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Enregistreurs et indicateurs de l’évolution de l’environnement en zone tropicale

 | 
Richard Maire
, 
Simon Pomel
, 
Jean-Noël Salomon

Les milieux de dépôts

Les dépôts karstiques

Concepts et méthodologies

Yves Quinif

Résumé

Les vides endokarstiques constituent des réceptacles efficaces pour piéger une grande variété de sédiments. Ces dépôts, détritiques et chimiques essentiellement, sont le reflet de l’évolution climatique, tectonique, géomorphologique régionale et, de la sorte, en constituent des enregistrements plus ou moins déchiffrables. Par rapport aux sédiments aériens, les sédiments endokarstiques ont des caractères qui leur sont propres, à la fois dans leur nature lithologique (succession de dépôts détritiques et chimiques) et dans leur milieu de sédimentation (contraintes géométriques et protection des agents érosifs extérieurs). Les sédiments détritiques sont soit autochtones (blocs éboulés, insolubles du calcaire), soit allochtones (surtout les dépôts fluviatiles formés de galets, sables et argiles). Les sédiments d’origine chimique sont représentés par les dépôts stalagmitiques. La disposition la plus intéressante est la série sédimentaire. C’est l’expression de variations temporelles dans les facteurs sédimentogénétiques, particulièrement climatiques. Les spéléothèmes (stalactites, stalagmites, planchers) sont l’expression sédimentaire de périodes chaudes et humides (périodes biostasiques) ; les sédiments détritiques sont la conséquence de processus rhexistasiques avec érosion mécanique. Les mouvements tectoniques ont aussi un rôle, en déplaçant ou brisant les spéléothèmes. L’évolution géomorphologique, elle, commande des variations dans la nature des sédiments par modification du bassin d’alimentation. Une des spécificités les plus intéressantes des sédiments endokarstiques est la possibilité de dater de façon absolue (en années avant le présent) les spéléothèmes, soit par le 14C, soit surtout par le déséquilibre radioactif dans la famille de l’uranium 238 (méthode U/Th). On obtient ainsi, dans les cas les meilleurs, la possibilité de dater des séquences climatiques ou tectoniques pour le Pléistocène moyen et récent, c’est-à-dire une période pendant laquelle on dispose de peu d’éléments de datation en milieu continental.

The Endokarst voids are often filled by various sediments: detritic and chemical sediments are the products of regional and global geological evolution. They constitute recordings of climatic, tectonic and géomorphologic modifications. Endokarstic sediments have specific characteristics in their nature (succession of detritic and chemical sediments) and in their milieu (geometric constraint and also protection). The detritic sediments can be autochthonous (fallen block, insolubles from limestone) and allochthonous (especially river deposits: roundstones, sands, clays). Chemical deposits are essentially speleothems. Those sediments can he arranged in sedimentary series. It is the expression of time variations in sedimentologic factors, particularly climatic factors. Speleothems are the sedimentary expression of a hot and wet climate (hiostasic period), the detritic sediments are the consequence of a rhexistasic period, with mechanical erosion. Tectonic movements break and displace the speleothems. Geomorphological evolution has consequences on the nature of sediments through alimentation basin variations. One of the most interesting specificities of endokarstic sediments is the possibility to date the speleothems in years B.P., by l4C and uranium series desequilibrium. So, we have in the best cases the exceptional possibility in the continental Quaternary to date the samples in which palaeoclimatic sequences and tectonic sequences have been determined.

Texte intégral

INTRODUCTION

1L’endokarst est une poubelle noble. L’ensemble des vides interconnectés, structurés, hiérarchisés qui constituent un réseau karstique renferme une suite de dépôts variés, sédimentés lors de la genèse même des vides (dépôts “paragénétiques”) ou après sa formation (dépôts “épigénétiques”). Ces dépôts constituent, au même titre d’ailleurs que tous les sédiments, un enregistreur de phénomènes divers. Néanmoins, les dépôts endokarstiques possèdent plusieurs spécificités qui en font un témoin tout-à-fait particulier de l’histoire régionale et même globale. Ces spécificités se situent dans leur nature (alternance de dépôts détritiques et chimiques) et dans le milieu (les parois constituent une contrainte géométrique et, en même temps, une protection post-sédimentaire).

2Les dépôts endokarstiques sont le produit des évolutions régionale et globale : modifications dans le bassin d’alimentation des rivières qui traversent l’endokarst et de la couverture du massif calcaire, variations paléoclimatiques, évolution tectonique, effets anthropiques. En cela, on conçoit aisément que ces sédiments ont enregistré maintes modifications de l’environnement et constituent ainsi des témoins extrêmement précieux. Ajoutons enfin — et c'est un des points fondamentaux — que les spéléothèmes (vocable regroupant toutes les variétés de dépôts chimiques stalagmitiques : stalactites, stalagmites, coulées, planchers, etc.) sont susceptibles d’être datés radiométriquement par la méthode du déséquilibre radioactif dans la famille de l’uranium (“datation U/Th”).

3La problématique présentée est valable pour les dépôts karstiques de toutes les régions du globe. En effet, il existe des karsts sous toutes les latitudes et les dépôts souterrains sont largement présents dans les domaines tempérés et intertropicaux.

I. NATURE ET DISPOSITION DES SÉDIMENTS

4Classiquement, on distingue les sédiments d’origines biologique, détritique et chimique (fig. 1) (CAVAILLE, I960 ; EK, 1986 ; EK et QUINIF, 1988 ; GEWELT et EK, 1988 ; HILL et FORTI, 1986 ; QUINIF et BASTIN, 1989 ; RENAULT, 1968).

A. Sédiments d’origine biologique

5Ils ne constituent pas quantitativement le type de sédiments le plus important. C’est essentiellement du guano, parfois très abondant comme dans certaines grottes tropicales dont les galeries en sont partiellement colmatées (Zaïre, Nouvelle-Guinée, Pérou, etc.). Des informations sont à tirer de l’existence ou non de ces sédiments. Ils témoignent de la fréquentation des cavités par les chiroptères, et donc de leur existence. Cette problématique reste méconnue.

Figure 1 : Nature et disposition des dépôts endokarstiques. Dans le bas, une rivière dépose des galets, des sables et des limons. Dans une galerie moyenne, une séquence sédimentaire témoigne de l’ancien passage de la rivière qui y a laissé des sables suivis d’argiles, le tout étant scellé par des spéléothèmes. La salle voisine est encombrée d’un talus d'éboulis. Dans la galerie supérieure, vue en section, les dépôts détritiques présents proviennent d’infiltration de la couverture du massif calcaire.
Nature and disposition of underground karstic deposits. In the bottom, a river lays down pebbles, sands and loames. In a middle gallery, we find a sedimentary sequence with river deposits (sands and clays) and speleothems. The room contains fallen blocks. In the upper gallery, detritic deposits come from an overburden above the limestone massif by infiltrations.

B. Sédiments détritiques

6Ce sont les dépôts composés de débris. Sous terre, les sédiments sont terrigènes : les débris sont issus de l’érosion (fig. 2).

