Il se situe au cœur du plateau des Causses du Quercy, immense plateau calcaire régional, qui se distingue par son relief karstique remarquable par son sol aride, accidenté et à l'hydrographie souterraine.
Le plateau est une curiosité karstique.
Le gouffre de Padirac remonte le temps en installant son marqueur à 10000 ans, période à laquelle sa voute s’est effondrée. Cette cavité monumentale possède des dimensions qui frôlent la démesure, 33 mètres de diamètre et 75 mètres de profondeur.
Ce trou béant est extrêmement impressionnent !
Les parois abruptes du gouffre sont formées par des couches sédimentaires qui se sont solidifiées, sur des millions d’années.
Un escalier métallique de plusieurs centaines de mètres vous entraine au bas du gouffre, ,vous ne voyez plus qu'un rond de ciel bleu.
La chimie, nous apprend que les calcaires sont des carbonates de chaux (CaCO3) plus ou moins impurs. Le carbonate de chaux est soluble dans l'eau chargée d'acide carbonique. L’eau pénètre facilement dans les couches calcaires à travers les fissures créés par les mouvements des plaques terrestres.
La stalactite se forme sur les voûtes par cristallisation des sels calcaires au contact de l'air.
La stalagmite se forme par concrétionnement sur les sols grâce à la chute continue d'eau calcaire, en fonction de la hauteur du plafond, elle peut adopter plusieurs formes, pile d’assiettes par exemple.
Les teintes sont dues à la matière organique que l’eau entraîne avec elle. Les acides humiques donneront les couleurs claires, (jaunes et crèmes) les acides fulviques , des couleurs sombres , le cuivre colore la calcite en bleu-vert
Buste d’ Édouard-Alfred Martel .
“ Se consoler des hommes par l’étude et l’admiration de la nature.
Sans intérêt, sans ambition, aimer et pratiquer la science pour son utilité. ”
C’est un « Voyage au centre de la Terre » dans un labyrinthe de cavités aux aspects impressionnants que seule la nature peut nous offrir !
Processus chimique de dissolution de la roche par l’eau
Nous allons parler ici du cas le plus fréquent ; celui de la dissolution des carbonates (calcaire, craie, marbre, travertin…). Quelques cas particuliers (hors carbonates) seront évoqués à la fin de cette étude.
Dans un premier temps, l’eau (de pluie) va se charger de dioxyde de carbone (CO2). Celui-ci provient en partie de l’atmosphère mais majoritairement du dioxyde de carbone contenu dans le sol et qui, lui, est d’origine biogénique (respiration des êtres vivants ou décomposition de la matière organique).
La réaction chimique est la suivante :
CO2 + H2O → H2CO3 (acide carbonique)
Cet acide carbonique va se dissocier en présence d’eau :
H2CO3 + H2O → HCO3- (ion hydrogénocarbonate) + H3O+
Si l’eau pure ne peut dissoudre que 15 mg de calcaire par litre, cette eau acide (ph6 environ) peut en dissoudre jusqu’à 60 à 80 mg par litre après traversée dans l’atmosphère et jusqu’à 200 mg par litre grâce au dioxyde de carbone issu de l’activité biologique du sol.
Dans le cas du calcaire, le carbonate de calcium (CaCO3) sera donc attaqué par l’ion acide selon cette réaction :
CaCO3 + H3O+ → Ca2+ + HCO3- + H2O
Globalement, on peut résumer ces réactions ainsi :
CO2 (dioxyde de carbone) + H2 O + CaCO3 (carbonate de calcium) → Ca2+ + 2HCO3-
L’ion calcium passe ainsi en solution sous forme d’hydrogénocarbonate de calcium (Ca2+ + 2HCO3-) qui pourra être transporté par l’eau.
Un certain nombre de facteurs agissent sur cette réaction :
La température de l’eau : plus elle est basse et plus elle peut se charger de dioxyde de carbone.
L’abondance de l’eau : les régions désertiques ne sont pas favorables à la formations de reliefs karstiques.
La nature de la roche.
La teneur de l’eau en dioxyde de carbone : cette teneur augmente avec la pression par exemple mais aussi avec l’abondance dans le sol d’êtres vivants fournissant ce dioxyde de carbone à l’eau.
La présence de fractures, diaclases,cavités, pores dans la roche permet une meilleure infiltration de l’eau et une dissolution meilleure.
La durée de contact entre l’eau et la roche : il vaut mieux des roches microfissurées où l’eau circulera lentement, que de grosses fractures qui diminueront la surface et le temps de contact entre l’eau et la roche.
n a longtemps pensé que les oxydes de fer (rouille) et les oxydes de manganèse (noir), contenus dans le calcaire, étaient à l’origine de ces couleurs, l’eau entraînant ces oxydes en profondeur avec le carbonate de calcium pour les déposer avec la calcite lors du concrétionnement.
En fait, ces teintes sont dues à la matière organique que l’eau entraîne avec elle. En surface, la décomposition de la matière organique va créer une série de substances : les acides fulviques puis les acides humiques. Bien que contenus dans l’eau en très faible quantité, ces acides suffisent à teinter les concrétions lors de leur formation. Les acides humiques donneront les couleurs claires (jaunes et crèmes) ; les acides fulviques donneront les couleurs sombres (brunes). En climat froid, la décomposition de la matière organique étant plus lente, les acides fulviques seront plus abondants. Les concrétions seront plus foncées. En climat tropical, les acides humiques seront plus abondants (meilleure décomposition de la matière organique). Les concrétions seront plus claires.
La couleur des concrétions peut donc être un marqueur des climats régnant à la surface du karst au moment du concrétionnement.
La présence de certains métaux peut donner aux concrétions des couleurs particulières. Par exemple le cuivre colore l’aragonite en bleu et la calcite en bleu-vert. Ces teintes dues à la présence de métaux apparaissent lorsque les grottes sont situées sur des filons minéralisés.