“Les reliefs karstiques sont de vrais gruyères !” Cette comparaison peut surprendre, mais elle est loin d’être anodine. En effet, comme le célèbre fromage percé de trous, les massifs karstiques abritent un vaste réseau souterrain composé de cavités, de grottes et d’autres concrétions, très prisées des spéléologues. Leur genèse s’étale sur des milliers, voire des millions d’années, sous l’effet d’un processus géologique lent mais puissant. Les karts ne se développent que dans des massifs composés de roches carbonatées, essentiellement calcaires. Leur formation résulte d’un lent processus de dissolution de la roche par l’eau : c’est ce que l’on appelle l’érosion karstique. Parmi les structures les plus emblématiques, on trouve les stalactites, stalagmites, dolines, lapiaz, puits naturels, poljés ou encore résurgences. On retrouve ces modelés karstiques aux quatre coins du globe, depuis les Grands Causses en France jusqu’aux karsts tropicaux d’Asie du Sud-Est. Alors, comment se forment exactement le karst ? Quelles sont les étapes de ce processus géologique ? Quelles sont les formes les plus courantes et les plus insolites de ce type de relief karstique ? Partons à la découverte de ce géopatrimoine fascinant façonné par l’eau, le temps et la roche.
Différence entre reliefs calcaires et reliefs karstiques : lithologie et géomorphologie
Pour simplifier, le terme calcaire est couramment utilisé pour désigner l’ensemble des roches carbonatées, le calcaire étant la plus répandue. Cependant, d’autres types de roches carbonatées existent, comme la dolomie, le gypse ou la craie.
Lorsque l’on parle d’un relief ou d’un massif calcaire, on fait référence à la lithologie du massif, c’est-à-dire à la nature des roches qui le constituent. En revanche, un relief karstique ou karst désigne une forme géologique particulière, modelée par un phénomène d’érosion chimique spécifique : la dissolution des roches carbonatées par l’eau. Par définition, un karst se développe uniquement dans un massif calcaire. Ainsi, tout relief karstique est nécessairement un relief calcaire, mais tous les massifs calcaires ne présentent pas un relief karstique.
Processus de formation du calcaire et typologie
Le calcaire est une roche sédimentaire, ce qui signifie qu’il se forme par l’accumulation progressive de sédiments au fil du temps. Il est principalement composé d’ions carbonate (CaCO₃) et appartient à la famille des roches carbonatées.
Plusieurs types de calcaire existent, leur classification dépendant des conditions et processus de formation. Le type le plus répandu est le calcaire biogène (également appelé calcaire bioconstruit), qui résulte de l’accumulation et de la sédimentation des restes d’organismes marins ou lacustres possédant une coquille ou un squelette calcaire, tels que les coraux, coquillages ou algues.
Les organismes marins et lacustres utilisent l’ion hydrogénocarbonate (HCO₃⁻), naturellement présent dans l’eau, comme matière première pour former du carbonate de calcium (CaCO₃). Ce composé est essentiel à la construction de leur coquille ou squelette calcaire (Figure 1 et Figure 2). Ce processus biologique est à l’origine de la formation des calcaires biogènes, qui constituent la majeure partie des formations calcaires sur Terre.
Une fois ces organismes morts, leurs restes s’accumulent progressivement sur le fond des océans, des mers ou des lacs. Ces sédiments, essentiellement constitués de carbonate de calcium, sont enfouis sous de nouvelles couches au fil du temps. Ce processus de compaction et de cimentation progressive des sédiments est appelé diagénèse. Il s’étale sur plusieurs millions d’années et conduit à la formation d’une roche sédimentaire carbonatée, autrement dit du calcaire.
Grâce à la tectonique des plaques, ces couches de roches sédimentaires, initialement déposées en profondeur, peuvent être exhumées (remontées en surface) sous l’effet de forces géologiques. C’est ainsi que se forment les massifs calcaires visibles aujourd’hui. Ces formations sont souvent qualifiées de véritables cimetières fossilisés, tant elles sont riches en coquilles fossiles et en restes d’organismes anciens (Figure 3). La matrice qui lie ces fossiles est généralement constituée d’une boue carbonatée compactée au cours de la diagénèse.
roches carbonatées tel que le calcaire, qui se retrouvent dans les coquilles et squelettes des organismes marins et lacustres. Crédit photo : Crédit photo : Chloé Valenti, Tous droits réservés
A noter qu’il existe également deux autres types de calcaire :
- Le calcaire chimique se forme par la précipitation et la sédimentation d’éléments carbonatés microscopiques directement issus de l’eau, sans intervention biologique.