71. Sédiments autochtones : Ils proviennent de l’encaissant lui-même : éboulis et insolubles du calcaire. Les éboulis sont caractéristiques des grandes salles. Ils résultent de l’existence d’un régime de détente mécanique et de caractères structuraux particuliers en certains points du massif. Les insolubles du calcaire sont quantitativement peu importants. Les réseaux karstiques sont généralement creusés dans des calcaires purs. Les “argiles de décalcification”, sous terre, restent d’un volume très limité. De plus, elles se retrouvent incorporées aux sédiments allochtones et, de ce fait, suivent en partie le même chemin. Seule une étude minéralogique détaillée permet de les distinguer. Néanmoins, des zones d’altération spécifiques, observées notamment dans des paléokarsts belges élaborés sous climat tropical (VERGARI et QUINIF, en préparation), se développent dans des calcaires siliceux ou dolomitiques, à forte porosité. Ces zones d'altération génèrent de grandes quantités d’insolubles (silice microcristalline, argiles, sable dolomitique) en relation avec des couvertures meubles ou peu consolidées (sables, argiles, tourbes).

Figure 2 : Origine des sédiments endokarstiques. Un massif calcaire karstifié est ici représenté en coupe. Une rivière prend naissance sur une assise imperméable (1) (pélites, grès) et se perd sous terre (2) dès qu’elle aborde le calcaire (3). Dans le passé, elle avait déjà creusé un niveau de galeries (4). Le massif calcaire est surmonté d'une couverture sableuse (5) et d’un niveau pédologique (6) affectant soit la couverture, soit le calcaire lui-même. La couverture alimente une petite rivière qui se perd dans le massif calcaire par un gouffre (7). Les sédiments qui se retrouvent dans le réseau karstique peuvent provenir du bassin d’alimentation de la rivière principale ou de la couverture par l’intermédiaire du ruisseau : ils sont fluviatiles. Les grandes salles sont encombrées de blocs éboulés (8) : ce sont des sédiments détritiques grossiers autochtones. La couverture, géologique ou pédologique, descend par les fissures pour sédimenter dans les galeries : ce sont des sédiments détritiques parautochtones. Enfin, les conduits sont concrétionnés par les spéléothèmes : ce sont des sédiments chimiques.
Origin of endokarstic sediments : We have represented here a section of a karstified hill. A river comes from a alimentation basin developed on impervious rocks (1) and sinks (2) into limestone hill (3) in a karstic network. In the past, it has hollowed a upper galleries level (4) . The limestone hill is overburden by sands (5) and pedologic level (6) on sand and limestone. A little river comes from this sand and sinks into a gulf (7) . The endokarstic sediments come from the alimentation basin of the main river or from the overburden sediments. The inner rooms contain blocks hills (8) . The orverburden sediments (from the geological cover or the pedologic level) can go down by fissures. At last, the galleries contain speleothems.

82. Sédiments allochtones : Ils sont surtout d’origine fluviatile. Les eaux souterraines peuvent transporter des masses énormes de galets, sables, argiles provenant du bassin d’alimentation du réseau. C’est notamment par ce biais que l’endokarst est un “musée” du passé. La granulométrie des sédiments fluviatiles est très variable sous terre et constitue un indice génétique très important. Si les rivières proviennent d’un bassin d’alimentation dénudé (climat périglaciaire, aride ou subaride, zones déforestées anthropiquement), elles transportent de grandes quantités de débris. La granulométrie est décroissante depuis les zones de pertes vers les zones d’émergence, sauf dans les réseaux karstiques de fortes dénivellations. Par contre, un contexte climatique à tendance biostasique n’engendre que peu de sédiments détritiques, ou alors à granulométrie fine.

Figure 3 : Coupe schématique du sommet du remplissage de la galerie principale de la grotte de la Vilaine Source (Belgique)
(QUINIF, DUPUIS, BASTIN, JUVIGNE, 1979). Ce remplissage illustre les différents types de sédiments d’origines diverses. En (1), un niveau de gros blocs éboulés et érodés par la rivière comprend également de gros spéléothèmes (2) basculés. Certains blocs sont coiffés de petites stalagmites en place et intactes (3). Commence ensuite une puissante série détritique fluviatile à granulométrie croissante (4). Ces sédiments sont apportés par la rivière principale durant une période froide et viennent du bassin d’alimentation extérieur où l'on trouve des arkoses famenniennes et des grès du Dévonien inférieur. Cette série a été recreusée ; ce recreusement a été lui-même rempli de loess remaniés (5), descendus par des fissures durant une phase froide et sèche. L'ensemble a été érodé et recouvert par une série assez mince (6) de sédiments remaniés quasiment sur place. Enfin, une concrétion (7) scelle le tout.
Schematic section of the upper filling in the main gallery of the cave “Vilaine Source” (Belgium) : This filling shows different sediments of varied origins. The section begins with big fallen and eroded blocks (1) and speleothems (2) . Some blocks are capped by little stalagmites (3) . After that, a thick detritic series constitutes a river unit with a growing granulometry (4) . These sediments are brought by the main river during a cold period and come from the outer drainage basin where we have upper and lower devonian shales and sandstones. This series has been hollowed and this trench filled by removed loess (5) which are gone down by fissures during a cold and dry period. All the deposits have been eroded and capped by a thin series (6) of removed sediments on place. Finally, a stalagmite finishes this complex sedimentary series.

93. Sédiments parautochtones : Par les fractures, les eaux d’infiltration sont parfois accompagnées d’argiles ou de limons qui proviennent de la couverture pédologique du massif karstifié (BLANC et CHAMLEY, 1975). Cette couverture résulte d’une pédogenèse affectant le calcaire. De grandes épaisseurs de calcaire peuvent avoir ainsi été réduites par la pédogenèse en une formation regroupant les insolubles du calcaire disparu et des matériaux exogènes (éoliens par exemple). On a parfois aussi affaire à une formation géologique étrangère au calcaire comme les loess (fig. 3).

C. Sédiments chimiques

10D’une très grande variété (HILL et FORTI, 1986), leur masse est essentiellement constituée de carbonate de calcium, et surtout d’une variété minéralogique, la calcite sous la forme de concrétions stalagmitiques : les spéléothèmes. Leur formation résulte de la réaction chimique inverse à celle qui préside à la corrosion (FORD et WILLIAMS, 1989). Lors de cette dernière, l’eau d’infiltration chargée de dioxyde de carbone en forte concentration (CO2 pédologique dans les sols de couverture) réagit avec le carbonate de calcium de l’encaissant calcaire pour donner des ions bicarbonates et calcium solubles. L’intensité de la réaction est essentiellement déterminée par la concentration de dioxyde de carbone dans le milieu de départ (souvent, le sol). Lorsque l’eau perle à la voûte d’une galerie, elle se trouve là dans une atmosphère à faible teneur en CO2. L’équilibre chimique atteint dans l’eau d’infiltration après les réactions de dissolution se retrouve instable. La réaction évolue alors dans le sens contraire à celui de la dissolution : le carbonate de calcium précipite à partir des ions bicarbonates et calcium dissous. La croissance des spéléothèmes est donc fonction de l’eau, du dioxyde de carbone, donc du climat.

