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Extrait de l'Encyclopaedia Universalis
6, rubrique Karstique (relief). |
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KARSTIQUE (RELIEF) Le mot allemand Karst (du slave kras) sert à désigner des régions caractérisées par des formes de relief originales développées dans d'épaisses masses de calcaires. À l'origine, il s'applique aux plateaux du nord-ouest de la péninsule balkanique compris entre la Slovénie et l'Istrie. L'épanouissement, dans ces régions, de formes originales, objets de minutieuses études depuis longtemps, en fait le modèle même du paysage karstique, plus ou moins complètement réalisé ailleurs. Au point de vue géomorphologique, l'originalité du relief karstique se manifeste par l'insignifiance, voire l'absence, de toute organisation des pentes en fonction des éléments d'un réseau hydrographique. Car l'écoulement superficiel des eaux se réduit à de rares rivières allogènes, presque sans affluents, profondément enchâssées dans les calcaires. À cette anarchie topographique s'ajoute la discontinuité fréquente de la végétation et des sols. Bien que l'on connaisse des karsts vêtus d'une couverture végétale dense, leur aspect souvent désertique contribue à accroître l'étrange beauté de leurs étendues figées et silencieuses. En fait, le mot "karst" dériverait du préindo-européen kar (pierre dure) et signifierait "désert de pierre" en celtique. On définira d'abord les différentes formes karstiques. De leurs combinaisons variées, principalement, résultent des types de karst qu'il conviendra de caractériser. Enfin, l'analyse des particularités essentielles de l'érosion karstique permettra de comprendre leurs traits les plus originaux. 1. Les formes karstiquesLes formes karstiques se répartissent en deux familles selon qu'elles se développent à la surface ou à l'intérieur des calcaires. Les formes superficiellesLes formes karstiques de surface comprennent les lapiés, les dépressions fermées et les canyons. Lapiés Les géographes ont adopté le toponyme savoyard de lapié (du latin lapis, pierre) pour dénommer des cavités de tailles limitées et de formes diverses, ouvertes dans les calcaires par la karstification. Leur profondeur varie de quelques millimètres à plus d'une dizaine de mètres dans le cas de formes géantes. On appelle lapiaz les surfaces qu'ils burinent. Il existe de nombreux types de lapiés selon la forme des cavités et des cloisons intermédiaires. Les types linéaires opposent des rainures à des cloisons à peu près continues. Dans celui qui est à rigoles, les rainures étroites et plus ou moins sinueuses suivent la pente de la surface. Le type à cannelures, aux tracés rigides systématiquement orientés, exprime les diaclases et les fractures élargies par la karstification. Les cloisons peuvent être massives et à profils émoussés (Hautes-Alpes), ou taillées en arêtes et en crêtes acérées ("plans" provençaux). Lorsque les plans de débitage de la masse calcaire se recoupent, le réseau de rainures, quadrangulaire, détermine des tables de lapiés parsemées de blocs déchaussés sur les pentes. Les types alvéolés varient aussi selon l'organisation et l'importance relative des cavités et des cloisons. Au type en nids de poules, constitué par une multitude de petites cuvettes, s'ajoute celui qui est à puits profonds, localisés aux intersections de fissures. Les lapiés perforants, à minces cloisons ciselées, proviennent d'un taraudage du calcaire par des trous hélicoïdaux. Lorsque les vides l'emportent, on observe des types à chicots, à aiguilles ou à pinacles, dont l'allure et la disposition trahissent l'influence de la fissuration et de la stratification de la masse rocheuse originelle. Parfois, les cloisons ou les alignements de blocs calcaires émergent entre les rainures colmatées par des produits de décalcification, sous une forêt ou une garrigue. À ces lapiés couverts (Jura, Préalpes, régions méditerranéennes) s'opposent les lapiés nus (désert de Platée, dans le Chablais), certains de ceux-ci provenant du nettoyage par l'érosion de types couverts. L'existence d'amas de dolomie dans le calcaire confère un aspect original aux lapiés, en raison de la moindre solubilité de la première. Leurs cloisons sont alors criblées de multiples tubulures et perforations (plan de Canjuers, en Provence). Dans des