Grottes et paysages souterrains

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Grottes et paysages souterrains (Français) / Underground caves and landscapes (Anglais) / الكهوف و المناخات (Arabe) / Cuevas y paisajes subterráneos (Espagnol) / Unterirdische Höhlen und Landschaften (Allemand) / Grotte e paesaggi sotterranei (Italien) / gruta (ca), cova (ca), balma (ca), espluga (ca), caverna (ca) (Catalan) / 동굴 (ko) (洞窟) donggul (Coréen) / groto (eo) (Espéranto) / luola (fi) (Finnois) / σπηλιά (el) spiliá (Grec) / groto (io) (Ido) / ᐃᓗ (iu) ilu (Inuktitut) / hellir (is) (Islandais) / 洞窟 (ja) dōkutsu, 洞穴 (ja) horaana (Japonais) / grot (nl) féminin, spelonk (nl) (Néerlandais) / cauna (oc), balma (oc), bauma (oc), espelonga (oc), tuta (oc), espeluga (oc) (Occitan) / gruta (pt), caverna (pt) (Portugais) / пещера (ru) (Russe) / hoallu (Same du Nord) / panga (Shingazidja) / grutta (scn) (Sicilien) / grotta (sv) (Suédois) / hang (vi), động (vi) (Vietnamien)

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Traductions

Définition

Domaine, Discipline, Thématique

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Géologie / Géomorphologie / Hygrogéologie / Hydrologie / Minéralogie / Climatologie / Géophysique / Chimie / Biospéologie /

Justification

Définition écrite

• En géomorphologie, une grotte est une cavité souterraine naturelle comportant au moins une partie horizontale accessible ; ce qui peut la distinguer d'un aven, d'un gouffre, d'un abîme, etc. Le dictionnaire Les mots de la géographie affirme en revanche que « [vues] surtout comme abris, refuge, elles n'ont pas la même connotation redoutable que les antres, gouffres et abîmes, ni la puissance de rêve des cavernes, bien qu'il s'agisse de la même chose »1. La première édition du Dictionnaire de l'Académie française (1694) précise qu'une grotte peut être « naturelle ou faite par artifice ».
• Une grotte peut se former dans des structures minérales solubles par l'eau : principalement les roches carbonatées (cavités karstiques) ainsi que le gypse et l'anhydrite, voire le sel gemme, le grès et le quartzite, le gneiss et le granite, le basalte et certains conglomérats (cavités pseudokarstiques).

Étymologie et traductions:

Le mot grotte est emprunté à l'italien grotta qui remplace en 1537 le moyen français croute, lui-même issu du latin crupta (crypta) ayant pour origine le verbe grec kruptein « cacher, couvrir ». Les désignations correspondantes sont bârma (et les variantes plus rares bâlma, boêra, et boêre) en arpitan2 et balma et bauma en occitan3 ; ces termes sont fréquemment francisés en balme, barme, baume (comme dans le toponyme tautologique La Balme-les-Grottes, nom d'une commune de l'Isère). À l'instar de cette dernière, le terme anglais cave a une acception plus vaste en désignant aussi des cavités verticales.

Grottes et cavernes naturelles

Géomorphologie

Une grotte est qualifiée d’active si l'infiltration des eaux s'y poursuit, contribuant ainsi à la transformation de la cavité par creusement, dépôts de sédiments et formations de spéléothèmes. Certaines grottes connectées à un réseau hydrogéologique dynamique peuvent comporter un lac souterrain. La plupart des grottes karstiques sont épigènes (creusées par l'action des eaux météoriques), par opposition aux grottes hypogènes formées par des eaux d'origine profonde (ex. : les eaux minéralisées ou thermales)

Faune et flore

L'étude de la faune et de la flore cavernicoles est l'objet de la biospéologie. Cette science s'intéresse principalement aux espèces troglobies vivant exclusivement en cavités souterraines, troglophiles n'y passant qu'une partie de leur vie et trogloxènes dont la présence y est occasionnelle. Concernant les animaux à sang chaud, généralement, les espèces volantes (chauves-souris, oiseaux) les ont plus facilement colonisées4. Les grottes (aven-pièges notamment) sont des sites privilégiés pour les paléontologues car ils ont souvent piégé et conservé les ossements d'animaux fossiles. Les peintures rupestres préhistoriques renseignent aussi sur les paléoenvironnements des époques correspondantes. Les grottes marines et sous-marines constituent des biotopes particuliers5. Dans de nombreux pays, dont la France, la qualité des habitats naturels de grotte tendent à se dégrader (en France 68 % seulement sont encore classés favorable, pour 24 % défavorable et 8 % inconnu selon Bensettiti et Puissauve (2015) repris par le CCG en 2016