Photo 1 : Série morpho-sédimentaire dans la grotte de Rochefort (Belgique). Un épais remplissage détritique obstrue la majeure partie de la galerie. Il a été recouvert par une série stalagmitique (plancher et stalagmites). Le tout a ensuite été recreusé et le recreusement scellé par de nouvelles coulées stalagmitiques. Les sédiments détritiques ont été mis en place durant la dernière glaciation. Les épisodes terminaux témoignent des modifications climatiques du Tardiglaciaire et de l’Holocène.
Morpho-sedimentary series in the cave of Rochefort (Belgium). The gallery is filled by a thick detritic series. These sediments have been capped by speleothems and hollowed with new speleothems which seal the morphology. Detritic sediments have been brought during the last glacial period. The speleothems and the hollowing date from the lateglacial period and the Holocene.

D. Disposition relative des sédiments

11Les différents types de dépôts se présentent souvent sous terre agencés les uns par rapport aux autres de multiples manières. Le plus souvent, on trouve des lambeaux de dépôts de galets, de sables, sur le sol, sur des banquettes latérales. Parfois, on rencontre des fragments de séquences sédimentaires sous la forme de coupes, à la faveur d’un recreusement, d’un entonnoir de soutirage, d’une salle d’effondrement. Souvent, le spéléologue progresse au sommet d’un remplissage qui colmate une grande partie de la galerie (fig. 4). Parfois même, suite à la présence d’éboulis, d’argile de décantation, il est difficile de percevoir l’importance de ce remplissage et sa structure.

Figure 4 : Coupe exemplaire dans le sommet d’une galerie. Le spéléologue progresse en fait dans le creux de vides hémisphériques au sommet d’un puissant remplissage détritique. C’est ce dernier qui détermine de petites “salles” rondes qui sont en fait des coupoles de corrosion phréatique. Cet exemple est inspiré de la grotte de Tadi Ndieka dans le Bas-Zaïre (QUINIF, 1985). La difficulté pour le sédimentologiste dans de tels contextes est de trouver des coupes permettant d’appréhender ces remplissages et d’en étudier la lithostratigraphie.
Exemplary section in the top of a gallery : The caver is in hemispherical voids at the top of a thick detritic filling which defines little round “rooms” which are corrosion coupola. This example is inspired by the cave of “Tadi Ndieka” in the Bas-Zaïre. The difficulty for the sedimentologist is to find sedimentary sections allowing litho-stratigraphic study.

12Les séquences sédimentaires constituent la disposition la plus intéressante. Elles expriment une variation temporelle dans les facteurs sédimentogénétiques et, de la sorte, l’évolution des mécanismes qui président à cette sédimentogenèse. La coupe de la Grotte de Bohon (fig. 5) illustre parfaitement ce concept (BASTIN, QUINIF, DUPUIS, GASCOYNE, 1988). La séquence commence par un ensemble inférieur essentiellement sablo-limoneux qui rend compte d’une circulation fluviatile dans la grotte. Cet ensemble se termine par une couche argileuse, témoin d’une diminution de la compétence du courant. Suit un plancher stalagmitique hérissé de stalagmites : la galerie est abandonnée par la rivière et le climat est favorable à la croissance des concrétions stalagmitiques. Un petit épisode détritique sépare le précédent spéléothème d’un second plancher. Reviennent alors des conditions fluviatiles plus irrégulières que celles qui présidaient à la sédimentation de l’ensemble inférieur : des niveaux de petits galets sont présents dans des sables et des argiles. La fin de cet ensemble moyen n’est plus visible car il a été recreusé postérieurement par une circulation fluviatile plus concentrée. Dans ce recreusement, un dernier ensemble sédimentaire détritique se met en place, limité vers le haut par un épisode de croissance stalagmitique complexe. Chaque épisode visualisé au sein de cette séquence rend compte de phénomènes d’ordre hydrogéologique, climatique, géomorphologique. Nous y reviendrons plus loin en parlant de l’intérêt de l’étude des dépôts endokarstiques.

Photo 2 : Stalagmite dans la grotte de Ngovo (Bas-Zaïre). Cette stalagmite a été profilée par corrosion chimique due à un courant d'eau postérieur à son édification. Sa base est enfouie dans les sédiments en partie d’origine biologique (guano). Cette disposition témoigne de modifications environnementales : construction du spéléothème durant une phase climatique chaude et humide, corrosion par une rivière probablement suite au passage à un climat aux saisons contrastées avec de fortes crues, “fossilisation” de la galerie qui devient le refuge de chiroptères.
Speleothem in the cave of Ngovo (Bas-Zaïre). This speleothem has been chemically eroded by a river after its construction. Its basis is buried by biological sediments (guano). This disposition is the consequence of environmental modifications: growth of the speleothem during a hot and wet climatic period, corrosion by a river probably during a period with constrasted seasons and risings in the cave, “fossilization” of the gallery with occupation by bats.

II. LES PARAMÈTRES ENREGISTRÉS DANS LES DÉPÔTS ENDOKARSTIQUES

13Les paramètres enregistrés par les dépôts endokarstiques se rattachent à deux grandes influences : tectonique et climatique. Les événements volcaniques jouent également un rôle, mais sont plus localisés. Notons que de nombreux karsts dans la ceinture intertropicale voisinent avec des volcans, notamment les karsts associés aux marges tectoniquement actives (zones de subduction : Indonésie, Antilles par exemple). Le contexte géomorphologique est évidemment fondamental dans de nombreuses caractéristiques de la sédimentogenèse, mais on peut dire que ce contexte géomorphologique est une conséquence des actions tectoniques et climatiques. La nature du substratum du bassin d’alimentation et de la couverture éventuelle du calcaire intervient dans la constitution pétrographique et minéralogique des sédiments se déposant dans l’endokarst. Enfin, “last but not least”, les activités de l’homme déterminent parfois d’énormes modifications dans la sédimentation. Les actions sont soit locales, par exemple la déforestation du bassin d’alimentation d’un réseau karstique, soit générale comme une modification climatique globale (fig. 6).

Figure 5a : Serie sédimentaire de la Grotte de Bohon (Belgique) : A : ensemble détritique inférieur. B : Ensemble moyen. C : ensemble détritique supérieur. D : ensemble détritique terminal. E, F : couches détritiques holocènes. Bo-St - 1, 2, 3, 5, 6, 7 : planchers stalagmitiques. Sedimentary series in the cave “grotte de Bohon” (Belgique): A: lower detriticunit. B : middle detritic unit. C: upper detritic unit. D: final detritic unit. E, F: holocene detritic levels. Bo-St - 1, 2, 3, 5, 6, 7: Stalagmitic floors.