calcaires très dolomitiques, le lapié prend un aspect ruiniforme qui associe, dans le plus grand désordre, des pitons, des murailles, des arches, des couloirs et des cavernes (Montpellier-le-Vieux dans le causse Noir). Dépressions fermées Le grand nombre et la diversité des dépressions fermées sont une des caractéristiques fondamentales du karst. Elles comprennent les dolines, les poljés et les avens. Une doline (du slave dole: creux, bas-fond, vallée) est une dépression fermée, circulaire ou elliptique, de taille variable. Son diamètre va de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres. Dans les types en soucoupe, en cuvette, en baquet et en chaudron, la profondeur est très inférieure au diamètre. Elle s'en rapproche dans le type en entonnoir, et le dépasse nettement dans le type en puits, où elle atteint parfois 200 mètres. Dans les calcaires affectés par un pendage, on observe souvent des types dissymétriques. À ces formes simples s'ajoutent des formes composées. On rencontre, ainsi, des dolines emboîtées. De leur coalescence résultent des ouvalas, qui sont des dépressions fermées de grands diamètres, souvent supérieurs à 500 mètres, et délimitées par des bords aux tracés en arcs et en éperons. Les dolines s'organisent en chapelets orientés par la fracturation des calcaires, les vallées sèches et les rives des canyons. Dans les grandes régions karstiques, leur multiplicité donne un aspect alvéolé typique aux plateaux calcaires (Grands Causses). Le poljé (en slave, plaine) est une vaste dépression fermée, allongée et à fond plat, dominée par des versants rocheux très escarpés. Dans le karst dinarique, certains atteignent plusieurs kilomètres de longueur et de largeur (Popovo, en Herzégovine, Livno, en Bosnie) et s'encastrent de quelques centaines de mètres dans les calcaires. La planitude du fond des poljés est remarquable. Elle résulte, en grande partie, de l'existence d'un colmatage détritique qui peut atteindre plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur, constitué par des résidus de décalcification, des alluvions et des dépôts lacustres. Des planchers périphériques entaillés dans les calcaires, sillonnés de lapiés et crevés par des dolines et des puits dominent généralement ces plaines construites. Des buttes calcaires résiduelles en forme de meules de foin de quelques mètres de hauteur, les mogotes (Cuba, Jamaïque), ou en cônes et en monolithes escarpés atteignant parfois plusieurs centaines de mètres de hauteur et de section, les hums (en slave, colline) de l'ancienne Yougoslavie, se dressent brusquement au-dessus de ces plaines uniformes. Mais l'originalité des poljés tient aussi au rôle joué par des accidents tectoniques majeurs dans leur localisation. Les puissantes séries calcaires déformées en plis lourds hachés par des failles directionnelles sont très favorables à leur développement (Alpes dinariques, mont Liban). Le poljé de Livno occupe un fossé d'effondrement. Celui de Yammoûné exploite un ensellement de la charnière anticlinale du mont Liban, souligné par des failles. Au point de vue hydrologique, l'originalité des poljés n'est pas moindre. La plupart d'entre eux bénéficient d'apports d'eaux de ruissellement et de sources bordières. Elles s'y enfouissent dans des puits appelés ponors. Selon le rapport entre leur capacité d'absorption et ces apports superficiels, l'inondation des poljés est accidentelle, saisonnière (Lassiti, en Crête) ou permanente (poljé-lac de Janina, dans l'Épire). Dans ce dernier cas, l'extension du lac connaît des fluctuations au cours de l'année, les ponors pouvant devenir émissifs par engorgement du réseau de drainage souterrain. On emploie le toponyme caussenard d'aven pour désigner un gouffre aux parois subverticales, communiquant avec la surface par une ouverture étroite, mais évasée en cheminée vers le bas (aven Armand, dans le causse Méjean; aven de Padirac, dans le Quercy). L'aven conduit à des cavités souterraines. Canyons Entre les dépressions fermées, le karst superficiel comporte aussi des canyons vertigineux où s'enchâssent les rivières allogènes (Tarn, Lot, Verdon). Leurs versants présentent des surplombs, des abris sous roche, alors que des pinacles et des piliers parfois gigantesques les précèdent localement (Point sublime des gorges du Tarn). Les cavités souterrainesLes cavités