...	Définitions	Exemples
Faune souterraine	Il a été répertorié 48 espèces différentes d'animaux des cavernes.La plupart ne sont que des hôtes des cavernes. Les plus connues sont les chauve-souris, qui se trouvent dans les grottes pour dormir et hiverner. Les animaux se divisent en trois groupes selon leur mode de vie, les «vrais habitants des cavernes» (Troglobiontes), les «animaux appréciant les cavernes» (Troglophiles), «les animaux étrangers aux cavernes» (Trogloxenes). Seules cinq des espèces découvertes sont des «vrais habitants des cavernes», les autres sont des «animaux appréciant les cavernes»	Mammifères: Les chauves-souris: sont des mammifères. Ce sont en effet les seuls mammifères volants grâce à la transformation de leurs membres antérieurs en ailes. Contrairement à certaines croyances, les chauves-souris ont une assez bonne vue mais, tout comme la nôtre d'ailleurs, elle est mal adaptée pour voir la nuit. Ces animaux utilisent l'écholocalisation. Les chauves-souris ont une remarquable longévité par rapport aux autres petits mammifères, elle est d'environ 5 ans pour une pipistrelle mais peut atteindre 20 à 30 ans (voire 40 ans) pour d'autres espèces. Les niphargus:Le Rubicon qui traverse la grotte de Remouchamps héberge des crustacés cavernicoles, dont le type le plus caractéristique est le niphargus. Cette crevette aveugle, d'un blanc translucide, mesure de 1 cm à 3,5 cm. Elle se nourrit d'argile, de proie vivantes ou mortes et de débris végétaux. les insectes: Les criquets, uropyges et scutigères habituels ont été observés en différents endroits de la cavité. Les criquets sont les proies à la base de la chaîne alimentaire. Les uropyges (pseudo-scorpions) sont des prédateurs qui semblent se rassembler dans les galeries les plus chaudes, ascendantes et fermées, sans courant d‘air. Nous sommes de plus en plus persuadés qu’ils sont d’excellents indicateurs de culs de sacs. Lorsqu’ils se sentent menacés, ils projettent un brouillard d’un mélange composé essentiellement d’acide acétique (l’acide du vinaigre) et d’acide octanoïque (caprylique), à la fois odorant et agressif pour les muqueuses et les yeux. Malgré leur aspect peu engageant, ils sont inoffensifs, opinion qui n’est certainement pas partagées par les criquets qui leur servent de nourriture. Les scutigères sont des prédateurs particulièrement véloces, et impressionnants puisque leur taille peut atteindre une quinzaine de centimètres. Venimeux, leur morsure est probablement sans danger pour l’homme, mais nous n’avons pas jugé utile de faire le test. Crustacés Amphibiens Poissons Reptiles
Flore souterraine	Les structures de la grotte sont divisées en trois zones en fonction de la quantité de lumière solaire s'étendant dans chacune d'elles. La quantité de lumière solaire dans la zone d'entrée n'est pas atténuée par le surplomb de l'entrée de la grotte, ce qui signifie que les plantes et la faune locales abondent. La zone sombre à l'arrière de la grotte ne reçoit aucune lumière solaire et aucune plante ne peut y survivre. La zone crépusculaire accueille de faibles niveaux de lumière dans lesquels les mousses, les fougères et d’autres espèces de plantes spécialisées peuvent prospérer.	Les mousses: Les mousses constituent une famille de 12 000 espèces et, d’un point de vue taxonomique, elles sont étroitement liées à l’hépatique. Mais là où l'hépatique n'a qu'une seule structure ressemblant à un pied, appelée rhizoïde pour l'ancrer à la surface, la mousse en possède beaucoup. La mousse manque de graines, de vraies feuilles ou de fleurs, et se contente de longues protubérances molles et spongieuses contenant de petites quantités de chlorophylle pour effectuer la photosynthèse. Ils manquent également de cuticules, le revêtement de la feuille cireuse qui les protège de la déshydratation.Pour cette raison, ils ne poussent que dans les zones de forte humidité et de faible ensoleillement. La plupart des espèces de mousse n'ont pas de noms communs car elles semblent similaires sauf lors de la dissection, mais les noms propres de certaines espèces trouvées dans les grottes sont Orthotrichum truncato-dentatum, Pleurozium schreberi, Ozobryum ogalalense, Sphagnum russowii et Andreaea kilimandscharica. Les fougères:Les fougères englobent un groupe de 12 000 espèces de vraies plantes. Ils ont des systèmes vasculaires, mais n'ont pas la capacité de se reproduire par le biais de graines. Au lieu de cela, ils utilisent les spores dans un processus complexe de deux générations dans lequel les générations alternatives se trouvent soit dans la phase sporophytique diploïde, soit dans la phase gamétophytique haploïde. En raison de l'utilisation de spores, les environnements humides ont tendance à mieux accueillir des fougères. Toutes les fougères sont des feuilles photosynthétiques, ressemblant à des frondes, qui poussent à la fin, façonnées en un rouleau serré appelé crozier, se déroulant lentement et se développant. Les frondes sont riches en protéines et autres nutriments, ce qui est vital pour la vie des invertébrés et des mammifères mineurs dans les environnements de grottes. Selon le climat et le pH du sol environnant, les fougères troglodytes sont les suivantes: fougère fougère (Pteris cretica), fougère à nid d’oiseau (Asplenium nidus), spleenwort ébène (Aplenium platyneuron) et prêle des prés (Equisetum fluviatile). Les hépatiques:Il existe environ 8 000 espèces d'hépatiques, toutes considérées comme des bryophytes, avec les mousses et les hornwort. Les hépatiques sont parmi les plus anciennes plantes terrestres connues, ayant fait la transition des algues aquatiques à l’époque du Dévonien il ya près de 4 millions d’années. Chaque hépatique est à peine plus d’une série de rubans verts ramifiés, car la distinction entre racine, tige et feuilles est négligeable. Ils manquent de tissu conjonctif, de systèmes vasculaires ou de stomates qui leur permettraient de ne plus perdre d'humidité dans l'environnement. En tant que telles, les hépatiques ne peuvent survivre que dans des environnements extrêmement humides, humides et faiblement éclairés, ce qui en fait des habitants des cavernes idéaux.

