Sciences · Terre et climat
Le karst et les grottes
Le karst est un paysage creusé par la dissolution lente du calcaire par l’eau de pluie chargée de dioxyde de carbone. Il donne des grottes, des gouffres, des rivières souterraines et des stalactites.
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Le mot karst vient du Kras, plateau calcaire de Slovénie où ces paysages ont été décrits les premiers. On en trouve sur environ 10 à 15 % des terres émergées, et près d’un tiers du territoire de la France métropolitaine repose sur des roches carbonatées : Causses, Jura, Vercors, Provence, Périgord, Quercy. Les eaux karstiques fournissent une part importante de l’eau potable dans de nombreuses régions du monde.
La chimie de la dissolution
Le calcaire est fait de carbonate de calcium (CaCO3), presque insoluble dans l’eau pure. Mais l’eau de pluie se charge de dioxyde de carbone, dans l’air et surtout dans le sol, où la respiration des racines et des micro-organismes en produit beaucoup. Elle devient légèrement acide (voir acides et bases) et dissout la roche :
L’eau s’infiltre par les fissures et les élargit peu à peu. En quelques dizaines à centaines de milliers d’années, des fentes de quelques millimètres deviennent des conduits, puis des galeries et des salles.
Les formes du karst
En surface
| Forme | Description |
|---|---|
| Lapiaz | Surface rocheuse sculptée de rigoles et de crêtes acérées |
| Doline | Dépression fermée en forme de cuvette, de quelques mètres à quelques centaines de mètres |
| Aven, gouffre | Puits naturel vertical qui s’ouvre vers le réseau souterrain |
| Poljé | Grande dépression à fond plat, parfois inondée |
| Perte | Point où une rivière disparaît sous terre |
| Résurgence | Source où l’eau souterraine ressort au jour |
| Canyon | Gorge profonde, souvent née de l’effondrement d’anciennes galeries (gorges du Tarn, du Verdon) |
Les plateaux karstiques sont souvent secs en surface, car l’eau s’enfouit aussitôt : les Causses sont des déserts d’herbe au-dessus de véritables fleuves souterrains.
Sous terre
Les grottes sont des cavités assez grandes pour qu’on y pénètre. Le réseau se développe en plusieurs étages, abandonnés à mesure que les rivières s’enfoncent.
Stalactites, stalagmites et autres concrétions
Quand l’eau chargée de calcaire dissous arrive dans une grotte, elle libère du CO2 dans l’air de la cavité, et une fine couche de calcite se dépose. Ces dépôts s’appellent des concrétions ou spéléothèmes.
| Concrétion | Formation |
|---|---|
| Stalactite | Pend du plafond ; naît d’un tube creux, la fistuleuse, qui s’épaissit |
| Stalagmite | Monte du sol, sous l’endroit où tombe la goutte |
| Colonne | Une stalactite et une stalagmite qui se rejoignent |
| Draperie | Voile ondulé formé par l’écoulement le long d’une paroi inclinée |
| Gour | Petit barrage de calcite retenant des bassins d’eau |
| Excentrique | Concrétion qui pousse dans toutes les directions, défiant la gravité |
Un moyen mnémotechnique : les stalactites tombent du plafond, les stalagmites montent du sol. Leur croissance est lente et irrégulière, de l’ordre de quelques millimètres à quelques centimètres par siècle selon le débit et la teneur en calcaire. Comme elles se forment par couches datables, elles sont devenues des archives précieuses du climat passé (voir paléoclimat).
Les grandes grottes du monde et de France
| Site | Pays | Record ou intérêt |
|---|---|---|
| Mammoth Cave | États-Unis | Plus long réseau connu, plus de 680 km de galeries explorées |
| Gouffre Veryovkina | Caucase (Abkhazie) | Plus profond connu, environ 2 200 m |
| Son Doong | Viêt Nam | Une des plus grandes galeries du monde, avec une forêt souterraine |
| Gouffre de Padirac | France (Lot) | Rivière souterraine navigable à plus de 100 m sous terre |
| Gouffre Berger | France (Isère) | Premier gouffre où l’on a dépassé 1 000 m de profondeur, en 1956 |
| Aven d’Orgnac | France (Ardèche) | Salles géantes et concrétions remarquables |
| Fontaine-de-Vaucluse | France | L’une des plus importantes résurgences du monde |
Le Français Édouard-Alfred Martel (1859-1938), qui explora Padirac en 1889, est considéré comme le père de la spéléologie moderne.
Les grottes ornées
Les grottes ont servi d’abri et de sanctuaire aux humains de la Préhistoire. Le climat stable des cavités a conservé des peintures pendant des dizaines de milliers d’années : Chauvet, en Ardèche, découverte en 1994, abrite des œuvres d’environ 36 000 ans ; Lascaux, en Dordogne, découverte en 1940, des peintures d’environ 20 000 ans. La grotte Cosquer, près de Marseille, s’ouvre aujourd’hui sous la mer, à 37 m de profondeur : son entrée a été noyée par la remontée des eaux après la dernière période glaciaire.
Un milieu fragile
Les aquifères karstiques sont très vulnérables : l’eau y circule vite, à travers de larges conduits, sans filtration naturelle. Une pollution en surface peut atteindre une source en quelques heures. Le sous-sol karstique expose aussi aux effondrements (fontis, dolines) lorsque les cavités s’élargissent.
Questions fréquentes
Combien de temps faut-il pour former une grotte ?
En général des centaines de milliers d’années, parfois quelques dizaines de milliers dans des conditions très favorables (eau abondante, sol riche en CO2).
Pourquoi fait-il toujours la même température dans une grotte ?
Parce que la roche isole la cavité des variations extérieures. La température d’une grotte est proche de la moyenne annuelle de la région, environ 12 à 14 °C dans le sud de la France.
Toutes les grottes sont-elles calcaires ?
Non. Il existe des grottes dans le gypse, le sel, des tunnels de lave dans les basaltes, des grottes marines creusées par les vagues et des grottes dans la glace des glaciers. Mais les plus grands réseaux sont karstiques.