souterraines constituent des réseaux complexes, étroitement contrôlés par le canevas géométrique défini par les fissures et les joints de stratification de la masse calcaire initiale. Ils présentent des galeries étagées que relient entre elles des puits développés sur des distances verticales parfois supérieures à un millier de mètres. Les galeries se rétrécissent en boyaux ramifiés souvent terminés en cul-de-sac, ou s'épanouissent en salles aux dimensions impressionnantes (Orgnac et Padirac en France, Jiita au Liban). Leurs toits s'ornent de stalactites en cônes, en draperies ou en pendeloques, tandis que des stalagmites s'élèvent depuis leurs planchers. Quand ces édifices concrétionnaires se rejoignent, ils constituent des cloisons et des colonnes. Les cavités de cet endokarst recèlent des dépôts d'un grand intérêt. Il s'agit de chaos de pierres et de blocs dus à des effondrements des parois et des voûtes des salles et des conduits karstiques majeurs, provoqués par la décompression liée à l'évidement et bénéficiant de la fracturation de la masse calcaire. On trouve aussi des lambeaux de terrasses alluviales édifiées par les rivières souterraines coulant librement. Dans les conduits asséchés, on a affaire à des vestiges de remplissages argilo-limoneux issus d'une décantation d'écoulements noyés très lents. Les éléments détritiques ainsi accumulés proviennent aussi bien de l'extérieur, par les rivières allogènes, que d'un réemploi du matériau des chaos par celles-ci ou par les rivières endogènes. Enfin, il convient d'ajouter à ces remplissages détritiques les concrétionnements de calcite (spéléothèmes), stalagtites, stalagmites et planchers calcitiques. Au total, l'ensemble constitue une documentation abondante, mieux conservée que celle qui est fournie par les dépôts de surface, parce que abritée et souvent indurée ou revêtue par de la calcite. Son exploitation systématique correspond à l'essor de la spéléologie scientifique. À titre d'exemple, on signalera le cas du réseau de la Pierre-Saint-Martin (Pyrénées-Atlantiques), dont l'exploration a révélé la richesse en dépôts endogènes capitalisés dans de vastes salles (salle de la Verna: 230 m de portée) ou d'amples galeries. Celle de l'Aranzadi renferme un remplissage argilo-limoneux varvé développé sur plus de 300 mètres de longueur et de 20 à 30 mètres d'épaisseur. Son étude stratigraphique et sédimentologique, accompagnée par des datations radiométriques à partir de concrétionnements calcitiques, a permis la restitution d'une séquence paléoclimatique débutant au Pléistocène moyen. 2. Les types de karstToutes les formes karstiques réalisent des combinaisons différenciées selon la place relative qu'y tient chacune d'elles et certains traits de leur modelé. On distingue plusieurs types de karst en fonction de critères structuraux et bioclimatiques. Ceux qui ont été définis par le karstologue Jovan Cvijic sont désormais classiques. À des calcaires épais et purs correspond l'holokarst (du grec holos, entier), type parfait bien illustré dans les régions dinariques. Il offre la gamme complète des formes superficielles, avec de remarquables poljés, les modelés fluviatiles étant insignifiants. À l'opposé, le mérokarst (du grec meros, partie) est pauvre en formes superficielles. Surtout caractérisé par des vallées sèches, son modelé reste proche du modelé fluviatile. Il correspond à des calcaires impurs et peu résistants, telles les craies champenoises et picardes. Entre ces extrêmes s'introduisent de nombreux types intermédiaires. On citera le type caussenard à nombreuses dolines, à avens profonds et à cavités souterraines bien développées, lié à des calcaires épais et peu tectonisés, à rares intercalations marneuses. Lorsque ces intercalations se multiplient, le drainage superficiel prend de l'importance, les dolines sont en baquet, les puits et les grottes peu profonds, comme dans le karst jurassien. La prospection de nombreuses régions karstiques du globe a mis en évidence une différenciation des karsts selon les domaines et les étages bioclimatiques. Les karsts tropicaux sont ceux qui offrent les paysages les plus extravagants. Ils se caractérisent par leurs mogotes ou leurs innombrables hums en quilles, en pitons ou en aiguilles (Chine méridionale). Souvent excavées à leur base, ces buttes résiduelles dominent