Splologie et karst ressources Powerpoint 2009 STRUCTURE ET

Spéléologie et karst: ressources Powerpoint 2009 STRUCTURE ET MORPHOLOGIE DES SYSTÈMES KARSTIQUES Coordination de Leonardo Piccini avec la collaboration de : Carlo Balbiano Jo De Waele Subterranean River, Palawan, Philippines (cliché : G. Savino/Arch. La Venta)

LES SYSTÈMES KARSTIQUES Le système karstique est communément défini comme l’ensemble des formes de surface et souterraine produit par des processus karstiques ou par d’autres processus qui les induisent indirectement. Sa fonction est de drainer par des eaux souterraines une surface déterminée, jusqu’à une source karstique. Il s’agit donc d’un type particulier de “système hydrogéologique”, dans lequel la composante souterraine de l’écoulement est dominante. La structure d’un système karstique dépend de multiples facteurs, dont le rôle peut être essentiellement passif (caractéristique géologique) ou actif (conditions du milieu). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES CARACTÉRISTIQUES LITHOLOGIQUES Elles déterminent, en premier lieu, le degré de karstification : Élevé : • les calcaires massifs ou à strates épaisses ; • les marbres. Moyen : • les calcaires à strates fines ; • les calcarénites ; • les calcaires à silex; • les dolomies. Alpi Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Mexique (cliché : L. Piccini) Faible : • • les les calcaires marneux ; calcschistes ; calcaires noduleux métamorphiques; calcaires cataclastiques. Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE D’UN SYSTEME KARSTIQUE La structure d’un système karstique dépend principalement de la conjugaison de trois facteurs : 1) LES CARACTÉRISTIQUES ET LE POSITIONNEMENT DES DISCONTINUITÉS couche à l’affleurement, fractures (diaclases, failles), clivage. 2) L’ASPECT MACROSTRUCTURAL tabulaire, omoclinal ou plissé. 3) LE TYPE D’ALIMENTATIONS ET DE CIRCULATIONS HYDRIQUES allogène, locale, par infiltration (diffuse), hypogène, libre, semi-confinée, confinée. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES DISCONTINUITÉS LITHOLOGIQUES Les discontinuités lithologiques sont de trois ordres général : La stratification : surfaces primaires de dépôt ; La fracturation : surfaces secondaires produites par rupture mécanique ; Le clivage : surfaces secondaires dans des roches déformées, créées par des forces de cisaillement et / ou de compression (ex. les calcaires métamorphiques). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES DISCONTINUITÉS LITHOLOGIQUES PRIMAIRES La stratification Les joints de strates offrent, d’une manière générale, une conductibilité hydraulique réduite. Mais ils deviennent plus perméables lorsqu’ils sont soumis à des mouvements différentiels. Par exemple, un plissement créé des lignes de drainage entre les strates. Alpes Apuanes, Toscana, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES DISCONTINUITÉS LITHOLOGIQUES PRIMAIRES Le pendage des couches géologiques a une très forte influence sur la structure d’une grotte. Dans la zone vadose, où le drainage est directement conditionné par la gravité, les conduits ont tendance à se développer vers l’avalpendage des strates. Dans la zone noyée, où le drainage est conditionné par le gradient de pression, les conduits suivent souvent la direction des strates. Cuatrociénegas, Mexique (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES DISCONTINUITÉS LITHOLOGIQUES SECONDAIRES Les fractures (diaclases) Elles sont liées à des forces tectoniques et peuvent être associées à des failles ou à des plissements. Les fractures de distension ont une bien plus grande conductibilité hydraulique. Que ce soit en contexte compressif ou de distension, les plis présentent un certain nombre de fractures, parallèles, transversales, ou obliques, selon le sens de la contrainte dominante. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FRACTURATION ET KARST DE SURFACE L’influence des discontinuités sur le karst de surface Le degré de fracturation des couches géologiques supérieures influence de façon déterminante le développement des formes exokarstiques. M. Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Si la conductibilité hydraulique est élevée, se forme alors un puits ; au contraire, si la conductibilité hydraulique est plus faible, alors en général de larges dépressions peu profondes pourront se développer. Elles seront centrées sur les zones les plus fracturées. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FRACTURATION ET KARST PROFOND L’influence des discontinuités sur le karst profond en zone vadose Dans la zone vadose, la structure des systèmes karstiques dépend des conditions de perméabilité verticale de l’ensemble de la masse rocheuse. Des conditions de perméabilité verticale faible favorisent la formation de systèmes hiérarchiques (arborescence). M. Tambura (Alpes Apuanes) En revanche, lorsque la perméabilité verticale est plus élevée, plusieurs axes parallèles confluent directement au niveau de la zone noyée. Vallée d’Arnetola (Alpes Apuanes) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FRACTURATION ET KARST PROFOND L’influence du degré de fracturation sur la structure de la zone saturée Plus le degré de fracturation est élevé, plus le degré de liberté du système est élevé. (a) Un faible degré de fracturation favorise des systèmes noyés profonds (b) Lorsque la fracturation est moyenne les cavités sont mixtes (c) Une fracturation élevée permet la mise en place de cavités de surface piézométrique dominant Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FRACTURATION ET KARST PROFOND L’orientation des principales familles de fractures influence la structure d’un système karstique. L’étude des fractures en surface permet d’émettre des hypothèses concernant le développement général des systèmes karstiques profonds (Eraso, 1986). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FRACTURATION ET KARST PROFOND L’influence des discontinuités dans la zone noyée de l’endokarst. Les rapports stratification/fracturation L’influence plus ou moins grande des fractures sur le développement d’un conduit noyé entre deux strates dépend de leur conductibilité hydraulique initiale respective (a : haute, b : basse). a b Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE GÉOLOGIQUE À l’échelle d’un massif, la structure géologique influence la configuration des systèmes karstiques. Trois cas de figure sont possibles: A – une structure tabulaire; B – une structure omoclinal; C – une structure plissée. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE TABULAIRE Il est question de structure tabulaire lorsque la stratification est plus ou moins (sub) horizontale. Spluga della Preta En coupe, le développement du réseau est conditionné par la présence de niveaux lithologiques de moindre perméabilité. Le système karstique présente alors un profil en gradins très caractéristique. Ci-contre, l’exemple emblématique de la Spluga della Preta (Monti Lessini, Italia). Les traits horizontaux représentent les niveaux marno-argileux (m), intercalés avec les calcaires de San Vigilio. (Légende : B – Biancone (calc. blanc très compact), RA - Rosso Ammonitico (marbres rouges), DP - Dolomia Principale). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE HOMOCLINALE Se dit des strates inclinées de façon homogène. La présence éventuelle de niveaux horizontaux au-dessus du niveau de base actuel indique, en général, l’existence de niveaux noyés en relation avec d’anciens niveaux de base. Le développement est souvent conditionné par la présence de niveaux lithologiques de moindre perméabilité, sur lesquels se déploient les conduits en zones noyées et vadoses. Système de la Cima Paradiso (Lombardie) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE HOMOCLINALE Abisso Olivifer (Alpi Apuane) Le réseau du gouffre Olivifer, dans les Alpes Apuanes, suit préférentiellement le contact entre les grès (gr) et les marnes dolomitiques (md), le long de couches filoniennes de marnes schisteuses (ms), sur le revers d’un flanc anticlinal avec au centre les porphyroïdes (pf) du soubassement. Le développement est contrôlé par des plis mineurs. Sistema di Cima Paradiso (Lombardia) Seuls les approfondissements les plus récents suivent les fractures. Ils recoupent indistinctement les discontinuités lithologiques. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA STRUCTURE PLISSÉE Le gouffre Gofredo (Alpes Apuanes) se développe à travers une structure complexe, le long d’une série de fractures, reflétant la structure. En général, le développement d’un système karstique suit d’autant plus la structure que la perméabilité des fractures est faible. C’est aussi la raison pour laquelle l’effet de la structure se fait davantage ressentir en profondeur que dans les zones voisines de la surface. (Legend: 1) anticline, 2) sincline, 3) vadose passages, 4) relict phreatic passages, 5) active epi-phreatic passages) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES RAPPORTS SPATIAUX ENTRE LES DIVERSES COUCHES GÉOLOGIQUES D’eux dépendent : 1. la géométrie des aquifères karstiques ; 2. des stades de karstification ; 3. les rapports géométriques entre des aquifères voisins. Exemples de coupes géologiques qui mettent en évidence les rapports entre des roches à différents stades de karstification (Alpes Apuanes). En haut, les roches karstifiées sont notées : mac, csi e cm. En bas, elles sont notées : cs, m, md, gr. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA GÉOMÉTRIE DU SUBSTRAT niveau de base Système du Frigido (Alpes Apuanes) (Piccini et al. , 1999) Certains aquifères ont une surface inferior inclinée qui plonge sous le niveau de base. Le drainage est dit libre car l’écoulement n’est pas influencé par l’immersion du substrat. Aucun obstacle vertical ne bloque les écoulements de la zone saturée. Celle-ci peut aussi s’étendre sous le niveau de base. Les contacts Supérieurs et inférieurs délimitent latéralement les aquifères. Les sources se positionnent au niveau des points inférieurs de débordement. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LA GÉOMÉTRIE DU SUBSTRAT Lorsque la base de la couche lithologique karstifiée se trouve à une altitude supérieure à celle du niveau de base, la géométrie du substrat détermine généralement la direction de l’écoulement de l’eau (circulation semi-confinée). Les systèmes karstiques sont essentiellement constitués par un drainage libre incliné le long de la surface de contact. Le système de Tenerano (Alpes Apuanes) UM) unité métamorphique, bp) brèches polygéniques. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LE CONFINEMENT DES COUCHES GÉOLOGIQUES Il détermine diverses sortes d’alimentation : a) les aquifères karstiques isolés, avec une alimentation locale ; b) les aquifères karstiques alimentés latéralement par des eaux superficielles (allogène) ; c) les aquifères karstiques alimentés par une infiltration diffuse à travers une couverture poreuse. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES MORPHOLOGIES HYPOGÉES Les systèmes karstiques sont, en pratique, des ensembles de conduits organisés, produits par des processus de dissolution et d’érosion. En coupe, les conduits ont des dimensions variables, de quelques millimètres à plusieurs dizaines de mètres. Les caractéristiques morphologiques des conduits karstiques se manifestent : - à moyenne échelle, avec des formes diverses d’un point de vue de la géométrie du conduit même, et en particulier de son profil transversal ; - à l’échelle du détail, c’est-à-dire relative à la structure des parois de la roche (formes pariétales). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