Tableau: La faune et la flore souterraine

Exploitation par l'Homme

Certains groupes d'hommes préhistoriques se sont abrités dans des grottes, y exprimant parfois un art pariétal. Par la suite, certaines grottes ont été aménagées en habitat troglodytique. Des grottes préhistoriques jusqu'aux interprétations psychanalytiques jungiennes du xxe siècle, en passant par le mythe de la caverne de Platon, les grottes souterraines ou marines se sont vu attribuer des fonctions sociales, initiatiques, religieuses ou symboliques diverses. Des grottes sanctuaires, généralement bien accessibles et situées près des zones habitées, abritent des objets religieux (par ex. la grotte de Lourdes) et sont parfois assorties de légendes ou croyances diverses. La traduction anglaise appropriée pour ces grottes sanctuaires est grotto. Il existe de nombreuses grottes naturelles ouvertes au public partout dans le monde. Ces grottes touristiques représentent une activité économique parfois non négligeable : on parle alors de grottes aménagées. En Asie du Sud-Est notamment, des grottes ont servi de cimetière à des générations de familles, abritant les restes parfois momifiés des ancêtres. D'autres sont depuis longtemps exploitées pour le guano des oiseaux et/ou des chauves-souris ainsi que pour les nids d'hirondelles. Des grottes ont aussi servi d'abri à certains brigands et pirates, suscitant de nombreuses histoires de « grotte aux trésors ». Elles ont aussi servi de caches durant les guerres civiles ou les invasions (cf. les muches en Picardie et les souterrains d’Audenarde en Belgique)

Images et figures

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  Grotte en granit

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  Hommes et grottes

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  Activités humaines dans les grottes

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  Traces humaines dans les grottes