14Parmi tous les phénomènes qui peuvent être enregistrés dans les dépôts endokarstiques, avant d’insister sur les modifications environnementales dont le climat en est une des plus essentielles ainsi que l’influence de l’homme depuis quelques millénaires, donnons une mention spéciale aux mouvements sismo-tectoniques (FORTI et POSTPISCHL, 1984). Les spéléothèmes sont aptes à enregistrer les mouvements tectoniques, ainsi que le démontrent plusieurs publications. Leur grand intérêt est de pouvoir être datés et, ainsi, fournir la possibilité de donner des intervalles d’âges à des mouvements tectoniques (fig. 7). En Italie, les cas de la Grotta di Cervo dans les Apennins et de la Grotta del Frassino sur le Monte Campo dei Fiori près de Varese sont très instructifs (POSTPISCHL, AGOSTINI, FORTI et QUINIF, 1991). Des examens attentifs ont amené à découvrir la trace de mouvements tectoniques dans de très nombreuses grottes (JEANNIN, 1990), même dans des régions réputées non tectoniquement actives comme l’Ardenne belge (QUINIF, en préparation). Il y a là un nouveau et important terrain de recherches où le spéléologue a un rôle de premier plan à jouer en notant ces manifestations : colonnes stalagmitiques brisées et décalées, écrasées, générations successives de spéléothèmes déplacés ou écroulés, etc. En zone tropicale, tout reste à faire en ce domaine.

Figure 5b : Diagrammes polliniques. L'ensemble détritique inférieur (spectre 1) témoigne d’un climat pléniglaciaire vu la forte prédominance des plantes herbacées, de même que l’ensemble détritique supérieur (spectres 15 à 22) où l’on remarque la présence de Selaginella selaginoïdes, plante arctique caractéristique. Une légère croissance des arbres avec Alnus marque sans doute l'installation d’un interstade. Les spectres polliniques des planchers stalagmitiques indiquent, par la présence des arbres, l’installation de climats interglaciaires, confirmés par les datations U/Th. L’ensemble détritique terminal (spectres 24 à 30) marque la dernière partie de la période glaciaire, où nous trouvons toujours la dominance des plantes herbacées et la présence de Selaginella selaginoïdes. Enfin, les planchers supérieurs datent de l’Holocène et même de la période romaine ou d’une période plus récente pour le spectre 32 par la présence de Juglans. Cette analyse est due à BASTIN et al. (1988) et illustre parfaitement la puissance de cette méthode couplée avec la datation U/Th pour la reconstitution des paléoenvironnements.
Pollinic diagrams : The lower detritic unit (spectrum 1) gives evidence of a pleniglacial climate because of the dominance of herbaceous plants. It is the same thing for the upper detritic unit (samples 15 to 22) and the final detritic unit (samples 24 to 30) where we have also the presence of Selaginella selaginoïdes which is an arctic plant. The pollen spectra of the speleothem show interglacial climate because of the presence of trees. This is confirmed by the U/Th datings. At last, the upper speleothems date from Holocene, especially from roman period because of Juglans. This analysis is made by BASTIN et al. (1988) and illustrates the powerfull of this method to reconstruct the palaeoenvironment.

III. LES DÉPÔTS ENDOKARSTIQUES, ENREGISTREURS PALÉOCLIMATIQUES

15Les modalités de la sédimentation endokarstique sont en grande partie sous la dépendance des processus climatiques. Une péjoration climatique, période froide ou période aride, conduira à des colmatages détritiques tandis que des périodes au climat tempéré, chaud, pluvieux verront des décolmatages et l’édification des spéléothèmes (fig. 8). En effet, les périodes froides ou arides, vu la disparition totale ou partielle de la couverture végétale, constituent par essence des périodes à forte rhexistasie. Le gel et la solifluxion, les fortes pluies agissant sur une surface dénudée transportent de grandes quantités de sédiments qui, dans les aires karstiques, colmatent les réseaux. Au contraire, les périodes chaudes et humides, périodes biostasiques, favorisent le développement de la couverture végétale et pédologique. En plus de son caractère protecteur limitant l'érosion mécanique, elle fournit de grandes quantités de dioxyde de carbone qui, en corrodant fortement le calcaire, aboutissent à une importante minéralisation des eaux souterraines et, par là-même, à un abondant concrétionnement souterrain. Ajoutons que l’érosion suivie de la sédimentation souterraine de loess, de sables dunaires, de sols remaniés constituent des indices climatiques supplémentaires. La disposition fréquente en séquences sédimentaires dans lesquelles alternent couches détritiques et spéléothèmes traduit la succession des paléoclimats (QUINIF, 1990).

16Les variables de remplacement, caractéristiques sédimentologiques, géochimiques, paléontologiques, etc, qui sont sous la dépendance des paramètres climatiques par l’intermédiaire de fonctions de transfert, sont nombreuses et diverses sous terre. Citons, en plus des variations lithologiques mentionnées plus haut, le contenu pollinique des sédiments détritiques et stalagmitiques, les assemblages des minéraux argileux, la géochimie des sédiments détritiques, la géochimie isotopique des spéléothèmes, la paléontologie surtout des micromammifères. Enfin, la datation des spéléothèmes, spécialement par la méthode uranium/thorium, permet d’élaborer une chronologie absolue de ces variations climatiques (ATKINSON, HARMON, SMART, WALTHAM, 1978 ; CANTILLANA, QUINIF, MAIRE, 1986 ; DUPLESSY, LALOU, DELIBRIAS, NGUYEN, 1972 ; GORDON, SMART, FORD, ANDREWS, ATKINSON, ROWE, CHRISTOPHER, 1989 ; IVANOVICH, HARMON, 1982 ; QUINIF, 1989). Soulignons que ces datations s’appliquent sur les mêmes échantillons qui servent à mesurer les variables de remplacement.

17Un des avantages décisifs des dépôts endokarstiques en tant que marqueurs paléoclimatiques est la protection dont ils jouissent à l’intérieur de la masse calcaire. Bien sûr, des modifications postérieures à la sédimentation peuvent survenir (corrosion des spéléothèmes par le passage d’une rivière souterraine, érosion des dépôts détritiques), mais elles n'atteignent pas l’ampleur des modifications subies par les sédiments épigés. En outre, les cavités karstiques existent partout où il y a des massifs calcaires, c’est-à-dire dans tous les positionnements possibles en altitude et latitude. Tous les types de climats, présents et passés, sont ainsi intéressés.

