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Observations des naturalistes

Indépendamment de l'analyse des phénomènes actuels, le naturaliste examine les indices permettant de retracer l'enchaînement de phénomènes qui, le plus souvent au terme d'une longue histoire, ont donné la cavité actuellement visitable. On distinguera remplissages et morphologie avant d'examiner les problèmes d'une reconstitution évolutive.

Les remplissages

En dehors des sédiments biologiques (accumulation d'ossements au pied d'une verticale, coprolithes, guano évoluant en phosphate, etc.) qui se localisent dans les zones d'entrées de grotte, trois types de dépôts se rencontrent en caverne; ils sont d'origine chimique (concrétions), clastique (éboulis) et détritique.

Remplissage de grotte

- Concrétions

Stalactites et stalagmites

La plupart des concrétions de grotte sont constituées de calcite, forme la plus fréquente de cristallisation du carbonate de calcium. Les concrétions apparaissent dans l'atmosphère des grottes à partir des suintements issus de la voûte, qui alimentent les classiques stalactites et parfois également les stalagmites sous-jacentes. Le développement très lent de cristaux en atmosphère calme, souvent à partir d'un support poreux assurant une alimentation constante, favorise la croissance de certaines faces cristallines indépendamment de la pesanteur. Les formes résultantes portent le nom d'"excentriques". D'autres cristaux se développent dans les vasques d'eau calme sursaturée en bicarbonate de calcium, formant la calcite flottante et les scalénoèdres qui hérissent les parois immergées et se transforment en triangles creux au voisinage du plan d'eau. Lorsque l'eau saturée en carbonate est agitée, la calcite se dépose, par exemple sur les déversoirs naturels en travers des rivières souterraines, et construit des barrages naturels ou "gours". L'eau suintant de la voûte et agitant sur le sol des particules variées (sable, os cassés) les enrobe de calcaire, façonnant ainsi des pisolithes ou " perles de cavernes".

L'aragonite, autre variété de carbonate de calcium cristallisé, se rencontre parfois sous forme d'aiguilles très caractéristiques ou d'enduits blanc porcelaine. Elle semble liée à la présence de dolomie, la cristallisation de l'aragonite étant déterminée par certains ions inhibiteurs de la calcite (c'est-à-dire qui empêchent la cristallisation de cette dernière), dont le magnésium, constituant de la dolomie, fait partie. Le gypse, ou sulfate de calcium hydraté, dérive de l'altération de sels ferreux. De même que l'aragonite, il est extrêmement rare.

Certaines cristallisations, de calcite notamment, se développent dans un remplissage meuble, cimentant les particules. Le sable se transforme en grès qui demeure cimenté à la voûte, par exemple.

Le mond-milch se présente comme un enduit blanchâtre, mou s'il est imprégné d'eau, pulvérulent à sec. Sa composition chimique aussi bien que sa genèse sont très variées. Certains mond-milchs de calcite, sur les parois noyées des lacs, correspondent à une précipitation à partir d'eaux saturées en bicarbonate. D'autres mond-milchs calco-magnésiens, de compositions diverses, résultent également d'un processus physico-chimique. Enfin, il est des mond-milchs d'origine biochimique qui proviennent de l'altération par les micro-organismes, placés dans un certain contexte, d'un substratum carbonaté souvent formé de concrétions.

- Éboulis

Lorsqu'une voûte soumise à certaines actions (gel, alternances d'imprégnations aquifères et d'assèchements) subit un régime de détente et s'éboule, plusieurs types d'éboulis peuvent être observés dans la galerie: accumulations de gros blocs de plusieurs mètres d'arête formant des chaos impressionnants, ou plaquettes et petits blocs uniformément répartis jonchant le sol. Les éboulements se combinent souvent avec d'autres actions: concrétionnement (éboulis cimentés en brèches), ruissellement (argiles à blocs).

- Sédiments détritiques

Formés d'argile, de sable ou de galets, certains dépôts détritiques de caverne sont bien classés (accumulations argileuses obstruant certaines galeries), d'autres sont très hétérogènes (argiles à blocs).

D'anciens auteurs attribuaient le remplissage détritique des grottes à l'accumulation de résidus insolubles provenant de la roche encaissante. Des travaux ont montré que, sauf cas exceptionnel ou limité à une petite fraction du remplissage, les produits accumulés en caverne dérivent soit de sédiments meubles recouvrant le massif karstifié, soit d'affleurements de roches insolubles situés à l'amont du massif.

Le transport s'effectue d'abord de haut en bas, les eaux d'infiltration entraînant les particules dans le réseau de fentes et dans les cavités associées. L'importance du colmatage qui résulte de ce mouvement vertical est fonction de l'importance des produits de couverture, du volume des précipitations et de la morphologie des cavités. En pays de faible relief et de forte couverture, certains réseaux évoluent en régime totalement colmaté. Le transport subhorizontal dans les galeries contribue à ce colmatage par l'apport des éléments détritiques issus du bassin amont.

Lorsque la galerie s'assèche, si le climat demeure suffisamment humide, les suintements issus du réseau de fentes déposent des limons qui enrobent les blocs tombés de la voûte. Parfois s'y ajoutent les ossements d'animaux venus mourir sous terre, volontairement ou bien à la suite d'une chute dans un trou aux parois surplombantes. Ces argiles à blocs sont fréquemment recouvertes par un plancher stalagmitique, ce qui montre que leur dépôt correspond à un régime climatique précis dans des conditions associant le transport des particules fines à la chute des blocs.

- Applications

La connaissance des remplissages de grotte dans leurs rapports avec la morphologie karstique intéresse, à des points de vue très différents, les géotechniciens et les métallogénistes. Elle apporte des informations à l'hydrogéologue ayant à étudier les problèmes de drainage ou d'étanchéité. Enfin, le préhistorien, qui reconstitue les climats anciens à partir des documents collectés sur un chantier de fouille, doit connaître les mécanismes de la sédimentation karstique.

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