des plaines quasi parfaites, correspondant aux vides laissés par la disparition du calcaire. Les rochers escarpés de la baie d'Along, au Vietnam, signalent un karst de ce type en partie submergé par la mer. Les cryokarsts (du grec kruos, froid), observés dans les milieux froids des hautes latitudes et des hautes montagnes alpines, sont moins étranges. Ces types à dolines et à lapiés vigoureux, les karrens, modelés par les eaux de fonte de neige, sont nus. Ceux qui sont situés dans les régions méditerranéennes sont couverts par des forêts claires et des garrigues. Ils montrent des lapiés en partie masqués par des résidus d'altération du calcaire, des dolines et des poljés colmatés par ces résidus et des alluvions (karsts provençaux). Mais il apparaît évident que, dans bien des cas, on a affaire à des paléokarsts, héritages d'évolutions effectuées sous des climats parfois très différents de l'actuel. Ceux de l'Europe méridionale, par exemple, résultent, pour l'essentiel, d'une karstification accomplie sous les climats chauds et humides du Tertiaire. Ce "capital karstique" a été en partie dénudé et retouché au Quaternaire, au rythme de l'alternance de phases froides et de phases de réchauffement climatique. En témoignent les emboîtements de dolines et les remplissages détritiques complexes des poljés, comme les morsures du gel et leurs dépôts corrélatifs sur leurs bordures. Ces vieux karsts, polygéniques, démontrent l'importance de la durée dans la différenciation du relief karstique. Aux macrokarsts très évolués, caractérisés par des formes de grandes tailles issues d'une évolution longue et complexe, s'opposent les microkarsts aux formes menues, et généralement monogéniques et récents. 3. L'érosion karstiqueL'originalité morphologique du karst est la conséquence des modalités particulières de l'érosion dans les calcaires. Celle-ci consiste fondamentalement dans une active corrosion, surtout liée à la sensibilité de ces roches à la dissolution dans des eaux agressives. Cette agressivité provient de leur teneur en dioxyde de carbone fourni par l'atmosphère et par la décomposition de matières organiques, et en divers acides libérés par l'altération de l'humus. Des agents biologiques, telles les bactéries des cavernes et les algues littorales, contribuent, le cas échéant, à cette attaque. Les résidus, issus des impuretés contenues dans les calcaires, constituent des argiles de décalcification. Celles des régions méditerranéennes forment, en partie, la terra rossa qui doit sa coloration rouge aux oxydes de fer qu'elle contient [cf. bauxites]. La présence de ces produits résiduels acides intensifie la corrosion karstique et favorise l'approfondissement des lapiés et des dépressions fermées. Mais l'efficacité de la dissolution varie avec l'importance des vides que les calcaires offrent à la pénétration des eaux acidifiées. Elle dépend donc étroitement de la densité et de la taille des fissures, comme de la fréquence des joints de stratification. Leur composition minéralogique et la finesse de leur texture interviennent également. La dissolution s'opère surtout par l'intermédiaire des eaux de pluie ou de fonte des neiges infiltrées dans les innombrables fissures des lapiés et des dolines. Elle s'exerce aussi sur les parois des galeries et des grottes grâce aux condensations dues au refroidissement de l'air chargé de vapeur d'eau au contact de la roche froide. Mais la circulation souterraine s'alimente également avec les eaux fournies par les pertes des rivières allogènes qui s'engouffrent dans des puits (Pivka, en Slovénie) ou s'appauvrissent en raison d'infiltrations dans les fissures de leurs lits (Doubs). Toutes ces eaux karstiques se rassemblent dans les réseaux de cavités souterraines dues à l'élargissement des fissures du calcaire par dissolution. Elles y circulent sous pression dans les conduites forcées et les siphons, ou par gravité dans les galeries en écoulement libre que parcourent parfois de véritables rivières souterraines (Lot, à Padirac). Elles s'égouttent aussi au toit et le long des parois des galeries et des grottes, en édifiant les stalactites et les stalagmites. Les eaux karstiques réapparaissent à la surface, soit par des résurgences quand il s'agit de rivières allogènes enfouies dans le karst, soit par des exsurgences dans le cas de celles qui se