18Le problème fondamental reste de reconstituer des séquences paléoclimatiques et, pour cela, il faut trouver des séries sédimentaires constituant une image d’une évolution temporelle suffisamment continue. Or, le caractère discontinu de la sédimentation endokarstique reste, en général, de règle. Le karstologue a ainsi pour tâche première de trouver des situations morpho-sédimentaires favorables telles que des séquences d’assèchement, d’épaisses séries stalagmitiques, etc. Bien que rares à l’échelle des réseaux souterrains, elles restent nombreuses par le fait que les conduits karstiques s’allongent sur des milliers de kilomètres à l'échelle terrestre ! De plus, les systèmes karstiques se rencontrant dans tous les contextes géologiques, géomorphologiques et climatiques, on trouve de nombreuses situations différentes : chaque cas possède son individualité, ses inconvénients et ses avantages. Ainsi, des karsts de bas-plateaux septentrionaux comme le karst belge renferment de nombreuses séries sédimentaires avec des phases d’alluvionnement, de croissance stalagmitique, d’érosion qui s’emboîtent les unes dans les autres. De plus, la position latitudinale en fait des témoins privilégiés des fluctuations climatiques, passant d’un environnement périglaciaire à un environnement tempéré chaud au cours du Pléistocène. Les réseaux de haute montagne couvrent une grande gamme d’altitude et renferment des sédiments qui exacerbent les effets climatiques en les lissant : un concrétionnement de haute altitude, par exemple, implique l’existence d’un sol à la surface, ce qui est le témoin d’un interglaciaire important ou, en tous les cas, d’un maximum d’interglaciaire. Les petites fluctuations climatiques, aux effets sensibles à basse altitude, ne sont pas enregistrées dans les sédiments endokarstiques à haute altitude.

19Dans cette optique, les dépôts endokarstiques des zones intertropicales restent un domaine pour ainsi dire quasiment inexploré. Cette recherche dépend bien sûr des explorations qui n’en sont que dans une première phase de l’histoire spéléologique : celle du défrichage. Or, ce milieu tropical nous réserve bien des surprises quant à ses variations paléoclimatiques. L’étude des karsts du Bas-Zaïre nous a montré que les formes aériennes et souterraines résultent d’évolutions paléoclimatiques allant des climats équatoriaux humides aux climats subarides en passant par des climats de savanes aux saisons alternées (QUINIF, 1986). Il est certain que ce type d'étude sera considérablement enrichi par la sédimentologie endokarstique.

20Dans les régions équatoriales très humides des archipels, comme en Papouasie Nouvelle-Guinée, on connaît fort mal les variations climatiques au cours du Quaternaire. Or, les dépôts souterrains de ces karsts sont justement un moyen de préciser les éventuelles fluctuations dans un contexte climatique réputé stable. En revanche, dans les régions subtropicales (en transition avec le domaine tempéré), les variations climatiques ont été beaucoup plus marquées au cours du Pléistocène. Les remplissages détritiques des grands réseaux karstiques de Chine centrale (Hubei, lat. 29°N) en sont une illustration remarquable (cf. encadré).

Figure 6 : Coupe morpho-sédimentaire de la galerie des mamelons dans la grotte de Hansur-Lesse (Belgique). Cette grande galerie fait partie du réseau de galeries périodiquement inondées par les crues annuelles de la Lesse. Un sondage à la tarière nous a fourni 2 mètres d’argile grasse riche en matières organiques (a), un lit de galets roulés (g1) et s’est arrêté sur un deuxième remplissage, plus épais, de galets roulés (g2). Les analyses polliniques (B. Bastin, communication orale) semblent indiquer que les argiles supérieures sont extrêmement récentes (présence d'Epicea) et résultent des effets de la déforestation anthropique de l’Ardenne dans le bassin d’alimentation de la Lesse.
Morpho-sedimentary section of the “galerie des mamelons” in the cave of Han-sur-Lesse (Belgium) : This great gallery is often flooded by the risings of the Lesse river. A drilling has given 2 meters thick of slimy clays with organic matter (a), a first thin roundstones level (g1) and a second thick roundstones level (g2). The pollen analysis (B. Bastin) seems indicate that the clays are very recent (presence of Epicea) and result from the forest destruction in the alimentation basin of the Lesse river.

21Bien-sûr, le caractère fondamental reste la possibilité de datation U/Th, fournissant des âges sans lesquels les corrélations seraient souvent très hasardeuses. A l’encontre des milieux où cette possibilité de datation est faible, le milieu endokarstique donne ainsi le moyen de reconstituer, morceaux par morceaux, les séquences paléoclimatiques en les corrélant temporellement par les âges U/Th.

Photo 3 : Galerie des Mamelons (grotte de Han-sur-Lesse, Belgique). La spéléologue qui grimace extrait à grand peine sa botte engluée dans les dépôts de crue. Ceux-ci sont mis en place par les crues de la Lesse et proviennent de l'érosion des sols dans le bassin d’alimentation de la rivière, suite à la déforestation. Les stalagmites sont elles-aussi presque totalement enfouies dans ces argiles et limons de crues. Une photo prise par E.-A. Martel vers 1900 montre cette galerie au sol constitué de galets roulés : ces derniers se trouvent maintenant à plus de 1 mètre de profondeur !
“Galerie des mamelons” (cave of Han-sur-Lesse, Belgium). The grimacing caver extracts its boot with difficulty from rising deposits. These are put by the risings of the Lesse river and come from the erosion of soils in the alimentation basin of the river, following the forest destruction. Speleothems are too buried in the clays and loams. A photography taken by E.-A. Martel in 1900’s shows this gallery with a bottom of roundpebbles which are now at more of 1 meter deep!

LES REMPLISSAGES DES GROTTES DE CHINE (d’après R. Maire, 1991)
Dans les karsts subtropicaux de montagne de Chine centrale, les remplissages détritiques sont abondants dans les cavités actives et fossiles. On observe des remplissages anciens épais traduisant une rupture paléoclimatique très nette et des remplissages récents traduisant un déséquilibre anthropique de l’environnement. Le concept de rupture climatique est très important en paléoclimatologie, en particulier en milieu intertropical où justement les changements climatiques ont été apparemment moins prononcés qu’en domaine tempéré. Cependant, il semble que la zone subtropicale, en particulier en moyenne montagne, ait été une zone favorable pour enregistrer les modifications de l’environnement au cours des changements climatiques à la fin du Tertiaire et au début du Quaternaire en raison de l’influence plus marquée des masses d’air polaires.
La séquence souterraine de Dadong (Wufeng, Hubei) : Cette coupe remarquable, épaisse de 20 à 25 m, est localisée dans un niveau fossile de la vaste grotte-perte de Dadong dont le porche d’entrée mesure 100 m de haut. Elle présente une alternance de lits de graviers et de couches de limons varvés. Cet ensemble sédimentaire est un enregistrement du régime hydroclimatique régional et témoigne d’une rupture climatique nette. L’abondante coloration rouge de la matrice des graviers et des varves — hydroxydes provenant de l’altération pédologique de l’Ordovicien schisteux indique une érosion et un soutirage des sols. Ce processus a dû être initié par un climat aux saisons sèches et humides très contrastées.
Le soutirage des sols rouges joue en effet un rôle majeur dans la contamination des lits de graviers (matrice sableuse rouge) et des limons varvés. Cette érosion de la couverture pédologique est liée à un changement climatique qui est enregistré par l’ensemble de la séquence qui représente une période de plusieurs siècles à plusieurs millénaires. L’étude d’un profil d’altérités, au-dessus de la grotte de Dadong, montre que les sols rouges proviennent de l'altération de l'Ordovicien schisteux. Sur 4 m d’épaisseur, on observe un puissant horizon d’altération argilo-limoneux, orange-rouge à jaunâtre. Des blocs altérés d’Ordovicien schisteux flottent dans le profil de même que de nombreux petits fragments rouges (oxydation du fer). Les grandes crues, responsables des couches de graviers à matrice rouge, indiquent un décapage des sols. Cette érosion est liée à une déstabilisation de la couverture végétale et pédologique provoquée par une rupture climatique brutale. L’alternance saison sèche-saison humide est très contrastée.
Ces découvertes faites dans les karsts subtropicaux de montagne de Chine centrale, en particulier du Hubei, attestent des changements importants de l’environnement à une époque qui n’est pas encore précisée, mais qui pourrait se situer au Quaternaire ancien ou légèrement plus tôt en fonction des arguments géomorphologiques.