Patrimoine encore mal connu

les grottes ont de tout temps exercé sur l’homme crainte et fascination. Elles ont été le témoin de son évolution, tour à tour abris temporaire, abris organisé, foyer domestique, puis refuge, forteresse, ermitage ou sanctuaires, elles sont souvent source de légende ou de superstition.Ce n’est qu’à la fin du XIXe siècle, sous l’impulsion d’Edouard-Alfred MARTEL que l’exploration se fera systématique et scientifique.Depuis, ces explorations n’ont cessé de progresser, et des études de plus en plus poussées percent peu à peu les mystères du monde souterrain, de la formation des cavités aux différentes formes de vie qui les habitent. Nombre de grottes ont été aménagées pour des visites touristiques et si dans les premiers temps le public ne recherchait que l émotion d’un périple souterrain, il est devenu plus exigeant.L’attrait toujours constant pour le monde souterrain, alors que les études scientifiques en améliorent, chaque jour, la connaissance conduit à présenter aux visiteurs une approche plus approfondie de ce milieu particulier.Lecture des paysages souterrains, compréhension des mécanismes de creusement et de formation des concrétions, approche de la vie souterraine, de la préhistoire font désormais partie des informations proposées par les guides aux cours des visites. À l’instar de nos plus anciens ancêtres, qualifiés “d’hommes des cavernes”, les grottes ont de tout temps attiré les hommes et les animaux.Du fait de sa lente évolution et de la relative stabilité de son climat, le monde souterrain conserve parfaitement de nombreux témoignages anthropiques et paléontologiques.Certains de ces vestiges, comme les empreintes humaines et animales ou l’art pariétal, se rencontre presque exclusivement dans les grottes.” Mais au-delà de ces vestiges émouvants, c’est une quantité importante d’informations “concernant les hommes des temps passés et leur environnement naturel, qui est disponible “sur le sol et les parois de nombreuses cavités.“Les recherches archéologiques, dans le monde souterrain sont complémentaires de celles “conduites au jour, dans les abris ou en plein air. Sous terre, c’est bien souvent le “témoignage de brefs instants de la vie de quelques individus qui nous est révélé. Ces “images instantanées, d’une exceptionnelle qualité, viennent illustrer le film de l’histoire de “l’humanité patiemment reconstitué, à l’extérieur par les archéologues et les “paléontologues.” (F. ROUZAUD 1997)

Conquête du milieu souterrain par l’homme

À la fin de cette période glaciaire, il y a environ 10 000 ans, les hommes semblent abandonner les galeries profondes. Des conditions climatiques, moins rigoureuses, favorisent la vie à l’extérieur et, dans le milieu souterrain, une phase de concrétionnement, qui va localement fossiliser les traces de la période précédente (Grotte de la Vache en Ariège).L’homme revient dans les grottes profondes au Néolithique, il y a environ 6 000 ans, mais ses motivations sont différentes.L’avènement de l’agriculture, et la sédentarisation qui l’accompagne, conduisent l’homme à rechercher dans les grottes, outre l’abri naturel de l’entrée, des refuges , des cachettes et des sites de défense face à une insécurité nouvelle provenant plus de ses contemporains que de l’environnement. Les grottes vont également servir de magasin pour stocker et conserver les aliments, mais deviennent aussi des lieux de sépultures. (Foissac en Aveyron).Parfois, les grottes sont aussi des sources d’approvisionnement en matériaux divers, nécessaires au développement de nouvelles technologies : argile pour la poterie, silex pour les outils, les armes ou les bijoux. À partir de cette époque, les grottes vont servir de refuge et de cachette à chaque période troublée de l’Histoire.Par ailleurs, il arrive que des substances, utiles aux industries humaines, fassent l’objet de phénomènes naturels de concentration dans certaines cavités. Dès lors et encore récemment, ces grottes peuvent être le siège d’exploitations diverses : minerais, pierres d’ornement, argile, engrais etc

