>Les Grottes<

Les Grottes<= /p>

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1 L'Homme et les Grottes

Photo http://www.grottes-en-= france.com/homme.html

Patrimoine encore ma= l connu les grottes ont de tout temps exercé sur l'homme crainte et fascinat= ion.

Elles ont ét&= eacute; le témoin de son évolution, tour à tour abris temporai= re, abris organisé, foyer domestique, puis refuge, forteresse, ermitage = ou sanctuaires, elles sont souvent source de légende ou de superstition= .

Ce n'est qu'à= la fin du XIXe siècle, sous l'impulsion d'Edouard-Alfred MARTEL que l'exploration se fera systématique et scientifique.

Depuis, ces explorat= ions n'ont cessé de progresser, et des études de plus en plus poussées percent peu à peu les mystères du monde souterrain, de la formation des cavités aux différentes forme= s de vie qui les habitent.

Nombre de grottes ont été aménagées pour des visites touristiques et = si dans les premiers temps le public ne recherchait que l émotion d'un périple souterrain, il est devenu plus exigeant.

L'attrait toujours c= onstant pour le monde souterrain, alors que les études scientifiques en améliorent, chaque jour, la connaissance conduit à présenter aux visiteurs une approche plus approfondie de ce milieu particulier.

Lecture des paysages souterrains, compréhension des mécanismes de creusement et de formation des concrétions, approche de la vie souterraine, de la préhistoire font désormais partie des informations proposées par les guides aux cours des visites.

12 L'homme des grottes<= /a>

À l'instar de= nos plus anciens ancêtres, qualifiés "d'hommes des cavernes", les grottes ont de tout temps attiré les hommes et l= es animaux.

Du fait de sa lente évolution et de la relative stabilité de son climat, le monde souterrain conserve parfaitement de nombreux témoignages anthropique= s et paléontologiques.

Certains de ces vest= iges, comme les empreintes humaines et animales ou l'art pariétal, se rencontre presque exclusivement dans les grottes.

" Mais au-del&a= grave; de ces vestiges émouvants, c'est une quantité importante d'informations "concernant les hommes des temps passés et leur environnement naturel, qui est disponible "sur le sol et les parois de nombreuses cavités.

"Les recherches archéologiques, dans le monde souterrain sont complémentaires= de celles "conduites au jour, dans les abris ou en plein air. Sous terre, c'est bien souvent le "témoignage de brefs instants de la vie de quelques individus qui nous est révélé. Ces "imag= es instantanées, d'une exceptionnelle qualité, viennent illustre= r le film de l'histoire de "l'humanité patiemment reconstitué, à l'extérieur par les archéologues et les "pal&ea= cute;ontologues." (F. ROUZAUD 1997)

13 Traces du passage des anima= ux dans les grottes

Les traces, laiss&ea= cute;es par les animaux, sont autant de témoignages de l'environnement de la caverne, donc de celui de ses occupants et de leur contexte de vie. Leur évocation est ainsi complémentaire de celle des manifestations anthropiques.

Si l'homme a besoin = d'un éclairage, fut-il sommaire pour pénétrer les zones obscures des cavités profondes, il n'en va pas de même pour les animaux.

Les chauves-souris s= ont les habitants actuels les plus connus du monde souterrain. Comme elles, de nomb= reux animaux occupent volontiers les cavernes. Hôtes occasionnels, ou venus accomplir, dans la quiétude des grottes, des phases de leur cycle biologiques (hibernation par exemple), ils ont laissé, dans les cavités, des traces de leur passage : empreintes, griffades, bauges, nids, reliefs de repas ou déjections sans parler de leur squelette en cas de mort sur place.

Souvent, aussi les cavités ont constitué des pièges naturels où les animaux vont tomber et mourir. Leurs carcasses entraînées ou n= on par les eaux s'accumulent dans les réseaux souterrains. Leurs osseme= nts parfaitement conservés et protégés par les conditions particulièrement favorables de l'environnement souterrain constituen= t de précieux témoignages des faunes passées.

14 Conquête du milieu souterrain par l'homme

Il y a près d= e 400 000 ans, l'homme maîtrise le feu, cet éclairage artificiel va = lui permettre de pénétrer dans les galeries profondes. Dès= le paléolithique moyen, les fréquentations des zones obscures du milieu souterrain, deviennent courantes. L'homme préhistorique signe= ses passages sur les parois de ponctuations, tracés digitaux, mains pein= tes en négatif, etc…

Cette époque,= il y a 15 000 à 12 000 ans, correspond à l'apogée de l'art pariétal préhistorique. En France, plus de 150 grottes ornées paléolithiques portent sur leurs parois et sur leur sol les témoignages du passage et de l'expression artistique des hommes préhistoriques.

En effet, si gravure= s, dessins et peintures décorent les parois, au sol, empreintes de pas = et de glissades, traces de foyers, lampes rudimentaires, outils, objets sculptés permettent de suivre la piste des hommes du paléolithique, de retrouver les cheminements, d'imaginer leur condit= ion de séjour.

Certains préhistoriens, associant les caractéristiques des représentations pariétales à la rareté des habi= tats dans leur voisinage immédiat, considèrent les grottes ornées profondes comme des sanctuaires.

Une autre approche de l'occupation des cavernes profondes par les hommes du Magdalénien réside dans la rigueur climatique qui régnait pendant la dernière glaciation. La recherche du confort, lié à une température plus clémente et à la relative constance du climat interne qui prédomine dans les zones profondes du milieu souterrain, aurait motivé leur conquête.

À la fin de c= ette période glaciaire, il y a environ 10 000 ans, les hommes semblent abandonner les galeries profondes. Des conditions climatiques, moins rigoureuses, favorisent la vie à l'extérieur et, dans le mili= eu souterrain, une phase de concrétionnement, qui va localement fossili= ser les traces de la période précédente (Grotte de la Vach= e en Ariège).