CONCLUSION

22Depuis une dizaine d’années, les études de sédimentologie endokarstique ont démontré l'énorme potentialité des remplissages de grottes dans les questions de paléoenvironnement. Evolution morpho-structurale, mouvements sismo-tectoniques, modifications climatiques, effets des causes anthropiques laissent des traces souvent datables dans les cavités karstiques. Si les recherches ont surtout porté dans les milieux septentrionaux et alpins, le champ est ouvert dans le domaine intertropical où les travaux débutent à peine. Là, c’est surtout la géomorphologie qui s’est développée dans les aires karstiques. Mais déjà les premiers travaux spéléologiques montrent l’intérêt des dépôts souterrains dans l’étude des paléoenvironnements du Tertiaire et du Quaternaire, sans parler des remplissages plus anciens témoins des paléokarsts du Secondaire, du Primaire, voire du Précambrien. Bien que ces régions humides soient caractérisées généralement par une grande continuité de la pédogenèse et de la dissolution sous couverture de sols tout au long du Cénozoïque, on observe des indices de ruptures bioclimatiques au Plio-Quaternaire. Dans les réseaux actifs, les remplissages “récents” peuvent également renseigner sur les effets de l’occupation des sols depuis des millénaires, en particulier le rôle prédominant de la déforestation et du soutirage des sols, phénomène qui a été décrit en Chine et dans certains remplissages des karsts mexicains (DELANNOY, 1985).

Figure 7 : Influence de la sismo-tectonique sur les spéléothèmes. Sur la figure du haut, les stalagmites S2, S3 et S4 ont été et sont alimentées par la stalactite S1 qui se déplace avec la voûte le long d’une faille. La colonne S5 a été brisée par ce mouvement. Sur la figure du bas, une grosse stalagmite S1 a été brisée par un séisme et une petite stalagmite S2 a poussé postérieurement à la rupture.
Sismo-tectonic influence on the speleothems On the upper figure, stalagmites S2, S3 and S4 have been and are fed by the stalactite S1 which moves right with the fault movement. The column S5 has been broken by this movement. On the lower figure, a big stalagmite S1 has been broken by a earthquake and a little stalagmite S2 grows after the rupture.

Photo 4 : Prélèvement par carottage d’une grosse stalagmite (grotte de Rochefort, Belgique). L’étude de ces gros massifs stalagmitiques passe par leur échantillonnage qui pose le problème de l’atteinte à l’intégrité du milieu souterrain. Le carottage, lorsqu’il est techniquement possible, fournit la solution la moins traumatisante pour la caverne. Il faut noter que ces spéléothèmes constituent une véritable mine de données sur les paléoenvironnements avec la possibilité de dater ces évènements par la méthode U/Th.
Sample of a big speleothem by drilling (cave of Rochefort, Belgium). The study of big speleothems requires the sampling and this put the problem of destruction in the underground medium. The drilling is the best method when it is technically possible to have a record of the speleothems which constitue a great amount of data about the palaeoenvironment with the possibility to date the events by the uranium disequilibrium series.

23Il n’est donc guère douteux que les dépôts endokarstiques, dans les prochaines années, apporteront une grande masse de données sur les paléoenvironnements des régions intertropicales.

Figure 8 : Evolution d’un réseau karstique au cours d’un cycle climatique. L’interglaciaire connaît surtout une phase de concrétionnement. La couverture végétale produit du dioxyde de carbone et protège sols et roches, ne livrant que très peu de charge solide aux rivières. La période glaciaire voit un colmatage des réseaux suite à la charge solide libérée à cause de la dégradation de la couverture végétale et des processus d’érosion liés au froid. L’interglaciaire suivant voit le concrétionnement reprendre et un recreusement au moins partiel des dépôts mis en place pendant la période froide. Ce type de schéma, élaboré dans les régions septentrionales, s’applique avec des modifications à d’autres ruptures climatiques, par exemple, dans le domaine intertropical, entre un climat équatorial humide et un climat subaride sec.
Evolution of a karstic network during a climatic cycle : During the interglacial period, the speleothems grow. Vegetable cover produces carbone dioxyde and protects soils and rocks. The rivers have no much solid burden. Glacial period characterizes by a sealing of the karstic voids because of the solid burden. The regression of the vegetation does not protect the soils against the erosion. In the following interglacial period, one attends to an hollowing of the deposits and a new growth of the speleothems. This scheme is characteristic of northern areas but is a good model for other climatic contexts, for example the rupture between an equatorial wet climate and a subarid dry climate in intertropical regions.

Bibliographie

BIBLIOGRAPHIE

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QUINIF Y. - en préparation - Tectonique et karstification : le cas des karsts néogènes belges.

QUINIF Y., DUPUIS C., BASTIN B. et JUVIGNE E. - 1979 - Etude d’une coupe dans les sédiments quaternaires de la grotte de la Vilaine Source (Arbre, Belgique). Ann. Soc. Géol. Belg., 102, p. 229-241.

QUINIF Y. et BASTIN B. - 1989 - Modalités et chronologie de la sédimentation souterraine en Belgique au Pléistocène moyen et supérieur. Acta Carsologica, XVIII, p. 71-87.

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VERGARI A. et QUINIF Y. - en préparation - Les karstifications affectant les calcaires tournaisiens de la région de Soignies (Belgique).