CLASSIFICATION DES FORMES HYPOGÉES Une première classification peut être réalisée à partir des processus morphogéniques : • des formes de dissolution ou de précipitation chimique (c’est-àdire des formes karstiques) ; • des formes résultant de l’action mécanique de l’eau ; • des formes dues à l’action mécanique de la glace ou de la neige ; • des formes dues à la gravité. Dans chaque catégorie il existe aussi bien des formes d’érosion que d’accumulation. Cette présentation se limitera aux seules formes d’érosion, les secondes feront l’objet de présentations plus spécifiques. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

CLASSIFICATION DES FORMES HYPOGÉES Une grande partie des formes hypogées résulte de l’action de l’eau, que ce soit par des processus de dissolution ou par son action mécanique (c’est-à-dire l’érosion). La distinction n’est pas toujours facile. La plupart des formes, surtout à l’échelle du conduit, sont le résultat de la combinaison des deux processus. C’est la raison pour laquelle nous appliquerons une classification basée essentiellement sur les conditions d’écoulement dans les différents contextes hypogés, pointant de temps en temps le rôle de la dissolution et de l’érosion mécanique. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES RÉSULTANT DE L’ACTION DE L’EAU Les systèmes karstiques présentent trois situations caractéristiques, en fonction des diverses conditions hydrodynamiques : • la zone vadose (ou d’écoulement libre) ; • la zone épinoyée (ou d’oscillation piézométrique) ; • la zone noyée (ou zone saturée). Ces trois secteurs, dont les limites ne sont pas toujours facilement identifiables, sont caractérisés par des spécificités morphologiques qui dépendent de la variabilité des écoulements. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES RÉSULTANT DE L’ACTION DE L’EAU À l’échelle des conduits, les trois zones hydrogéologiques sont clairement identifiées. Genéralment la zone vadose se développe verticalement (puits), tandis que les zones épinoyées et noyées se développent horizontalement (galeries). Les phénomènes d’érosion mécanique sont particulièrement actifs à la base de la zone vadose, et dans la zone épinoyée. zone vadose épikarst zone de percolation et d’écoulement vadose zone épinoyée zone saturée Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

DISTRIBUTION DES FORMES HYPOGÉES En fonction du régime hydrologique dominant et de la pression lithostatique, les conduits prennent des configurations particulières. ZONE NOYÉE La figure illustre quelques-unes des formes caractéristiques différentes zones d’un système karstique : a) puits d’érosion verticale, b) puits-cheminée de percolation, c) secteur d’effondrement, d) puits épinoyé, e) tube fossile, f) tube actif, g) conduit paragénétique partiellement rempli par des sédiments, h) conduit noyé périphérique actif. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

MORPHOLOGIE DE LA ZONE VADOSE Dans la zone vadose, ou d’écoulement libre, les conduits se développent généralement de façon verticale selon des formes très variables et sont appelés des “puits”. Dans la partie supérieure, où la percolation et l’écoulement laminaire sur parois prévalent, les puits ont une forme cylindrique et allongée, selon les modes d’alimentation (ponctuelle ou linéaire). Les puits de type drains collecteurs présentent une morphologie complexe. Ils présentent une certain nombre d’élargissements et de rétrécissements et une base élargie. Par érosion régressive, ces puits peuvent devenir des canyons. Puits-cascade en connexion avec deux niveaux d’écoulement. Le puits se situe entre deux strates (Lauritzen et Lundberg, 2000) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES PUITS DE PERCOLATION Exemples de puits de percolation linéaire (a) et ponctuelle avec érosion régressive (b). b a Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Rimonio, Toscane, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES PUITS-CASCADES Exemples de puits-cascades, avec des formes liées à un recul. a b Gouffre Gofredo, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Antro degli Orridi, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

MÉANDRES ET CANYONS Dans la zone vadose, lorsque les conditions de pénétrabilité verticale de l’encaissant calcaire sont réduites (faible développement de la fracturation) ou encore que le gradient hydraulique est faible, alors des canyons se forment. Les processus d’érosion mécanique jouent également un rôle important. c Les conduits ont des profils très variables selon les caractéristiques lithostructurales (Lauritzen et Lundberg, 2000). Le tracé des galeries peut être rectiligne ou sinueux (méandres). C’est la présence de fractures ou encore les variations du régime hydraulique qui déterminent l’aspect rectiligne des galeries. Les galeries méandriformes, quant à elles, se développent dans des roches homogènes et avec un circulation hydrique à débit plus constant. En s’approfondissant, les boucles des méandres tendent à se déplacer vers l’aval, leur conférant une sinuosité à la fois horizontale et verticale (a). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

MÉANDRES ET CANYONS Exemples de canyons sinueux (a) et rectiligne (b, c). a b Abisso del Gatto, Sicile, Italie (cliché : M. Vattano) c Abisso Milazzo, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Pannè, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

