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RECUL DE COUVERTURE ET KARSTIFICATION DANS UN KARST COUVERT DE BAS PLATEAUX : LE BARROIS (LORRAINE / CHAMPAGNE - FRANCE)

RETREAT OF OVERLYING BEDS AND KARSTIFICATION IN A LOW PLATEAU COVERED KARST : THE BARROIS (LORRAINE / CHAMPAGNE - FRANCE)

Stéphane JAILLET*

* L.G.P.A : Laboratoire de Géographie Physique Appliquée, Université Michel de Montaigne, Bordeaux 3, F - 33 405 TALENCE cedex (Adele : stephane-corinne.jaillet@wanadoo.fr)

Article publié en 1999 dans les actes du colloque "Karst-99".

Abstract

In Barrois region, East part of sedimentary basin of Paris, the sandy-clayed Cretaceous cover is a fundamental agent of Jurassic limestone karstification. Water infiltration is possible when the thickness cover is between 1-2 m and 20-30 m. The retreat of sandy-clayed overlying beds by erosion induces the progression of the karstification front. This complex morphogenic system of "positiv retroaction" (cover / karstification front) begins under the cover, in the Jurassic limestones, because of sandy aquifer emptying in swallow holes ; in the same time, the coversand disappears into the underground karst and produces important karst networks like Rupt du Puits (21 km). This phenomenon of cover retreat acts at different scales : retreat of swallow holes, progression of karst systems with different genetic levels and general erosion of all the Cretaceous cover.

Résumé

En Lorraine et dans le Barrois notamment, l'existence d'une couverture argilo-sableuse sur le calcaire est un facteur fondamental de l'activité et de la formation du karst. La dynamique de l'infiltration de l'eau est optimale lorsque cette couverture a une épaisseur de 1 à 2 m minimum et de 20 à 30 m maximum. Dans les limites de ces seuils, le système interactif RC / FK (Recul de Couverture / Front de Karstification) progresse sous la couverture au bénéfice de la karstification et au détriment de la couverture digérée. Le phénomène fonctionne à plusieurs échelles, du simple recul de perte en limite de couverture, à la progression des systèmes karstiques concomitant du démantèlement du front de toute la formation sédimentaire argilo-sableuse.

Couverture non karstique et karstification sont deux éléments d'un système fonctionnant dans les karsts couverts de bas plateaux de Lorraine. L'analyse du rôle de cette couverture et de la dynamique de son recul permet de mieux saisir les composantes de ce système.

I - Les couvertures non carbonatées et le karst

La présence d'une couverture non carbonatée sur une masse calcaire conditionne directement la dynamique de l'infiltration, et celle de la karstification. La Lorraine et le Barrois en particulier sont un exemple pertinent pour étudier cette dynamique et les seuils qui la commandent. Mais il existe d'autres secteurs ou cela pourrait s'observer (NICOD, 1994 ; PELLEGRIN, 1997)

1 - Problématique et compresse humide.
La couverture du karst joue un rôle complexe et fondamental dans l'infiltration. Cette dernière est sous la commande de deux dynamiques, l'une rapide, l'autre lente (fig. 1).

Figure 1 :

Double dynamique de l'infiltration dans un karst couvert de contact lithostratigraphique.

Double dynamical infiltration in a covered karst of stratigraphic contact.

De par la présence de nombreux horizons argileux, le ruissellement de surface est très important en période de pluies. Au contact des calcaires sous-jacents, l'eau s'infiltre au droit de pertes, regards sur les gouffres et sur l'endokarst. C'est une infiltration rapide, directement tributaire des précipitations et donc du climat.
A l'inverse, une partie des précipitations efficaces s'infiltre dans les niveaux sableux et limoneux de la couverture, constituant un aquifère perché sur le karst. Cette eau émerge ensuite au niveau de sourcins qui alimentent les ruisseaux endoréiques de surface et rejoignent les pertes. Une partie de cette eau transite à travers toute la couverture et rejoint directement les calcaires.
Il est actuellement difficile de connaître précisément la part respective de ces deux modes d'infiltration.
Néanmoins, ces dynamiques d'infiltration montrent toute la richesse du rôle à la fois contradictoire et complémentaire de la couverture sur le karst :
- Rôle de concentration de l'écoulement au droit de points d'absorption,
- Rôle de stockage et de restitution différée d'une partie de cet écoulement via les nappes perchées de la couverture.
De fait, la compresse, véritable cataplasme humide, tantôt pourvoyeur, tantôt concentrateur, étale le cycle hydrologique sur toute l'année, mais canalise le flux en période d'intumescence hydrique.
Ce rôle fondamental conditionne l'existence et la localisation du karst couvert de contact lithostra-tigraphique. La variation de ces deux éléments dans le temps et dans l'espace contribue à l'avancée du front de karstification. C'est cette évolution du front de karstification en fonction du recul, par érosion régressive, du front de couverture, que nous nous proposons d'aborder ici, à travers un exemple local : le Barrois.

