UN KARST COUVERT DE BAS-PLATEAU :
LE BAROIS
(Lorraine / Champagne, France)
Structure - Fonctionnement - Évolution
Stéphane JAILLETUniversité Michel de Montaigne - Bordeaux 3
JURY : Jeannine CORBONNOIS : Professeur à l'Université de Metz (rapporteur)
Jean-Jacques DELANNOY : Professeur à l'Université de Savoie (rapporteur)
Jacques MUDRY : Professeur à l'Université de Besançon (examinateur)
Joël RODET : Directeur de recherche au CNRS de Rouen (examinateur)
Jean-Noël SALOMON : Professeur à l'Université de Bordeaux 3 (directeur)
André WEISROCK : Professeur à l'Université de Nancy 2 (président)
Soutenance publique de thèse de doctorat
vendredi 8 décembre 2000 à 14 h 00
Aux marges de la Lorraine et de la Champagne, au contact des plateaux calcaires jurassiques et de la plaine argilo-sableuse crétacée se développe le karst du Barrois, un géosystème naturel en interaction permanente avec son environnement. L'objectif de cette thèse est l'étude de ce géosystème dans son contexte environnemental montrant notamment l'intérêt du karst comme enregistreur des paléo-paysages. La thèse est découpée en 11 chapitres se répartissant comme suit : - un chapitre d'introduction, - trois chapitres pour le livre I, - trois chapitres pour le livre II - trois chapitres pour le livre III - et un chapitre de conclusion
INTRODUCTION :Le chapitre 1 (Pour une approche systémique d'un karst sous couverture : le Barrois) est un chapitre d'introduction qui situe la problématique des karsts sous couverture à l'échelle mondiale et française. Le Barrois, un bas-plateau calcaire de la France de l'Est est un terrain d'étude pertinent pour l'étude de ce type de karst. Il est replacé dans le cadre d'une approche systémique adapté à l'étude des géosystèmes naturels.
LIVRE I :
APPROCHE STRUCTURELLE : LES ELEMENTS DU SYSTEME KARSTIQUELa structure du système est marquée par un étagement des horizons karstiques et une mobilité des formes (recul de pertes et de puits, réorganisation des réseaux souterrains) en étroite liaison avec l'épaisseur, la nature et la localisation du front d'une couverture non-carbonatée. Ces structures évolutives, exo et endokarstiques, impliquent aujourd'hui la coexistence de structures émergeantes, fonctionnelles (actives), relictuelles (semi-actives) et héritées (inactives) traduisant une adaptabilité constante du système aux modifications des conditions externes.
Le chapitre 2 (Organisation de l'exokarst : une dynamique de recul marquée par les héritages et les contacts) est un chapitre traitant des morphologies karstiques de surfaces et du rôle de la couverture non carbonatée dans la localisation des ces phénomènes. Il a été montré que ces derniers se localisaient au contact de cette couverture lorsque celle-ci est comprise entre deux épaisseurs-seuils : 1/2 m minimum et 20/30 m maximum. Avec un pendage généralisé de quelques degrés vers l'ouest, ces épaisseurs limitent la karstification active à une bande sur-méridienne de 10 à 30 km de large. La dynamique de recul affectant la zone d'introduction des eaux occasionne un recul généralisé des structures exokarstiques accompagnant la digestion de la couverture par le karst.
Le chapitre 3 (Structure et organisation de la zone de transit vertical : une zone de puits à drainage rapide marquée par la dynamique de recul) traite particulièrement de la zone des puits. Comme pour les structures exokarstiques, les puits, drains verticaux d'infiltration rapide, sont marqués par une dynamique de recul liée au démantèlement de la couverture sus-jacente. Les ravins de versants de vallée (exemple du canyon du Pas St. Martin) sont étudiés en tant que structures verticales non karstiques assurant le transit d'une partie des écoulements de surface vers les fonds de vallée.
