Accueil > Production scientifique > Édition scientifique > KARSTOLOGIA > Présentation des numéros publiés > Sommaire et résumé des numéros parus

Karstologia n° 55 (1er semestre 2010)

Le karst du Yucatàn : rôle du flux géothermique, des failles, de l’eau de mer et des évaporites dans sa genèse

Christian THOMAS

RÉSUMÉ : Dans les karsts à lentille d’eau douce, le plongeur souterrain qui franchit l’halocline découvre que l’eau salée sousjacente est plus chaude que l’eau douce surnageante. Il constate aussi qu’il existe des cénotes « chauds » et des cénotes « froids ». Comment expliquer ces disparités thermiques ? Pourquoi l’aquifère salin est-il plus chaud que l’aquifère d’eau douce ? Ces sauts de température indiquent en fait un mode de transfert de la chaleur d’origine géothermique par convections et l’existence de deux systèmes de panaches thermiques (eau douce et eau salée). La plateforme du Yucatan a fait l’objet d’explorations spéléologiques intenses et de nombreuses mesures physico-chimiques, ce qui nous a permis de quantifier les ordres de grandeurs de ces phénomènes.
La modélisation numérique permet de définir l’existence des conditions d’établissement de tels régimes d’écoulement et souligne l’importance de la conductivité hydraulique et du rôle de la fracturation. L’apport de la géochimie des eaux douces permet d’évaluer la profondeur à laquelle se forment les panaches thermiques.
L’analyse des échanges thermiques avec les eaux profondes de la mer Caraïbe ainsi que le rôle antagoniste de la lagune de Yalahau sont avancés pour expliquer la zone
« froide » située au nord-est de la péninsule.
Les mécanismes de karstification, amplifiés par des effets rétroactifs qui résultent de ces mouvements d’eau sont développés. La genèse des blue holes et l’existence de courtes galeries horizontales au niveau de l’halocline peuvent s’expliquer de cette façon. L’ablation karstique des évaporites du Crétacé notamment dans la zone du lacde Chichencanab est évaluée, ce qui apporte une interprétation inédite de l’existence de grandes structures d’effondrement visibles en photographie satellite dans cette zone.
Ces phénomènes de creusement karstique, de nature hypogène, ne sont pas directement influencés par la pluviométrie, le « moteur » d’écoulement étant uniquement thermique.
MOTS CLÉS :Yucatàn, aquifère, trou bleu, convection thermique, Chichencanab, karst côtier, anomalie sulfate.

ABSTRACT : KARST OF YUCATÀN : ROLE OF GEOTHERMAL FLUX, FAULTS, SEA WATER, AND EVAPORITES IN ITS GENESIS. The caver who dives in Yucatan caves finds out that the saltwater underlying the halocline is warmer than the overlying freshwater. He also notes that there are differences in temperature from one cenote to the other. How can we explain these temperature differences ? Why is the saline aquifer warmer than the freshwater aquifer ? These temperature gaps actually indicate a ode of heat transfer by convection from geothermal sources and the existence of two systems of thermal plumes (freshwater and saltwater). The platform of Yucatan was the subject of intense caving exploration and any physico-chemical measurements, which allowed us to quantify the magnitudes of these phenomena.
Numerical modeling is used to define conditions for the establishment of such low regimes and stresses the importance of hydraulic conductivity and the role of fracturing. The contribution of the geochemistry of freshwater is used to evaluate the depth to which thermal plumes are formed. The analysis of heat exchange with the deep waters of the Caribbean Sea and the antagonistic role of the Yalahau laguna are advanced to explain the « cold » area in the north of the peninsula.
The mechanisms of karstification, amplified by feedback effects that result from these movements of water, are outlined. The genesis of the blue holes and the existence of short horizontal tunnels at the halocline level can be explained this way. The deep dissolution of Cretaceous evaporates particularly in the area of Lake Chichencanab is evaluated, thus providing a novel interpretation of the existence of large collapse structures visible in satellite photography in this area. These karstic phenomena are not directly influenced by rainfall, the dissolution « engine » being only heat flow, and thus can be classified as hypogenic.
KEYWORDS : blue hole, thermal plumes, karst plain, aquifer.