2 - Le Barrois : un exemple pertinent
Les plateaux calcaires de l'Est du Bassin Parisien sont une succession de plateaux de revers de côtes (cuestas) armés dans les calcaires secondaires et tertiaires. Ils sont séparés par de larges dépressions argileuses orthoclinales allongées du Nord au Sud et parallèles aux côtes.

Paradoxalement, ce n'est pas près des côtes, là où l'énergie du relief est maximale, que l'on observe les phénomènes karstiques les plus importants, mais là où les couches sédimentaires les plus tendres viennent recouvrir les couches carbonatées.
C'est dans ce contexte de limites de couverture, aux contours disséqués, que l'on trouve les karsts les plus actifs de Lorraine. Ce sont des karsts de contacts lithostratigraphiques (NICOD, 1994), caractéristiques des marges entre plateaux calcaires secs et dépressions argileuses humides. Le Barrois n'échappe pas à cette règle et présente certains des karsts spéléologiquement les mieux connus, de tout le Bassin Parisien.
La couverture argilo-sableuse crétacée repose ici en légère discordance angulaire sur les calcaires portlandiens sous-jacents. Composée d'une succession complexe de niveau sableux, argileux ou mixtes, variant chacun d'une épaisseur moyenne de 1 à 5 m, elle présente donc une certaine hétérogénéité influençant directement l'infiltration.

Figure 2 :

Recul de perte et exhumation de la surface structurale calcaire par recul de la couverture.

Retreat of the swallow holes and exhumation of calcareous back slope with retreat of overlying beds.

3 - Epaisseur de couverture et seuils de karstification.
Il est acquis aujourd'hui que les facteurs conduisant à la karstification sont au nombre de trois, à savoir : une masse carbonatée, pourvue de discontinuités (joints de stratification, fractures, failles…), une quantité d'eau renouvelable et agressive (présence de CO2 d'origine pédologique, atmosphérique…), une énergie, ou gradient hydraulique, pour faire transiter cette eau à travers la masse carbonatée : c'est souvent la différence d'altitude entre la zone d'infiltration et la zone de restitution des eaux dans le karst.
En Lorraine et dans le Barrois notamment, l'existence d'un karst actif, à circulation rapide, apparaît cependant totalement inféodé à la présence d'une couverture semi-perméable sus-jacente. Ainsi lorsque cette couverture fait défaut, l'infiltration des eaux est généralisée, et ne permet pas l'organisation spatiale d'un karst actif et hiérarchisé. Les sources présentent-elles alors des régimes très tamponnés.
De même si la couverture est trop importante, la totalité de l'écoulement se fait sur ces niveaux imperméables et il n'y a aucune possibilité d'infiltration donc d'alimentation des calcaires sous-jacents. Il existe donc deux seuils, dans l'épaisseur de la couverture argilo-sableuse, l'un en deçà duquel la karstification n'existe pas (ou plus) et l'autre au-delà duquel cette même karstification n'est pas encore possible. Les observations menées sur différents karsts de Lorraine (GAMEZ, 1992) et du Barrois (JAILLET et GAMEZ, 1995) montrent qu'une épaisseur de 1 à 2 m au minimum et de 20 à 30 m au maximum offre toutes les garanties d'une dynamique d'infiltration propre à générer une karstification active sous couverture.
Ces deux épaisseurs nous permettent, dans un contexte de pendage généralisé vers l'Ouest, de circonscrire l'espace de karstification active, à une bande d'orientation subméridienne et large de 10 à 30 km d'Est en Ouest.

II - Recul de couverture et front de karstification

Cette localisation précise des éléments du karst actif est un point important que l'on retrouve à plusieurs échelles d'observations : celle de l'alignement de pertes, comme celle du plateau dans son ensemble.

1 - La migration des pertes : une auto-capture locale
Les ruissellements de surface, alimentés en partie par les nappes perchées de la couverture, s'écoulent sur les versants de celle-ci jusqu'à rejoindre la table calcaire sous-jacente. A la faveur d'une fissure, ou d'un système de fissures, l'eau s'infiltre sous terre et le processus de karstification amorce alors son œuvre. Ce point d'absorption devient de fait le " niveau de base " d'un bassin versant entièrement taillé dans la couverture.
Les insolubles, mobilisés à chaque épisode pluvieux, rejoignent cette perte, la couverture est en cours de digestion. L'incision linéaire affectant ces terrains meubles permet alors d'atteindre plus en amont la dalle calcaire (fig. 2). Une nouvelle fissure est sollicitée. Elle deviendra la future doline-perte. La perte active, outre les apports alluviaux, reçoit de plus en plus d'apports latéraux des flancs de sa doline qui, par mouvement de masse, ne cesse de s'agrandir (fig. 4). Peu à peu, les écoulements vont passer de l'une à l'autre des pertes. Le processus continue alors sa course vers l'amont, où recul du front de couverture et avancée du front de karstification sont concomitants.
Sous couvert de cette évolution linéaire générale simplifiée, se cache une organisation de détail plus complexe. Effectivement, le gel et ses actions sur les versants argilo-sableux, la saisonnalité de la végétation omniprésente, l'apport hydrologique directement lié aux précipitations rendent le fonctionnement de ces pertes beaucoup plus saccadé (fig. 6). De fait il arrive qu'une perte active s'obstrue, que son calibre soit insuffisant. Ce peut être alors une perte plus à l'aval qui va absorber le surplus de flux. Relictuelle, elle se retrouve réactivée pour un temps limité (JAILLET et GAMEZ, 1995).