les grottes artificielles

Les grottes artificielles sont des éléments fréquents à travers l'histoire des jardins européens8. Dans l’Antiquité les grottes étaient vénérées comme habitat des divinités et des nymphes ; avec la redécouverte des Anciens, ce type d'édifice a fait l'ornement des jardins princiers d'Italie puis de France vers le milieu du xvie siècle, devenant l'une des expressions du style maniériste. Vasari donne une typologie des grottes artificielles dans l'introduction des Vies des meilleurs peintres, sculpteurs et architectes (1550). Deux célèbres grottes subsistent au jardin de Boboli au Palazzo Pitti à Florence, la première conçue par Niccolò Tribolo († 1550), la seconde commencée par Giorgio Vasari et achevée par Bartolomeo Ammannati et Bernardo Buontalenti entre 1583 et 1593. Cette dernière abritait à l’origine les Prisonniers de Michel-Ange. La grotte des jardins de la Villa Castello, près de Florence, aurait été aménagée antérieurement par Tribolo. Toujours près de Florence, la villa de Pratolino possédait de nombreuses grottes, dont celle de Cupidon (toujours visible), équipée de jets d'eau cachés destinés à arroser à l'improviste les hôtes inattentifs9. La Fonte della Fata Morgana à Grassina, non loin de Florence, est une fabrique de jardin construite en 1573-1574 sur les immenses terrains de la Villa Il Riposo de Bernardo Vecchietti. Elle est ornée de sculptures dans le style de Jean Bologne. Le parement extérieur des grottes artificielles pouvait être architecturé, évoquant un portail rustique ou la façade d'un temple, ou au contraire prendre l'apparence d'un rocher ou d’une corniche rocheuse. On trouvait ordinairement à l'intérieur des fontaines, des concrétions, des stalactites et même des imitations de pierres précieuses et des trompes (parfois en céramique) ; hermès, sirènes et naïades dont les amphores se vidaient dans un bassin, donnaient le ton. Les grottes, fraîches et saturées d'humidité, offraient une retraite appréciable sous le soleil d'Italie, mais elles se prêtèrent aussi bien au climat pluvieux de l'Île-de-France, telle la fameuse grotte de Téthys au château de Versailles, dont on dit parfois qu'elle aurait servi les amours de Louis XIV. Près de Moscou, à Kouskovo, le domaine de Sheremetev comporte une remarquable grotte d'été, aménagée en 1775 Les grottes pouvaient également être utilisées comme bains : au Palais Te, le Casino della Grotta comporte une loggetta (petite loggia) et une suite de pièces entourant une grotte. Les convives pouvaient s'y changer, avant d'aller se baigner sous la petite cascade tombant sur un sol de galets et de coquillages maçonnés à même le sol et les parois. Les grottes artificielles étaient des lieux de recueillement privilégiés ; elles ont servi de chapelles ou, comme à la Villa Farnèse de Caprarola, de petit théâtre au décor grotesque. Elles étaient souvent associées à des fontaines en cascade dans les jardins de la Renaissance. La grotte des Pins, construite vers 1543 sous la conduite de Sebastiano Serlio ou de Primatice au château de Fontainebleau, est l’une des premières grottes artificielles de France. La grotte ou salle des rocailles de la Bastie d’Urfé, qui existe toujours, fut bâtie vers 1550. Le château de Meudon eut son « palais de la Grotte » conçu par Primatice à partir de 1559, à la voûte peinte et ornée de rocailles. On en possède des descriptions et représentations. Catherine de Médicis fit créer au moins deux grottes, l’une par Philibert Delorme, en 1557-1558, pour le château de Montceaux ; l’autre, édifiée à partir de 1566, dans le jardin des Tuileries, par Bernard Palissy, fut célèbre en son temps. Palissy a laissé une description très précise de son projet (« …je feray plusieurs bosses à mon rocher, le long dudit fossé, sur lesquelles bosses je mettray plusieurs grenouilles, tortues, chancres, escreuisses, et un grand nombre de coquilles de toutes especes, à fin de mieux imiter les rochers.). Il y a aussi des grottes dans les jardins d’André Le Nôtre à Versailles. La grotte du château des Gondi à Noisy-le-Roi (bâtie à partir de 1582) nous est connue notamment par une gravure de Jean Marot (1654). Elle était ornée de « congélations » (stalagmites ou stalactites) et de coquillages. Construite à la fin du xviie siècle, la grotte de la nymphée de Viry-Chatillon, au décor de rocailles et coquillages, est toujours visitable (21, rue Maurice-Sabatier ). Les Nymphées étaient aussi souvent ornés de rocailles et de coquillages : on peut mentionner ceux du Château de Gerbéviller, du Séminaire Saint-Sulpice (1609-15 ; de la Villa Giulia (ainsi que du Parc de Reynerie et de la Villa d'Este). La Grotte-Nymphée de Villa Nichesola-Conforti (Ponton de Sant'Ambrogio di Valpolicella, Vérone) reprend l'idée ancienne de nymphée et présente des ornements à la fresque et une mosaïque au sol. En Angleterre, l’une des plus anciennes grottes artificielles est celle de Wilton House, construite dans les années 1630, sans doute par Isaac de Caus. Construite fin xviie siècle, la grotte du Palazzo Corsini (Via del Parione, Florence) (en) fut confiée à Antonio Maria Ferri et décorée par Carlo Marcellini (stucs et incrustations) et les peintres Rinaldo Botti et Alessandro Gherardini. Au xviiie siècle, l'architecture baroque reprit à son compte le thème de la grotte pour aménager les parcs des châteaux, par exemple à Pommersfelden ou au château de Wilhelmsthal. Les grottes se prêtaient aussi aux jardins d'ornement. La grotte d’Alexander Pope à Twickenham fut l'un des cas précoces d'aménagement de jardin paysager en Angleterre12. On trouve des grottes dans les célèbres jardins pittoresques de Painshill Park13, de Stowe, de Clandon Park et de Stourhead14,15,16. (en)Hampton Court House (tout près du célèbre palais) possède une grotte aux coquillages depuis le milieu du xviiie siècle. La conception en revient à Thomas Wright. Une autre grotte aux coquillages remarquable se trouve à Margate (Kent). On sait qu’elle fut découverte en 1835, mais ni qui l’édifia, ni à quelle époque. La grotte de Scott (Scott's Grotto, à Ware) se présente comme une enfilade de pièces s’enfonçant à 20 m dans les collines crayeuses des faubourgs de Ware, dans le Hertfordshire ; creusée à la fin du xviiie siècle, les pièces et le tunnel sont ornés de coquillages, de silex et de verroteries [archive]. Et s’il n'était guère aisé aux Romantiques de visiter réellement la grotte de Fingal, dans les Hébrides, elle imprégnait leur imaginaire, popularisée par l’ouverture « Les Hébrides » de Felix Mendelssohn, plus connue sous le titre de « la Grotte de Fingal ». Au xixe siècle, avec la vogue des Cervin en miniature et des jardins rocaille, une grotte artificielle n'avait rien de déplacé dans un parc, comme on peut le voir à Ascott House. En Bavière, le Linderhof de Louis II évoque la grotte mythique du Venusberg, à laquelle le Tannhäuser de Wagner fait allusion. De nombreuses grottes et montagnes artificielles ont également été créées dans les jardins chinois, notamment sous l'influence du taoïsme. Par ailleurs, dans le bouddhisme, les grottes possèdent une grande importance depuis l'Antiquité. Les moines et les nonnes s'y réfugiaient lors de la saison des pluies ; mais elles tenaient lieu également de temples et même de reliquaires. On peut ainsi citer les grottes de Longmen, les de Mogao et de Yungang en Chine. De même Ajantâ et Nashik sont des lieux connus en Inde pour leurs cavernes.