RESUMEN : EL CARST DEL YUCATAN : SU GENESIS Y LA FUNCION DEL FLUJO GEOTÉRMICO, DE LA FRACTURACION Y DEL AGUA DEL MAR. La meseta de Yucatán ha sido objeto de intensas exploraciones espeleológicas y de numerosas medidas físico-químicas. Se ha constatado, por ejemplo, la existencia des cénotes calientes y de cénotes fríos. ¿Cómo se explican esas diferencias térmicas ? ¿Por qué los acuíferos de agua salada son más calientes que los acuíferos de agua dulce ? La modelización numérica permite definir la existencia de condiciones para el establecimiento de tales regimenes de flujo y subraya la importancia de la conductividad hidráulica y del papel de la fractura. La aportación de la geoquímica de agua dulce permite de examinar la profundidad a la que se forman las variaciones térmicas.
El análisis de los intercambios térmicos con las aguas profundas del Mar Caribe, así como el papel antagonista de la laguna de Yalahu, son anticipos para explicar la zona “fría” situada al norte de la península. Los mecanismos de carstificación se desarrollan ampliados por los efectos retroactivos resultantes de esos movimientos de agua. De esta manera, se pueden explicar el origen de los blue holes y la existencia de galerías cortas horizontales en el nivel del haloclino.
Estos fenómenos de excavación cárstica, de naturaleza hipogénica, no están directamente afectados por la pluviometría, siendo el “motor“ del flujo únicamente térmico.
PALABRAS CLAVES : Yucatan, acuifeo, blue holes, conveccion térmica, Chichencanab, anomalia, sulfato.

Analyse spatiale de l’infiltration en domaine karstique méditerranéen de type semi-aride : cas du massif des Béni Snassen (Maroc nord oriental)

Asmaa TAYEBI, Stéphane JAILLET, Dominique GASQUET, Mohammed BOUABDELLAH

RÉSUMÉ : L’analyse spatiale des modalités de l’infiltration en domaine karstique, sous climat méditerranéen de type semi-aride, constitue une approche indispensable avant toute prise de décision concernant la protection des ressources en eau. Une telle approche a été appliquée sur la chaîne atlasique des Beni Snassen (Maroc nord oriental) pour l’identification et l’interaction des éléments contrôlant l’infiltration dès l’impluvium : formes exokarstiques, lithologie, sol, végétation et pente ; les actions anthropiques étant intégrées indirectement à cette analyse, l’homme modifiant le milieu naturel par ses pratiques (fragilisation/renforcement).
L’évaluation des potentialités d’infiltration est réalisée à l’aide de l’outil SIG. Cet outil facilite la spatialisation, la superposition et le croisement de divers paramètres évoqués plus haut. Leur interaction permet d’obtenir une carte synthétique de l’infiltration. Celle-ci est organisée en quatre catégories de très forte à très faible infiltration.
La disparité de la répartition spatiale des zones de très forte infiltration relève, essentiellement, de la combinaison de trois facteurs : formes exokarstiques, formations géologiques et pente du relief.

MOTS CLÉS : Massif des Beni Snassen, Maroc oriental, milieu méditerranéen, infiltration, karst, système d’information géographique.

ABSTRACT : SPATIAL ANALYSIS OF INFILTRATION IN A SEMIARID MEDITERRANEAN KARST ENVIRONMENT : THE CASE OF BENI SNASSEN MASSIF (NORTHEAST MOROCCO). A spatial analysis of infiltration in karst in a semiarid mediterranean climate is anecessity before any decision concerning groundwater protection is made. Such an approach was done in the Beni Snassen massif (Atlas, northeastern Morocco) to identify the elements that control the infiltration from the impluvium downwards : exokarstic forms,geology, soil, vegetation, and slopes. Human impact was integrated indirectly in this analysis, since man modifies the natural habitat by his work. The evaluation of the infiltration potential was realized with a GIS program. This program facilitates spatial relationships, superposition, and crosslinking of the different parameters presented above. Their interaction allows to get a synthetic map of infiltration that is organized in four categories, ranging from very strong to very weak infiltration.
The disparity of spatial distribution of very strong infiltration is mainly due to the combination of three factors : exokarstic forms, geological formations, and slope of the relief.
KEYWORDS : Beni Snassen massif, eastern Morocco, mediterranean environment, infiltration, karst, geographical information system.