L'homme revient dans= les grottes profondes au Néolithique, il y a environ 6 000 ans, mais ses= motivations sont différentes.

L'avènement de l'agriculture, et la sédentarisation qui l'accompagne, conduisent l'homme à rechercher dans les grottes, outre l'abri naturel de l'entrée, des refuges , des cachettes et des sites de défense face à une insécurité nouvelle provenant plus de ses contemporains que de l'environnement.

Les grottes vont également servir de magasin pour stocker et conserver les aliments, = mais deviennent aussi des lieux de sépultures. (Foissac en Aveyron)<= /o:p>

Parfois, les grottes= sont aussi des sources d'approvisionnement en matériaux divers, nécessaires au développement de nouvelles technologies : argi= le pour la poterie, silex pour les outils, les armes ou les bijoux.=

À partir de c= ette époque, les grottes vont servir de refuge et de cachette à ch= aque période troublée de l'Histoire.

Par ailleurs, il arr= ive que des substances, utiles aux industries humaines, fassent l'objet de phénomènes naturels de concentration dans certaines cavités. Dès lors et encore récemment, ces grottes peu= vent être le siège d'exploitations diverses : minerais, pierres d'ornement, argile, engrais etc…

15 Zones d'occupations dans les grottes<= /o:p>

La répartitio= n des vestiges et des témoignages de l'activité, des hommes et des animaux, dans les grottes n'est pas aléatoire. Elle procède à la fois des caractéristiques de la cavité, et des mo= yens et des motivations des êtres qui la pénètrent.

Mieux qu'un long développement, le schéma ci-dessous montre la localisation des zones d'occupation dans les grottes et les activités correspondantes= .

2 La Formation des grottes

21 Généralit&eac= ute;s sur le monde souterrain

Le terme de « = grottes » regroupe un ensemble très varié de vides et de cavités existant sous terre.

Leur exploration et = leur étude systématique montrent qu’elles ne sont pas distri= buées au hasard dans l’écorce terrestre.

En effet à qu= elques exceptions près, elles se sont formées dans une famille de ro= ches particulières, les calcaires, dont une des propriétés essentielles est d’être facilement attaqués et dissous p= ar des solutions acides.

Ce processus, d'atta= que superficielle des roches par des agents chimiques, constitue "la corrosion". Il est à l’origine du creusement des cavités.

C'est toutefois l'ea= u et sa circulation qui constituent les facteurs essentiels de la formation des grottes.

Indispensable &agrav= e; la corrosion, elle véhicule d'une part les solutions acides et les prod= uits dissous et d'autre part entraîne à l'extérieur les débris et les résidus des processus chimiques de la dissoluti= on.

Enfin, dans la forma= tion des vides souterrains, interviennent mais dans une moindre mesure des phénomènes mécaniques.

La corrosion ayant fragilisé les roches, des éboulements peuvent se produirent à partir des voûtes ou des parois. Mais il n'y a, dans un prem= ier temps, pas de modification du volume, les blocs effondrés restant da= ns la cavité. Ce sera encore à la corrosion et à l'eau de compléter le creusement en attaquant ou en déblayant les débris rocheux restés sur le sol de la grotte.

Les grottes sont don= c le résultat d’un mécanisme chimique, qui désagrège les roches par dissolution et corrosion créa= nt ainsi des vides importants, et de mécanismes mécaniques qui assurent le transport et l'évacuation des produits dissous ou désagrégés.

Bien que de formes e= t de dimensions très variées les vides constituant les grottes son= t le résultat d’un processus bien défini et, loin d’être disposés au hasard, ils sont en fait liés entre eux suivant une structure bien organisée : le karst.

22 Le Karst

« Karst »= ;, ce nom qui peut sembler barbare, caractérise l’ensemble des vides créés dans un massif de roches calcaires par dissolution de la roche sous l’action des eaux météoriques (pluie ou neig= e) ou terrestres (ruissellement).

À l’ori= gine, cette appellation désigne une région de Slovénie o&ugr= ave; les phénomènes de creusement ont été déc= rits pour la première fois.

Photo http://www.grottes-en-= france.com/karst.html

221 Origines des Karst<= /a>

Le karst est le résultat de l’action des eaux acides sur les roches calcaires.=

L’eau charg&ea= cute;e d’acide a la propriété de dissoudre les carbonates constituant les calcaires créant ainsi des vides souvent très importants.

À premi&egrav= e;re vue, ces vides, aux formes souvent torturées et à la répartition désordonnée, semblent distribués de façon très aléatoire dans les massifs calcaires.<= /o:p>

Des études récentes montrent qu'au contraire, ils sont parfaitement organisés et liés entre eux suivant des critères structuraux et une hiérarchie bien définis, qui découl= ent de leurs conditions de formation.

Cette formation nécessite deux éléments : des roches calcaires et des = eaux acides.

2211 Les roches calcaires.

Très ré= ;pandues dans le monde, elles peuvent être d’origine sédimentaire – formées à partir de roches préexistantes - , ou biochimique – construites par des organismes tels que les coraux ou certaines algues .

En France, elles con= stituent un tiers du territoire.

Les calcaires sont constitués principalement de carbonates de calcium (Ca CO3). Les minéraux correspondant sont essentiellement la « calcite &raqu= o; et « l’aragonite ».

Parfois au carbonate= de calcium vient s’ajouter du carbonate de magnésium et la roche résultante prend le nom de « dolomie » ou de « calcaire dolomitique ». Le minéral correspondant est la « dolomie » (Mg Ca CO3)

Calcaires et dolomie= s sont des roches généralement dures qui se présentent en cou= ches compactes (les strates), séparées par des joints d’orig= ines diverses.

Bien qu’admett= ant parfois des plissements, elles sont très cassantes et se fissurent facilement quand elles sont soumises à des contraintes mécaniques.

Imperméables,= elles se dissolvent très lentement sous l’action de solutions acides= .