sont constituées à l'intérieur. Ces émergences se signalent par des sources vauclusiennes à forts débits et à grandes variations de régime (Sorgue, dans le Vaucluse). Elles sont temporaires ou intermittentes en fonction de l'amorçage et du désamorçage des siphons des réseaux souterrains. Les eaux y surgissent souvent sous de vastes porches autour desquels le calcaire dissous peut précipiter en grosses masses de travertin. Cependant, l'érosion karstique ne se limite pas à une simple dissolution opérée par les eaux superficielles et souterraines. Elle met aussi en jeu des processus mécaniques déclenchés par les vides qu'elle crée. Les effondrements engendrent les avens, les gouffres et les dolines en puits. Ils agrandissent les galeries, les grottes et les salles. Par ailleurs, l'ablation exercée par les cours d'eau souterrains armés de matériaux abrasifs n'est pas négligeable. L'efforation due à ceux qui coulent en conduites forcées semble, en particulier, très efficace. Aux émergences, l'affouillement des bancs marneux provoque l'éboulement des calcaires sus-jacents, mis en porte à faux et cisaillés le long des fissures. Les profondes reculées qui échancrent le rebord des plateaux calcaires se développent ainsi par soutirage karstique (Arbois, Baume-les-Messieurs dans le Jura). Le façonnement d'une masse calcaire par l'érosion karstique cesse au-dessous d'un niveau de base déterminé. Pour certains karstologues, il correspond à un plan passant par les émergences des nappes d'eau souterraines et la surface des mers et des lacs. Pour d'autres, il coïncide avec le soubassement imperméable qui bloque les infiltrations. L'efficacité de la karstification selon les différents milieux bioclimatiques fournit aussi ample matière à discussion. Pour les uns, les eaux très acides des milieux tropicaux à végétation dense seraient plus agressives, d'où les extraordinaires karsts à coupoles et à tourelles qui les caractérisent. Pour les autres, ce sont les eaux nivales des régions froides qui sont les plus actives, en raison de leur haute teneur en dioxyde de carbone. En réalité, de simples analyses chimiques d'eaux karstiques ne sauraient fournir une solution valable à ce problème de géomorphologie quantitative. Car l'érosion karstique apparaît, en définitive, bien trop diverse et complexe dans ses modalités pour qu'on puisse l'évaluer uniquement en fonction de données numériques momentanées et élémentaires. Bibliographie- P. BIROT, "Problèmes de morphologie karstique", in Ann. géogr., vol. LXIII, no 337, p. 161, 1954 - A. BLANC, Répertoire bibliographique critique des études de relief karstique en Yougoslavie depuis J. Cvijic, Mémoires et Documents, vol. VI, C.N.R.S., Paris, 1959 - R. CLOZIER, Les Causses du Quercy, contribution à la géographie physique d'une région calcaire, J. B. Baillière, Paris, 1940 - J. CORBEL, Les Karsts du nord-ouest de l'Europe et de quelques régions de comparaison, Mémoires et Documents, Inst. d'études rhodaniennes, vol. XII, Lyon, 1957; "Érosion en terrain calcaire", in Ann. géogr., vol. LXVIII, no 336, p. 97, 1959 - W. DREYBRODT, Processes in Karst Systems, Springer-Verlag, Berlin, 1988 - P. FÉNELON, Vocabulaire français des phénomènes karstiques, Mémoires et Documents, vol. IV, C.N.R.S., 1967 - D. C. FORD & P. W. WILLIAMS, Karst Geomorphology and Hydrology, Unwin Hyman, New York, 1989 - N. P. JAMES & W. CHOQUETTE dir., Paleokarst, Springer-Verlag, New York, 1988 - R. MAIRE, La Haute Montagne calcaire, Karstologia, mém. no 3, Gap, 1990 - P. MARRES, Les Grands Causses. Étude de géographie physique et humaine, Arrault et Cie, Tours, 1935 - G. W. MOORE, "Limestone Caves", in R. W. Fairbridge dir., Encyclopaedia of Geomorphology, Reinhold, New York, 1969 - J. NICOD, "Recherches morphologiques en Basse-Provence calcaire", in Études et Travaux, vol. V: Méditerranée, Ophrys, Gap, 1967; Pays et paysages du calcaire, coll. Le Géographe, vol. VII, P.U.F., Paris, 1972 - J.-N. SALOMON & R. MAIRE dir., Karst et évolutions climatiques, Presses universitaires de Bordeaux, Talence, 1992 - M. M. SWEETING, "The Weathering of Limestones", in G. H. Dury dir., Essays in Geomorphology, Heinemann, Londres, 1966; Karst Landforms, Macmillan, Londres, 1972; Karst Geomorphology, Academic Press, New York, 1981 - S. TRUDGILL, Limestone Geomorphology, Longman, Harlow, 1985. |