Explorations sous-marines : les karsts et les surfaces d’érosion au large de la Provence occidentale

Jean-Joseph BLANC

RÉSUMÉ : La question des karsts sous-marins demeure liée aux explorations des fonds aux points de vue océanographique et géologique. Les moyens utilisés (plongées, soucoupe Cousteau, dragages et carottages) sont complétés par des profils sismiques.
Il en résulte la découverte d’un échantillonnage de roches appartenant à la couverture jurassique et crétacée ainsi des témoins d’un socle métamorphique à l’est du canyon de la Cassidaigne. Réflecteurs sismiques et discontinuités peuvent marquer des surfaces d’érosion prolongées en milieu sous-marin au large de la Provence occidentale. On examine la situation des karsts immergés au large de Marseille, l’écueil du Veyron et ses galeries, les remplissages déformés dans les grottes littorales, le canyon de la Cassidaigne : cirque karstique initial, disparité géologique des parois. A la cuesta surélevée de Canaille – Soubeyran, des réseaux karstiques déconnectés attestent de mouvements de soulèvement accompagnés par des abaissements de la marge continentale par des failles en marches d’escalier. Les prolongements de la surface de la Nerthe, correspondant probablement à de hauts niveaux d’âge non précisé (Miocène supérieur, Pliocène ?), sont observés aux îles de Marseille et notamment au Frioul. Ils n’ont pas été observés ailleurs sur le précontinent où des petits galets d’origine durancienne, remaniés, ont été retrouvés dans les sédiments quaternaires de bas niveau. La présence d’anciens lits fluviatiles sur la marge continentale n’est pas prouvéeà ce jour.

MOTS CLÉS : karst sous-marin, surfaces d’érosion karstifiées, canyons sous-marins, tectonique, Cassidaigne, Planier, Frioul, Marseille, Provence.

ABSTRACT : SUBMARINE EXPLORATIONS : THE KARST AND THE EROSION SURFACES ALONG THE WESTERN PROVENCE COAST. The question of submarine karst occurrences is linked with oceanographic and geologic explorations of the seafloor. The used methods (diving, submarine, dragging and drilling) are completed by seismic profiles. As a result, rock samples from the Jurassic and Cretaceous cover as well as from a metamorphic basement in the East of the Cassidaigne canyon are found. Seismic reflectors and unconformities may reveal prolonged erosion surfaces below the sea level in the Western Provence. We examine the case of the submerged karsts around Marseille, the prong of Veyron and its passages, the deformed karstic fillings of the litoral caves, and the Cassidaigne canyon with its initial karstic cirque and its geological disparity in the walls. In the uplifted cuesta of Canaille-Soubeyran, disconnected karstic networks reveal uplift movements accompanied by a lowering of the continental margin along listric faults.
The continuation of the Nerthe surface, which probably corresponds to upper levels of incertain age (Upper Miocene to Pliocene ?) is found in the Islands of Marseille and in Frioul. It was not observed elsewhere on the continental margin, where small reworked pebbles from the Durance river were found in low-lying Quaternary sediments. So far, no proof of old fluviatile sediments on the continental margin was found.
KEYWORDS : submarine karst topography, karstified erosion surfaces, marine canyons,
tectonics, Cassidaigne, Planier, Frioul, Marseille, Provence.

De la patrimonialisation du karst libanais : étude du site Unesco de la vallée de la Qadisha, Nord-Liban

Justine PASQUIER

RÉSUMÉ : Inscrite sur la liste du Patrimoine mondial de l’humanité de l’Unesco depuis 1998, la vallée de la Qadisha est chargée d’une riche histoire religieuse et touristique. Les nombreuses grottes de ce site karstique ont été aménagées depuis la préhistoire et ont servi de refuges aux ermites chrétiens maronites à partir du VIIe siècle. Or le dossier d’inscription ne laisse qu’une place minime à la dimension karstique, ce qui nous interpelle dans la mesure où il s’agit d’une des principales vallées karstiques du Liban. Les études spéléologiques qui ont été menées in situ ont mis en avant un réel potentiel géopatrimonial mais ce sont les valeurs culturelles, historique et religieuse, qui ont été retenues pour l’inscription de cette vallée. Cet article revient sur le contexte de cette inscription et de la valorisation patrimoniale de ce paysage culturel.
Le recours à l’histoire du tourisme souterrain libanais et de l’aménagement du site de la Qadisha est nécessaire à la compréhension d’une valorisation patrimoniale dont le karst est à ce jour exclu.