Le chapitre 4 (Structure et organisation de la zone de transit horizontal : des rivières souterraines et des drains karstiques marqués par les captures et les auto-captures) est un chapitre qui traite de la structuration spatiale des drains horizontaux du karst. Le système karstique du Rupt du Puits s'est révélé être un réseau souterrain où les réorganisations du drainage souterrain sont permanentes. Plusieurs captures y ont été relevées et la capture active du drain parallèle des Meilleurs y est abordée sous l'angle d'une étude croisant des informations morphologiques et hydrologiques. Un schéma évolutif du réseau est proposé.
A bien des égards, la structure du karst est riche est complexe. Sur tous les horizons et à toute échelle du karst, il a été reconnu la coexistence de structures héritées, relictuelles, actives et émergeantes, qui sont l'expression d'une évolution dynamique intégrant la variabilité des fonctionnements hydrologiques.
Localisation des trois jalons karstiques majeurs (Poissons, Cousance et Rupt-du-Puits) de la traversée du Barrois en fonction de leur position par rapport à l'ancienne extension de la couverture crétacée et par rapport à son extension actuelle. L'ancienne extension (adaptée de Le Roux, 2000) correspond à une limite minimale ne tenant pas compte des modifications d'ordre tectonique, ni d'une composante d'ablation généralisée que nous avons pu, à partir du site de Poissons, évaluer à une cinquantaine de mètres. Dans cette occurrence, la limite est à décaler vers l'est de 2 à 6 km selon la valeur du pendage local
LIVRE II :
APPROCHE FONCTIONNELLE : LES CARACTERES DU SYSTEME KARSTIQUELe fonctionnement du système se traduit par une dualité de l'infiltration et un écoulement souterrain rapide et concentré. Les dépôts argilo-sableux de couverture constituent un aquifère perché, véritable compresse humide qui étale le flux hydrique annuel et concentrent les écoulements lors des fortes averses vers le point bas des bassins de surface : les pertes. Les crues du système sont un élément majeur d'une morphogenèse active marquée par des transports solides et dissous très importants.
Le chapitre 5 (Limites des aquifères et bassins d'alimentation des karsts : les traçages, une méthode pour limiter les systèmes) présente les 43 opérations de traçage réalisées dans le cadre de ce travail. Ces opérations complètent et corrigent les opérations réalisées auparavant et permettent de proposer une nouvelle synthèse cohérente. Il apparaît que l'organisation spatiale des systèmes karstiques est en accord avec les conditions morphostructurales de chaque bassin (structure synclinale, fenêtre hydrogéologique, karst barré…).
Le chapitre 6 (Fonctionnements hydrologiques des systèmes karstiques : pour une étude hydrologique des systèmes karstiques du Rupt du Puits et de Rupt aux Nonains) cherche à comparer les fonctionnements de deux systèmes de prime abord antagoniste : le vaste système de Rupt aux Nonains, étroitement lié à la rivière Saulx qu'il draine et alimente et le système du Rupt du Puits, un bassin d'investigation souterrain de 13 km², très bien cerné où 21 km de conduits souterrains ont été reconnus. Sur ce dernier système, une étude croisée (méthode des plaquettes et calcul de la dissolution spécifique) permet de montrer que 25 % de l'érosion a lieu dans des périodes de crue qui ne représentent que 2 % des situations hydrologiques.
Le chapitre 7 (Les crues des karsts couverts : un fonctionnement de crise des systèmes karstiques) traite particulièrement des crues souterraines du Rupt du Puits, de leurs fonctionnements particuliers, liés à la couverture et de leur impact sur la morphogenèse souterraine. Certains spéléothèmes, des stalagmites de terrasses argileuses, sont susceptibles d'enregistrer les mises en charge que connaissent temporairement certains secteurs du réseau souterrain. Ces enregistreurs de séquence de paléo-crues sont les marqueurs d'une période de fonctionnement relictuel qu'il sera bon de rattacher à l'évolution du système.
Ainsi à travers le fonctionnement hydrodynamique des systèmes karstiques (comportement moyen, comportement de crue), il est possible de saisir la dynamique de l'évolution des systèmes sur la période actuelle. Structure et fonctionnement du système karstique sont ensuite complété par une étude de l'évolution.
