Sources vauclusiennes et fantômes de roche

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L’origine des sources karstiques vauclusiennes a été étudiée par de nombreux auteurs, et deux modèles explicatifs sont aujourd’hui souvent avancés : le karst barré et les oscillations eustatiques. Dans ce dernier cas, la régression messinienne est parfois invoquée afin d’expliquer ce type d’émergence, dont l’holotype est la fontaine de Vaucluse, tributaire de la Méditerranée. Mais ce facteur géologique régional ne peut guère s’appliquer à tous les cas de figure, notamment ceux dont le niveau de base n’a jamais été beaucoup plus bas que l’actuelle surface topographique, comme par exemple l’émergence de la Touvre près d’Angoulême. Nous défendons ici la thèse d’une karstification profonde au sein d’un aquifère saturé, générée sous forme de fantômisation grâce à l’établissement de cellules de convection thermique au sein de l’aquifère, dont le moteur énergétique est activé par la différence de températures entre le mur et le toit de cet aquifère. L’exemple de l’aquifère géothermique du Hainaut, en Belgique, est présenté. Un modèle thermo-hydrodynamique de cellules de convection est proposé sur base de la géologie régionale, de l’hydrogéologie et de trois paramètres (perméabilité de départ, puissance de l’aquifère et données thermométriques). Ce mécanisme apparaît comme le seul à pouvoir expliquer la karstification profonde de cet aquifère en «cul-de-sac». Le système karstique de la Touvre est ensuite décrit. La fantômisation de ce karst ayant été pleinement établie et replacée dans l’évolution géologique régionale, il apparaît que la spéléogenèse proprement dite provient de l’érosion de l’altérite résiduelle à la fois par érosion régressive à partir de l’émergence vue la concentration des écoulements et par tassement de cette altérite à cause des fluctuations de la surface piézométrique, dont le processus a pu être reconnu dans la grotte de La Fuie. La prise en compte de certains paramètres (puissance de la série karstifiable, histoire géologique régionale, dimension du bassin d’alimentation, tectonique en distension, exutoire unique) invite à repenser le modèle de fantômisation à partir de la formation de boucles de convection thermo-hydrodynamique. Enfin, nous confrontons ce modèle karstogénique au système karstique de la fontaine de Vaucluse. Les récentes découvertes de fantômes de roche sur le plateau d’Albion, la géométrie des conduits et la présence de cavités hypogènes conduisent à concevoir une karstogenèse par fantômisation à partir de la mise en place de cellules de convection thermique profondes dans la zone saturée, bien avant la crise messinienne. Les débits d’étiage et l’ancienneté d’une partie des eaux restituées conduisent à repenser le fonctionnement du réservoir, dont les conduits sont probablement toujours garnis de leur altérite résiduelle.

Vauclusian springs and ghostrock karstification. The Vauclusian springs generally constitute the outlet end of a deep bathyphreatic system as a saturated karstified aquifer. Many researchers have tried to resolve the problem of their genesis. Although their origin has been long debated, two explicative models are nowadays often advanced : the confined or semi-confined type karst model and eustatic oscillations model. In the latter case, the Messinian regression is often mentioned to explain this type of emergence, whose holotype is La Fontaine de Vaucluse (south France), which depends on the Mediterranean Basin. But this regional geological factor cannot be applied to all types of artesian springs, especially those whose base level has never been much lower than the current topographic surface, such as the Touvre springs (Angoulême, SW France). We defend in this paper a deep karstification within a saturated aquifer, generated by ghost-rock process through the development of thermal convection cells. The energetic motor of the convection flow is the difference of temperatures between the bottom and the top of the aquifer, associated with a very weak hydrodynamical potential context, and probably with an important biochemical contribution (bacteria). The weathering generated separates the bedrock in two phases : the liquid phase with the dissolved ions and colloids and a crumbly solid phase : the residual alterite. This last includes the insoluble matters like the clay minerals, the quartz, but also the sparitic part of the limestone like fossils and mineralized joints. Residual alterite is characterized by a very high porosity and permeability. This ghostrock karstification happens during a biostasy period. When a rupture in the environment like an upliftwith the apparition of a hydrodynamical potential appears, the potential energy gives the possibility to the underground waters to erode mechanically the residual alterite. The example of the Hainaut geothermal aquifer (Mons basin, Belgium) is presented. Geothermal water comes to the surface from 2.500 m deep in the karstified limestones and anhydrite, recognized by the borehole of Saint-Ghislain. A thermo-hydrodynamic model of convection cells is proposed based on regional geology, hydrogeology and three parameters (initial permeability, aquifer power and thermometric data). This mechanism appears to be the only one that can explain the deep karstification of this semi-confined aquifer. The karst system of the Touvre springs (SW France) is then described. The observation of several residual alterites recognized in many quarries and caves allowed reconstructing the ghost-rock karstification phases in the regional geological evolution. It appears that the speleogenesis comes from the erosion of the residual alterite both by regressive erosion from the emergence and by subsidence of this alterite due to fluctuations of the water-table level. The latter process has been recognized in the La Fuie cave. The hydrodynamics of the outlet presents non karstic behavior. We consider that the ghost-rocks with their residual alterite play the role of capacitive subsystems. The weakness of the erosion of this alterite is due to the little potential between input and output zones. This erosion happens essentially at the emergence by concentration of the flows. Finally, we apply this karstogenic model to the karst system of La Fontaine de Vaucluse (SE France). Recent discoveries of ghost-rocks on the Albion plateau, and the presence of hypogene caves allow us to consider a ghost-rock karstogenesis generated by deep thermal convection cells in the saturated zone, before the Messinian crisis. The differences between the two systems result from their particular geological evolutions. The caves of La Rochefoucauld karst are yet filled by their residual alterite, because of the weakness of the hydrodynamic potential. The uplift of the Vaucluse karst and the episode of the Messinian regression have provoked the apparition of a much more important potential, which has eroded the residual alterite in association with the speleogenesis of many vertical caves.