Traces du passage des animaux dans les grottes

Si l’homme a besoin d’un éclairage, fut-il sommaire pour pénétrer les zones obscures des cavités profondes, il n’en va pas de même pour les animaux.Les chauves-souris sont les habitants actuels les plus connus du monde souterrain. Comme elles, de nombreux animaux occupent volontiers les cavernes. Hôtes occasionnels, ou venus accomplir, dans la quiétude des grottes, des phases de leur cycle biologiques (hibernation par exemple), ils ont laissé, dans les cavités, des traces de leur passage : empreintes, griffades, bauges, nids, reliefs de repas ou déjections sans parler de leur squelette en cas de mort sur place.Souvent, aussi les cavités ont constitué des pièges naturels où les animaux vont tomber et mourir. Leurs carcasses entraînées ou non par les eaux s’accumulent dans les réseaux souterrains. Leurs ossements parfaitement conservés et protégés par les conditions particulièrement favorables de l’environnement souterrain constituent de précieux témoignages des faunes passées.

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  Les traces, laissées par les animaux

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  La répartition des vestiges et des témoignages de l’activité, des hommes et des animaux, dans les grottes

Formation des grottes

Une grotte, c'est d'abord une salle souterraine naturelle qui possède au moins un accès. Il ne sagit pas d'un endroit totalement fermé mais confiné. C'est également une vraie usine chimique. En effet, la température ne varie quasiment jamais, le pourcentage d'humidité dans l'air avoisine les 100 % et le taux de gaz carbonique y est très élevé. Ces conditions sont radicalement différentes de celles rencontrées sur terre, et leur équilibre est fragile. Une histoire d'eau Elles ne se forment pas du jour au lendemain. Il s'agit d'un processus très long, reposant sur une simple question d'infiltration. En fait, les eaux de pluie ou de fonte des neiges (acides et riches en minéraux) vont réussir à pénétrer les failles existantes des roches ou les attaquer superficiellement. Ce phénomène est appelé corrosion.

Précisons que les grottes ne peuvent pas se former partout. Elle ne peuvent être creusées que dans des sols particuliers : les calcaires (roches dites tendres) qui ne vont pas résister à l'action chimique de l'eau.

Au fil des années, l'eau va dissoudre et attaquer la roche , la fragiliser, l'user jusqu'à l'apparition d'une grande zone de vide. L'eau sculpte la grotte dans le calcaire et évacue les débris vers l'extérieur.

L'eau dissout le calcaire et au fur et à mesure se forme une grotte.

Les grottes et leur décor naturel L'eau crée la grotte et assure son bon maintient. Elle est aussi responsable de son décor naturel. Même si l'on ne parvient jamais à se souvenir que c'est le stalactite qui tombe et le stalagmite qui monte, nous les connaissons au moins de vue car on en observe pratiquement dans toutes les grottes.

