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La spéléomorphologie

Dans le domaine karstique, on considérera successivement les microformes, les cavités élémentaires et leur assemblage en réseaux.

- Microformes

Les actions chimiques, mécaniques ou fluviatiles se traduisent par le dépôt de sédiments différents (cf. Sédiments détritiques) et par un certain modelé des parois et des voûtes rocheuses. La dissolution façonne des cupules qui s'organisent parfois pour donner à la roche un aspect déchiqueté, en dentelle. La voûte est accidentée par des coupoles traduisant une dissolution différentielle, ou par d'autres formes dénotant l'existence d'un ancien remplissage ayant protégé certains éléments de parois.

Les eaux courantes façonnent des marmites de géant et des surcreusements, étroits canyons entaillant le sol rocheux d'une galerie. Les parois sont parfois couvertes de vagues d'érosion, creux énigmatiques en forme de cuillères peu profondes, dont la pointe indique le sens des anciennes circulations aquifères. Les grandes vagues, dépassant le mètre, correspondent aux oscillations stables d'écoulements très lents, les petites sont l'empreinte des galets d'un ancien colmatage, total ou partiel.

- Cavités élémentaires

Spéléomorphologie

Les puits, qu'ils soient cylindriques ou en éteignoirs très aigus, ont été creusés par les infiltrations verticales qui, à la faveur d'une discontinuité, gagnaient un drain sous-jacent.

Les galeries, à l'époque du creusement en régime noyé, ont servi de drains, le plus souvent subhorizontaux. En considérant simplement les vitesses de circulation aquifère lors de ce premier façonnement, on distinguera plusieurs types. Au-dessus d'une certaine vitesse d'écoulement, aucun dépôt n'est possible, et le rocher, qui affleure sur toute la section du conduit, est soumis dans son ensemble à l'attaque des eaux de circulation (galerie syngénétique). En régime de circulation lente, il y a dépôt vers le bas, et la dissolution de la roche nue s'effectue uniquement vers le haut. La morphologie de telles galeries, dites paragénétiques, est commandée par l'existence de ce remplissage contemporain du creusement. On y observe des "banquettes" correspondant à d'anciennes limites supérieures du remplissage, visibles sur les parois, des "chenaux de voûte" développés au-dessus de l'ancien remplissage, etc.

Les grandes salles résultent de la transformation en cavité unique, par recoupements de parois, d'un certain nombre de puits ou de galeries développées au voisinage les unes des autres pour des raisons structurales. L'évolution et la morphologie d'une grande salle sont commandées par les facteurs mécaniques qui déterminent l'équilibre de sa voûte. Parfois, le sommet de cette voûte crève la surface. La salle se transforme alors en gouffre d'effondrement (Padirac).

- Réseaux karstiques

Dans un réseau karstique, il faut distinguer trois zones hydrologiques. La zone d'alimentation, proche de la surface, se présente comme un réseau de fentes très denses s'amenuisant vers le bas. En amont, la zone d'alimentation est formée de cavités organisées en pertes diffuses, alimentant un labyrinthe de conduits, ou en pertes hiérarchisées, les ouvertures principales donnant accès à des cavités importantes. Au niveau de la zone de drainage, il y a concentration de l'écoulement dans une galerie unique ou dans un faisceau de galeries parallèles ou convergentes. La zone d'émergence, réduite ou inexistante dans les karsts de montagne, correspond à des galeries remontantes en pays de plateau.

Pour expliquer l'établissement d'un réseau karstique, il faut admettre, au départ, l'existence de zones de détente favorisant les premières circulations aquifères. Celles-ci, d'abord minimes et localisées, s'organisent, par élargissement et captures, en systèmes hiérarchisés alimentant une seule émergence.

Pour les anciens explorateurs, le drainage karstique s'effectuait uniquement par les rivières souterraines visitées au-dessus ou au niveau de la surface aquifère. Les observations minières, ou en sondage, et les explorations souterraines en scaphandre ont montré l'existence de circulations en dessous du niveau des émergences. Il est maintenant admis que des circulations importantes en galerie se sont développées à plus de deux cents mètres sous le niveau des émergences (Fontaine de Vaucluse, -243 m), et que des circulations par réseaux de fentes existent à plus de mille mètres sous la surface du sol.

Spéléogenèse

La genèse des réseaux souterrains est d'abord déterminée par l'existence d'une dénivellation suffisante pour permettre l'établissement de la charge hydraulique nécessaire à la mise en mouvement des eaux souterraines. Une faible dénivellation est suffisante en conditions favorables (sources du Loiret). L'étude des karsts très anciens montre que chaque karstification est en rapport avec une orogenèse qui détermine le relief ainsi que l'état mécanique de la roche.

Les processus qui commandent l'évolution d'un karst s'exercent très différemment suivant le climat. En région froide, la dissolution est lente, l'agressivité de l'eau subsiste longtemps, à l'inverse de ce qui se passe en région chaude et humide, où la production de gaz carbonique par fermentation est beaucoup plus importante qu'en pays froid. Les alternances climatiques compliquent l'évolution souterraine, par exemple en modifiant la nature des dépôts souterrains ou en faisant alterner les phases de comblement et de déblaiement.

Dans une région en cours d'enfoncement, les cavernes se colmatent. Il arrive même que les réseaux soient définitivement scellés par une transgression marine ou lacustre. De tels paléokarsts sont connus au Wealdien, au Crétacé, à l'Éocène, etc. La plupart des cavernes visitables sous les climats de l'Europe occidentale se sont formés au Pliocène ou au Quaternaire ancien, chaque glaciation ayant créé un déséquilibre suivi du recreusement de galeries anciennes ou du creusement de galeries nouvelles.

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