Né à Ambleteuse (Pas-de-Calais), d'une famille d'instituteurs, l'enfance de Jean Cuvillier se déroula en Picardie, d'où il vint faire ses études supérieures à la Sorbonne ; en 1922, licencié ès sciences naturelles, il est nommé professeur au lycée français du Caire, où il enseigne jusqu'en 1930. Il entreprend en même temps, sur le conseil de ses maîtres E. Haug et le père Teilhard de Chardin, une révision du Nummulitique, en vue d'une thèse de doctorat d'État, qu'il soutient à l'université de Paris en 1930 ; ce travail fait encore autorité. À partir de 1930, détaché en qualité de maître de conférences de géologie à l'université du Caire, il multiplie ses observations et complète ses travaux antérieurs, pour lesquels il sera couronné lauréat de l'Institut avec l'attribution du prix Victor-Raulin, en 1938.
De retour en France peu avant la guerre, il est nommé chef de travaux de géologie appliquée et chargé de cours d'hydrogéologie à la Sorbonne ; il met au point les publications sur ses recherches en Égypte et commence à étudier le Nummulitique de la région parisienne, en collaboration avec le professeur A. Lanquine. La guerre le place dans une situation difficile : en 1941, il doit abandonner son poste d'universitaire sur l'ordre du gouvernement de Vichy. En 1942, il organise à Dax un laboratoire de géologie et micropaléontologie stratigraphiques, pour la Société nationale des pétroles d'Aquitaine ; c'est à partir de cette date qu'il commence à développer cette science, en insistant sur l'importance des recherches micropaléontologiques en stratigraphie. À la Libération, il est réintégré dans son poste de chef de travaux au laboratoire de géologie appliquée, puis nommé maître de conférences en 1947 et professeur titulaire en 1953. Il enseigne aussi à l'École normale supérieure de Fontenay-aux-Roses, de 1939 à 1955, et à l'École nationale supérieure de géologie appliquée de Nancy, de 1948 à 1957.
Son principal mérite est d'avoir créé un enseignement nouveau de micropaléontologie, qui répondait aux besoins de l'industrie dans la recherche de l'eau et du pétrole, et d'avoir formé ainsi un grand nombre de spécialistes ; il est à l'origine du Centre d'études de micropaléontologie appliquée du C.N.R.S., puis, en 1955, du laboratoire de micropaléontologie, dans lequel est dispensé un enseignement de 3e cycle, et enfin de la chaire de micropaléontologie. En 1958, il commence à faire paraître une nouvelle revue, de diffusion mondiale, la Revue de micropaléontologie. Parmi de nombreuses fonctions, il fut aussi conseiller scientifique à la direction générale de la Société nationale des pétroles d'Aquitaine (depuis 1953), président de la Société géologique de France (1956), collaborateur principal au Service de la carte géologique de France.
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