MORPHOLOGIE DE LA ZONE ÉPINOYÉE La zone épinoyée est soumise soit à des écoulements libres, soit à des écoulements en charge. Les conduits tendent à se développer horizontalement ; les profils sont très variables et sont contrôlés par la structure. Les formes les plus typiques sont les canyons. Ils naissent par l’incision des galeries noyées. Les galeries paragénétiques, qui résultent d’un important transport de matières solides. Évolution d’un conduit épinoyé à boucles par troncature des boucles supérieures (a) et paragenèse (b) ( (Lauritzen et Lundberg, 2000) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES CANYONS D’ÉROSION Les canyons souterrains se forment par une érosion due aux écoulements libres. Bai Sun Tau, Ouzbékistan (cliché : M. Vianelli) Santa Ninfa, Sicile, Italie (cliché : M. Vattano) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES CONDUITS PARAGÉNÉTIQUES Ils se forment à partir de conduits pré-existants (d’origine vadose ou noyée), partiellement remplis par des sédiments. Dans ces conditions, la dissolution et parfois l’érosion agissent au niveau de la voûte, donnant naissance à des formes particulières. Monte Conca, Sicile, Italie (cliché : M. Vattano) Lauritzen et Lundberg, 2000 Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

MORPHOLOGIE DE LA ZONE NOYÉE La zone noyée est habituellement caractérisée par la lenteur des débits dans des conditions de saturation totale et par de hautes pressions (jusqu’à quelques dizaines de bars). Ces conditions déterminent la forme des conduits. Leurs profils deviennent progressivement circulaires voire elliptiques, de façon plus ou moins irrégulière. Selon les divers aspects de la structure, les conduits se développent sub-horizontalement. Hagengebirge, Autriche (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES TUBES D’ordinaire, les conduits ont un profil elliptique. Les surfaces discontinuités définissent leur axe longitudinal. Leur plus ou moins grande irrégularité dépend de la perméabilité de la discontinuité et donc, souvent, de la pression lithostatique. Les conduits circulaires se développent plutôt dans de fortes épaisseurs de roche tandis que les conduits elliptiques se forment dans des épaisseurs plus modestes, avec généralement un axe majeur horizontal. Lorsque le nombre de discontinuités augmente, les profils peuvent devenir plus irréguliers. Différentes formes de tubes en fonction du contrôle structural (Lauritzen et Lundberg, 2000) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES TUBES Exemples de tubes (également appelées galeries noyées) en forme d’ellipse (a) ou subcirculaire (b) a b Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Abisso Milazzo, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ORIGINE NOYÉE-VADOSE En contexte noyé, les conduits peuvent évoluer en canyons lorsqu’ils sont soumis suffisamment longtemps à des écoulements corrosifs. Exemple d’évolution d’un conduit noyé en canyon puis en galerie, par érosion latérale, puis par effondrements (grotte de Pietrasecca, Abruzzes, Italie). Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

CLASSIFICATION DES MICROFORMES HYPOGÉES Les formes qui apparaissent sur les parois des conduits (microformes) sont, pour une grande part, influencées par les conditions d’écoulement. Il s’agit surtout de formes dues à des phénomènes de dissolution, mais qui localement peuvent avoir eu un rôle relevant aussi des processus d’érosion mécanique. Les formes décrites sont très nombreuses. Seront ici présentées uniquement les principales formes, selon une classification reposant encore une fois sur les conditions d’écoulement. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