Table des illustrations

Légende Figure 1 : Nature et disposition des dépôts endokarstiques. Dans le bas, une rivière dépose des galets, des sables et des limons. Dans une galerie moyenne, une séquence sédimentaire témoigne de l’ancien passage de la rivière qui y a laissé des sables suivis d’argiles, le tout étant scellé par des spéléothèmes. La salle voisine est encombrée d’un talus d'éboulis. Dans la galerie supérieure, vue en section, les dépôts détritiques présents proviennent d’infiltration de la couverture du massif calcaire.Nature and disposition of underground karstic deposits. In the bottom, a river lays down pebbles, sands and loames. In a middle gallery, we find a sedimentary sequence with river deposits (sands and clays) and speleothems. The room contains fallen blocks. In the upper gallery, detritic deposits come from an overburden above the limestone massif by infiltrations.
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Légende Figure 2 : Origine des sédiments endokarstiques. Un massif calcaire karstifié est ici représenté en coupe. Une rivière prend naissance sur une assise imperméable (1) (pélites, grès) et se perd sous terre (2) dès qu’elle aborde le calcaire (3). Dans le passé, elle avait déjà creusé un niveau de galeries (4). Le massif calcaire est surmonté d'une couverture sableuse (5) et d’un niveau pédologique (6) affectant soit la couverture, soit le calcaire lui-même. La couverture alimente une petite rivière qui se perd dans le massif calcaire par un gouffre (7). Les sédiments qui se retrouvent dans le réseau karstique peuvent provenir du bassin d’alimentation de la rivière principale ou de la couverture par l’intermédiaire du ruisseau : ils sont fluviatiles. Les grandes salles sont encombrées de blocs éboulés (8) : ce sont des sédiments détritiques grossiers autochtones. La couverture, géologique ou pédologique, descend par les fissures pour sédimenter dans les galeries : ce sont des sédiments détritiques parautochtones. Enfin, les conduits sont concrétionnés par les spéléothèmes : ce sont des sédiments chimiques.Origin of endokarstic sediments : We have represented here a section of a karstified hill. A river comes from a alimentation basin developed on impervious rocks (1) and sinks (2) into limestone hill (3) in a karstic network. In the past, it has hollowed a upper galleries level (4) . The limestone hill is overburden by sands (5) and pedologic level (6) on sand and limestone. A little river comes from this sand and sinks into a gulf (7) . The endokarstic sediments come from the alimentation basin of the main river or from the overburden sediments. The inner rooms contain blocks hills (8) . The orverburden sediments (from the geological cover or the pedologic level) can go down by fissures. At last, the galleries contain speleothems.
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Légende Figure 3 : Coupe schématique du sommet du remplissage de la galerie principale de la grotte de la Vilaine Source (Belgique)(QUINIF, DUPUIS, BASTIN, JUVIGNE, 1979). Ce remplissage illustre les différents types de sédiments d’origines diverses. En (1), un niveau de gros blocs éboulés et érodés par la rivière comprend également de gros spéléothèmes (2) basculés. Certains blocs sont coiffés de petites stalagmites en place et intactes (3). Commence ensuite une puissante série détritique fluviatile à granulométrie croissante (4). Ces sédiments sont apportés par la rivière principale durant une période froide et viennent du bassin d’alimentation extérieur où l'on trouve des arkoses famenniennes et des grès du Dévonien inférieur. Cette série a été recreusée ; ce recreusement a été lui-même rempli de loess remaniés (5), descendus par des fissures durant une phase froide et sèche. L'ensemble a été érodé et recouvert par une série assez mince (6) de sédiments remaniés quasiment sur place. Enfin, une concrétion (7) scelle le tout.Schematic section of the upper filling in the main gallery of the cave “Vilaine Source” (Belgium) : This filling shows different sediments of varied origins. The section begins with big fallen and eroded blocks (1) and speleothems (2) . Some blocks are capped by little stalagmites (3) . After that, a thick detritic series constitutes a river unit with a growing granulometry (4) . These sediments are brought by the main river during a cold period and come from the outer drainage basin where we have upper and lower devonian shales and sandstones. This series has been hollowed and this trench filled by removed loess (5) which are gone down by fissures during a cold and dry period. All the deposits have been eroded and capped by a thin series (6) of removed sediments on place. Finally, a stalagmite finishes this complex sedimentary series.
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Légende Photo 1 : Série morpho-sédimentaire dans la grotte de Rochefort (Belgique). Un épais remplissage détritique obstrue la majeure partie de la galerie. Il a été recouvert par une série stalagmitique (plancher et stalagmites). Le tout a ensuite été recreusé et le recreusement scellé par de nouvelles coulées stalagmitiques. Les sédiments détritiques ont été mis en place durant la dernière glaciation. Les épisodes terminaux témoignent des modifications climatiques du Tardiglaciaire et de l’Holocène.Morpho-sedimentary series in the cave of Rochefort (Belgium). The gallery is filled by a thick detritic series. These sediments have been capped by speleothems and hollowed with new speleothems which seal the morphology. Detritic sediments have been brought during the last glacial period. The speleothems and the hollowing date from the lateglacial period and the Holocene.
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Légende Figure 4 : Coupe exemplaire dans le sommet d’une galerie. Le spéléologue progresse en fait dans le creux de vides hémisphériques au sommet d’un puissant remplissage détritique. C’est ce dernier qui détermine de petites “salles” rondes qui sont en fait des coupoles de corrosion phréatique. Cet exemple est inspiré de la grotte de Tadi Ndieka dans le Bas-Zaïre (QUINIF, 1985). La difficulté pour le sédimentologiste dans de tels contextes est de trouver des coupes permettant d’appréhender ces remplissages et d’en étudier la lithostratigraphie.Exemplary section in the top of a gallery : The caver is in hemispherical voids at the top of a thick detritic filling which defines little round “rooms” which are corrosion coupola. This example is inspired by the cave of “Tadi Ndieka” in the Bas-Zaïre. The difficulty for the sedimentologist is to find sedimentary sections allowing litho-stratigraphic study.
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Légende Photo 2 : Stalagmite dans la grotte de Ngovo (Bas-Zaïre). Cette stalagmite a été profilée par corrosion chimique due à un courant d'eau postérieur à son édification. Sa base est enfouie dans les sédiments en partie d’origine biologique (guano). Cette disposition témoigne de modifications environnementales : construction du spéléothème durant une phase climatique chaude et humide, corrosion par une rivière probablement suite au passage à un climat aux saisons contrastées avec de fortes crues, “fossilisation” de la galerie qui devient le refuge de chiroptères.Speleothem in the cave of Ngovo (Bas-Zaïre). This speleothem has been chemically eroded by a river after its construction. Its basis is buried by biological sediments (guano). This disposition is the consequence of environmental modifications: growth of the speleothem during a hot and wet climatic period, corrosion by a river probably during a period with constrasted seasons and risings in the cave, “fossilization” of the gallery with occupation by bats.
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Légende Figure 5a : Serie sédimentaire de la Grotte de Bohon (Belgique) : A : ensemble détritique inférieur. B : Ensemble moyen. C : ensemble détritique supérieur. D : ensemble détritique terminal. E, F : couches détritiques holocènes. Bo-St - 1, 2, 3, 5, 6, 7 : planchers stalagmitiques. Sedimentary series in the cave “grotte de Bohon” (Belgique): A: lower detriticunit. B : middle detritic unit. C: upper detritic unit. D: final detritic unit. E, F: holocene detritic levels. Bo-St - 1, 2, 3, 5, 6, 7: Stalagmitic floors.
