p. 1-14
L. BRUXELLES, R. SIMON-COINçON, J.-L. GUENDON et P. AMBERT – Formes et formations superficielles de la partie ouest du Causse de Sauveterre (Grands Causses, Aveyron et Lozère.
Résumé : En 2002, le Parc Naturel Régional des Grands Causses a lancé l'étude hydrogéologique de la partie ouest du Causse de Sauveterre, le plus septentrional des Grands Causses. En parallèle avec d'autres disciplines, l'analyse des morphologies karstiques et la caractérisation des formations superficielles ont permis d'évaluer la vulnérabilité des aquifères karstiques et ont participé à la détermination des différents bassin-versants. En outre, à partir de ce travail, nous avons pu retrouver les grands traits de la morphogenèse caussenarde et leur lien avec les différentes formations superficielles identifiées. Les résultats confirment l'existence d'une paléotopographie karstique en prélude à la transgression du Crétacé supérieur. Puis, au gré de la structuration tectonique des causses, les formations résiduelles crétacées, celles provenant de l'altération de la série jurassique (argiles à chailles, grésou dolomitique) mais aussi les formations allochtones originaires des zones de socle sont intervenues plus ou moins directement dans la genèse du modelé caussenard. Ainsi, des formes anciennes héritées du Crétacé côtoient des morphologies plus récentes qui précèdent ou accompagnent le creusement des canyons. Localement, des manifestations volcaniques ont également recoupé voire réutilisé certaines de ces formes. Enfin, la conservation différentielle de ces couvertures s'accorde avec les grands traits de la structure géologique, mais illustre aussi la dynamique karstique des différents hydrosystèmes karstiques.
Mots clés : Morphologie karstique, formations superficielles, altérites, Crétacé supérieur, volcanisme, hydrogéologie, Causse de Sauveterre, Grands Causses, France.
Abstract: Morphology and superficial formations of the western part of the Causse de Sauveterre (Grands Causses, Aveyron and Lozère, France). In 2002, the Natural Regional Park of Grands Causses has coordinated an hydrogeological study of the western part of the Causse de Sauveterre, the most northern of the Grands Causses. Multidisciplinary approach (geology, geomorphology, geochemistry and hydrology) was led to delineate the catchment area of the main springs and to estimate the vulnerability of karstic aquifers.
The Grands Causses are situated in the southern part of the French Massif Central. The landscape is characterised by huge limestone plateaus cut by deep canyons. The study of morphology of the western part of the Causse de Sauveterre (Causse de Massegros and Causse de Sévérac) combined with superficial formations analysis permit us to identify the main steps of landscape evolution. The discovery of bauxite and of many outcrops of Upper Cretaceous sandstone confirm that the coniacian ingression invade some paleo-landscapes developed within the long period of continental evolution, which was initiated at the end of Jurassic. During Tertiary, many residual formations constitute covers on the limestone plateaus. We can distinguish alterites developed from different formations of the stratigraphic series (clay with cherts from Bajocian, dolomitic sand from Bathonian and Callovian, sandy clays from cretaceous deposits) from some allochtonous deposits which can be found in some parts of the Causse de Massegros. These formations are found in association with morphological features (shelves, poljés, fluvio-karstic valleys, sinkholes) and are more or less responsible of their development. Furthermore, some volcanic manifestations cut, and some times reused some of them. With the canyon digging, and the base level drop, horizontal morphology are preserved only where superficial formations are abundant and thick enough to maintain crypto-corrosion. Elsewhere, karst decclogging remove mostly of the superficial formations and karstic evolution tends to a vertical development of morphologies and cavities. Some springs, which benefit from favourable lithologic, structural and hydrologic context, are more competitive and expand their catchment area at the expense of the others springs. Many superficial features express this dynamic on the plateau and permit us to determine the most sensible areas for water pollution and the most fragile ones for human activities.