Leur apparition est aussi due à l'eau, sous forme de gouttes cette fois. Les grottes sont extrêmement humides donc l'eau suinte toujours, au plafond comme au sol. Une goutte d'eau va perdre sa partie calcaire avant de tomber, la laissant au plafond sous la forme d'un micro-anneau. L'accumulation de ces anneaux va former un stalactite. Les stalagmites se forment de la même manière, mais depuis le sol. Ces formations forment une colonne stalagmitique lorsqu'elles se rejoignent. Le karst est le nom de la structure formée par l'érosion hydrochimique et hydraulique des roches. Principalement observée sur les roches friables comme le calcaire, l'érosion karstique permet de mieux comprendre le processus de formation de certaines grottes. Le système karstique provient en effet d'une structuration spatiale et temporelle d'un ensemble de vides creusés au détriment de discontinuités dans une masse rocheuse grâce à une dissipation d'énergie (Y. Quinif, 1998) Cette dissipation d'énergie résulte de la transformation de trois types d'énergie :

La transformation de l'énergie chimique. Elle est la dissolution de la roche avec production d'ions Ca++, Mg++, HCO3-... et de solides : argiles, grains divers. L'intensité de la transformation dépend de la concentration de CO2 et d'autres acides. La transformation de l'énergie potentielle. Elle comprend l'évacuation des produits ainsi qu'une production de chaleur par la viscosité du liquide soumises à deux paramètres : différence d'altitude entre l'entrée et la sortie et débit d'eau. La transformation de l'énergie mécanique. Elle cause la fracturation du massif, et la surrection du massif (si elle a lieu) accroît l'énergie potentielle : il faut de l'altitude pour un karst ! L'ensemble des discontinuités permet le transit des eaux par voie souterraine : joints, fentes de tension, diaclases, failles. Seules certaines discontinuités sont karstifiées à cause de l'anisotropie des contraintes qui s'exercent sur le massif. Thermodynamiquement, le système est ouvert et l'entropie du système décroît au cours du temps.

L'érosion par dissolution du calcaire

L'altération chimique joue un grand rôle car elle est à la base du départ de matière hors du système (D. Ford et P. Williams, 1989). Le départ de matière par action mécanique est mineur et n'agit que si la karstification est assez développée pour permettre une circulation torrentielle de l'eau au sein du système.

Les zones où affleure le calcaire (constitué principalement de calcite) ont une morphologie si particulière que l'on peut les identifier directement sur une carte : réseau hydrographique lâche, cours d'eau assez importants au fond de canions, les sources sont souvent grosses, les cours d'eau disparaissent brusquement, la surface est désordonnée, les dépressions sont irrégulières et souvent fermées. Un autre aspect est important même s'il n'est pas visible directement sur la carte c'est le nombre de gouffres et de conduits souterrains. Ce paysage est tellement typique qu'il a ses propres noms : leisines dans le Jura, causses dans le Languedoc, karst en ex-Yougoslavie...

Outre les innombrables diaclases et fissures du calcaire qui donnent à la roche une « perméabilité de fissures » il y a les phénomènes de dissolution (corrosion du calcaire).

L'eau pure ne peut renfermer que 15 mg de calcaire par litre, c'est très peu et le calcaire est considéré comme peu soluble en chimie ! Mais si la pluie acquiert du CO2 en traversant l'atmosphère, elle peut dissoudre jusqu'à 60 à 80 mg de calcaire, cette concentration étant très inférieure à celle des sources qui dépasse souvent 200 mg. Ceci signifie que l'eau s'enrichit en gaz carbonique dans le sol dont l'atmosphère peut contenir jusqu'à 10 % de CO2 à cause de l'activité biologique ! N'oublions pas non plus que le CO2 est plus soluble dans l'eau froide.

Une sursaturation en calcaire

Les réactions sont lentes, le système n'est donc jamais en équilibre chimique et les cas de sursaturation sont fréquents. Les facteurs de la corrosion sont : le climat, de préférence pluvieux tempéré froid (comme dans le Jura), la fissuration de la roche, la présence de sol, l'érosion biologique (racines). Ces phénomènes, apparemment lents, quand on essaie de quantifier les choses, donnent des chiffres ahurissants. Des géochimistes ont étudié la géologie du Jura et estiment que l'abaissement de la chaîne de montagne, dû à la karstification, est de 500 m depuis son érection ! Soit 0,1 mm/an en ablation totale et 0,5 mm/an en ablation superficielle.