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Légende Figure 5b : Diagrammes polliniques. L'ensemble détritique inférieur (spectre 1) témoigne d’un climat pléniglaciaire vu la forte prédominance des plantes herbacées, de même que l’ensemble détritique supérieur (spectres 15 à 22) où l’on remarque la présence de Selaginella selaginoïdes, plante arctique caractéristique. Une légère croissance des arbres avec Alnus marque sans doute l'installation d’un interstade. Les spectres polliniques des planchers stalagmitiques indiquent, par la présence des arbres, l’installation de climats interglaciaires, confirmés par les datations U/Th. L’ensemble détritique terminal (spectres 24 à 30) marque la dernière partie de la période glaciaire, où nous trouvons toujours la dominance des plantes herbacées et la présence de Selaginella selaginoïdes. Enfin, les planchers supérieurs datent de l’Holocène et même de la période romaine ou d’une période plus récente pour le spectre 32 par la présence de Juglans. Cette analyse est due à BASTIN et al. (1988) et illustre parfaitement la puissance de cette méthode couplée avec la datation U/Th pour la reconstitution des paléoenvironnements.Pollinic diagrams : The lower detritic unit (spectrum 1) gives evidence of a pleniglacial climate because of the dominance of herbaceous plants. It is the same thing for the upper detritic unit (samples 15 to 22) and the final detritic unit (samples 24 to 30) where we have also the presence of Selaginella selaginoïdes which is an arctic plant. The pollen spectra of the speleothem show interglacial climate because of the presence of trees. This is confirmed by the U/Th datings. At last, the upper speleothems date from Holocene, especially from roman period because of Juglans. This analysis is made by BASTIN et al. (1988) and illustrates the powerfull of this method to reconstruct the palaeoenvironment.
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Légende Figure 6 : Coupe morpho-sédimentaire de la galerie des mamelons dans la grotte de Hansur-Lesse (Belgique). Cette grande galerie fait partie du réseau de galeries périodiquement inondées par les crues annuelles de la Lesse. Un sondage à la tarière nous a fourni 2 mètres d’argile grasse riche en matières organiques (a), un lit de galets roulés (g1) et s’est arrêté sur un deuxième remplissage, plus épais, de galets roulés (g2). Les analyses polliniques (B. Bastin, communication orale) semblent indiquer que les argiles supérieures sont extrêmement récentes (présence d'Epicea) et résultent des effets de la déforestation anthropique de l’Ardenne dans le bassin d’alimentation de la Lesse.Morpho-sedimentary section of the “galerie des mamelons” in the cave of Han-sur-Lesse (Belgium) : This great gallery is often flooded by the risings of the Lesse river. A drilling has given 2 meters thick of slimy clays with organic matter (a), a first thin roundstones level (g1) and a second thick roundstones level (g2). The pollen analysis (B. Bastin) seems indicate that the clays are very recent (presence of Epicea) and result from the forest destruction in the alimentation basin of the Lesse river.
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Légende Photo 3 : Galerie des Mamelons (grotte de Han-sur-Lesse, Belgique). La spéléologue qui grimace extrait à grand peine sa botte engluée dans les dépôts de crue. Ceux-ci sont mis en place par les crues de la Lesse et proviennent de l'érosion des sols dans le bassin d’alimentation de la rivière, suite à la déforestation. Les stalagmites sont elles-aussi presque totalement enfouies dans ces argiles et limons de crues. Une photo prise par E.-A. Martel vers 1900 montre cette galerie au sol constitué de galets roulés : ces derniers se trouvent maintenant à plus de 1 mètre de profondeur !“Galerie des mamelons” (cave of Han-sur-Lesse, Belgium). The grimacing caver extracts its boot with difficulty from rising deposits. These are put by the risings of the Lesse river and come from the erosion of soils in the alimentation basin of the river, following the forest destruction. Speleothems are too buried in the clays and loams. A photography taken by E.-A. Martel in 1900’s shows this gallery with a bottom of roundpebbles which are now at more of 1 meter deep!
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Légende Figure 7 : Influence de la sismo-tectonique sur les spéléothèmes. Sur la figure du haut, les stalagmites S2, S3 et S4 ont été et sont alimentées par la stalactite S1 qui se déplace avec la voûte le long d’une faille. La colonne S5 a été brisée par ce mouvement. Sur la figure du bas, une grosse stalagmite S1 a été brisée par un séisme et une petite stalagmite S2 a poussé postérieurement à la rupture.Sismo-tectonic influence on the speleothems On the upper figure, stalagmites S2, S3 and S4 have been and are fed by the stalactite S1 which moves right with the fault movement. The column S5 has been broken by this movement. On the lower figure, a big stalagmite S1 has been broken by a earthquake and a little stalagmite S2 grows after the rupture.
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Légende Photo 4 : Prélèvement par carottage d’une grosse stalagmite (grotte de Rochefort, Belgique). L’étude de ces gros massifs stalagmitiques passe par leur échantillonnage qui pose le problème de l’atteinte à l’intégrité du milieu souterrain. Le carottage, lorsqu’il est techniquement possible, fournit la solution la moins traumatisante pour la caverne. Il faut noter que ces spéléothèmes constituent une véritable mine de données sur les paléoenvironnements avec la possibilité de dater ces évènements par la méthode U/Th.Sample of a big speleothem by drilling (cave of Rochefort, Belgium). The study of big speleothems requires the sampling and this put the problem of destruction in the underground medium. The drilling is the best method when it is technically possible to have a record of the speleothems which constitue a great amount of data about the palaeoenvironment with the possibility to date the events by the uranium disequilibrium series.
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Légende Figure 8 : Evolution d’un réseau karstique au cours d’un cycle climatique. L’interglaciaire connaît surtout une phase de concrétionnement. La couverture végétale produit du dioxyde de carbone et protège sols et roches, ne livrant que très peu de charge solide aux rivières. La période glaciaire voit un colmatage des réseaux suite à la charge solide libérée à cause de la dégradation de la couverture végétale et des processus d’érosion liés au froid. L’interglaciaire suivant voit le concrétionnement reprendre et un recreusement au moins partiel des dépôts mis en place pendant la période froide. Ce type de schéma, élaboré dans les régions septentrionales, s’applique avec des modifications à d’autres ruptures climatiques, par exemple, dans le domaine intertropical, entre un climat équatorial humide et un climat subaride sec.Evolution of a karstic network during a climatic cycle : During the interglacial period, the speleothems grow. Vegetable cover produces carbone dioxyde and protects soils and rocks. The rivers have no much solid burden. Glacial period characterizes by a sealing of the karstic voids because of the solid burden. The regression of the vegetation does not protect the soils against the erosion. In the following interglacial period, one attends to an hollowing of the deposits and a new growth of the speleothems. This scheme is characteristic of northern areas but is a good model for other climatic contexts, for example the rupture between an equatorial wet climate and a subarid dry climate in intertropical regions.
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Auteur

Centre d’Etudes et de Recherches Appliquées au Karst (CERAK)
Faculté Polytechnique de Mons, 9, rue de Houdain, 7000 MONS (Belgique)

© Presses Universitaires de Bordeaux, 1994

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