Figure 3 :

Action de la couverture argilo-sableuse sur l'activité des pertes.

Action of overlying beds action on swallow holes activity.

A partir de ce schéma, il est alors possible de déterminer une typologie longitudinale des pertes et l'action de la couverture argilo-sableuse sur l'activité de celle-ci. (fig. 3) :
1 : perte héritée, totalement inactive
2 : perte relictuelle, fonctionnement épisodique
3 : perte active, fonctionnement en cours
4 : perte future, en préparation.
C'est l'action de la couverture sur ces pertes qui conditionne la filiation et le passage de l'une à l'autre de ces structures d'absorption. La perte échange une dynamique avec la couverture : elle contribue à soutirer ses argiles et ses sables, mais ceux-ci contribuent dans certains cas à l'obstruer.
Des boucles de rétroaction positives et négatives peuvent donc être mises en évidence (fig. 3), boucles qui montrent comment l'activité de la perte, ébauchée, va peu à peu supplanter l'activité de la perte active, amenée, à mourir.

Figure 4 :

Les versants des dolines du Barrois se développent dans les argiles du Crétacé.

Sides of Barrois's sinkholes are established in Cretaceous clay.

2 - Capture et modification de bassin hydrogéologique
Le recul de couverture induit donc une avancée du front de karstification. Il s'agit d'auto-captures locales modifiant la dynamique de l'infiltration, mais n'engendrant pas de réorganisation profonde dans la structuration des drains. Cependant, si le recul s'intensifie, il se peut que sous certaines conditions, les écoulements souterrains soient amenés à opter pour une autre voie. Il s'agit d'une capture, à l'échelle d'un massif, modifiant irrémédiablement la taille des bassins hydrogéologiques des différents systèmes karstiques concernés. Plusieurs exemples dans le Barrois montrent de tels phénomènes, à différents stades de maturité (à venir, en cours, réalisés).
Ainsi, la capture de la tête du vallon de la " Maison Blanche " en forêt de Trois Fontaines par le système du Rupt du Puits est-il un exemple particulièrement éloquent (fig. 5). Dans un premier temps, à la faveur d'une couverture omniprésente, la totalité des écoulements filait vers l'ouest et le bassin de la Marne. Le décapage de cette couverture permet par la suite d'amorcer une première série de pertes, alimentant probablement la fontaine Bouillonnante ou un exutoire perché. Il est possible que dès ce moment là, une partie des écoulements filait vers la Saulx, préparant la voie à une capture déjà amorcée.
Le recul de la couverture et l'abaissement du niveau de base, ont conduit à la capture de la totalité des écoulements du vallon de la " Maison Blanche " au profit de la Saulx et au détriment de la Marne. Paradoxalement, cette capture menée à son terme, le fut au prix d'une réduction importante du bassin d'alimentation du vallon de la " Maison Blanche ".

Figure 5 :

Capture et modifications des écoulements souterrains par recul de couverture.

Piracy and flow change with retreat of overlying beds.

Le principe de recul de couverture modifie donc de manière irrémédiable la dynamique des écoulements de surface, mais aussi souterrains. Des captures peuvent changer sous terre l'orientation, mais aussi l'abondance des écoulements y transitant.

Figure 6 :

Cette coulée boueuse a obstrué la perte de la grotte des Chasseurs (janvier 1994).

This mud flow blocked the swallow hole of the " grotte des Chasseurs " (january 1994).

