Les facteurs écologiques dans la formation du karst
p. 51-59
Texte intégral
INTRODUCTION
1Les premières investigations sur la morphologie karstique tenaient compte des phénomènes ayant des effets défavorables pour l’homme, tels que les effondrements de cavités, les inondations de poljés ou l’érosion des sols. De nos jours, les tendances des recherches sont déterminées également par l’impact de l’homme ; ainsi, on n’examine plus tellement comment le karst influence les activités humaines, mais plutôt comment celles-ci affectent les systèmes karstiques.
2Les recherches karstologiques ont fait des progrès considérables depuis la seconde moitié du XIXème siècle. Dans un premier temps, de très importants résultats furent obtenus par exemple avec la monographie de CVIJIC (1983) sur la morphologie karstique, la mise en évidence des effets tectoniques sur le karst (KATZER, 1909 ; GRUND, 1903), avec les recherches sur les rapports entre roches karstiques et non karstiques, ou sur l’évaluation de leurs effets sur l’hydrographie karstique (GRUND, 1903 ; TERZAGHI, 1913). Les concepts de karst couvert ou découvert (RICHTER, 1907) et celui de karst de surface ou de karst profond furent introduits à cette époque (KATZER, 1907). LEHMANN O. (1932) et TERZAGHI ont souligné l’importance du climat sur le développement du karst et, dans le même temps, ils attiraient l’attention sur le rôle de ce dernier quant aux modifications de la végétation.
3LEHMANN H. (1936), tenant représentatif de l’influence du climat sur le karst, ne partageait pas l’opinion de GRUND pour qui les régions karstiques tropicales représentaient la phase mature et achevée du relief karstique. Selon LEHMANN H., le karst tropical à cônes est un produit spécifique du climat chaud et humide. La conséquence de ces résultats fut que l’interprétation du développement du karst évolua considérablement. Dans la seconde moitié de ce siècle, les recherches menées sur le karst dans les différentes zones climatiques sont devenues plus nombreuses.
4Après avoir réalisé l’importance des zones climatiques, il paraît donc nécessaire d’étudier le système hydrokarstique et la structure lithologique sous les diverses zones climatiques. Même actuellement les recherches montrent un grand intérêt quant à la formation du CO2 qui détermine l’agressivité de l’eau de dissolution.
I. KARSTS ET FACTEURS BIOCLIMATIQUES
5C’est ainsi que LEHMANN et ses disciples attachent une grande importance à la végétation et aux sols humiques pour la production de CO2 (MIOTKE, 1974). Les représentants de la tendance de la dynamique karsto-morphologique (CORBEL, 1959 ; BÖGLI, 1960 ; SWEETING, 1964) interprètent les différences de formes karstiques par les variations lithologiques PFEFFER (1976) attribue les formes karstiques à une interaction complexe des roches et du climat.

Figure 1 : Schéma de l’écosystème karstique.

