Karst et cavités

La karstification se fait par dissolution des roches carbonatées ou sulfatées au contact de l’eau chargée en acide carbonique (H₂CO₃), qui dérive du gaz carbonique de l’air, plus rarement de gaz carbonique d’origine profonde (associé à de l’hydrothermalisme).

La dissolution de la roche calcaire par l’eau associée au gaz carbonique fait intervenir de nombreux paramètres physico-chimiques dans un ensemble de réactions qui peut être simplifié ainsi :

eau + CO₂ (gaz carbonique) + CaCO₃ (roche) → eau + (calcium + bicarbonate)

L’eau chargée en gaz carbonique dissout ainsi le carbonate de calcium de la roche pour former un sel dissous de bicarbonate de calcium qu’elle transporte et évacue vers les cours d’eau. Elle élargit progressivement les vides initiaux dans lesquels elle circule, en façonne les parois et les agrandit jusqu’à créer de véritables chenaux qui facilitent l’infiltration et accentuent le processus amorcé.

La spécificité du karst provient du processus de karstification qui, par dissolution des roches carbonatées (calcaires et dolomies), agrandit les discontinuités tectoniques et stratigraphiques contenues à l’intérieur des massifs. Il en résulte généralement des paysages de surface caractéristique (lapiaz, dolines, etc.), associés à un paysage souterrain constitué par les grottes et les gouffres. C’est ainsi quasiment le seul l' aquifère pénétrable par l’homme.

Les dimensions de ces vides présentent une très grande variabilité, depuis les fissures micrométriques à millimétriques jusqu’à des conduits de quelques dizaines de mètres de section et longs de plusieurs kilomètres. Il en résulte des vitesses d’écoulement à l’intérieur de l' aquifère très variables, allant de moins de quelques centimètres par heure à plusieurs centaines de mètres par heure. Ces circulations souterraines très rapides sont l’une des principales caractéristiques hydrogéologiques des aquifères karstiques.

L’illustration ci-contre, bien que peu représentative de la région Centre (mais plutôt de secteurs tels que l’Ardèche ou le Vercors), permet de se représenter les caractéristiques d’un système karstique « classique » :

On peut distinguer :

• La zone d’infiltration, qui est constituée par la partie non saturée de l' aquifère au sein de laquelle des écoulements lents prennent place dans les fines fissures et des écoulements rapides au niveau de conduits verticaux plus ou moins connectés au réseau de conduits karstiques de la zone noyée ;
• La zone noyée, qui se développe principalement à l’aval, sans nécessairement s’étendre à l’ensemble d’un massif. Elle s’organise autour d’un axe de drainage ou d’un réseau de conduits karstiques en relation autour d’un axe de drainage ou d’un réseau de conduits karstiques en relation avec la roche encaissante, fissurée et pouvant comprendre des vides de grande taille organisés en ensembles individualisés, dénommés « systèmes annexes au drainage » par Mangin. Ces « systèmes annexes au drainage » sont en connexion hydraulique avec les conduits du réseau de drainage souterrain.