3 - Le recul de couverture à l'échelle du plateau
L'adéquation entre recul de couverture et front de karstification a pu être démontrée à l'échelle de l'alignement de dolines et du phénomène de recul de perte. Cette même adéquation semble fonctionner à l'échelle d'une structure géologique plus vaste : la couverture crétacée dans son ensemble. La karstification ne s'étudie plus alors au niveau des pertes ou des dolines, mais au niveau des drains majeurs et des systèmes karstiques dans leur totalité.
Dans le Barrois, le recul des limites de l'auréole crétacée a ainsi pu être enregistré dans l'étagement des drains karstiques (fig. 7).
Cette description du phénomène se fera donc d'est en ouest, en s'enfonçant de plus en plus sous la couverture, en décrivant les systèmes karstiques émergeant dans les vallées de l'Ornain, de la Saulx et de la Marne. Notons que ces trois vallées confluent quelques kilomètres après la coupe (fig. 7), et possèdent donc le même niveau de base.
La vallée de l'Ornain entaille toute la masse calcaire du Portlandien et les assises supérieures du Kimméridgien. Les plateaux qui l'entourent ne recèlent que quelques lambeaux de placage valanginien. En rive gauche, le karst de la Haie Cabuche présente deux paléo-drains perchés à + 30 m, par rapport au niveau de base actuel. Notons qu'en vis-à-vis, la terrasse alluviale de Laimont (+ 30 m) présente une faune attribuée à l'Eemien (GUILLAUME Ch., 1982). Les replats fluviatiles + 30 m sont assez bien représentés dans le Barrois, mais peu ont livré les éléments réels d'une terrasse alluviale.

Figure 7 :

Migration du front de couverture et du front de karstification vers l'ouest sur l'ensemble du plateau du Barrois, enregistrée par l'étagement des paléo-drains souterrains.

Overlying beds front migration and karst front migration to the West on the Barrois plateau, reccorded by underground drainage stepped.

Les écoulements actuels de la Haie Cabuche rejoignent ensuite les niveaux de sources calés sur les niveaux de base actuels (traçages GEO KARST, 1997).
La vallée de la Saulx se situe plus à l'Ouest. L'interfluve Saulx-Ornain ne présente que peu de restes de couverture (placages précédemment cités), tandis que la rive gauche (interfluve Saulx-Marne) accuse une couverture de 5 à 30 m d'épaisseur. Si la rive droite offre quelques émergences en pied de versant (rien n'est connu spéléologiquement), la rive gauche est le siège d'une karstification très active. On y rencontre notamment le système souterrain du Rupt du Puits (21 km) et son niveau de galeries perchées à + 15 m. Ce niveau n'a pas encore été daté. Néanmoins, il semble raisonnable de penser qu'il est plus récent que les niveaux + 30 m précédemment cités. Le niveau des émergences de tous ces systèmes est calé sur le niveau de base actuel.
La vallée de la Marne offre plusieurs systèmes souterrains de pénétration spéléologique hétérogène, mais sans paléo-drains perchés connus. La couverture est beaucoup plus épaisse, notamment en rive gauche. Tout semble indiquer que le karst qui s'y développe est plus jeune. A travers ces trois vallées, et les systèmes karstiques associés, il apparaît donc que les drains les plus anciens se situent à l'est, tandis que les plus récents se situent vers l'ouest.

Figure 8 :

Fonctionnement et progression du système Recul de Couverture / Front de Karstification dans un karst sous couverture.

Operation and progression of the RC / FK system (overlying beds retreat and karstification front progression) in a covered karst.

Conclusion : une progression synchrone des deux fronts.

Front de karstification et recul du front de couverture semblent bien être inféodés l'un à l'autre dans les karsts couverts de bas plateaux de Lorraine, et du Barrois en particulier. C'est un système interactif qui fonctionne dans les limites précises de deux épaisseurs-seuils de couverture (1 à 2 m au minimum, 20 à 30 m au maximum). L'association symbiotique RC / FK (Recul de Couverture / Front de Karstification) progresse ainsi dans ces marges, sous la couverture, et évolue au gré de la digestion de cette même couverture par le karst lui-même (fig. 8). C'est dire qu'une fois lancé, si le moteur (gradient hydraulique et apports hydriques) n'est pas perturbé, la boucle de rétroaction positive de ce système maintient sa progression en faveur de la karstification et au détriment de la couverture. Il y a transformation d'un transfert à dominante verticale (l'infiltration) en un transfert à dominante horizontale (la progression des deux fronts de recul et de karstification). Le système RC / FK est l'opérateur de cette transformation.
Les observations menées sur le plateau du Barrois montrent en outre une invariance d'échelle dans le fonctionnement de ce système. Il a ainsi pu être reconnu au niveau de l'alignement et du recul des pertes, au niveau de l'organisation des écoulements à l'échelle d'un massif et enfin au niveau d'une formation géologique toute entière : l'auréole crétacée du Bassin Parisien et sa dynamique de recul.
Les perspectives de recherches de ce processus, qu'il serait bon de reconnaître sur d'autres types de karsts couverts, sont importantes :
- Etude plus fine, à toute échelle, de la dynamique de recul des couvertures non carbonatées, - Enregistrement endokarstique, longitudinal, de la disparition progressive des différents éléments de ces couvertures,
- Calage temporel (datations absolues, …) de cet enregistrement spatial par les méthodes modernes d'études des remplissages endokarstiques.
- Réflexion sur le fonctionnement des karsts dont les couvertures ont disparu.

Références

GAMEZ P. 1992 - Hydrologie et karstologie du bassin du Loison (Lorraine septentrionale). Thèse, Mosella t.XXI, université de Metz, CEGUM. 397 p.