2212 Les eaux acides.

Les eaux de pluie ne= sont normalement pas acides. L’acidité des eaux est un caract&egrav= e;re acquis, d’abord en traversant l’atmosphère, ensuite et surtout en percolant à travers le sol, elles s’enrichissent en= gaz carbonique (CO2), issu de l’activité bactériologique su= r la matière organique présente dans les sols (végét= aux, animaux, etc …)

222 Les processus chimiques et= de creusements

2221 Le processus de creusemen= t

Le creusement des cavités, comme l'érosion superficielle des roches calcaires, = fait intervenir à la fois, des processus chimiques et mécaniques.<= o:p>

- Les processus chim= iques correspondent à la dissolution des carbonates, qui constituent les calcaires, par des eaux enrichies en gaz carbonique.

- Les processus mécaniques, essentiellement liés aux conditions de circulatio= n de l'eau, tant en surface que dans les roches, sont de deux ordres :

L'environnement et l= es conditions climatiques qui régissent le volume des précipitat= ions et des facteurs liés à la roche elle-même ou à sa mise en place tels que la cohésion et la porosité, dues &agra= ve; la structure interne de la roche, elles vont influer sur la vitesse et le débit des écoulements et la tectonique, responsable du plisse= ment et de la fracturation des roches, qui vont influer sur l'orientation et l'organisation des écoulements.

2222 Le processus chimique

Le gaz carbonique se= dissout dans l'eau, et une partie se combine avec elle pour former de l'acide carbonique (H2 CO3).

L'acide carbonique réagit sur le carbonate de calcium des calcaires pour former un composé soluble le bicarbonate de calcium.

Le bicarbonate est d= issous et entraîné par l'eau. Ce départ crée un vide, et des résidus correspondant aux impuretés de la roche.

Ce processus est le résultat d'une réaction chimique qui s'exprime ainsi : <= /o:p>

Photo http://www.grottes-en-france.com/k_= processus.html

Cet équilibre nécessite la présence simultanée des quatre éléments (carbonate, bicarbonate, gaz et eau). La variation d= 'un d'entre eux entraîne le déplacement de l'équilibre dans= un sens ou dans l'autre.

Ainsi l'eau, qui d'u= ne part se charge de gaz carbonique en traversant les sols, et entraîne d'aut= re part le bicarbonate dissout, provoque un déséquilibre. La réaction se déplace vers la droite entraînant un départ de matière qui assure le creusement des cavités= .

223 Les différentes zon= es du Karst

Les conditions de circulation des eaux dont découlent directement les processus mécaniques du creusement, vont conduire à identifier dans le karst plusieurs zones.

La dissolution du ca= lcaire par l’eau est un phénomène relativement lent. Pour qu’elle soit importante, il faut donc que l’eau puisse rester longtemps en contact avec la roche.

Dans le massif calca= ire, les eaux circulent essentiellement par gravité, de haut en bas en utilis= ant différents conduits (fissures, failles, cheminées, galeries).=

Quand l’eau ci= rcule rapidement, la durée du contact eau-roche est courte, il y aura donc= peu de dissolution, en revanche quand elle circule lentement la dissolution est importante.

Par ailleurs, plus l= es vides sont larges, plus l’eau circule rapidement alors qu’elle est freinée dans les conduits étroits.

Or une vitesse dR= 17;écoulement lente favorise la dissolution, les voies étroites auront tendance à être élargies, pour créer à terme des v= ides plus importants où l’eau circulera plus librement.<= /span>

Ces phénom&eg= rave;nes de circulation et de dissolution interfèrent donc et leurs effets vo= nt, en s’équilibrant, entraîner un phénomène d’autorégulation qui se traduira par une organisation du drain= age.

Cette organisation hiérarchisée de haut en bas (ou d’amont en aval) va entraîner une structuration verticale et horizontale du système karstique.

Plusieurs zones sero= nt ainsi identifiées dans le karst :

La zone épika= rstique - La zone d’infiltration - La zone de drainage - La zone noyée=

2231 Zone épikarstique.=

En surface et &agrav= e; proximité immédiate, les eaux, qui achèvent de travers= er l’atmosphère et les sols, se sont enrichies en gaz carbonique. Elles sont donc très agressives et leur capacité de dissoluti= on sera importante à la surface des roches.

Si l’ér= osion superficielle fait disparaître le sol, la roche nue apparaîtra striée d’entailles plus ou moins larges, séparées par des arêtes souvent acérées.

Ce type de morpholog= ie caractéristique des roches de surface des karsts est appelé "lapiaz".

Ce terme d'origine s= avoyarde désigne l'aspect de surface particulier de ces roches, tailladées, ciselées de lacérations et creusées= de cannelures.

Les entailles sont le résultat direct de la dissolution : la matière minérale dissoute ayant été entraînée par les eaux de ruissellement, des vides se creusent sur la roche. Cette = double action, dissolvante et érodante des eaux, continue son lent travail = dans les entailles qui vont s’agrandir, se relier entre elles pour constit= uer à la surface des karsts des paysages particuliers composés de massifs et de piliers rocheux entrecoupés de ravins profonds : les "reliefs ruiniformes".

À plus grande échelle, la dissolution des roches de surface et l'entraînement des produits dissous dans les fractures et les vides sous jacents provoquer= a la formation de dépressions circulaires ou elliptiques : "les doli= nes". Souvent ces dépressions se réunissent pour former des ensembl= es plus vastes, et les figures de relief correspondantes prennent le nom de "poljé'

Parfois la dissoluti= on élargit les fissures en orifices des grande dimensions, qui communiq= uent sous la surface avec des vides importants, s'ouvrent alors les "avens" ou les "gouffres ", par où les eaux ruisselleront vers les zones profondes.

Dolines, poljé= ;, ruiniformes, gouffres et avens constituent le paysage classique de la surfa= ce des Karsts.

