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Lundi 28 mai 2018

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L'histoire géologique

du Gouffre de Padirac

Le Gouffre de Padirac se situe au cœur des Causses du Quercy, immense plateau calcaire régional, exemple parfait de relief karstique*.

La formation du paysage karstique du Gouffre de Padirac peut se résumer en quatre étapes clés : la formation de la roche calcaire, la fracturation, le creusement et le concrétionnement.

Le karst, relief karstique ou modelé karstique, désigne une région généralement riche en roches calcaires creusées par l’eau d’infiltration. On y trouve de nombreuses galeries souterraines, grottes et gouffres. Le mot « karst » vient de la région du Kras ou Karst en Slovénie. C’est là que les premiers phénomènes karstiques ont été décrits scientifiquement.

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La formation de la roche calcaire

L’omniprésence du calcaire dans la région s’explique par une invasion marine généralisée au cours de la période Jurassique*, il y a environ 170 millions d’années. Pendant cette période, le paysage local s’apparentait à des lagons tropicaux favorisant l’accumulation de sédiments marins à l’origine du calcaire. Le calcaire se compose en majorité de minéraux de calcite.

Ces sédiments sont principalement d’origine chimique* et biologique* mais également d’origine continentale*.

Le Jurassique est une période géologique qui s’étale de 201 millions d’années à 145 millions d’années. Par comparaison, notre planète a 4,57 milliards d’années et a connu de nombreux bouleversements qui ont façonné les paysages et les espèces que nous connaissons aujourd’hui. Les premières traces fossiles de vie remontent à 3,5 milliards d’années alors que l’homme moderne, Homo sapiens, serait apparu il y a environ 300 000 ans. Le Jurassique est principalement connu par la présence d’une faune caractéristique : les dinosaures.

Origine chimique : les minéraux présents dans l’eau de mer peuvent précipiter directement sous forme de petites particules de calcite. Très souvent ce sont des petites billes qui se forment, autrement appelées des oolithes. On observe de nombreuses couches de calcaire oolithiques dans le Gouffre.

Origine biologique : les fragments de coquilles et squelettes d’animaux marins, principalement constitués de calcite, s’accumulent sur le fond des océans. Quelques fossiles sont observables au Gouffre de Padirac mais ils sont peu nombreux.

Origine continentale : les fleuves et les rivières, le vent ou les glaciers transportent des fragments de roches préalablement érodées depuis le continent jusque dans une zone de dépôt (lac ou mer). Certaines couches de calcaires observables dans le Gouffre sont riches en argile.

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La fracturation

Contrairement aux idées reçues, le calcaire est une roche imperméable. Sans fissure, l'eau ne peut pas traverser la roche. La fracturation est de ce fait une étape préalable indispensable à la formation d’un réseau souterrain. Les fissures (failles et diaclases)* sont le résultat d'importants mouvements tectoniques qui affectent en permanence les ensembles rocheux. Beaucoup de fissures présentes à Padirac sont certainement liées à la formation des Pyrénées (il y a environ 40 millions d’années) mais pas uniquement. Elles peuvent remonter jusqu’à la mise en place du plateau calcaire il y a 170 millions d’années.

Fissure : il existe deux grands types de fissures appelés les diaclases et les failles. Les diaclases correspondent à un simple écartement de deux blocs rocheux alors que, dans le cas des failles, les deux blocs rocheux se déplacent l’un par rapport à l’autre.

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Le creusement des galeries

Le creusement des galeries est beaucoup plus jeune que la formation de la roche calcaire. Il a commencé il y a seulement 1 ou 2 millions d’années au cours de la période Quaternaire* grâce à des circulations d’eaux d’infiltration dans un réseau de fissures. Le creusement des galeries résulte du couplage d'une érosion chimique* (>95%) et d'une érosion mécanique* (<5%).

Quaternaire : le Quaternaire est une période géologique qui s’étire de 2.6 millions d’années à aujourd’hui. Rappelons que la Terre s’est formée il y a 4.57 milliards d’années. En projetant l’intégralité de l’histoire de notre planète sur une journée de 24 heures, le creusement des galeries du Gouffre de Padirac se réalise à 23h59. Ce creusement est donc très récent sur une échelle géologique.

Erosion chimique : l’érosion chimique correspond à la dissolution de la roche calcaire par une eau acide. L'eau est le « véhicule » permettant l'érosion mais c'est en réalité le dioxyde de carbone dissous dans l'eau qui rend l’eau acide et qui est donc le véritable acteur de l'érosion. Chaque goutte de pluie qui tombe sur les Causses s'enrichit en dioxyde de carbone et s'acidifie (formation d'acide carbonique). Le dioxyde de carbone provient de l’activité biologique dans le sol, plus précisément dans la couche d’humus, où les végétaux se décomposent. L'acide carbonique est ensuite capable de dissoudre le calcaire.

Erosion mécanique : l’érosion mécanique (liée à la force du courant) sculpte la roche mais le courant de l’eau permet surtout de lessiver et d’acheminer les débris en aval.

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Le passage de l’eau a permis également la mise en place de creux circulaires au plafond du Lac des Gours. Ces formes, appelées marmites inverses ou coupoles, sont nées lorsque la rivière remplissait entièrement la salle. Elles ont été creusées par des mouvements tourbillonnants d’eau pouvant entraîner des particules fines (érosion mécanique) et également par dissolution (érosion chimique).

Le concrétionnement

Quand l'eau d'infiltration arrive dans une galerie, un changement de pression entraîne une expulsion du dioxyde de carbone et la réaction chimique de dissolution s’inverse. Le carbonate de calcium précipite, il retourne sous forme solide. Le plus souvent, le carbonate de calcium cristallise sous forme de calcite, qui est le principal constituant des concrétions ou spéléothèmes : stalactites, stalagmites, cascades, draperies, etc. Chaque forme résulte d’une combinaison de plusieurs facteurs : vitesse d’écoulement, forme des parois, température par exemple. Les spéléothèmes sont d’incroyables archives climatiques*.

Archive climatique : les concrétions sont de fantastiques outils scientifiques et sont régulièrement utilisées par les géologues pour retracer le climat passé de notre planète. Avant d’arriver sous terre, la goutte d’eau enregistre différentes propriétés des sols et de l’atmosphère. Elle arrive ensuite dans le réseau souterrain et dépose sa calcite. Toutes les informations enregistrées en surface sont conservées sous terre dans la concrétion. En analysant les stalagmites, stalactites et autres draperies, il est possible de retracer les températures, les quantités de précipitations, le type de végétation, etc., au cours du temps. Les concrétions sont de ce fait de véritables livres d’histoire de notre planète.

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