C'est dans le sol qui surmonte les roches calcaires actuelles que l'eau puise le gaz carbonique, CO2, produit par les plantes et les bactéries ; grâce à ce CO2 l’eau dissout le calcaire en créant des ions carbonates, bicarbonates, calcium et magnésium en dissolvant la dolomie. Elle entraîne ces ions en solution en profondeur.
Lorsque cette solution arrive à l'air libre dans l'espace souterrain, le CO2 s’échappe, les ions précipitent alors sous forme de minéraux s’assemblant en concrétions. Selon la composition chimique des eaux d'infiltration, le calcaire dissous peut précipiter sous deux formes minérales distinctes de carbonate de calcium (CaCO3), la calcite et l'aragonite.
Ces deux minéraux cristallisent dans deux systèmes cristallographiques différents : le système rhomboédrique pour la calcite (les faces du cristal de base sont des losanges) et le système orthorhombique pour l'aragonite (les faces du cristal de base sont des rectangles).
La genèseLes facteurs influençant la genèse des diverses formes de concrétions sont nombreux. Il faut cependant distinguer les forces dominantes (telles que la pesanteur, la pression, la tension superficielle, les forces de cristallisation...) des phénomènes physiques (hauteur de chute de la goutte d'eau, variations de débits, variations de la concentration en CO2 et de son gradient, variations de température, arrêts et reprise de l'alimentation en eau, présence d'impuretés dans l'eau, etc...) ou encore des contraintes environnementales (forme et nature de la voûte, des parois, du sol, etc...).
La composition chimique de l’eau joue également un rôle en faisant interagir des éléments en solution qui favorisent la cristallisation dans une forme minérale plutôt qu’une autre.
Les modifications naturellesDes stalactites peuvent se casser sous l'effet de leur propre poids, il en est de même avec les concrétions massives qui reposent sur un sol argilo-sableux et qui peuvent s'enfoncer dans un remplissage sous l'effet de leur poids. On observe alors des colonnes fendues ou cassées, des planchers stalagmitiques effondrés.
On pourrait admettre que les séismes jouent un rôle important dans la destruction des concrétions. Il semble que ce soit quelquefois le cas, en particulier dans des zones sismiques. Mais la plupart du temps, les soutirages de la rivière souterraine à différentes périodes du Quaternaire, quelquefois des crues exceptionnelles, sont la cause majeure d'effondrements et de destruction de concrétions.
Les causes de dégradationS'il est relativement facile de définir ce qu'est la formation d'une concrétion, il est beaucoup plus difficile de caractériser son altération et sa dégradation. En effet, les concrétions subissent au cours de leur histoire non seulement une croissance, mais aussi des transformations : leur croissance peut s'arrêter, reprendre, leur position ou leur forme peut changer, leur nature minéralogique peut évoluer.
C'est pourquoi l'altération des concrétions n’est la plupart du temps qu’un ensemble de transformations naturelles. Mais à côté de ces phénomènes, les concrétions subissent aussi des dégradations qui, elles, sont provoquées par l'homme.
Un équilibre fragileLe milieu souterrain est naturellement en équilibre avec son environnement rocheux en raison des échanges entre la cavité, la masse rocheuse et l'extérieur. Cet équilibre est à l'origine de son caractère conservatoire.
Même si les mécanismes en jeu sont complexes, le comportement d’ensemble du karst reste simple : si les échanges sont trop modifiés, le milieu est déstabilisé et de nouvelles conditions environnementales règnent.
C’est ainsi que le concrétionnement peut s’arrêter, l’eau peut devenir agressive et dissoudre la roche et les concrétions. C'est ce qui se produit lorsque l'homme intervient sur le milieu souterrain par ses actions :
Il existe tout de même une plage de tolérance dans laquelle les échanges paroi-cavité et cavité-extérieur permettent à la grotte de maintenir ses propriétés conservatoires.
La fréquentation ou les aménagements en relation avec la cavité doivent être définis pour ne pas dépasser les seuils de stabilité ; la conservation de l'ensemble des valeurs patrimoniales de l'espace souterrain peut être alors associée à la capacité conservatoire de la grotte.
Texte inspiré du livre "Fleurs de pierre" de Patrick Cabrol et Alain Mangin - Année 2000 Editions Delachaux et Niestlé
Complété par Michel Bakalowicz, HydroSciences Montpellier
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