Yves QUINIF, Jean-Marc BAELE, Caroline DUBOIS, Cécile HAVRON, Olivier KAUFMANN & Anne VERGARI

Fantômisation : un nouveau paradigme entre la théorie des deux phases de Davis et la théorie de la biorhexistasie d’Erhart

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Résumé

Le concept traditionnel de la karstification fait intervenir le passage des composés chimiques constituant la phase solide (la roche mère) dans la phase liquide, tous ces éléments, après attaque chimique, étant pris en charge par le flux d’eau. Nous appelons ce paradigme la karstification par enlèvement total. A partir d’un joint (plan de stratification, diaclase, joint tectonique, faille), le flux d’eau dissout les épontes et élargit le joint. Un flux d’eau de plus en plus important circule par ce joint en voie d’ouverture et accentue le phénomène par rétroaction positive. Avec le temps, le flux d’eau entre zone d’alimentation et zone de sortie s’organise et un système karstique se structure. On peut également considérer l’évolution des vides souterrains du point de vue de l’altérologie. Lors d’une première phase, le solide initial (la roche mère) se sépare en une phase soluble exportée et une phase solide résiduelle : le « fantôme de roche ». La phase liquide emporte les solutés et le solide résiduel reste sur place sous forme d’altérite résiduelle. Cette situation se déroule lorsque l’énergie potentielle est faible, le flux d’eau étant incapable d’emporter l’altérite résiduelle. Seuls les éléments dissous quittent le système. Cette situation correspond à la phase de biostasie dans le concept de la théorie de la biorhexistasie d’Erhart. Quand une énergie potentielle apparaît ensuite au cours de l’évolution géologique (surrection, régression eustatique, modification de l’aménagement du sol), l’altérite résiduelle peut être érodée et une grotte spéléologique se forme. Cet épisode correspond à une phase de rhexistasie. Dans ce concept, la spéléogenèse s.s. (formation d’une cavité pénétrable à l’homme) est la seconde phase qui suit la formation du fantôme de roche. Ce nouveau paradigme peut être comparé à la théorie en deux phase de Davis, mais ici la phase phréatique ne crée pas de vide macroscopique : le fantôme de roche est une nouvelle phase avec une grande porosité, localisée suivant les volumes présentant à l’origine la plus grande perméabilité initiale. La géométrie du réseau de fantômes de roche dépend essentiellement des contraintes tectoniques durant la phase d’altération, ou de la distribution initiale des zones suffisamment perméables. L’érosion mécanique de l’altérite résiduelle crée des grottes spéléologiques qui suivent une autre organisation spatiale que celles dues à la karstification par enlèvement total.

Abstract

Ghost-karstification theory: a new paradigm between Davis’ two phases’ theory and Erhart’s biorhexistasy theory. The traditional concept of karstification is the result of the transition of chemical compounds from the solid phase to a liquid phase. Dissolved elements and insoluble parts are carried by the water flows. We called this paradigm the karstification by total removal. Through a joint (bedding plane, tectonic joint, fault), the water dissolves the walls of the joint and widens it. A more and more important water flow circulates through the joints which broaden more and more. Over time, the water flows construct a structured underground river system (karstic system). We also consider the evolution of the underground voids from the general point of view of weathering. In a first stage, the initial solid phase (the bed-rock) is separated into a liquid phase and a residual solid phase which is the “ghost-rock”. The liquid phase takes away the soluble ions and colloids and the residual solid remains in place like a residual alterite. This is the situation when the potential energy is nearly zero implying a low fluid flow. Only the dissolved elements go out of the system. This situation corresponds to the biostasy stage in the concept of the Erhart’s biorhexistasy theory. The residual solid phase can be removed when the potential energy grows during the geological evolution (tectonic surrection, eustatic regression, modification of the soils management) and a cave appears. This corresponds to the rhexistasy stage in the Erhart’s biorhexistasy theory. In this context, the speleogenesis is the second stage preceded by the in-situ weathering and the development of a ghost-rock. This new paradigm can be compared to the two phase’s theory of Davis, but here, the first phreatic phase doesn’t create macroscopic voids: the ghost-rock is a new phase with a high porosity, located along the areas which present a higher permeability in the initial state. The geometry of the ghost-rock network essentially depends of the tectonic constraints during weathering or of the available volumes with sufficient initial permeability. Mechanical erosion of the residual alterite creates caves following a different spatial organization than that obtained by the total removal karstification.

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