilbert exposes the data of the problem, in a word, his party of formalization. The laws stated by Gilbert are simple: the first emphasizes that the slope increases the work of erosion which in turn favours relief uniformization; the second that the rocks do not offer the same resistance to the work of erosion agents, which favours relief diversification; the third that the longitudinal profile of a river tends to be steeper at the approach of the drainage divides, which leads back to the first law. All Gilbert’s science is to methodically vary the parameters, the axioms, the laws, and to show that the landforms observable in the landscape are the expression of a dynamic equilibrium between antagonistic forces acting in the opposite direction: regularization vs differentiation. As Davis (1927), Baulig (1950), and Pyne (1980) have well understood, two great rules underlie Gilbert’s vision: the law of conservation of energy and the principle of least action. The river is in a state of dynamic equilibrium, and the long profile graded: without the word, it is already the concept of “graded stream” as developed by Mackin (1948) after the Second World War, a concept that Baulig (1950) discussed at length and which will be the subject of many works throughout the second half of the 20th century.

The mechanics and chemistry of reliefs (Gilbert, Penck), the geohistorical development of landforms (Powell, Dutton, McGee, Davis), the expression of landforms and processes throughout the landscape (Sauer, Passarge) are three possible approaches in geomorphology.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – L’Ouest de Grove Karl Gilbert, d’après Pyne (1980), p. 6-7, modifié. Fig. 1 – The West of Grove Karl Gilbert, according to Pyne (1980), p. 6-7, modified.
Légende 1. Montagnes Henry ; 2. Lac Bonneville ; 3-4. Études sur les débris miniers et sur la charge solide des cours d’eau ; 5. Domaine des chaînons et bassins. 1. Henry Mountains; 2. Lake Bonneville; 3-4. Studies on mine debris and on the solid load of the rivers; 5. Basin and Range Province.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 504k
Titre Fig. 2 – La planche IV de l’Atlas du rapport sur les Monts Uinta (Powell, 1876), dessinée par Gilbert. Fig. 2 – Plate IV of the Atlas of the Uinta Mountains Report (Powell, 1876), drawn by Gilbert.
Crédits https://commons.wikimedia.org/​wiki/​File:J._W._Powell,_Atlas_accompanying_the_report_Wellcome_L0027635.jpg (public domain)
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 2,1M
Titre Tab. 1 – Les Monts Henry et la géodiversité (liste des figures non exhaustive). Tab. 1 – The Henry Mountains and the geodiversity (non-exhaustive list of figures).
Légende Noms de lieux et de formations géologiques selon Gilbert (1877) : voir Hunt (1988, Tab. 0.1) pour les équivalents contemporains. Les nombres entre parenthèses désignent le numéro de la figure puis sa page (h.-t. = hors-texte). Les figures en gras illustrent le présent article. Names of place and geologic formations according to Gilbert (1877): see Hunt (1988, Tab. 0.1) for modern equivalents. The numbers in parentheses indicate the number of the figure then its page (h.-t. = inset). Figures in bold illustrate this article.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-3.png
Fichier image/png, 85k
Titre Fig. 3 – Les Monts Henry et leur environnement désertique. Fig. 3 – The Henry Mountains and their desert environment.
Crédits https://pubs.usgs.gov/​unnumbered/​70039916/​plate-1.pdfhttps://eoimages.gsfc.nasa.gov/​images/​imagerecords/​8000/​8092/​capitolreef_etm_2000158_lrg.jpg
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 4,2M
Titre Fig. 4 – Le concept de laccolite, selon G.K. Gilbert. Fig. 4 – The concept of laccolite, according to G.K. Gilbert.
Légende A : Schéma sans légende réalisé le dimanche 22 août 1875 après dîner, Carnet 3, p. 51 (Hunt, 1988) ; B1 : Laccolite simple ; B2 : Laccolite, sills et dykes ; B3 : Groupe de laccolites (Gilbert, 1877, p. 19-21). A: Diagram without legend executed after dinner on Sunday, August 22, 1875, Notebook 3, p. 51 (Hunt, 1988); B1: Simple laccolite; B2: laccolite with sheets and dikes; B3: Laccolite group (Gilbert, 1877, p. 19-21).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 1,2M
