karst | calcaire | dissolution | morphologie

[karst]

Karst est le nom d'une région de Slovénie considérée dès les débuts de la spéléologie comme modèle pour les reliefs calcaires érodés par l'action dissolvante des eaux de ruissellement, qu'on nomme phénomènes karstiques.

D'après B.Gèze, "le nom de karst est donné à toute région constituée par des roches carbonatées compactes et solubles (calcaires et dolomies), dans lesquelles apparaissent des formes superficielles (exokarstiques) et souterraines (endokarstiques) caractéristiques". Par extension le terme karst s'utilise aussi pour définir des régions formées de roches solubles telles que gypse et sel gemme.

Aucune rivière ne coule à la surface d'un karst. Un réseau de fentes absorbe aussitôt les précipitations et les draine en profondeur. Lorsque le niveau de base (imperméable) est atteint, les eaux souterraines le suivent pour ensuite s'échapper du massif.

Le paléokarst désigne des phénomènes s'étant produits il y a longtemps dans un système karstique qui n'est plus actif aujourd'hui.

[les roches calcaires]

Les calcaires appartiennent aux roches sédimentaires. Ces dernières résultent de la transformation de substances diverses générées par l'érosion (roches détritiques), des réactions chimiques (roches hydrochimiques), ou des êtres vivants (roches organogènes). L'aspect de ces roches (faciès) et la présence (ou non) de fossiles, renseignent sur le milieu de formation (continental, lacustre, marin etc.). Les dépôts s'accumulent, variant en quantité et en qualité, de sorte que les couches successives se superposent. Le phénomène dure pendant des millions d'années. Les couches finissent par durcir et donnent des roches sédimentaires, lesquelles, suite à d'éventuelles pressions et températures élevées, changeront d'aspect pour donner des roches métamorphiques ; ainsi les calcaires deviennent du marbre, les marnes des schistes.

Seules les roches salines (gypse, sel gemme) ou carbonatées (calcaire, dolomie) peuvent contenir des cavernes, en raison de leur solubilité et de leur résistance mécanique suffisante pour supporter la pression des terrains encadrant la cavité. Il existe cependant des exceptions...

Les formations calcaires, qui renferment la majeure partie des cavernes, datent de l'ère primaire (p.ex.500 Ma) comme de l'ère tertiaire (p.ex.25 Ma). Ils représentent entre 4 et 6 % des terres émergées de la planète.

Le calcaire est composé à plus de 50 % de carbonate de calcium auquel se mêlent des impuretés (argiles, sable etc.). Ses propriétés principales sont : dureté modérée (rayé par l'acier), densité proche de 2,5, poreux ou compact (selon son origine). Il réagit chimiquement aux acides. Sa couleur va du blanc au gris. C'est une roche imperméable qui se dissous dans l'eau chargée de gaz carbonique. Soumis à des contraintes, il se déforme en se fissurant (suite aux mouvements tectoniques).

[dissolution]

La corrosion prédomine. Le carbonate de calcium, constituant prépondérant des roches calcaires, ne se dissous que faiblement dans l'eau pure ; mais cette dissolution s'accroît en présence de gaz carbonique. La proportion de ce gaz dans l'atmosphère, bien que relativement faible, suffit à multiplier par 4 ce pouvoir dissolvant, qui croît à mesure que la température de l'eau s'abaisse.

Le gaz carbonique se dissous dans l'eau ; une partie se combine avec elle pour former de l'acide carbonique. L'acide carbonique réagit sur le carbonate de calcium (insoluble) pour former du bicarbonate de calcium soluble. Le bicarbonate dissous voyage avec l'eau courante, laissant un vide (la caverne en formation) et un dépôt dû aux impuretés insolubles (argile,sable,etc.).

Cette réaction résulte d'un équilibre chimique dans lequel les quatre éléments demeurent simultanément en présence. La variation de l'un d'entre eux (eau qui s'évapore, % variable de gaz carbonique dans l'air des cavernes) déclenche des réactions allant de la gauche vers la droite (de la formulation) ou vice-versa ; ce que traduisent les doubles flèches liant les deux termes de l'expression.