2232 Zone d’infiltration= .

Directement sous la = partie superficielle, les eaux s’enfoncent en profitant soit de grands condu= its résultant d’une dissolution particulièrement active, so= it en empruntant des fissures préexistantes que la corrosion va é= ;largir.

Deux modes de circul= ation caractérisent donc cette zone :

- Une infiltration r= apide par des conduits larges où l’eau circule librement.=

- Une infiltration l= ente par un réseau de fines fissures où la circulation de l’eau entraîne, avec elle, de l’air et du gaz carbonique.<= /span>

2233 Zone de drainage.<= /a>

Plus bas, le double = jeu de la corrosion qui élargit les fissures, et de la circulation qui en assure le déblaiement, favorise les communications entre les vides. = Les écoulements, initialement à composante verticale utilisent des cheminements plus horizontaux créant localement des rivières souterraines qui vont drainer les circulations vers le niveau de base et l’extérieur des massifs.

2234 Zone noyée.=

Autour des zones de = drainage vont subsister des vides remplis d’eau qui ne s’écoule q= ue très lentement, en raison de l’étroitesse des conduits = qui les relient aux drains principaux.

Dans ces cavit&eacut= e;s partiellement ou totalement noyées, la dissolution pourra continuer = son lent travail de corrosion et former de vastes réservoirs.=

224 Evolution et les diff&eacu= te;rents types de cavités

2241 Evolution du karst.

Un des moteurs de la formation des karsts est la circulation verticale des eaux, or cette dernière est étroitement liée à l’existen= ce d’un « niveau de base » où les eaux se rassemblent pour être évacuées vers l’extérieur du réseau souterrain.

Ce niveau de base co= rrespond généralement à celui des vallées qui entourent = le massif calcaire.

L’érosi= on par les eaux de ruissellement superficielles approfondit les vallées. El= le va donc entraîner un abaissement de ce niveau de base réactiva= nt ainsi la circulation des eaux dans les parties basses du réseau souterrain et partant dans toutes celles situées en amont.

Une nouvelle répartition des diverses zones du système karstique s’établira, correspondant à une nouvelle hiérarchisation des cavités.

À l’inv= erse, une remontée du niveau de base par comblement des vallées environnantes, provoquera une remise en eaux des cavités situé= ;es en amont, remettant en cause l’équilibre établi du syst= ème karstique.

Les différent= s processus de fonctionnement du karst seront donc affectés très rapideme= nt par les modifications de l’environnement extérieur.=

Le Karst conservera = les traces de ces modifications successives et leur étude détaillée permettra de retracer l’histoire de cet envir= onnement au cours des temps.

2242 Les différents typ= es de cavités.

Chacune des zones du= karst est caractérisée par des types de cavité différents.

À la zone de = drainage correspondent les rivières souterraines. Généralement = dans les parties basses du karst, elles drainent le massif horizontalement, assu= rant les communications avec l’extérieur.

Les grottes et les g= aleries correspondent à d’anciens drains abandonnés par les eaux à la suite de l’abaissement du niveau de base et se situent da= ns la zone d’infiltration rapide. Les eaux y circulent rapidement et de façon souvent discontinue.

À cette m&eci= rc;me zone se rattache le réseau fissural correspondant aux infiltrations lentes. Cet ensemble présente aussi bien des micro fissures ayant po= ur origine les cassures initiales des roches, que des macro fissures dérivant des précédentes par agrandissement consécutif au processus de dissolution.

Les gouffres et les = avens caractérisent la zone épikarstique. Ils résultent de l’élargissement par dissolution des conduits superficiels ou d= es effondrements de coupoles correspondant à des cavités sous jacentes.

23 Les Remplissages=

231 La nature à horreur= du vide.

Cet adage s'applique parfaitement aux cavités creusées dans massifs calcaires.

L'étude des k= arsts et de leur évolution montre que les vides créés dans les roches sont inexorablement condamnés au comblement.

Sous terre comme en = surface les circulations d'eau entraînent des éléments et des matériaux, dissous, en suspension ou sous forme de charges de toutes sortes, pour les déposer sous certaines conditions.

L'accumulation de ces dépôts va contribuer au comblement des cavités sous for= me de "remplissages."

La morphologie et la constitution de ces remplissages dépendent des matériaux qui = les composent.

Ces matériaux= , en majeur partie extérieurs au karst, présentent eux-mêmes une gr= ande variété en fonction de : Leur nature - leurs origines - leurs modes de mise en place.

Par leurs maté= ;riaux et leurs conditions de dépôts, les remplissages sont étroitement liés à l'environnement extérieur, c= omme au fonctionnement interne du système karstique.

Leur étude se= ra donc une précieuse source d'information sur l'histoire même du Kars= t.

232 Les différents type= s de remplissages.=

Suivant leurs origin= es et leur nature, on distingue :

- Des remplissages détritiques, formés de débris divers, les sédiments, transportés et accumulés par gravité= ou décantation.

- Des remplissages organiques, provenant de l'accumulation de débris organiques d'origi= ne végétale, animale ou humaine, ou de la construction de sédiments par des organismes vivants.

- Des remplissages chimiques, résultant d'un processus de dépôts par précipitation de minéraux mis en solution. Le "concrétionnement "appartient à ce type de remplissages, responsable des décors qui ornent les grottes, il sera particulièrement développé ultérieurement.=

2321 Les remplissages détritiques.

Les remplissages détritiques sont formés par des sédiments compos&eacut= e;s de débris, plus ou moins remaniés, provenant de la destruction mécanique des roches.

Origine

Les roches d'origine= des sédiments peuvent aussi bien appartenir au massif karstique lui-même, qu'à son environnement géologique et géographique.

Quand ces séd= iments viennent de roches externes au massif karstique, leur identification géologique permet de retrouver la localisation de leur roche-mère, et partant de retracer leur cheminement jusqu'à l= eur dépôt dans les cavités.