GEO KARST 1997 - Campagne de traçage dans le Barrois et le Perthois. Rapport tranche 1. Juillet 97. Secteur Fains-les-Sources. Contrat Conseil général de la Meuse, 29 p.

GUILLAUME Ch. 1982 - Stations de surface du Paléolithique inférieur et moyen de Lorraine. Bull de l'Assoc. Fr. pour l'Etude du Quaternaire, n°2 et 3, p. 135-146.

JAILLET S. et GAMEZ P. 1995 - Observations morphologiques sur le géosystème karstique du Rupt du Puits. Karstologia n°26, F.F.S, A.F.K. Bordeaux. p. 27-38.

NICOD J. 1994 - Plateaux karstiques sous couverture en France, d'après des travaux récents. Caractères géomorphologiques et problèmes d'environnement. Annales de géographie n°576, p. 170-194.

PELLEGRIN J.C. 1997 - Un exemple de cryptokarst en région tempérée : Le karst de Casteljaloux (Lot-et-Garonne). Géomorphologie - Hydrochimie. Thèse de doctorat de Géographie Physique. Université Michel de Montaigne Bordeaux 3. 247 p.

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Couverture non karstique et karstification sont deux éléments d'un système fonctionnant dans les karsts couverts de bas plateaux de Lorraine. L'analyse du rôle de cette couverture et de la dynamique de son recul permet de mieux saisir les composantes de ce système.

I - Les couvertures non carbonatées et le karst La présence d'une couverture non carbonatée sur une masse calcaire conditionne directement la dynamique de l'infiltration, et celle de la karstification. La Lorraine et le Barrois en particulier sont un exemple pertinent pour étudier cette dynamique et les seuils qui la commandent. Mais il existe d'autres secteurs ou cela pourrait s'observer (NICOD, 1994 ; PELLEGRIN, 1997) 1 - Problématique et compresse humide. La couverture du karst joue un rôle complexe et fondamental dans l'infiltration. Cette dernière est sous la commande de deux dynamiques, l'une rapide, l'autre lente (fig. 1).

	Figure 1 : Double dynamique de l'infiltration dans un karst couvert de contact lithostratigraphique. Double dynamical infiltration in a covered karst of stratigraphic contact.

De par la présence de nombreux horizons argileux, le ruissellement de surface est très important en période de pluies. Au contact des calcaires sous-jacents, l'eau s'infiltre au droit de pertes, regards sur les gouffres et sur l'endokarst. C'est une infiltration rapide, directement tributaire des précipitations et donc du climat. A l'inverse, une partie des précipitations efficaces s'infiltre dans les niveaux sableux et limoneux de la couverture, constituant un aquifère perché sur le karst. Cette eau émerge ensuite au niveau de sourcins qui alimentent les ruisseaux endoréiques de surface et rejoignent les pertes. Une partie de cette eau transite à travers toute la couverture et rejoint directement les calcaires. Il est actuellement difficile de connaître précisément la part respective de ces deux modes d'infiltration. Néanmoins, ces dynamiques d'infiltration montrent toute la richesse du rôle à la fois contradictoire et complémentaire de la couverture sur le karst : - Rôle de concentration de l'écoulement au droit de points d'absorption, - Rôle de stockage et de restitution différée d'une partie de cet écoulement via les nappes perchées de la couverture. De fait, la compresse, véritable cataplasme humide, tantôt pourvoyeur, tantôt concentrateur, étale le cycle hydrologique sur toute l'année, mais canalise le flux en période d'intumescence hydrique. Ce rôle fondamental conditionne l'existence et la localisation du karst couvert de contact lithostra-tigraphique. La variation de ces deux éléments dans le temps et dans l'espace contribue à l'avancée du front de karstification. C'est cette évolution du front de karstification en fonction du recul, par érosion régressive, du front de couverture, que nous nous proposons d'aborder ici, à travers un exemple local : le Barrois. 2 - Le Barrois : un exemple pertinent Les plateaux calcaires de l'Est du Bassin Parisien sont une succession de plateaux de revers de côtes (cuestas) armés dans les calcaires secondaires et tertiaires. Ils sont séparés par de larges dépressions argileuses orthoclinales allongées du Nord au Sud et parallèles aux côtes. Paradoxalement, ce n'est pas près des côtes, là où l'énergie du relief est maximale, que l'on observe les phénomènes karstiques les plus importants, mais là où les couches sédimentaires les plus tendres viennent recouvrir les couches carbonatées. C'est dans ce contexte de limites de couverture, aux contours disséqués, que l'on trouve les karsts les plus actifs de Lorraine. Ce sont des karsts de contacts lithostratigraphiques (NICOD, 1994), caractéristiques des marges entre plateaux calcaires secs et dépressions argileuses humides. Le Barrois n'échappe pas à cette règle et présente certains des karsts spéléologiquement les mieux connus, de tout le Bassin Parisien. La couverture argilo-sableuse crétacée repose ici en légère discordance angulaire sur les calcaires portlandiens sous-jacents. Composée d'une succession complexe de niveau sableux, argileux ou mixtes, variant chacun d'une épaisseur moyenne de 1 à 5 m, elle présente donc une certaine hétérogénéité influençant directement l'infiltration.