Aux phases de creusement (eau insaturée agressive), vont succéder des phases de dépôts (précipité), durant lesquelles s'élaborent les concrétions si pittoresques. Le bilan global des cycles reste cependant favorable au creusement, sinon il n'y aurait pas de cavernes !

Comme toujours la réalité se révèle plus complexe. L'eau traversant un tapis végétal (humus) se charge d'acides organiques ; des nodules métalliques inclus dans la roche (pyrites) engendrent d'autres composés ; les argiles sont le siège d'une vie bactérienne contribuant à l'attaque du support. Tout ceci complète, sans l'infirmer, le phénomène majeur décrit.

[morphologie]

La géomorphologie est l'étude des formes terrestres (superficielles ou souterraines, à petite ou grande échelle) et de l'évolution du relief.


Formes de surface

Les lapiés sont des rainures de dissolution à la surface des bancs calcaires. Le terme lapiaz désigne un champs de lapiés. Ces formes varient selon l'altitude, le couvert végétal, la position structurale des bancs, la quantité de précipitations.


Dépressions karstiques

Les dolines sont des dépressions fermées de forme ronde à ellipsoïde, généralement plus larges que profondes. Il en existe de toutes sortes, distinguées par leur morphologie ou leur origine. La coalescence de plusieurs dolines forme un ouvala. Un poljé est un bassin fermé de grandes dimensions, à fond plat, drainé en sous-sol ; dans sa partie avale il comporte des ponors (avens, pertes, emposieux), puits dans lesquels disparaissent les eaux de ruissellement.


Formes fluvio-karstiques

Les vallées sèches sont créées par érosion fluviatile et progressivement asséchées par l'enfouissement du karst, les écoulements devenant alors souterrains. Les reculées sont des gorges kilométriques se terminant par un cirque calcaire (ou bout du monde), au pied duquel jaillit une résurgence. Les canyons sont définis comme des gorges importantes taillées dans une structure tabulaire ; ils sont creusés par des cours d'eau à fort débit, ce qui permet un écoulement superficiel malgré la logique d'infitration karstique.


Le réseau souterrain

Le réseau karstique (souterrain) s'organise verticalement de la manière suivante (de haut en bas). La zone d'absorption, proche de la surface, conditionne le mode d'infiltration ; l'eau profite de son réseau de fissures pour disparaître en profondeur. La zone vadose ou zone de transfert est caractérisée par son écoulement libre, son orientation généralement verticale. La zone épinoyée correspond à la zone de fluctuation du niveau de base sous l'effet des crues. Enfin , le substratum est constitué des niveaux étanches de base qui empêchent les eaux de s'infiltrer encore plus bas ; il équivaut au niveau moyen de la zone noyée.


Formes des galeries

Les galeries de section elliptique caractérisent les grottes formées en régime noyé (la corrosion d'un joint de stratification s'y exerce dans toutes les directions et les galeries formées ont une section en forme de lentille, voire circulaire). Les méandres, galeries étroites et sinueuses, sont creusés à l'air libre par des cours d'eau souterrains à régime torrentiel. une section en trou de serrure correspond au creusement d'un méandre dans une galerie elliptique, en régime vadose.


Concrétions

On trouve dans les cavités plusieurs types de concrétions, formées à partir de carbonates :

- les stalactites, cônes formés par l'eau qui dégouline de la voûte, croissent de haut en bas ;
- les stalagtites, cônes formés par le dégoulinement de l'eau sur le sol de la grotte, croissent de haut en bas ;
- les excentriques, concrétions allongées, fines, recourbées dans tous les sens ;
- le mondmilch (lait de lune), dépôt minéral prenant la forme d'une pâte blanchâtre, tendre lorsqu'hydratée, crayeuse lorsqu'asséchée ;
- les fistuleuses (macaronis), fines concrétions (tube de 6 à 8 mm) fréquentes, formées par le suintement d'eau provenant d'une étroite fissure dans la voûte;
- les gours, concrétions en forme de petits barrages situés en travers de galeries à faible pente où la circulation de l'eau sur le sol est active mais pas torrentielle ;
- les draperies, concrétions ondulées formées par un dépôt de calcite sur le trajet d'une eau percolant le long d'une arête sinueuse ;
- les colonnes (piliers), soudures d'une stalactite et d'une stalagmite.