- Le calcaire détritique résulte de l’accumulation de fragments minéraux issus de l’érosion et de la désagrégation de roches calcaires préexistantes
Contrairement au calcaire biogène, ni le calcaire chimique ni le calcaire détritique ne contiennent de fossiles, ce qui signifie qu’ils ne sont pas d’origine biologique.
Ces différents types de calcaire témoignent de l’extraordinaire diversité des environnements de dépôt et des processus géologiques qui ont façonné la lithosphère carbonatée de notre planète.
Reliefs karstiques en France et dans le monde : où trouver des massifs calcaires ?
Les reliefs calcaires sont très répandus aussi bien en France que dans le reste du monde, car les roches carbonatées représentent une part majeure des roches sédimentaires présentes à la surface du globe. À l’échelle planétaire, elles constituent environ 50 % des roches sédimentaires, elles-mêmes issues de la sédimentation et de l’accumulation de particules d’origine diverse.
Cette abondance explique la présence de très nombreux reliefs karstiques sur tous les continents. En France, on retrouve des paysages karstiques emblématiques dans le Massif du Jura, les Grands Causses, le Vercors, ou encore dans les gorges de l’Ardèche, où grottes, dolines, avens et résurgences façonnent des paysages spectaculaires.
À l’échelle mondiale, certains des karsts les plus célèbres incluent la Baie d’Halong au Vietnam, les karsts de Guilin en Chine, les grottes de Carlsbad aux États-Unis ou encore le plateau du M’Goun au Maroc.
Ces formations géologiques ne sont pas seulement fascinantes par leur diversité et leur beauté : elles jouent aussi un rôle majeur dans la circulation souterraine de l’eau, la biodiversité, et constituent un géopatrimoine unique à préserver.
Photo 3 + 4 : carte-roches-carbonatees-europe + carte-zones-carbonatees-planete
Le lent travail de l’érosion karstique : quand l’eau façonne la pierre
Une fois que les roches calcaires se retrouvent à la surface de la Terre, elles deviennent particulièrement sensibles à l’érosion. L’eau est le principal agent responsable de cette transformation. Elle agit lentement, mais de manière très efficace, en « grignotant » la roche calcaire au fil des millénaires. Ce phénomène, appelé érosion karstique, est à l’origine des paysages typiques des régions karstiques : cavités, grottes, dolines, avens, résurgences, stalactites, stalagmites, etc.
L’efficacité de cette érosion repose sur un processus chimique bien précis. Lorsqu’elle s’infiltre dans les sols riches en matière organique, l’eau se charge en dioxyde de carbone (CO₂). Ce CO₂ réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique, qui dissout progressivement le carbonate de calcium (CaCO₃) contenu dans le calcaire. Le calcaire devient alors très soluble dans l’eau chargée en CO₂, ce qui favorise sa dissolution et son transport sous forme d’ions calcium (Ca²⁺) et d’ions hydrogénocarbonates (HCO₃⁻).
calcium CaCO3, peut être dissout et transporté, ou bien déposé. Quand ‘l’eau est à l’air libre, le CO2 se dégaze, il n’y en a donc « plus assez » pour assurer le transport du CaCO3 dans l’eau, ainsi, celui-ci se dépose. Crédit photo : Crédit photo : Chloé Valenti, Tous droits réservés
L’eau s’infiltre ensuite dans le massif calcaire à travers un réseau de failles, fissures et fractures. Elle agit ainsi aussi bien en surface qu’en profondeur, dans les galeries souterraines (Figure 5).