Figure 2 : Recul de perte et exhumation de la surface structurale calcaire par recul de la couverture. Retreat of the swallow holes and exhumation of calcareous back slope with retreat of overlying beds.

3 - Epaisseur de couverture et seuils de karstification. Il est acquis aujourd'hui que les facteurs conduisant à la karstification sont au nombre de trois, à savoir : une masse carbonatée, pourvue de discontinuités (joints de stratification, fractures, failles…), une quantité d'eau renouvelable et agressive (présence de CO2 d'origine pédologique, atmosphérique…), une énergie, ou gradient hydraulique, pour faire transiter cette eau à travers la masse carbonatée : c'est souvent la différence d'altitude entre la zone d'infiltration et la zone de restitution des eaux dans le karst. En Lorraine et dans le Barrois notamment, l'existence d'un karst actif, à circulation rapide, apparaît cependant totalement inféodé à la présence d'une couverture semi-perméable sus-jacente. Ainsi lorsque cette couverture fait défaut, l'infiltration des eaux est généralisée, et ne permet pas l'organisation spatiale d'un karst actif et hiérarchisé. Les sources présentent-elles alors des régimes très tamponnés. De même si la couverture est trop importante, la totalité de l'écoulement se fait sur ces niveaux imperméables et il n'y a aucune possibilité d'infiltration donc d'alimentation des calcaires sous-jacents. Il existe donc deux seuils, dans l'épaisseur de la couverture argilo-sableuse, l'un en deçà duquel la karstification n'existe pas (ou plus) et l'autre au-delà duquel cette même karstification n'est pas encore possible. Les observations menées sur différents karsts de Lorraine (GAMEZ, 1992) et du Barrois (JAILLET et GAMEZ, 1995) montrent qu'une épaisseur de 1 à 2 m au minimum et de 20 à 30 m au maximum offre toutes les garanties d'une dynamique d'infiltration propre à générer une karstification active sous couverture. Ces deux épaisseurs nous permettent, dans un contexte de pendage généralisé vers l'Ouest, de circonscrire l'espace de karstification active, à une bande d'orientation subméridienne et large de 10 à 30 km d'Est en Ouest.

II - Recul de couverture et front de karstification Cette localisation précise des éléments du karst actif est un point important que l'on retrouve à plusieurs échelles d'observations : celle de l'alignement de pertes, comme celle du plateau dans son ensemble. 1 - La migration des pertes : une auto-capture locale Les ruissellements de surface, alimentés en partie par les nappes perchées de la couverture, s'écoulent sur les versants de celle-ci jusqu'à rejoindre la table calcaire sous-jacente. A la faveur d'une fissure, ou d'un système de fissures, l'eau s'infiltre sous terre et le processus de karstification amorce alors son œuvre. Ce point d'absorption devient de fait le " niveau de base " d'un bassin versant entièrement taillé dans la couverture. Les insolubles, mobilisés à chaque épisode pluvieux, rejoignent cette perte, la couverture est en cours de digestion. L'incision linéaire affectant ces terrains meubles permet alors d'atteindre plus en amont la dalle calcaire (fig. 2). Une nouvelle fissure est sollicitée. Elle deviendra la future doline-perte. La perte active, outre les apports alluviaux, reçoit de plus en plus d'apports latéraux des flancs de sa doline qui, par mouvement de masse, ne cesse de s'agrandir (fig. 4). Peu à peu, les écoulements vont passer de l'une à l'autre des pertes. Le processus continue alors sa course vers l'amont, où recul du front de couverture et avancée du front de karstification sont concomitants. Sous couvert de cette évolution linéaire générale simplifiée, se cache une organisation de détail plus complexe. Effectivement, le gel et ses actions sur les versants argilo-sableux, la saisonnalité de la végétation omniprésente, l'apport hydrologique directement lié aux précipitations rendent le fonctionnement de ces pertes beaucoup plus saccadé (fig. 6). De fait il arrive qu'une perte active s'obstrue, que son calibre soit insuffisant. Ce peut être alors une perte plus à l'aval qui va absorber le surplus de flux. Relictuelle, elle se retrouve réactivée pour un temps limité (JAILLET et GAMEZ, 1995).

	Figure 3 : Action de la couverture argilo-sableuse sur l'activité des pertes. Action of overlying beds action on swallow holes activity.