Key-words: Karstic morphology, superficial formations, alterites, Upper Cretaceous, volcanism, hydrogeology, Causse de Sauveterre, Grands Causses, France.
p. 15-24
F. BENSAOULA – Etude de la karstification à partir des données de forage : le cas des Monts de Tlemcen (Algérie).
Résumé : Les Monts de Tlemcen constituent le massif carbonaté karstifié le plus étendu du nord-ouest algérien, après celui des monts de Saïda. Ils correspondent à un vaste horst de direction NE-SW et sont composés essentiellement de formations d’âge jurassique supérieur et crétacé inférieur. Les aquifères qui y sont contenus constituent la principale ressource en eau de la région. Ils sont captés par plus de 160 forages. Ces derniers se révèlent d’excellents outils d’observation du karst et en particulier de sa partie noyée. Dans les forages au rotary, les pertes totales de boue sont l’indice d’une karstification. L’enregistrement des côtes de pertes permet de repérer les niveaux fissurés et karstifiés. Trois différents aspects de cette karstification ont été observés : une fissuration importante, qui se traduit par des pertes totales de boue au cours du forage, des cavités importantes, qui se traduisent par des chutes libres d’outils de forage, et des cavités comblées d’un remplissage karstique, qui sont décelées grâce aux enregistrements de diagraphies et à l’étude des déblais. L’analyse statistique de ces données a permis de mettre en évidence les éléments suivants :
- Le faciès dolomitique est nettement dominant par rapport au faciès calcaire ;
- La fréquence de ces indices diminue lentement avec la profondeur ;
- La fissuration est décelée d’une manière importante sur les 120 à 130 premiers mètres par rapport au toit des formations karstiques, sans pour autant qu’elles deviennent inexistantes en profondeur.
Dans la zone effondrée de Tlemcen, qui se situe sur les piémonts nord des Monts de Tlemcen, un nombre important de forages (26) a permis d’effectuer une cartographie en courbes isopaques de la couverture du karst ainsi que celle du toit de la formation karstifiée. Cette dernière présente deux zones en creux à plus de 100m de profondeur, dans les parties SW et NE. Le toit du substratum carbonaté jurassique présente une surface très irrégulière qui pourrait correspondre à un paléo relief karstique noyé par la transgression miocène. Enfin la dernière carte établie représente une surface de karstification qui pourrait être assimilée à une pseudo paléo-surface piézométrique.
Mots clefs : Monts de Tlemcen, forages, pertes de boue, karstification, cartographie, zone effondrée de Tlemcen.
Abstract: Study of karstification from borehole data. The case of the Tlemcen mountains. The Tlemcen mountains are the second largest carbonate massif in the west of Algeria, after the one of the Saida mountains. It is a large horst structure trending NE-SW, composed mainly of Upper Jurassic and Lower Cretaceous formations. The aquifers within it constitute the main water resource of the area. They are tapped by more than 160 boreholes, which constitute a great tool for studying the karst, especially its phreatic part. In the holes made by conventional drills, the total loss of drilling mud indicate karstification. The registration of the altitude of those losses permit to recognize the fissured and karstified levels. Three different aspects of karstifications were observed: an important fracturation, seen by complete loss of drilling mud during the drilling, important caves, observed by the free fall of drilling tools, and caves filled by karstic sediments, found thanks to diagraphies and the study of material brought up by the drilling. A statistical analysis of these data permitted to evidence the following elements:
- The dolomitic facies is much more dominant than the limestone facies;
- The frequency of incidences slowly decreases with depth;
- The fracturation is most important in the first 120 to 130 m below the top of the karstified formations, although it does not disappear at depth.
In the breakdown zone of Tlemcen, situated in the northern piedmont part of the Tlemcen mountain, 26 boreholes permitted to draw an isopach map of the thickness of the karstic cover as well as the top of the karstified formation. This one shows two hollow zones below 100 m depth in the SW and NE parts. The top of the jurassic carbonates shows a very irregular surface which might correspond to a karstic paleorelief that was drowned by the Miocene transgression. Finally, the last map shows a karstified surface that can possibly be connected to a pseudo-paleo-piezometric surface.