Figure 2 : Températures et humidité quotidienne dans une doline
Humidité - Fond de doline
6Aujourd'hui les recherches affectent un très large domaine. Les recherches sur les karsts tropicaux sont de nos jours toujours complexes (PFEFFER, 1983 ; SALOMON, 1983). Les études mettent en exergue le système karstohydrologique (BROWN, SWEETING & OTLET, 1983 ; COXON & DREW, 1983) et les relations entre la tectonique et la karstification qui sont d’une grande importance (NICOD, 1983 ; ROSSI, 1983). Récemment, les effets de l’évolution naturelle dans les régions karstiques ont été examinés par plusieurs chercheurs (NICOD, 1987 ; UHLIG, 1987 ; HABIC, 1987 ; SAURO U., 1987 ; BARANY-KEVEI, 1987 ; URUSHIBARA-YOSHINO, 1988 ; WHELEER, ALEXANDER, ADAMS & HUPPERT, 1988).
1. L’écosystème karstique
7Certains des travaux mentionnés ci-dessus ont été réalisés par les groupes d’études “Man’s Impact on Karst Areaˮ constitué à Paris, et “Environmental Changes on Karst Areaˮ renouvelé à Sydney par l’I.G.U. (1980). Dans la lignée de ces recherches, DAOXIAN (1988) apporte beaucoup avec l’évaluation synthétique du système karstique environnemental considéré comme un tout.
8Les écosystèmes d’une surface calcaire sont également examinés par GOUDIE (1986). A son avis, les traits caractéristiques d’un écosystème karstique sont déterminés par le soubassement rocheux, le climat et l’ancienneté de l’évolution. VILES (1988) distingue trois catégories dans l’écosystème karstique : des calcaires en surface, des calcaires sous couverture pédologique et l’endokarst.
9A mon avis, l’écosystème karstique commence lorsque l’air entre en contact avec le sol, ou la végétation, et finit par le système hydrokarstique. Le système karstique est ouvert, et la matière et l’énergie circulent sans entrave dans le sol (fig. 1). Jusqu’à la limite de l’affleurement calcaire, le processus est réversible ; toutefois, sous une roche altérée, il peut devenir irréversible. La qualité de la percolation dans la roche influence le sens de la dissolution. Dans les dépôts d’une cavité, cette eau peut provoquer des dégradations (JAKUCS, 1987). Le processus de la karstification étant essentiellement de caractère biogénique, son examen écologique est plus important que celui que l’on peut mener pour d’autres roches.
2. Les facteurs du micro-climat
10Dans mes premiers travaux, j’ai étudié différents facteurs écologiques externes. Le but de ces analyses était de comprendre le développement des dolines de dissolution. Parmi les facteurs du milieu relatifs au développement du karst, je considère que le climat est l’un des plus importants. La précipitation et la température semblent être les deux paramètres les plus significatifs. A l’échelle des micro-régions, le micro-climat joue le rôle le plus important quant à la karstification. Les caractéristiques micro-climatiques favorisent la grande étendue et le façonnement en forme dissymétrique des dolines (BARANY-KEVEI, 1967, 1985 ; BARANY & KAJDOCSY, 1976). Sur les différents versants des dolines, la température de l’air montre de grandes variations (fig. 2).
11En accord avec cela, les amplitudes de la température du sol sont également différentes selon les versants. Par exemple, l’amplitude journalière était de 15°C sur un versant E et de 5°C sur le versant W (BARANY, 1985). La tendance des variations de la température du sol à différentes profondeurs est très intéressante. Les diagrammes (y = a+bx+cx2+dx3) approchant les valeurs extrêmes de la température du sol sur les versants sont illustrés par la figure 3. Les points d’inflexion des diagrammes indiquent les points dans le sol où la vitesse de transmission de chaleur change. Certaines différences peuvent s’observer entre les versants E et W.
12Les différences de micro-climat exercent leur influence également sur la composition de la végétation. ZOLYOMI (1966) a travaillé sur un système d’évaluation des espèces végétales à l’aide d’indicateurs écologiques, en prenant des exemples hongrois. Les espèces rencontrées dans les dolines furent dotées de numéros indicatifs appropriés en appliquant la méthode de différenciation de ZOLYOMI où “T” indique la balance thermique, “W” la balance hydrique, “R” la réaction du sol et “N” la demande en azote. De façon caractéristique, la moyenne de la balance hydrique montre l’effet d’exposition. La moyenne de la balance hydrique est de 3,12 sur le versant N et de 5,86 sur le versant S. (tableaux 1 et 2).
II. LES FACTEURS PÉDO-CLIMATIQUES
13Les données concernant les différences d’humidité dans le sol ont déjà été exposées en détail précédemment (BARANY-KEVEI & MEZÖZI, 1978). Le micro-climat et la végétation produisent leurs effets sur un karst couvert au travers du sol. L’épaisseur et l’imperméabilité, par exemple, et les caractéristiques chimiques du sol jouent un rôle décisif dans les processus de corrosion qui ont lieu sous la surface (BARANY & MEZÖZI, 1978 ; BARANY, 1980 ; BARANY-KEVEI, 1987). Ces caractéristiques chimiques sont déterminées par la somme des cations et anions en solution dans l’eau (fig. 4, 5, 6, 7). La dispersion des micro et macro-éléments dans le sol semble être identique (BARANY-KEVEI, 1990).
Espèces observées sur le versant nord | T | W | R | N |
Salvia pratensis | 6 | 3 | 0 | 2 |
Coronilla varia | 5 | 3 | 4 | 0 |
Dianthus pontederae | 6 | 2 | 4 | 1-2 |
Scabiosa ochroleuca | 6 | 2 | 4 | 1-2 |
Polygala vulgaris | 5 | 5 | 3 | 1 |
Prunella grandiflora | 5 | 4 | 5 | 2 |
Campanula persicifolia | 5 | 4 | 3 | 2 |
Calamintha acinos | 6 | 1 | 4 | 1 |
Moyenne des valeurs | 5,45 | 3,12 | 3,34 | 1,88 |
Tableau 1 : Variations des indicateurs écologiques pour des espèces végétales situées sur le versant nord d'une doline de Hongrie
T = balance thermique. W = balance hydrique. R = réaction du sol. N = demande en azote. (d’après ZOLYOMI, 1966).
Espèces observées sur le versant sud | T | W | R | N |
Molinia coerulea | 5 | 7 | 0 | 1 |
Astrantia major | 5 | 7 | 3 | 4 |
Aegopodium podagraria | 5 | 7 | 3 | 4 |
Lysimachia vulgaris | 5 | 9 | 0 | 0 |
Anthriscus silvestris | 5 | 5 | 4 | 4-5 |
Carduus nutans | 5 | 2 | 3 | 3-4 |
Viola mirabilis | 5 | 5 | 4 | 0 |
Moyenne des valeurs | 5,00 | 5,86 | 2,58 | 2,15 |
Tableau 2 : Variations des indicateurs écologiques pour des espèces végétales situées sur le versant sud d’une doline de Hongrie.
T = balance thermique. W = balance hydrique. R = réaction du sol. N = demande en azote. (d’après ZOLYOMI, 1966).