Représentation en coupe (interfluve Saulx-Marne) de l'incision de la Marne, du recul de la côte des Bars, du démantèlement de le couverture crétacée, de l'exhumation de la masse calcaire et de la migration des systèmes karstiques du Barrois.
LIVRE III :
APPROCHE TEMPORELLE : LES TEMPS DU SYSTEME KARSTIQUEL'évolution du système montre que le recul des couvertures non-carbonatées, l'incision des vallées et la karstification des masses calcaires sont les trois modes d'une même évolution qui conduit à l'exhumation des plateaux calcaires. L'incision du réseau hydrographique et le décapage des couvertures sont jalonnés par des paléo-systèmes karstiques qui sont les marqueurs des paléo-niveaux de base régionaux et des paléo-extensions du front de couverture.
Le chapitre 8 (Le temps long : paléo-surfaces et paléo-karsts du Barrois, les paléo-karsts, marqueurs de l'évolution géologique en zone continentale) est un chapitre consacré aux anciennes structures karstiques du Barrois. Les poches ferrugineuses d'Aulnois en Perthois sont des formes cryptokarstiques de fantômisation ayant évolué sous couverture. Le karst de Trampot et le karst de Poissons sont d'anciennes structures marquant un niveau de base élevé et une ancienne extension des couvertures non carbonatées.
Le chapitre 9 (Le temps moyen : Captures et réorganisations des réseaux hydrographiques, les karsts, marqueurs de l'évolution des reliefs : enfoncement des vallées, recul de couverture et karstification) traite des relations unissant les karsts et l'incision du réseau hydrographique Marne / Saulx / Ornain essentiellement au cours du Quaternaire. L'étude des méandres encaissés de la vallée de la Saulx et de son remblaiement alluvial s'inscrit dans cette dynamique d'enfoncement des rivières suite à la capture du système Saulx / Ornain par la Marne. Les défluviations karstiques actuelles sont les prémices des captures de demain soulignant le rôle actif du karst dans l'évolution de ce réseau hydrographique. Le karst de la Cousance, affluent de rive droite de la Marne a enregistré certains stades du creusement de cette rivière qui devait se situer au plus 15 m au-dessus de son niveau de base au cours du stade isotopique 5.
Le chapitre 10 (Le temps court : interactions milieux et sociétés en pays karstique, contraintes potentialités et enregistrement des relations Hommes / Karst) s'attache à replacer l'évolution du système karstique dans le temps des Hommes. A travers l'usage des ressources naturelles du Barrois (minerai de fer, pierre, eau…), le karst apparaît comme un élément mineur, mais structurant de la société. Selon les époques, les ressources et les lieux, le karst est perçu tantôt comme une contrainte, tantôt comme une potentialité et peut basculer rapidement de l'un à l'autre de ces extrêmes. Acteur occulte et discret, le karst n'en reste pas moins une composante indéniable du paysage du Barrois.
Du temps géologique au temps des Hommes, le karst est un acteur structurant paysage et organisant l'espace. Il est aussi un formidable enregistreur des paléo-conditions environnementales à toutes échelles de temps et d'espaces.
CONCLUSION :
Le chapitre 11 (Évolution, recul de couverture, incision des vallées et karstification d'un plateau calcaire de Lorraine : le Barrois) est un chapitre de conclusion générale qui fait le point sur le rôle des couvertures dans la structure, le fonctionnement et l'évolution du système karstique à l'échelle du Barrois. Une évolution géomorphologique de la région est proposée en liaison avec l'enregistrement que constituent les structures et paléo-structures karstiques.
Ces éléments conduisent à s'interroger sur les relations entre spatial et temporel dans l'édification et l'évolution des structures karstiques et sur le rôle des couvertures non-carbonatées dans cette évolution. L'ensemble montre toute la pertinence de l'outil karst dans les reconstitutions paléo-paysagères.
Page d'accueil
Home page
