La karstification

Le terme de karst désigne une structure géomorphologique qui résulte de l’érosion hydrochimique et hydraulique de roches solubles, et en particulier des calcaires. Cette forme de relief est commune dans le sud de la France, en particulier dans les grands Causses. Proche des Cévennes, on en trouve sur le causse Méjean, ou les plateaux des Cans. La karstification est le processus qui mène à la création des karst, faisant intervenir des phénomènes de dissolution des calcaires par des eaux chargées en gaz carbonique. Ce processus conduit entre autre à la formation de grottes, avens, lapiaz… et autres formes bizarroïdes que l’on peut trouver sur la can et les causses alentours.

La réaction chimique qui est à l’origine de la karstification est la suivante :

CaCO3 + CO2 + H20 <—-> (HCO3)2Ca++

Malgré son apparente complexité pour les non chimistes, s’y plonger d’un peu plus près est passionnant car cela permet de comprendre beaucoup de choses sur la manière dont évolue un paysage calcaire. Prenons donc les choses tranquillement, élément par élément.

  • CaCO3 est la calcite. C’est LE composé de base de la roche calcaire. La calcite est très peu soluble dans l’eau.
  • CO2 est le gaz carbonique. L’air en contient naturellement un peu, les pluies peuvent en absorber et l’amener dans le sous-sol.
  • H20 est notre bonne vieille eau.
  • (HCO3)2Ca++ s’appelle hydrogénocarbonate de calcium (anciennement appelé bicarbonate de calcium). Il est très soluble dans l’eau.

La double flèche <——-> signifie que cette réaction peut se produire dans les deux sens.

  • De la droite vers la gauche, il y a transformation de la calcite en hydrogénocarbonate. C’est la dissolution du calcaire. Le calcaire est donc, en termes de tous les jours, « attaqué » par les eaux acides, il devient soluble sous la forme hydrogénocarbonate, et il est transporté par l’eau. C’est ce sens de réaction qui permet l’érosion et le creusement de grottes et avens.
  • De la gauche vers la droite, les hydrogénocarbonates solubles sont transformés en calcite, qui n’est plus soluble, et et qui « réapparaît » donc de manière solide dans l’eau et se dépose. C’est ce sens de réaction qui permet la fabrication des stalactites et stalagmites, par exemple.

Le sens dans lequel va se produire la réaction dépend essentiellement de l’abondance des composants en présence dans le milieu naturel.

Dans un sous-sol calcaire, on peut considérer que la calcite est disponible en quantités illimitées. La réaction de dissolution (de la gauche vers la droite) démarrera dès qu’il y aura un apport d’eau et de gaz carbonique. Or les eaux de pluie sont, justement, naturellement chargée en CO2. Lorsque cette eau ruisselle sur la roche ou s’infiltre à l’intérieur d’une fissure, la réaction se fait et un peu de roche est dissoute. On dit souvent, en une simplification parlante pour le non chimiste, que c’est l’acidité de l’eau qui ronge le calcaire (en effet, par une réaction intermédiaire, le mélange d’eau et de CO2 produit de l’acide carbonique).

A l’inverse, lorsqu’une eau est chargée en hydrogénocarbonates (par exemple après avoir dissout de la calcite, comme décrit au paragraphe précédent) mais qu’il n’y a plus de CO2 dans l’eau, les hydrogénocarbonates vont précipiter (donc l’inverse de la dissolution) et se déposer où ils pourront. C’est le processus de calcification, qui crée les concrétions dans une grotte.

Le fonctionnement d’une zone karstique repose sur un équilibre permanent entre ces deux sens de réaction : dissolution ici, dépôt un peu plus loin…

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