Les remplissages détritiques, par l'étude de la nature géologique de le= urs constituants renseignent donc sur l'environnement extérieur de la cavité au moment de leur dépôt et permet de retrouver le sens des écoulements qui les ont transportés.

Dimension

Les sédiments détritiques sont de taille et de poids très variable. On distingue ainsi :

- Les blocs : gros éléments anguleux

- Les galets : éléments moyens plus ou moins arrondis.

- Les sables : petits éléments arrondis souvent monominéral.

- Les boues et argil= es : éléments très fins.

Mise en place – Conditions de dépôt.

La morphologie des éléments et leur transport sont étroitement lié= s et interfèrent entre eux.

En effet, d'une part= , la taille et le poids des éléments conditionnent leur transport = et leur mode de dépôt, mais d'autre part la durée et les conditions du transport modifie la morphologie des éléments t= ransportés.

Durant leur transpor= t, les débris rocheux vont, en s'entrechoquant ou en roulant dans les condu= its, s'émousser, s'arrondir et voir leur dimension se réduire : les blocs deviennent galets et sable. Plus la durée et la longueur du tr= ansport est longue, plus la taille des éléments diminue.

Par ailleurs, le tra= nsport des blocs demande beaucoup plus d'énergie que celui des sables, il nécessitera donc un écoulement violent de type torrentiel.

À l'inverse si l'énergie de l'écoulement diminue, les gros éléments ne pourront être déplacés. Ils se déposeront tandis que les particules fines continueront d'être entraînées par des eaux plus calmes.

Ainsi des remplissag= es de gros blocs anguleux témoignent, de transport sur une courte distance, par des éboulements ou des courants violents, tandis que les sables = et les argiles attestent de dépôts souvent, répartis sur de longue distance, en eau calme ou sur des bords de plage. =

La nature et la loca= lisation des remplissages détritiques reflètent donc l'importance des débits et les conditions de circulation des eaux au moment de leur m= ise en place, tant dans les cavités qu'à l'extérieur.=

2322 Les remplissages organiqu= es.

Généra= lement d'origine externe aux cavités, ils peuvent, comme les remplissages détritiques être internes par remaniement ou construction.

Origine

Les constituants org= aniques de ces remplissages ont des origines diverses :

- Végé= tale : Bois, feuilles, pollens

- Animale : Ossement= s, déjections, mais aussi construits par des organismes tels que des al= gues ou des bactéries

- Humaine : Ossement= s, déjections, traces d'activités (foyers, industries, aménagements divers)

- Secondaire : ils résultent alors du remaniement ou de l'altération des précédents (brèches, phosphorites, lignite…)

Mise en place – Intérêts

La mise en place de = ces sédiments résulte, comme pour les remplissages détritiques, de l'action de l'écoulement des eaux, mais elle = peut être directe quand elle fait intervenir des organismes vivants capabl= es de pénétrer eux-mêmes le milieu souterrain.<= /span>

L'étude de ces dépôts permet de :

- Retracer l'environ= nement (faune, flore, climat-)

- Retracer l'histoir= e de l'homme (foyers, habitats, culture…)

- Réaliser des datations isotopiques (Carbone14)

Les remplissages chi= miques.

Il s'agit de dépôts, par précipitation et cristallisation, de substa= nces dissoutes transportées généralement en phase liquide. =

Le fonctionnement du= karst crée des conditions particulièrement favorables à ce t= ype de dépôts dont le résultat est le "concrétionnement."

2323 Les remplissages chimique= s.

Ils résultent d'un processus de dépôts par précipitation de minéraux mis en solution. Le "concrétionnement "appartient à ce typ= e de remplissages, responsable des décors qui ornent les grottes, il mérite un développement particulier (cf. 24 Le Concrét= ionnement)

24 Le Concrétionnement<= /span>

Le concrétion= nement est un phénomène naturel très fréquent.

Observable au quotid= ien, il est responsable de l'entartrage de nos tuyauteries et des résistances des machines à laver, ou de la formation des petits tubes et des coulées blanchâtres que l'on peut voir sous les dalles de béton.

Il s'agit de dépôts chimiques, sous forme cristalline ou pseudo cristalline= de substances présentes dans les eaux à l'état dissout.

L'environnement calc= aire des grottes et leur mode de creusement est naturellement favorable au développement des "concrétions ". Leurs mises en pl= ace, leurs structures et leurs formes font intervenir outre des processus chimiq= ues, les lois de la cristallographie et des facteurs physiques liés &agra= ve; l'environnement.

Photo http://www.grotte= s-en-france.com/concretion.html

241 Formation des concré= ;tions

Le concrétion= nement, régit la formation des concrétions, il est lié à l'eau et à sa circulation. Sans eau, il ne peut y avoir de concrétions.

L'eau intervient non seulement dans le processus de dissolution, mais également comme véhicule des produits dissous qu'elle entraîne en profondeur d= ans les vides souterrains.

Le concrétion= nement résulte donc du fonctionnement du karst . Comme le creusement il constitue donc une des phases de l'histoire des karsts. Il correspond &agra= ve; l'évolution de la zone d'infiltration.

2411 Localisation des concrétions.

Dans la zone d'infil= tration sont présents trois types de vides : les grottes, le réseau macrofissural et le réseau microfissural.

C'est à leur rencontre que les eaux qui circulent de la surface vers les zones profondes= du système karstique vont créer, dans des conditions très précises, les concrétions qui forment les décors des paysages souterrains, véritables merveilles naturelles.

2412 Les circulations li&eacut= e;es à la zone d'infiltration.

Dans la zone d'infil= tration d'un karst circulent de l'eau et de l'air plus ou moins riches en gaz carbonique. Ce gaz carbonique se trouve soit dans l'air sous forme libre, s= oit dans l'eau sous forme libre (dissout) ou combinée (acide carbonique)= .

Circulation de l'eau= .