CLASSIFICATION DES MICROFORMES HYPOGÉES PRINCIPALES FORMES D’ÉROSION DUE À L’ACTION DE L’ ÉCOULEMENT Conditions Écoulement Formes de dissolution Vadose Stillation trous de stillation ruissellement cannelures de ruissellement écoulement concentré encoches de parois cannelures de jet banquettes latérales canyons marmites lame (pinacle) infiltrations chenaux anastomosés chenaux de voûte pendants de voûte encoches de surcreusement libre coups de gouge cupules coupoles kamenizas en charge (crue) coups de gouge géants alvéoles – spongework coupoles cannelures d’écoulement Épinoyée Noyée Formes d’érosion Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES PAR STILLATION Comarelle, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Des vasques de dissolution : elles se forment par la chute de gouttelettes ou, dans les grottes riches en faunes, par de la matière organique. St. Paul karst, Palawan, Philippines (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES LIÉES AU RUISSELLEMENT Les cannelures : elles résultent du ruissellement le long des parois d’un puits (a) ou d’une galerie (b) a b Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Dachstein-Mammuthöhle, Autriche (cliché : L. Plan) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉROSION DE DRAINAGE LIBRE Deux exemples de banquettes latérales : elles se forment par érosion linéaire sur le fond des canyons, conséquemment à une nette réduction du débit. Abisso del Gatto, Sicile, Italie (cliché : M. Vattano) Bai Sun Tau, Ouzbékistan (cliché : M. Vianelli) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉROSION D’ÉCOULEMENT LIBRE Les marmites : elles se forment par les tourbillons de l’eau sur le lit rocheux. Elles sont de forme cylindrique. Leurs dimensions varient de quelques centimètres à plusieurs mètres, tant en largeur qu’en profondeur. Su Bentu, Sardaigne, Italie (cliché : L. Sanna) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉROSION D’ÉCOULEMENT LIBRE Les encoches de surcreusement : elles se forment par érosion ou par dissolution latérale, en lien avec d’anciens niveaux d’eau. Rivière souterraine, Palawan, Philippines (cliché : G. Savino/Arch. La Venta) Gouffre Gofredo, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉCOULEMENT D’INTERFACE Chenaux anastomosés : ils se forment le long des surfaces de strates (ci-dessous). Les chenaux de voûte : ils sont caractéristiques des conduits paragénétiques. Ils se développent entre les dépôts de sédiments et la voûte (ci-contre). Steinenersmeer, Autriche (cliché : C. Schmidtlein) Monte Conca, Sicile, Italie (cliché : M. Vattano) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉCOULEMENT En contexte noyé ou épinoyé, le mouvement de l’eau sculpte dans les parois des empreintes appelées coups de gouge (scallops). Leurs dimensions sont inversement proportionnelles à la vitesse du débit. D’après White (1988), Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains. Oxford University Press, New York, p. 464, modifié Corchia, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’ÉCOULEMENT EN CHARGE Les scallops géants : ils se forment à faible débit, par l’action des tourbillons de l’eau créés par l’irrégularité de la paroi. Ils sont généralement l’indice d’une eau extrêmement agressive. Karst de St. Paul, Palawan, Philippines (cliché : Arch. La Venta) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES DE DISSOLUTION EN CHARGE Les coupoles : elles se forment par l’accumulation de l’air, soumis à des variations de pression lors des mises en charge, ce qui peut acidifier l’eau dans un périmètre interne délimité. Bai Sun Tau, Ouzbékistan (cliché : T. Bernabei) Bai Sun Tau, Ouzbékistan (cliché : M. Vianelli) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES DE DISSOLUTION EN CHARGE Alvéoles, corrosions en forme d’éponge (spongework) ): elles se forment par l’action de eau stagnant. Su Coloru, Sardaigne, Italie (cliché : L. Sanna) Abisso Saragato, Alpes Apuanes, Italie (cliche : L. Piccini) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES BIOGÉNIQUES (? ) Cloche : Ce sont de petites coupoles de formes cylindriques, de 15 -20 cm de diamètre, typiques des grottes tropicales. Leur origine est incertaine. Certains auteurs pensent qu’elles se forment en contexte noyé. Pour d’autres, à l’inverse, elles se formeraient par de la condensation ponctuelle due à la présence de chauvessouris. St. Paul karst, Palawan, Philippines (photo Arch. La Venta) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES LIÉES À LA GRAVITÉ Les effondrements modifient la forme des conduits. En contexte isostatique, ils tendent à se stabiliser (coupole). EFFONDREMENT dôme d’équilibre INSTABILITE largeur des plafonds Les voûtes souterraines sont soumises à des phénomènes d’effondrement en fonction de leurs dimensions et des caractéristiques géomécaniques de la roche. STABILITE C épaisseur des strates La largeur critique des plafonds dépend d’abord de l’épaisseur des strates. Le graphique met en évidence ce rapport pour une structure tabulaire (C = cisaillement, r = poids spécifique) (d’après White & White, 2000). Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’EFFONDREMENT Les galeries d’effondrement : elles se forment à partir des canyons ou des galeries noyées. Les effondrements peuvent dissimuler en totalité l’origine morphologique des conduits. Ils évoluent par migration progressive des voûtes vers le haut. Gouffre Olivifer, Alpes Apuanes, Italie (cliché : L. Piccini) Bai Sun Tau, Ouzbékistan (cliché : T. Bernabei) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