La crypto-altération de la roche

La crypto-altération est l'altération de la roche au contact d'une autre formation perméable non karstifiable de couverture. Ce processus se produit généralement lorsqu'une formation sableuse repose sur le substratum karstifiable. La disparition de matière par dissolution du carbonate entraîne un enfouissement progressif de la couverture non karstifiable avec formation de morphologies de type marais. Il n'y a pas de vide résultant de ce processus. Une sédimentation continentale particulière voit l'apparition de tourbe ou lignite formant les tourbières. Une géochimie particulière en est une conséquence importante, où la silice et l'alumine peuvent être solubilisées dans des milieux à pH très faibles avec des néogenèses de type halloysite, phosphates, oxydes et hydroxydes complexes d'aluminium et de fer. Ces cryptokarsts peuvent renfermer d'importants gisements de fer... La fantômisation, de son côté, est l'altération isovolumique. La roche est devenue non cohérente, très poreuse, par disparition d'éléments solubles et conservation in situ des éléments moins solubles. Les vides souterrains résultants sont des pores et non des conduits. La fantômisation se déroule à partir de la surface per descensum. Plus bas, ces structures se prolongent sous la forme de galeries colmatées. Mais ici, le colmatage est le résidu in situ de l'altération car cette structure n'a jamais été vide.

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  Comment se déroule la formation des grottes

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  La dissipation de certaines énergies entraîne la formation de gouffres dans la roche

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  Les Causses et les Cévennes, dans le massif central, ont subi une érosion karstique

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  Schéma de cryptodoline

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  Carte des tourbières de Franche-Comté

Des lieux privilégiés mais ... Un monde souterrain où tous nos repères s'effacent, la grotte a toujours été un endroit privilégié. Abris naturels, elles hébergent parfois des groupes animaux ou humains. Vers la fin des temps préhistoriques, et encore aujourd'hui dans certaines régions, elles ont été les supports naturels de peintures et de gravures (grottes de Lascaux, de Chauvet et Cosquer, pour ne citer que quelques exemples français).

Préservées pendant des millénaires, certaines sont menacées de disparaître. En effet, leur découverte et leur ouverture au public ont entraîné de lourds bouleversements dans leur équilibre chimique. Les taux de gaz carbonique augmentent, l'humidité baisse etc. Cela entraine la prolifération de bactéries et de champignons susceptibles de détruire les peintures.

Si l'eau continue à s'infiltrer encore après sa formation, la grotte est dite active. De nouvelles salles peuvent se créer, plafond et parois peuvent s'effondrer, les grottes sont des lieux en constante évolution.

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Grottes et paysages souterrains - Historique (+)

Définition graphique

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  Entrée de la baume Archée à Mouthier-Haute-Pierre, Doubs, France.

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  La grotte des Buttes Chaumont.

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  Grotte de l'actuelle Villa Haas, Sinn, Hesse, Allemagne

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  Grotte-Nymphée de la Villa Nichesola-Conforti, Ponton di Sant'Ambrogio di Valpolicella, Vérone, Italie.

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  Entrée de la grotte de la Villa Torrigiani, Province de Lucques, Toscane, Italie.

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  Chauve-souris dans une galerie du fort de Roppe, Territoire de Belfort, France.

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Concepts ou notions associés

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Grottes et paysages souterrains - Glossaire / (+)

Exemples, applications, utilisations

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Erreurs ou confusions éventuelles

• Confusion entre stalactite - stalagmite
• Confusion entre - ........
• Erreur fréquente: ....................

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Questions possibles

• Qu'est ce qu'une grotte?
• Comment se forment les grottes dans la nature?
• Quels êtres vivants trouve-t-on dans une grotte?
• Comment les animaux peuvent-ils vivre en permanence dans une grotte?
• Ont-ils des adaptations particulières?
• Quelles sont les formations qu'on trouve aux plafonds des grottes ?
• Comment peut on distinguer entre stalactites et stalagmites dans une grotte?
• Y a t-il des sources chaudes dans une grotte?
• Quels types de roches trouve t-on dans une grotte?
• Quels sont les principaux minéraux d'une grotte?
• Qu'est ce qui caractérisent le climat souterrain?
• Comment s’appellent les personnes qui explorent les grottes?
• As tu déjà visité une grotte ? A quel(s) endroit(s)?

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Liaisons enseignements et programmes

Idées ou Réflexions liées à son enseignement

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Aides et astuces

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Education: Autres liens, sites ou portails

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Bibliographie

Pour citer cette page: (et paysages souterrains)

ABROUGUI, M & al, 2021. Grottes et paysages souterrains. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Grottes_et_paysages_souterrains>, consulté le 5, mai, 2024

• wikipedia
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