La dynamique du carbone inorganique dans le continuum sol-épikarst-cavité du site de la Grotte de Lascaux (Dordogne, France) : apports des monitorings hydrogéochimique et microclimatique continus pour l’étude de l’aérologie et le développement d’une méthode de simulation des processus calco-carboniques aux parois [N. Houillon, 2016]

La thèse de doctorat de Nicolas Houillon a été soutenue le 13 décembre 2016 à l’Université Bordeaux, sous la direction de Alain Denis et Roland Lastennet.

Titre de la thèse : « La dynamique du carbone inorganique dans le continuum sol-épikarst-cavité du site de la Grotte de Lascaux (Dordogne, France - Apports des monitorings hydrogéochimique et microclimatique continus pour l’étude de l’aérologie et le développement d’une méthode de simulation des processus calco-carboniques aux parois. »

Résumé :
Depuis son invention en 1940, mais surtout consécutivement à sa fermeture au public en 1963, la conservation de la Grotte de Lascaux se base, entre autres, sur la compréhension de ses interactions avec le massif karstique   environnant et notamment les processus siégeant dans l’épikarst et la zone de transmission superficielle. C’est pourquoi ces travaux de thèse se sont attachés à comprendre la dynamique du CO2 dans le continuum sol-épikarst-cavité, afin d’en évaluer les potentiels impacts sur la conservation des parois. Nous bénéficions à Lascaux d’une fenêtre d’observation sur les écoulements provenant de l’épikarst sus-jacent dans le SAS 1 de la cavité, mais aussi d’une instrumentation conséquente. Elle permet l’acquisition de nombreuses séries de données temporelles des paramètres microclimatiques ainsi que des teneurs en CO2 de l’air en différents points de la cavité ou encore du débit de l’émergence épikarstique depuis le début des années 2000.
Une première partie de l’étude est consacrée à la caractérisation de la dynamique du CO2 dans le contexte d’un épikarst sous couverture pédologique. A cette fin, une parcelle expérimentale est instrumentée afin d’effectuer un suivi des paramètres hydroclimatiques et des teneurs en CO2 à différentes profondeurs. Des périodes de recharge   (accumulation) et de vidange (émanations vers l’atmosphère) du CO2 de l’épikarst superficiel sont démontrées, tout comme la constitution d’un stock de CO2 peu variable dans l’épikarst subsuperficiel. La compréhension de ces différents mécanismes aboutit à un schéma général de la dynamique du CO2 dans l’épikarst.
Cette dynamique est étudiée dans la Grotte de Lascaux au cours d’une seconde partie, à partir des séries temporelles des paramètres microclimatiques et des teneurs en CO2, mais aussi du signal isotopique en 13C. Il est alors démontré que les flux de CO2 entrant dans la cavité proviennent de trois origines distinctes : l’atmosphère (entrée), l’épikarst superficiel (Galerie Mondmilch et Salles Ensablées) et le massif (éboulis du Puits du Sorcier). Parallèlement, deux régimes aérologiques responsables de la répartition spatio-temporelle des teneurs en CO2 dans la cavité sont observés : stratification et thermoconvections. Ils sont les principaux responsables de la dynamique du CO2 dans la Grotte de Lascaux du fait des faibles échanges entre cette dernière et l’atmosphère, comparativement à d’autres cavités karstiques   de la région. Enfin, l’impact du dispositif du pompage de l’air sur l’aérologie et la dynamique du CO2 dans la Grotte de Lascaux est évalué. La comparaison de ces dynamiques, avec et sans extraction de l’air de la cavité, conduit à la création de schémas conceptuels de la dynamique du CO2 dans la Grotte Lascaux.
L’étude des conditions d’écoulement dans l’épikarst de la Grotte de Lascaux, troisième partie de ces travaux, a été effectuée à partir d’un suivi en continu des débits, paramètres physico-chimiques et de la fluorescence naturelle de l’eau. L’analyse des séries temporelles de ces traceurs naturels conduit caractériser de façon détaillée les conditions d’écoulement et notamment l’importance de la teneur en eau de l’épikarst, sur la taille zone d’alimentation   et les types d’eau arrivant à l’exutoire. Parallèlement, l’impact de ces conditions d’écoulement sur les équilibres calco-carboniques des eaux arrivant dans la cavité est analysé.
Enfin, les connaissances acquises sont appliquées pour déterminer l’impact potentiel en continu des eaux (condensation et exfiltration) présentes aux parois ornées de la cavité. A cette fin, une méthodologie d’estimation de la masse de calcite potentiellement précipitée par les eaux d’exfiltration et dissoute par les eaux de condensation basée sur des simulations hydrogéochimiques est développée. Son application à la paroi gauche de la Salle des Taureaux en contextes de pompage et naturel conduit à l’évaluation de l’impact potentiel du pompage, mais aussi de l’aérologie de la cavité sur la conservation des parois.

Mots-clés : Karst  , Epikarst, Cavité, Dioxyde de Carbone, Monitoring en continu, Aérologie, Lascaux

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