LES FORMES D’EFFONDREMENT Les salles d’effondrement : elles sont formées par coalescence de galeries ou par l’intersection de plusieurs puits parallèles. Ce sont les plus grands volumes souterrains. Rivière souterraine, Palawan, Philippines (cliché : Arch. La Venta) Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

FONDS ICONOGRAPHIQUES ERASO A. (1986), Metodo de prediccion de las direcciones principales de drenaje en el karst. Kobie 15, pp. 15 -165; LAURITZEN S-E. , LUNDBERG J. (2000), Solutional and erosional morphology. In: KLIMCHOUK A. B. , FORD D. C. , PALMER A. N. , DREYBRODT W. , Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers, Nat. Spec. Soc. , Huntsville, pp. 408 -426; PALMER A. N. (1991), Origin and morphology of limestone caves. Geol. Soc. Am. Bull. 103 (1), pp. 1 -21; WHITE W. B. (1988), Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains. Oxford University Press, New York, pp. 464; WHITE W. B. , WHITE E. L. (2000), Breakdown morphology. In: KLIMCHOUK A. B. , FORD D. C. , PALMER A. N. , DREYBRODT W. , Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers, Nat. Spec. Soc. , Huntsville, pp. 427 -429. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

POUR EN SAVOIR PLUS KLIMCHOUK A. B. , FORD D. C. , PALMER A. N. , DREYBRODT W. (2000), Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers, (Nat. Spel. Soc. , Huntsville USA. FORD D. C. & WILLIAMS P. (2007), Karst hydrogeology and geomorphology. John Wiley & Sons, Chichester PICCINI L. (1999), Geomorfologia e Speleogenesi carsica. Quaderno didattico della Società Speleologica Italiana n° 1. SAURO U. (1991), Morfologia carsica. In: Castiglioni G. B. Geomorfologia, UTET. SLABE T. (1995), Cave rocky relief and its speleological significance. Znanstvenoraziskovalni Center Sazu, Ljubljana. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009

CRÉDITS Cette présentation a été préparée par Leonardo Piccini. Traduction en français : Grégory Dandurand Pour les documents photographiques nous remercions les photographes : Tullio Bernabei, Lukas Plan, Laura Sanna, Giuseppe Savino, Christoph Schmidtlein, Marco Vattano, Mario Vianelli e Archivio La Venta Esplorazioni Geografiche. Les photographies ne portant pas d’indication sont de l’auteur. Les schémas, sauf indications, ont été réalisés par Leonardo Piccini. © Società Speleologica Italiana Toutes les parties de cette présentation peuvent être reproduites sous la propre responsabilité du copiste sous réserve de ne pas en dénaturer les contenus et de citer la source. Structure et morphologie des systèmes karstiques – Società Speleologica Italiana 2009