Key words: Tlemcen mountains, boreholes, loss of drilling mud, karstification, cartography, breakdown zone of Tlemcen.
p. 25-33
C. HAVRON, J.-M. BAELE et Y. QUINIF – Pétrographie d’une altérite résiduelle de type fantôme de roche.
Résumé : Le mécanisme de karstification par fantômisation comprend une première phase d’altération isovolumique de la roche mère. Cet aspect est développé dans cet article par une analyse pétrographique macroscopique et microscopique d’une altérite résiduelle en calcaire très pur. L’approche macroscopique souligne essentiellement d’une part la grande porosité du fantôme de roche, d’autre part les caractéristiques du gradient le séparant de la roche saine. L’approche microscopique montre un tassement général de la structure où subsistent les grains les mieux cristallisés : l’altération se fait au détriment des petits cristaux, épargnant les bioclastes, ou encore au détriment de microfissures. On détecte aussi une autre phase constituée de gypse. L’examen au MEB montre dans le calcaire sain des grains bien soudés, des rhomboèdres, de la pyrite primaire. Par contre, le fantôme de roche est caractérisé par une forte porosité, une pyrite secondaire, des golfes de corrosion sur les faces cristallines. On constate donc que le mécanisme de karstification par fantômisation se développe aussi bien dans des calcaires purs que dans des carbonates à squelette silico-argileux. Le fantôme de l’excursion, ainsi dénommé parce qu’il fut découvert lors d’une excursion pédagogique, représente un fantôme de roche figé dans sa première phase génétique : l’altération est isovolumique et aucun vide macroscopique n’apparaît. Le tassement de l’altérite n’a pas encore eu lieu.
Mots clés : karst, altération, fantômes de roche, analyse microscopique.
Extended abstract: Petrography of a residual alterite « ghost-rock ». Classically, the karstogenesis begin with a phase of dissolution along fissures. Progressively, the fissure broadens and more water flows. Some fissures transform in more important void, sometimes galleries. The fondamental fact is that the removal of bed-rock is total, the greatest part by solution (carbonates, calcium and magnesium, sodium and potassium...), the rest one like solid phase (clay minerals, quartz...). We call this process “total removal”. But another karstification process exists: the « ghost-rock » formation.
The first phase of the « ghost-rock » formation begins with an isovolumic alteration of the bed-rock. The insoluble parts remain while the soluble parts are evacuated with underground water. This insoluble part is constituted by clays minerals, silica phase, sparite like fossils, or big cristals and forms a residual alterite. That is the “ghost-rock formation”. This is the case for the present example which is a residual alterite in a very pure wackestone. This object presents like a volume of alterite confined in the intact bed-rock. We study this ghost-rock by a petrographic analysis. The macroscopic approach emphasizes the great porosity of the ghost-rock which is very crumbly. The border between the ghost-rock and the bed-rock is very irregular, emphazising the petrophysic differences.
The microscopic approach shows in the ghost-rock a general collapse of the structure where subsist only the best cristallized grains. The alteration increases to the detriment of the little cristals, saving the bioclasts, or to the detriment of the fissures. One detects also another phase which is constituted by gypsum. The examination using the electron microscope shows that the bed-rock is formed by well soldered grains, crystals, primary pyrite. On the other hand, the ghost-rock is characterised by a great porosity, secondary pyrite, corrosion gulfs on crystals. This is the indication that the acid function comes from sulfuric acid by oxydation of the sulfide. This is the reason of the presence of gypsum. After the alteration, the organic matter present in the bed-rock (black limestone) can reduce the gypsum in secondary sulfide. The conclusion is that the formation of the ghost-rock can develop in a pure limestone, and non only in a limestone with silico-clay skeleton. This ghost-rock represents the first stage of the genesis: an isovolumic alteration, without macroscopic void, before a collapse of the weathering rock.