L'eau circule nature= llement par gravité, toutefois localement des phénomènes de tension superficielle vont créer une "force de succion" qu= i va contrarier cette circulation.

Dans les fissures élargies et les galeries (réseau macrofissural) l'effet de la succion est négligeable et l'eau s'écoule librement par ruissellement. Le régime des écoulements est directement lié aux apports extérieurs des précipitations (pluie ou neige)

Dans les fissures étroites correspondant au réseau microfissural, l'action des forces de succion prédomine. Il se produit un phénomèn= e de rétention régulateur et l'eau circule préférentiellement du côté des fissures fines créant des suintements continus sur les voûtes et les parois.<= o:p>

Circulation de l'air= .

À l'int&eacut= e;rieur du système karstique, l'air se déplace sous deux formes :

- L'air libre qui ci= rcule dans les grandes fissures et les cavités.

Il circule aussi bie= n de l'extérieur vers l'intérieur et inversement suivant le jeu de deux moteurs : la pression atmosphérique et les différences de température entre l'extérieur et l'intérieur.

On parle d'éc= oulement monophasique.

- L'air entraîné par l'eau (écoulement diphasique), cet air chargé en gaz carbonique circule, combiné à l'eau, dan= s le réseau microfissural. Lorsque ce réseau est recoupé pa= r un vide (cavité ou macrofissure) l'air et le gaz sont en partie libérés.

C'est ainsi que les = parois des cavités sont le siège quasi continu d'échanges gaz= eux très important.

2413 Les mécanismes du concrétionnement.

Le mécanisme,= le plus généralement admis actuellement, est le résultat d'une réaction chimique simple :

Photo http://www.grottes-en-france.com/c_formation.html

Cette réaction traduit la transformation du bicarbonate de calcium dissous dans l'eau en carbonate de calcium rocheux : la concrétion.

Ce mécanisme = peut être considéré comme l'inverse du mécanisme de dissolution du calcaire qui est cause du creusement des grottes.=

Il s'agit du mê= ;me équilibre chimique. Il peut être modifié dans un sens ou dans l'autre, quand un de ces termes vient à diminuer ou à disparaître.

Par conséquen= t, si la solution perd une partie de son gaz carbonique dissous (dégazage) ou= si une partie de l'eau s'évapore, une compensation sera nécessai= re : elle se fera au détriment du bicarbonate dissous qui perdant à son tour de l'eau ou du CO2 se transformera en carbonate pour former une concrétion.

Pour qu'une concrétion se forme, il faut donc qu'il y ait :

1) Dissolution de la= roche calcaire et formation de bicarbonate soluble.

C'est-à-dire production de CO2 dans les sols, combinaison à l'eau de pluie, puis = mise en contact avec le calcaire grâce à la perméabilit&eacu= te; et à la fissuration de la roche.

2) Transport du bica= rbonate dissous par l'eau dans les réseaux de fissures ou les galeries.=

3) Départ du = gaz ou de l'eau, pour entraîner la précipitation du carbonate insolub= le.

C'est le cas ,quand = les eaux chargées de bicarbonate rencontrent une zone aérée et ventilée, permettant au gaz carbonique de s'échapper ou &agra= ve; l'eau de s'évaporer.

Ces conditions sont réunies dans la zone d'infiltration lorsque les eaux, qui se sont chargées de calcaire en circulant dans les fissures de la zone épikarstique, vont rencontrer des vides importants (galeries et grottes), exondés par un abaissement du niveau de base.

242 Conditions de formation des concrétions

Si le processus para= ît simple, dans la nature, un ensemble de facteurs vont le compliquer en influ= ant sur les conditions de dépôt.

En effet aux process= us chimiques de la formation des concrétions s'ajoutent des phénomènes faisant intervenir les lois physiques de la cristallisation.

Réactions chi= miques et cristallisation sont en outre très sensibles aux contraintes du milieu environnant.

Mode d'écoule= ment, tension superficielle, température vont conjuguer leurs effets pour donner naissance à la grande diversité des concrétions= qui ornent les grottes.

Au plan du processus chimique :

- Les réactio= ns mises en jeu ne sont pas instantanées et n'ont pas la même vitesse. = Le dépôt de carbonate sera donc étalé dans le temps= .

- L'étude de = la vitesse et de la qualité des dépôts met en évide= nce un rôle important de la température. Une eau froide favorise= la dissolution et réduit le concrétionnement et inversement une = eau chaude favorise les dépôts.

- Les concrét= ions seront donc le reflet des conditions climatiques existant lors de leur formation.

Au plan des contrain= tes du milieu :

Le débit et l= es conditions de circulation de l'eau, qui véhicule les carbonates, ont également un rôle prépondérant.

- L'eau provient des précipitations, son débit dépend donc encore directeme= nt des conditions climatiques en surface.

- Elle doit percoler à travers les sols pour acquérir le gaz carbonique nécessaire aux processus de dissolution. Son agressivité dépendra donc du couvert végétal, lui-même lié aux conditions climatiques.

- La perméabilité et la porosité de la roche vont influer s= ur le débit et la vitesse de percolation des eaux.

Ces caractéri= stiques dépendent de la nature du calcaire encaissant la grotte.<= /span>

D'une façon p= lus générale, le débit et la vitesse de l'eau dans les cavités ne sont pas réguliers, les dépôts seront donc étalés le long de son parcours, donc dans l'espace.

Ces observations con= duisent à définir un schéma d'organisation du concrétionnement des grottes basé sur le débit des eau= x de percolation qui les alimente.

243 Les différents type= s de concrétions

Classiquement les concrétions sont divisées en deux groupes :=

Les concrétio= ns aériennes : formées hors d'eau, en milieu aéré = et ventilé, dans les galeries et les salles exondées.=

Les concrétio= ns noyées : développées en milieu immergé (karst noyé), ou sous l'eau des vasques, des bassins et des gours qui rasse= mblent les eaux qui ruissellent dans les cavités.