A partir de ce schéma, il est alors possible de déterminer une typologie longitudinale des pertes et l'action de la couverture argilo-sableuse sur l'activité de celle-ci. (fig. 3) : 1 : perte héritée, totalement inactive 2 : perte relictuelle, fonctionnement épisodique 3 : perte active, fonctionnement en cours 4 : perte future, en préparation. C'est l'action de la couverture sur ces pertes qui conditionne la filiation et le passage de l'une à l'autre de ces structures d'absorption. La perte échange une dynamique avec la couverture : elle contribue à soutirer ses argiles et ses sables, mais ceux-ci contribuent dans certains cas à l'obstruer. Des boucles de rétroaction positives et négatives peuvent donc être mises en évidence (fig. 3), boucles qui montrent comment l'activité de la perte, ébauchée, va peu à peu supplanter l'activité de la perte active, amenée, à mourir.

	Figure 4 : Les versants des dolines du Barrois se développent dans les argiles du Crétacé. Sides of Barrois's sinkholes are established in Cretaceous clay.

2 - Capture et modification de bassin hydrogéologique Le recul de couverture induit donc une avancée du front de karstification. Il s'agit d'auto-captures locales modifiant la dynamique de l'infiltration, mais n'engendrant pas de réorganisation profonde dans la structuration des drains. Cependant, si le recul s'intensifie, il se peut que sous certaines conditions, les écoulements souterrains soient amenés à opter pour une autre voie. Il s'agit d'une capture, à l'échelle d'un massif, modifiant irrémédiablement la taille des bassins hydrogéologiques des différents systèmes karstiques concernés. Plusieurs exemples dans le Barrois montrent de tels phénomènes, à différents stades de maturité (à venir, en cours, réalisés). Ainsi, la capture de la tête du vallon de la " Maison Blanche " en forêt de Trois Fontaines par le système du Rupt du Puits est-il un exemple particulièrement éloquent (fig. 5). Dans un premier temps, à la faveur d'une couverture omniprésente, la totalité des écoulements filait vers l'ouest et le bassin de la Marne. Le décapage de cette couverture permet par la suite d'amorcer une première série de pertes, alimentant probablement la fontaine Bouillonnante ou un exutoire perché. Il est possible que dès ce moment là, une partie des écoulements filait vers la Saulx, préparant la voie à une capture déjà amorcée. Le recul de la couverture et l'abaissement du niveau de base, ont conduit à la capture de la totalité des écoulements du vallon de la " Maison Blanche " au profit de la Saulx et au détriment de la Marne. Paradoxalement, cette capture menée à son terme, le fut au prix d'une réduction importante du bassin d'alimentation du vallon de la " Maison Blanche ".
	Figure 5 : Capture et modifications des écoulements souterrains par recul de couverture. Piracy and flow change with retreat of overlying beds.

Le principe de recul de couverture modifie donc de manière irrémédiable la dynamique des écoulements de surface, mais aussi souterrains. Des captures peuvent changer sous terre l'orientation, mais aussi l'abondance des écoulements y transitant.

	Figure 6 : Cette coulée boueuse a obstrué la perte de la grotte des Chasseurs (janvier 1994). This mud flow blocked the swallow hole of the " grotte des Chasseurs " (january 1994).

3 - Le recul de couverture à l'échelle du plateau L'adéquation entre recul de couverture et front de karstification a pu être démontrée à l'échelle de l'alignement de dolines et du phénomène de recul de perte. Cette même adéquation semble fonctionner à l'échelle d'une structure géologique plus vaste : la couverture crétacée dans son ensemble. La karstification ne s'étudie plus alors au niveau des pertes ou des dolines, mais au niveau des drains majeurs et des systèmes karstiques dans leur totalité. Dans le Barrois, le recul des limites de l'auréole crétacée a ainsi pu être enregistré dans l'étagement des drains karstiques (fig. 7). Cette description du phénomène se fera donc d'est en ouest, en s'enfonçant de plus en plus sous la couverture, en décrivant les systèmes karstiques émergeant dans les vallées de l'Ornain, de la Saulx et de la Marne. Notons que ces trois vallées confluent quelques kilomètres après la coupe (fig. 7), et possèdent donc le même niveau de base. La vallée de l'Ornain entaille toute la masse calcaire du Portlandien et les assises supérieures du Kimméridgien. Les plateaux qui l'entourent ne recèlent que quelques lambeaux de placage valanginien. En rive gauche, le karst de la Haie Cabuche présente deux paléo-drains perchés à + 30 m, par rapport au niveau de base actuel. Notons qu'en vis-à-vis, la terrasse alluviale de Laimont (+ 30 m) présente une faune attribuée à l'Eemien (GUILLAUME Ch., 1982). Les replats fluviatiles + 30 m sont assez bien représentés dans le Barrois, mais peu ont livré les éléments réels d'une terrasse alluviale.

	Figure 7 : Migration du front de couverture et du front de karstification vers l'ouest sur l'ensemble du plateau du Barrois, enregistrée par l'étagement des paléo-drains souterrains. Overlying beds front migration and karst front migration to the West on the Barrois plateau, reccorded by underground drainage stepped.