Figure 3 : Migration de la température du sol, maxima et minima.
1 = minima
2 = maxima
a = exposition à l’est
b = exposition au sud-ouest
c = exposition au nord
d = exposition à l’ouest.

Figure 4 : (ci-contre au milieu) Les anions et cations solubles dans l’eau d’un sol karstique (Montagne de Bükk, Hongrie). N3, N6 etc = versant nord aux niveaux de 3, 6 m.

Figure 5 : (ci-contre en bas) Les anions et cations solubles dans l’eau d’un sol karstique (Montagne de Bükk, Hongrie). E3, E6 etc = versant est aux niveaux de 3, 6 m.
14En même temps, le processus biogénique de la karstification s’avère efficace dans le sol même. Tant la respiration de racines de la macroflore que l’activité des microbes décomposant le matériel organique sont des producteurs de CO2. Seulement 1/3 du CO2 contenu dans l’atmosphère du sol est fourni par la respiration des racines de la macroflore et les 2/3 restants émanent des micro-organismes. C’est pourquoi le rôle joué par les microbes est l’un des plus importants paramètres d’un sol karstique (BARANY-KEVEI, 1990). A une profondeur de 0,5 à 1 m, l’activité des micro-organismes et par conséquent la production de CO2 sont très intenses. Dans les couches plus profondes, la quantité de micro-organismes diminue ; au contact de la roche-mère et du sol, elle recommence à croître. A ces profondeurs, la quantité de microbes est en étroite corrélation avec la valeur du pH, l’humidité et la cohésion du sol (fig. 8).

Figure 6 : (en haut) Les anions et cations solubles dans l’eau d’un sol karstique (Montagne de Bükk, Hongrie). S3, S6 etc = versant sud aux niveaux de 3, 6 m.

Figure7 : (en bas) Les anions et cations solubles dans l’eau d’un sol karstique (Montagne de Bükk, Hongrie). W3, W6 etc = versant ouest aux niveaux de 3, 6 m.

Figure 8 : Humidité, réaction, cohésion et quantité de bactéries dans des échantillons de sol à la profondeur de 30 cm, sur différents versants.

Tableau 3 : Analyses comparatives d’eau de percolation de stalactites dans diverses grottes d’Europe Centrale. Comparative analysis of various Middle-European caves dripwaters.
15Les facteurs écologiques mentionnés ci-dessus ont un effet favorable, ou défavorable, sur la corrosion de la roche. Avant d’atteindre la roche, ces effets peuvent être légèrement influencés par l’action dissolvante de l’eau qui percole dans la roche, le processus de corrosion devenant irréversible. Un processus similaire est le phénomène de dégradation des stalactites qui a été observé dans certaines cavités d’Europe Centrale par JAKUCS et l’auteur. Dans ces cavités où la corrosion des stalactites était particulièrement généralisée, les sulfates contenus dans l’eau gouttant des stalactites étaient supérieurs à la moyenne (tableau 3).
16Les résultats de nos recherches suggèrent que l’altération de la stalactite peut être liée à l’augmentation de la concentration en sulfate dans l’eau de percolation. La dégradation récente de la stalactite fournit des indications générales sur les effets des dépôts acides (JAKUCS, 1987).
CONCLUSION
17Cette courte étude est loin d’être complète en raison de la complexité de l’écosystème karstique. Cependant, à mon avis, elle peut convaincre les karstologues qu’en plus des recherches effectuées à partir des théories classiques, l’aspect écologique pris dans son ensemble apparaît de plus en plus fondamental. Les impacts négatifs du karst ne pourront être prévenus ou éliminés que par la compréhension totale du fonctionnement du système. Le but de mon étude est de contribuer modestement à ce travail.
Bibliographie
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Auteurs
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Ilona Barany-Kevei
Physical Geographical Institute of the University SZEGED 6701 Szeged, Pf : 653 (Hungary)
- Jean-Noël Salomon (trad.)
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