Lorsque cette eau souterraine ressort à l’air libre — par exemple dans une grotte, une cavité, ou au niveau d’une résurgence karstique (Figure 5, point ①) — elle subit un changement de pression. Le CO₂ se dégage naturellement de l’eau, ce qui inverse la réaction chimique : le carbonate de calcium précipite à nouveau sous forme solide.
calcium CaCO3, peut être dissout et transporté, ou bien déposé. Quand ‘l’eau est à l’air libre, le CO2 se dégaze, il n’y en a donc « plus assez » pour assurer le transport du CaCO3 dans l’eau, ainsi, celui-ci se dépose. Crédit photo : Crédit photo : Chloé Valenti, Tous droits réservés
Ce processus entraîne la formation de concrétions calcaires, visibles dans de nombreuses grottes. Les plus connues sont :
- les stalactites, qui pendent du plafond (Figure 5, point ②)
- les stalagmites, qui montent depuis le sol (Figure 5, point ②)
- et les colonnes, lorsque les deux se rejoignent.
- ou encore les tufs calcaires, formés à l’extérieur au pied des résurgences. Il s’agit d’un dépôt de calcaire solide souvent recouvert de mousses ou de végétation.
Les paysages karstiques que l’on observe aujourd’hui résultent donc d’un équilibre délicat entre dissolution chimique souterraine et précipitation minérale en surface. Il s’agit d’un cycle lent mais spectaculaire qui façonne la géomorphologie des régions calcaires.
Modelés karstiques : formes et merveilles souterraines
En s’infiltrant dans les fractures du calcaire, l’eau dissout lentement la roche, sculptant au fil du temps un réseau souterrain de galeries, cavités et conduits. Ce phénomène façonne également des structures visibles en surface, comme les dolines ou les lapiaz. Le paysage karstique se développe ainsi à la fois en profondeur et à l’air libre, offrant une grande diversité de formes géologiques. Voici une liste non exhaustive des principaux modelés karstiques, classés selon leur emplacement : d’abord en profondeur, puis à l’air libre.
Les reliefs karstiques en profondeur
Les grottes
Parmi les structures souterraines les plus spectaculaires des massifs karstiques, les grottes occupent une place de choix. Formées par l’érosion chimique du calcaire, elles résultent également de l’effondrement local de cavités, causé par la déstabilisation progressive des parois. Ces phénomènes créent des vides souterrains aux dimensions très variables, parfois immenses, qui attirent autant les scientifiques que les visiteurs.
L’un des éléments les plus remarquables dans ces grottes est la présence de concrétions calcaires, telles que les stalactites (qui pendent du plafond) et les stalagmites (qui s’élèvent depuis le sol) ou encore les draperies. Ces concrétions minérales se développent lentement, goutte après goutte, sous l’effet de la précipitation du carbonate de calcium (CaCO₃) contenu dans l’eau.
Chaque grotte possède ses particularités, liées à des conditions microclimatiques précises : température, humidité, circulation d’air, niveau d’eau, etc. Ces paramètres influencent fortement la nature, la forme et la croissance des concrétions.
Quelques exemples de grottes en France :
- Dans le gouffre d’Esparros (Hautes-Pyrénées), on peut observer de magnifiques cristallisations d’aragonite, un polymorphe du calcaire qui ne se forme que sous un taux d’humidité élevé et stable.
- Dans la grotte de Choranche (Isère), se trouvent de fines stalactites fistuleuses, de véritables tubes de calcite. Leur formation fragile n’est possible que si les courants d’air sont très faibles et que le niveau de l’eau reste bas, évitant toute casse naturelle.
Certaines grottes ont aussi une importance historique et culturelle majeure. Elles ont longtemps servi d’abri à nos ancêtres, notamment à l’époque préhistorique. Les paysages karstiques regorgent ainsi de grottes ornées, où subsistent de précieuses peintures rupestres. La plus célèbre en France est la grotte ornée du Pont-d’Arc, dite Grotte Chauvet-Pont-d’Arc, en Ardèche, classée au patrimoine immatériel de l’Unesco, mais d’autres sites tout aussi fascinants existent, comme Lascaux, ou Cosquer.
Un réseau hydrographique souterrain fascinant
Les massifs karstiques abritent souvent un réseau d’eau souterrain très développé. Comme en surface, l’eau circule, s’écoule et façonne des formes variées dans la roche calcaire : rivières, lacs souterrains, cascades ou encore chenaux.
Un exemple remarquable est la grotte de Labouiche, en Ariège, où coule une rivière souterraine navigable sur 1,5 km, la plus longue d’Europe accessible au public.