MOTS CLÉS : patrimoine mondial de l’humanité, Liban, tourisme, karst, processus de patrimonialisation.

ABSTRACT : THE QUESTION OF INSCRIPTION AS MONUMENT IN THE LEBANON KARST : STUDY OF THE UNESCO SITE OF QADISHA VALLEY, NORTHERN LEBANON. Qadisha valley is inscribed on the Unesco World Heritage List since 1998. Its religious and touristical history is very rich. Many caves of this site have been inhabited since prehistoric times, and they had been used as hermitages during the seventh century by christian maronite people.
However, the Unesco inscription does barely mention karst, and we are startled, because Qadisha valley is one of the main karstic features of Lebanon. Manys peleological studies were done in situ, but still only cultural, historical and religious values were put forward to Unesco’s attention. This paper will focuson context of the valley’s inscription and its valorisation. The history of Lebanon’s subterranean tourism and Qadisha’s developement is necessary to understand why the karst is excluded from heritage valorisation.
KEY WORDS : Unesco World Heritage, Lebanon, tourism, karst, process of inscription as monument.

Puissance géothermique advectée par l’eau d’une source et surface de son bassin versant : Étude théorique

Baudouin LISMONDE

RÉSUMÉ : Un enregistrement suivi des débits et des températures d’une source permet de remonter aux puissances thermiques reçues par l’eau. On s’intéresse à des karsts profonds qui permettent une assez bonne uniformisation des températures et on analyse plus particulièrement les fluctuations de la température en fonction du débit et le rôle du flux géothermique.
Dans le bilan thermique d’une source, les réactions chimiques exothermiques n’ont qu’une action négligeable. Le travail des forces de pesanteur conduit à une augmentation constante de température quel que soit le débit. Le flux géothermique a une action sur la température d’étiage, comparable à celle de la pesanteur. Pendant les crues, l’influence du flux géothermique est apparemment bien plus réduite. Mais analysant les échanges thermiques pendant les transitoires de crue, on constate le rôle considérable de l’inertie thermique du calcaire profond, apport moins important certes que celui du calcaire superficiel. La matrice calcaire profonde de la zone noyée fournit de la chaleur à l’eau au moment de la crue et en récupère au moment de la décrue et du tarissement [ce point a déjà été étudié par Renner, 1996, Badino, 2005]. On examine différents processus qui expliquent ce transfert en régime transitoire, en particulier des processus non symétriques dans le temps.
On développe ensuite une méthode nouvelle pour séparer le flux géothermique des autres contributions. Cette méthode est exacte dans le cas de pluies isothermes, et approchée dans les autres cas. L’étude conduit à l’obtention de la surface de collection du flux géothermique, voisine de celle du bassin versant de la résurgence.

MOTS CLÉS : source, température des sources, transfert de chaleur dans le karst, flux thermique des sources, flux géothermique, surface de bassin versant.

ABSTRACT : GEOTHERMAL HEAT ADVECTED BY SPRING WATER, AND SURFACE OF ITS DRAINAGE BASIN. A theoretical study. With continuous measurements of floods and temperature of a spring, it is possible to calculate heat transfer to the water. We concentrate hereby on deep karst which allows a good uniformisation of temperatures, and analyse the temperature fluctuations as a function of discharge and geothermal flux.
In the thermal balance of a spring, exothermal chemical reactions are not important. Gravitational effects account for an increase in temperature regardless of discharge. Geothermal flux influences lowwater temperatures as does gravity. During floods, geothermal influence appears to be reduced. However, by analyzing thermal exchange during floods, the considerable role of thermal inertia of the deeply buried limestone (less important than the one of superficial limestone) is evidenced. The limestone matrix in the deep zone of the karst delivers heat to the water in floods, and takes back heat during regression and low-water conditions (already studied by Renner, 1996, Badino, 2005). Different processes that explain this transfer in transitory state, especially asymmetrically in time, are examined.
Then, a new method to separate the geothermal flux from the other contributions is developed. It works well with isotherm rainfall and approaches reality in the other cases. We get the collector surface of geothermal flux, which is comparable with the catchment area of the spring.
KEYWORDS : spring, spring temperature, heat transfer in the karst, spring thermal flux, geothermal flux, surface of catchment area.

- Couverture, page 1 (PDF, 7.3 Mo)
- Couverture, page 4 (PDF, 3.4 Mo)