Les écoulements actuels de la Haie Cabuche rejoignent ensuite les niveaux de sources calés sur les niveaux de base actuels (traçages GEO KARST, 1997). La vallée de la Saulx se situe plus à l'Ouest. L'interfluve Saulx-Ornain ne présente que peu de restes de couverture (placages précédemment cités), tandis que la rive gauche (interfluve Saulx-Marne) accuse une couverture de 5 à 30 m d'épaisseur. Si la rive droite offre quelques émergences en pied de versant (rien n'est connu spéléologiquement), la rive gauche est le siège d'une karstification très active. On y rencontre notamment le système souterrain du Rupt du Puits (21 km) et son niveau de galeries perchées à + 15 m. Ce niveau n'a pas encore été daté. Néanmoins, il semble raisonnable de penser qu'il est plus récent que les niveaux + 30 m précédemment cités. Le niveau des émergences de tous ces systèmes est calé sur le niveau de base actuel. La vallée de la Marne offre plusieurs systèmes souterrains de pénétration spéléologique hétérogène, mais sans paléo-drains perchés connus. La couverture est beaucoup plus épaisse, notamment en rive gauche. Tout semble indiquer que le karst qui s'y développe est plus jeune. A travers ces trois vallées, et les systèmes karstiques associés, il apparaît donc que les drains les plus anciens se situent à l'est, tandis que les plus récents se situent vers l'ouest.


Figure 8 : Fonctionnement et progression du système Recul de Couverture / Front de Karstification dans un karst sous couverture. Operation and progression of the RC / FK system (overlying beds retreat and karstification front progression) in a covered karst.

Conclusion : une progression synchrone des deux fronts. Front de karstification et recul du front de couverture semblent bien être inféodés l'un à l'autre dans les karsts couverts de bas plateaux de Lorraine, et du Barrois en particulier. C'est un système interactif qui fonctionne dans les limites précises de deux épaisseurs-seuils de couverture (1 à 2 m au minimum, 20 à 30 m au maximum). L'association symbiotique RC / FK (Recul de Couverture / Front de Karstification) progresse ainsi dans ces marges, sous la couverture, et évolue au gré de la digestion de cette même couverture par le karst lui-même (fig. 8). C'est dire qu'une fois lancé, si le moteur (gradient hydraulique et apports hydriques) n'est pas perturbé, la boucle de rétroaction positive de ce système maintient sa progression en faveur de la karstification et au détriment de la couverture. Il y a transformation d'un transfert à dominante verticale (l'infiltration) en un transfert à dominante horizontale (la progression des deux fronts de recul et de karstification). Le système RC / FK est l'opérateur de cette transformation. Les observations menées sur le plateau du Barrois montrent en outre une invariance d'échelle dans le fonctionnement de ce système. Il a ainsi pu être reconnu au niveau de l'alignement et du recul des pertes, au niveau de l'organisation des écoulements à l'échelle d'un massif et enfin au niveau d'une formation géologique toute entière : l'auréole crétacée du Bassin Parisien et sa dynamique de recul. Les perspectives de recherches de ce processus, qu'il serait bon de reconnaître sur d'autres types de karsts couverts, sont importantes : - Etude plus fine, à toute échelle, de la dynamique de recul des couvertures non carbonatées, - Enregistrement endokarstique, longitudinal, de la disparition progressive des différents éléments de ces couvertures, - Calage temporel (datations absolues, …) de cet enregistrement spatial par les méthodes modernes d'études des remplissages endokarstiques. - Réflexion sur le fonctionnement des karsts dont les couvertures ont disparu.

Références GAMEZ P. 1992 - Hydrologie et karstologie du bassin du Loison (Lorraine septentrionale). Thèse, Mosella t.XXI, université de Metz, CEGUM. 397 p. GEO KARST 1997 - Campagne de traçage dans le Barrois et le Perthois. Rapport tranche 1. Juillet 97. Secteur Fains-les-Sources. Contrat Conseil général de la Meuse, 29 p. GUILLAUME Ch. 1982 - Stations de surface du Paléolithique inférieur et moyen de Lorraine. Bull de l'Assoc. Fr. pour l'Etude du Quaternaire, n°2 et 3, p. 135-146. JAILLET S. et GAMEZ P. 1995 - Observations morphologiques sur le géosystème karstique du Rupt du Puits. Karstologia n°26, F.F.S, A.F.K. Bordeaux. p. 27-38. NICOD J. 1994 - Plateaux karstiques sous couverture en France, d'après des travaux récents. Caractères géomorphologiques et problèmes d'environnement. Annales de géographie n°576, p. 170-194. PELLEGRIN J.C. 1997 - Un exemple de cryptokarst en région tempérée : Le karst de Casteljaloux (Lot-et-Garonne). Géomorphologie - Hydrochimie. Thèse de doctorat de Géographie Physique. Université Michel de Montaigne Bordeaux 3. 247 p.