Parmi les structures typiques créées par cette érosion souterraine, on trouve les gours : ce sont des petits bassins en escalier, formés par le dépôt de calcaire au bord de flaques d’eau stagnante. Ils ressemblent à des barrages naturels successifs. Les gours se forment lorsque l’eau est calme et peu perturbée.
Ce réseau souterrain témoigne de la lente mais puissante action de l’érosion karstique, capable de transformer la roche en véritables paysages cachés.
Les concrétions calcaires : les géants de minéral
Les concrétions calcaires sont des formations minérales spectaculaires, très courantes dans les grottes karstiques. Elles apparaissent lorsque l’eau riche en carbonate de calcium (CaCO₃) libère le CO₂ au contact de l’air, un processus appelé dégazage. Le carbonate de calcium se re-dépose alors sous forme solide, donnant naissance à des structures minérales étonnantes : les stalactites (qui descendent du plafond et les stalagmites (qui montent du sol).
Le minéral le plus fréquent dans ces concrétions est la calcite, mais on peut également observer du gypse et des cristaux d’aragonite, visibles dans certaines grottes spécifiques.
Avec le temps, les stalactites et stalagmites peuvent se rejoindre et former une colonne ou pilier, créant de véritables architectures souterraines naturelles.
Ces concrétions témoignent de la lenteur du processus karstique : il faut parfois plusieurs siècles pour que quelques centimètres de dépôt se forment !
Ce monde souterrain reste pourtant encore mystérieux puisque les difficultés d’accès rendent les explorations difficiles, voire impossibles. Beaucoup de réseaux de galeries et de grottes n’ont pas encore été découverts à ce jour.
Les modelés karstiques en surface : un géopatrimoine en constante évolution
L’eau de ruissellement, couplée à l’érosion en profondeur, transforme aussi le paysage en surface. Ce travail lent et invisible façonne des formes karstiques bien reconnaissables. En voici quelques exemples emblématiques.
Les lapiaz : des dépressions de surface
Les lapiaz sont des formes superficielles (Figure 5 point ③) se développent lorsque l’eau de ruissellement – ou un glacier – s’écoule sur une dalle calcaire. L’érosion chimique et mécanique creuse alors des rigoles et des cannelures dans la roche, orientées dans le sens de la pente. Le résultat est un relief strié typique des zones karstiques.
Dolines et gouffres : des effondrements karstiques
Les dolines et les gouffres (Figure 5 point ④) sont des formes typiques du relief karstique, créées par l’effondrement de cavités souterraines ou par la dissolution progressive du calcaire en surface.
- Les dolines sont des dépressions circulaires aux pentes douces, pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres de diamètre.
- Les gouffres, similaires dans leur origine, sont plus profonds, étroits et à parois souvent verticales. Ils peuvent représenter un danger, car leur ouverture est parfois masquée par la végétation ou la neige. À noter : le terme « gouffre » est générique, mais il existe des noms locaux selon les régions, comme « scialet » dans le Vercors ou « aven » en Ardèche.
Ces structures se forment fréquemment le long de failles ou de fractures importantes, qui facilitent l’infiltration de l’eau et donc l’érosion de la roche. Dans les deux cas, l’érosion chimique du calcaire joue un rôle clé, accentuant au fil du temps le creusement de ces structures.
Les arches : des sculptures naturelles
Les arches sont des formations rocheuses spectaculaires dont l’origine varie selon le contexte géologique.
- Certaines se forment par érosion progressive de parois rocheuses, notamment au contact des rivières. C’est le cas de la célèbre arche de Vallon-Pont-d’Arc, creusée par l’action continue de l’eau jusqu’à créer une ouverture naturelle aujourd’hui traversée par la rivière.
- D’autres arches naissent de l’effondrement partiel de grottes ou cavités, notamment en bordure de falaise, laissant apparaître des structures aériennes impressionnantes.
Les structures karstiques sont aussi nombreuses que variées. Elles résultent toutes de l’érosion intense du calcaire par l’eau, et se développent aussi bien en surface qu’en profondeur. Le milieu souterrain karstique, encore largement inexploré en raison d’accès parfois difficiles, conserve une part de mystère. Ces paysages spectaculaires se sont formés au fil de milliers d’années. Ils sont fragiles et précieux : ils constituent un véritable géopatrimoine, qu’il est essentiel de connaître, valoriser et protéger.