On distinguera différents types en fonction de l'écoulement qui leur a donné naissance.

2431 Les Concrétions aériennes.

Il s'agit d'un concrétionnement lié à des écoulements gravitai= res.

Du à la pesan= teur, il est caractérisé par des formes à composante essentiellement verticale sur les voûtes, les parois et les sols, et = des formes stratifiées à composante horizontales sur les sols.

En fonction des caractéristiques des écoulements, qui leur ont donné naissance, on distinguera des concrétions formées :

- En écouleme= nt goutte-à-goutte, lent ou abondant

- En écouleme= nt ruisselant

- En écouleme= nt continu

- En écouleme= nt en pression

Écoulement goutte-à-goutte.

À ce type d'alimentation, correspondent les deux formes les plus répandues dans les grottes les "stalactites" descendant des plafonds et des part= ies hautes et les "stalagmites" dressées sur les planchers et = les parties subhorizontales.

Stalactites.

À l'ém= ergence de la goutte d'eau, le dégazage provoque le départ du gaz carbonique et le dépôt d'une partie de la charge minéra= le. Un petit tube va se former, puis s'allonger et grossir au fur et à mesure de son alimentation par des écoulements.

La partie axiale d'u= ne stalactite présente généralement un petit tube par où s'écoule l'eau.

Il arrive cependant = que ce canal se bouche. La croissance de la stalactite ne s'arrête pas pour autant, les écoulements s'effectuant alors sur sa périphérie, continuent son allongement et provoquent un épaississement qui peut devenir très important.

Stalagmites.

La goutte, qui tombe= du plafond des grottes, n'a pas abandonné toute sa charge minéra= le sous forme de stalactite. En arrivant sur le sol, elle éclate en fin= es gouttelettes, qui déposent tout ou partie du carbonate qu'elles d&ea= cute;tiennent encore. Une stalagmite plus ou moins massive va s'ériger au point d'impact par accroissement de sa partie sommitale à chaque arrivée de goutte, tandis qu'elle s'épaissit par ruissellement sur sa périphérie.

Dans les salles haut= es de plafond, une alimentation abondante et les éclaboussures, dues &agra= ve; la hauteur de chute des gouttes, vont créer des stalagmites dites en "piles d'assiettes " ou à "feuilles de palmiers"= . La croissance des "feuilles "est alors due, à la fois aux éclaboussures qui se déposent sur elles, et aux effets de la tension superficielle, qui provoque la migration vers leur périphérie, des eaux recueillies dans les cupules de la base = de ces "feuilles".

La taille des stalag= mites et des stalactites est liée directement au débit de l'eau. Ainsi= au plafond, en présence d'un fort débit, le dépôt n'aura pas le temps de se faire, le concrétionnement sera réd= uit et les stalactites de petite taille. La goutte entraînant la quasi-totalité de sa charge minérale au sol, les stalagmites correspondantes seront massives et épaisses.

Colonnes.=

Elles résulte= nt de la jonction d'une stalactite avec la stalagmite correspondante.

Piliers.<= /span>

L'épaississem= ent des colonnes peut former des piliers de taille parfois imposante.

Fistuleuses, Macaron= is.

Ces concrétio= ns tubiformes de petit diamètre sont le résultat d'une alimentat= ion à très faible débit.

Au point d'ém= ergence, la faiblesse du débit empêche la goutte de grossir rapidement = et les tensions superficielles ralentissent le processus de chute. Le dégazage s'opère lentement et un voile annulaire de calcite se forme à la surface de la goutte. Le processus continue lentement et le tube croit = plus ou moins régulièrement. Certaines fistuleuses peuvent ainsi atteindre plusieurs mètres de longueur pour quelques millimèt= res de diamètre.

Il arrive que le tub= e soit obturé et l'alimentation déviée voire interrompue. La fistuleuse sera alors alimentée latéralement ou par sa surfac= e et donnera des formes étranges : lames de couteau, sabres, ergots, sph&= egrave;re.

Ces avatars font ass= imiler ces fistuleuses particulières aux "excentriques".

Écoulement Ruisselant.

Cet écoulement fissural lent, parfois discontinu, à partir des plafonds ou des rede= nts de parois va générer des concrétions en lames souvent translucides : draperies plus ou moins ondulées, pendeloques, oreill= es d'éléphant, pendants crénelés ou en dent-de-sci= e.

Écoulement co= ntinu

Il s'agit d'un écoulement abondant émergeant de fissures et de failles localisées sur les parois, ou encore de grands conduits débouchant latéralement dans les salles et les galeries.

Les formes correspon= dantes seront des draperies, des coulées, des cascades stalagmitiques.=

Dans le détai= l, la surface de ces concrétions est formée d'une succession de pet= ites cupules étagées où l'eau ruisselle par débordem= ent de l'une à l'autre, appelées "micro gours".

Souvent ces concrétions formeront sur les parois, des décrochements &agra= ve; surface arrondies. L'écoulement de l'eau, à partir de leur périphérie, construira sous ces formes des laminations et des draperies donnant à l'ensemble coupoles-draperies des allures de "méduses".

Par réunion e= ntre elles ces concrétions formeront des "murs", des "buff= et d'orgues", des "barrières" ou des "colonnades&qu= ot;.

Au sol, l'éco= ulement continu construira, en couches superposées, des "planchers stalagmitiques "bien stratifiés.

Écoulement en pression.

Dans les fissures très étroites, il arrive que le débit de l'alimentation soit supérieur à celui qu'autorise naturellement l'ouverture. L'eau sera alors expulsée en pression.

Il en résulte= des concrétions, à surface aplatie, présentant des auréoles d'accroissement concentriques : ces "disques" qui peuvent atteindre des dimensions métriques.

Si l'émergenc= e est très fine ou ponctuelle et le débit moins abondant, il peut se former des rosettes ou des bouquets de fins cristaux, qui vont orner les parois.