Key-words: karst, weathering, ghost-rocks, microscopic analysis.
p. 33-42
C. FLEURANT, G.E. TUCKER et H. VILES – Modèle d’évolution de paysages, application aux karsts en cockpit de Jamaïque.
Résumé : Cet article présente les résultats d’un modèle géomorphologique d’évolution des karsts en cockpit (Jamaïque). Dans un premier temps, nous expliquons comment les processus de dissolution des carbonates ont été implémentés dans le logiciel d’évolution géomorphologique CHILD. Puis nous donnons les détails de notre modèle d’érosion, basé sur les principes de la théorie de l’épikarst. Le modèle prend en compte l’anisotropie spatio-temporelle conformément à ce qui est observé empiriquement ou encore décrit par des scénarii de l’évolution des karsts en cockpit. Ce modèle nécessite d’abord d’introduire un réseau de fractures afin de prendre en compte les écoulements de sub-surface. Ensuite, la dissolution et donc l’ouverture des fractures sont calculées ce qui participe à un processus de feed-back positif entre dissolution et écoulement. La relation entre la dissolution des carbonates fracturés et l’évolution de la topographie est introduite par le biais d’une relation empirique illustrant les processus de l’approche de l’épikarst. Les simulations des paysages par ce modèle anisotrope donnent des résultats très proches de la réalité et conforte à la fois l’importance de la prise en compte de l’anisotropie spatio-temporelle de la dissolution et surtout la validité de l’approche empirique de l’épikarst pour décrire la genèse des karsts en cockpit.
Mots-clés : érosion, dissolution, karst, fracture, paysage, modélisation
Abstract: Landscape evolution model, example of cockpit karst terrains, Jamaica.
A model of cockpit karst landscape evolution is presented. After explaining implementation of dissolution processes of limestone in the landscape evolution model CHILD, we develop a model of limestone denudation based on epikarst theory processes. The model takes into account an anisotropic dissolution in space and time according to what is observed in reality or described by scenarios of cockpit karst landscape evolution. This model requires a fracture's network to take into account subsurface flow. Then, dissolution and thus fractures widening are computed and show a positive feedback between dissolution and flow. The relation between subcutaneous dissolution of fractures and denudation of the topography is introduced by means of an empirical equation associated with epikarst processes: the denudation is taken to be proportional to the dissolution in the subcutaneous zone. Simulated cockpit karst terrains are compared with real landscapes by means of morphometric criteria. Results of the model are very close to reality which hence confirms the importance of anisotropic dissolution processes and above all could be a numerical validation of the epikarst processes to describe cockpit karst genesis.
Key words: erosion, dissolution, karst, fracture, landscape, modelling
p. 43-55
N. VANARA, A. PERRE, M. PERNET, S. LATAPIE, S. JAILLET et O. MARTINE - Aroca (domaine marin côtier, Pays basque, France) : un karst continental ennoyé par les transgressions maritimes quaternaires.
RÉSUMÉ : Les affleurements rocheux du domaine marin côtier atlantique restent mal connus car les études qui leur sont consacrées sont rares du fait des difficultés d'observation in situ (plongée sous marine à -20/-40 m, mer agitée, eau rarement claire). Une première étape a consisté à réaliser la topographie détaillée d'un relief - Aroca - situé 4 km au large du port de Socoa (baie de Saint-Jean-de-Luz). L'originalité du massif n'avait pas échappé aux spéléo-plongeurs. Ce plateau présente en effet sur une surface réduite (150 x 100 m) une grande variété de formes. Cinq zones caractéristiques ont été distinguées. Le cœur du massif comprend des modelés "exokarstiques" (1/ une surface sommitale à chenaux, 2/ une surface démantelée à pitons) et des modelés "endokarstiques" (3/ grottes, galeries et arches). Les bordures sont constituées de : 4/ trois plans inclinés (ouest, nord et est) et 5/ d'un tombant (sud). Une typologie des formes à grande échelle prouve la prédominance des modelés d'ablation : surface d'aplanissement, chenaux de surcreusement, salles et galeries souterraines, arches, pitons résiduels. Les modelés d'accumulation regroupent les chaos de blocs, les accumulations de galets et les couvertures sableuses.
L'énoncé des facteurs explicatifs passe par la reconnaissance de la nature et de l'âge des affleurements (des calcaires de l'Yprésien terminal aux marnes du Bartonien) et de la succession des agents d'érosion actifs au cours du Pléistocène. L'érosion continentale - lors des régressions marines - est responsable de modelés (exemple : banquettes pariétales de méandre) et de dépôts (exemple : galets allochtones) caractéristiques. Les érosions actuelles (exemple : encoches de surcreusement) sont marines et doivent leur vigueur aux agents que sont les tempêtes et la houle, la dissolution et les actions bio-chimiques (lithophages), la gravité.