Titre Fig. 5 – Le laccolite : du principe mécanique à son expression schématique et physiographique. Fig. 5 – Laccolite: from the mechanical principle to its diagrammatic and physiographic expression.
Légende A : La loi de l’équilibre hydrostatique (Gilbert, 1877, fig. 51, p. 73) ; B : Diagramme en plan et coupe de l’amas des laccolites du Mont Hillers (ibid., fig. 28-29 h.-t.) ; C : Le laccolite Howell vu du nord et le long d’un rebord (ibid., fig. 32-33, h.-t. ; sur la figure 33, trois personnages gravissant la pente donnent l’échelle). A: The law of hydrostatic equilibrium (Gilbert, 1877, fig. 51, p. 73); B: Ground plan and elevation diagram of Mount Hillers laccolite cluster (ibid., fig. 28-29 h.-t.); C: The Howell laccolite seen from the north and along a rim (ibid., fig. 32-33, h.-t.; in fig. 33, three people climbing the slope give the scale).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 9,3M
Titre Fig. 6 – La restitution du relief dans les Monts Henry (Gilbert, 1877). Fig. 6 – Restitution of the relief in the Henry Mountains (Gilbert, 1877).
Crédits https://pubs.usgs.gov/​unnumbered/​70039916/​plate-3.pdf https://pubs.usgs.gov/​unnumbered/​70039916/​plate-4.pdf
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 1,0M
Titre Fig. 7 – Théorie de la construction du bloc-diagramme. Fig. 7 – Theory of block diagram construction.
Légende A : Établissement du réseau perspectif ; B : Échelle des hauteurs (de Martonne, 1940, p. 513-517). A: Establishment of the perspective network; B: Height scale (de Martonne, 1940, p. 513-517).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 1004k
Titre Fig. 8 – Deux types de blocs-diagramme. Fig. 8 – Two types of block diagram.
Légende A : Les Monts Henry et la vision anhistorique de G.K. Gilbert (1877), Frontispice (sur le côté droit du bloc, lire : Carbonifère, Trias-Jurassique, Crétacé, Tertiaire) ; B : La Front Range du Colorado et la vision historique de W.M. Davis (1911, fig. 1). A: The Henry Mountains and the ahistorical vision of G.K. Gilbert (1877), Frontispiece (on the right side of the block, read: Carboniferous, Jura-Trias, Cretaceous, Tertiary); B: The Colorado Front Range and the historical vision of W.M. Davis (1911, fig. 1).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 868k
Titre Fig. 9 – Badlands incisés dans les schistes argileux au pied du plateau nord de Caineville, au droit du passage ouvert par la rivière Fremont, connu sous le nom de Blue Gate. Fig. 9 – Badlands incised into shale at the foot of the North Caineville Plateau, within the pass carved by the Fremont River known as the Blue Gate.
Crédits https://upload.wikimedia.org/​wikipedia/​commons/​5/​54/​Badlands_at_the_Blue_Gate%2C_Utah.JPG
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 8,8M
Titre Fig. 10 – Dynamique des badlands. Fig. 10 – Dynamics of badlands.
Légende A : Image 3D Google Earth orientée en direction du sud depuis le rebord méridional du plateau nord de Caineville, avec les Emery Sandstone au premier plan reposant sur les Blue Gate Shale ; B1,2,3 : Figures 54, 58, 59 et 60 du chapitre 5, Land Sculpture (Gilbert, 1877) ; C : Le rôle du creep dans la convexité sommitale d’une colline (Gilbert, 1909). A: 3D Google Earth image pointing south from the southern edge of North Caineville Plateau, with the Emery Sandstone in the foreground overlying the Blue Gate Shale; B1,2,3: Figs. 54, 58, 59 and 60 of Chapter 5, Land Sculpture (Gilbert, 1877); C: The role of the creep in the convexity of a hilltop (Gilbert, 1909).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/13313/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 1,3M
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Pour citer cet article

Référence électronique

Christian Giusti, « La géodiversité représentée dans le Report on the Geology of the Henry Mountains (1877) de Grove Karl Gilbert (1843-1918) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], Articles sous presse, mis en ligne le 25 novembre 2019, consulté le 09 décembre 2019. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/13313

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Auteur

Christian Giusti

Sorbonne-Université, CNRS UMR 8591 LGP – Institut de Géographie, 191 rue Saint-Jacques, 75005 Paris, France (Christian.Giusti@sorbonne-universite.fr). Tel : +33 (0)1 44 32 14 44.

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