2432 Les Concrétions noyées.

Dans les parties bas= ses ou les dépressions des cavités, les eaux se rassemblent et forme= nt des bassins parfois très profonds : les vasques et les gours.

Sous l'effet de l'évaporation se produit une sursaturation en calcite, sa cristallisation, sous des formes très différentes, va donner = une grande variété de concrétions.

Les gours=

En présence d= 'une alimentation faible ou discontinue, la calcite va se déposer en bord= ure des plans d'eau et constituer, peu à peu, un petit barrage qui retie= ndra l'eau formant un bassin appelé "gour" . =

L'eau s'accumule derrière le barrage, dont le trop plein se déverse en cascada= nt. Au passage la calcite continue de se déposer et va encore rehausser = le seuil, le niveau de l'eau monte, approfondissant la retenue.

Les gours , dont les contours sont souvent festonnés s'édifient fréquemment= en une succession étagée de plan d'eau se déversant les u= ns dans les autres en composition tres harmonieuses.

Concrétions d= iverses

Dans ces bassins si l'alimentation est discontinue la sursaturation augmente rapidement et la calcite cristallise en cristaux de toutes tailles : gros rhomboèdres, les "Dents de Cochons" , fines "baguettes", "calices", "corolles" , "triangles creux", et= c.

Ces cristaux se rass= emblent parfois pour former des "bouquets" et des "coussinets" finement hérissés, des amas sphéroïdes, ré= unis en "grappes de raisins" (Concrétions botryoîdales) et une multitude de figures extravagantes.

Parfois quand l'écoulement est très lent, voire inexistant, la calcite forme à la surface de l'eau un voile de cristaux : la "calcite flottante".

Cette calcite flotta= nte peut se rassembler autour d'un germe, d'un objet flottant pour donner des cupule= s ou des corolles ou de très fragiles planchers.

Ailleurs entourant u= ne concrétion qui troue la surface du plan d'eau la calcite flottante construira d'étonnants bougeoirs.

Perles des cavernes<= o:p>

Les " perles des cavernes" ou "pisolithes" se forment également dans l= es vasques ou dans de petites dépressions alimentées en continu = par un ruissellement ou un goutte-à-goutte permanent.<= /p>

La calcite se d&eacu= te;pose autour d'un germe (débris ou grain de sable) constituant le "nucléus". L'agitation due à l'écoulement entraîne la rotation du germe autour duquel la calcite se dépo= se en couches concentriques formant une petite bille de forme sphérique= ou ovoïde. L'apport d'eau et l'agitation continuant la "perle" = va grossir et prendre un beau poli.

244 Les concrétions dit= es anormales

Il s'agit d'une fami= lle de concrétions où la pesanteur n'est plus le facteur principal de développement.

Prennent alors le re= lais :

- La microporosit&ea= cute; des supports

- La pression capill= aire

- La tension superfi= cielle

- Des écoulem= ents très réduits voire intermittents

- Le confinement

- Les contraintes de= la cristallographie

- Les variations chi= miques des conditions de cristallisation.

Les concrétio= ns croissent alors hors pesanteur et prennent des formes très variées : Hélictites, excentriques, aiguilles, baguettes, efflorescences, coralloïdes, etc… Aux variations des conditions physico-chimiques de cristallisation, se rattachent des concrétions = pour lesquelles, non seulement les formes cristallines mais encore la composition minéralogique varient au cours de leur formation .=

Ainsi se forment, se= lon un processus de cristallisation fractionnée, les cristaux d'aragonite et d'hydromagnésite, liés aux environnements dolomitiques.<= /o:p>

3 Les grottes et la loi=

31 Propriété des grottes<= /o:p>

Dans la légis= lation française, la propriété du sol entraîne celle du sous-sol.

Il faut toutefois di= stinguer la propriété du sous-sol de celle de ses produits, comme les substances minérales, qui relèvent du droit minier.

Une cavité souterraine appartient donc au propriétaire du terrain situé = en surface. C'est-à-dire que le propriétaire d'une parcelle cadastrale possède le volume contenu dans un cône renvers&eacu= te; dont sa parcelle constitue la base et, le centre de la terre le sommet.

Une grotte peut donc appartenir à plusieurs propriétaires, et son exploitation dev= ra alors faire l'objet d'accords commerciaux (SCI, SA etc…).<= /span>

32 Protection du monde souterr= ain

Il n'existe actuelle= ment pas de textes législatifs spécifiques pour la protection du monde souterrain et du patrimoine naturel et culturel qui lui est associé, toutefois l'administration peut s'appuyer sur un ensemble de lois complémentaires.

Relevant des service= s de l'équipement.

- Loi du 2 mai 1930 = relative à la protection des monuments naturels et des sites.

Relevant des service= s de l'environnement

- Loi du 10 juillet = 1976 relative à la protection de la nature

Relevant des service= s de la culture

- Loi du 31 dé= ;cembre 1913 relative à la protection des monuments historiques

- Loi du 27 septembr= e 1941, validée par l'ordonnance du 13 septembre 1947 relative à la réglementation des fouilles archéologiques.=

- Loi du 15 juillet = 1980 relative à la protection des collections publique contre les actes de malveillance

- Loi du 26 octobre = 1994 relative à la protection du patrimoine archéologique

Ainsi une grotte, &a= grave; concrétion et art pariétal, peut être protégée comme site (loi de 1930), réserve naturelle (= loi de1976), monument historique (loi de 1913) et terrain archéologique = (loi de 1941 et 1980)

33 Interaction Propriété – Protection

Au terme de la législation une grotte est un immeuble mais pas un édifice. Contrairement à une église ou un château, un monument souterrain n'engendre donc pas de périmètre de protection en termes de co-visibilité. Les abords d'une grotte peuvent donc faire l'objet d'aménagement divers et une protection totale nécessi= te la maîtrise foncière de la surface.