Pour conclure une reconstitution paléogéographique est proposée. Après la sédimentation essentiellement calcaire à l'Eocène, puis marneuse de l'Oligocène, la mer se retire progressivement au Miocène. La plate-forme exondée est alors soumise aux processus météoriques. Au Pliocène, l'évolution du massif est de type isovolumique (couverture marneuse et proximité du niveau de base). Au Pléistocène inférieur et moyen, le décapage de la couverture marneuse se poursuit. Au Pléistocène supérieur, la régression marine wurmienne (-18 000 BP) contribue à l'encaissement du réseau hydrographique et donc à l'augmentation des gradients hydrauliques (karst fonctionnel classique). A partir de 15 000 ans, la remontée générale du niveau marin se fait par étapes successives. Au Boréal, un arrêt de la transgression permet l'édification d'un paléo-rivage à -20/-30 m (phase d'aplanissement en zone tidale ou infra-tidale). A partir de -7 500 BP, la hausse rapide du niveau de la mer de -23 à -8 m, puis plus lente de -8 au niveau actuel a bloqué la karstification. Les formes évoluent désormais sous la seule emprise des érosions marines qui viennent progressivement oblitérer les modelés précédemment acquis.
mots clés : Domaine côtier, plateau calcaire sous marin, régressions/transgressions marines, reconstitution paléogéographique, Tertiaire, Quaternaire, côte basque, Pyrénées-Atlantiques.
ABSTRACT: Aroca (littoral, Basque country, France): a continental karst drowned by quaternary maritime transgressions. The rocky formations in shallow areas of the Atlantic coast are hardly known. Studies are rare because of the difficulties of direct observation (diving in always agitated, troubled water, depth between -20 and -40 m).
Our first step was to make a detailed topography of a submarine plateau named Aroca, 4 km off Socoa harbour (bay of Saint-Jean-de-Luz). This plateau was already known for having a large variety of forms within a small surface (150 x 100 m). We gave names to most remarquable formations and defined five main characteristic zones:
- in the exokarstic domain 1/ a top surface with channels, 2/ a dismantled surface with pinnacles;
- in the endokarstic domain 3/ caves, galleries, arches;
- at the limits 4/ three inclined plans, west, north and east, 5/ a cliff to the south.
A typology of forms shows a predominance of ablation reliefs: aplanation, over-deepened channels, covered rooms and galleries, arches, residual pinnacles. Deposit accumulations regroup chaotic breakdown blocks, pebble accumulations and sand covers.
Statement of explanations requires recognition of the nature and age of the outcrops and succession of erosional agents during the Pleistocene. Rocks are dated from Ypresien (limestones) to Bartonian (marls). Continental erosion during sea regressions is responsible of caracteristic landforms and deposits; for example wall banks, allochthonous pebbles… The currently active marine erosion during sea transgressions is due to storms, tide, dissolution, biochemical action (lithophages), and gravity.
We propose a paleogeographic reconstitution. After an essentially calcareous sedimentation in Eocene and an essentially marly sedimentation in Oligocene, the sea recedes during Miocene. From then, the platform, henceforward above the water, is subject to meteoric erosion. In Pliocene, evolution of the massif is isovolumic (under a marly cover and with a low hydraulic gradient). During the lower and middle Pleistocene, the erosion of the marly cover goes on. During the upper Pleistocene, the wurmian (-18000 BP) marine regression allows entrenchment of the hydrographic system thanks to an increase of hydraulic gradients (classic functional karst). From 15000 years onwards, a general transgression of sea level happens by successive steps. During the Boreal, a break in transgression allows the formation of a paleo-shore at -20 to -30 m, inducing a peneplanation phase in the tidal or infratidal zone. From 7500 BP onwards, a a rapid transgression from -23 to -8, then a slower one from -8 to the present level stops karstification on the massif.
At present, only marine abrasion is active and tends to obliterate the previously built landforms.
Key words: littoral zone, submarine limestone plateau, marine regressions/trangressions, paleogeographic reconstitution, Tertiary, Quaternary, Basque coast, Atlantic Pyrenees, France.
