La karstification et les différents systèmes karstiques

La karstification se développe dans les roches carbonatées comme les calcaires (constitués essentiellement de CaCO₃), dans les dolomies   (CaMg(CO₃)₂), ainsi que dans des roches solubles telles que les évaporites (halite, anhydrite ou gypse).
Le processus de dissolution « classique » des formations carbonatées (ici la calcite) fait intervenir de nombreux paramètres physico-chimiques dans un ensemble de réactions pouvant être représenté par l’équation générale suivante :

La cinétique des processus de dissolution des roches carbonatées dépend de plusieurs facteurs, comme la composition minéralogique et la pureté (présence d’éléments non-solubles) d’une roche, ou le degré de compaction et de cimentation diagénétique d’une roche qui va déterminer la porosité   intergranulaire ou encore selon la fracturation des roches qui peut s’acquérir de manière précoce par simple déconfinement, (Goldscheider and Drew, 2007).

L’eau enrichie en CO₂ s’infiltre au travers des discontinuités et dissout rapidement les roches encaissantes carbonatées, jusqu’à atteindre une saturation en carbonate dissous (60 à 90% dans les premiers mètres). Au-delà, l’eau ne parvient pas à saturation complète, et reste sous-saturée, la karstification est alors très lente. L’augmentation progressive de la taille des conduits induit une nouvelle surface de roche à dissoudre pour le fluide, entraînant ainsi un écoulement plus important (Figure 1). Les systèmes carbonatés karstiques   réagissent ainsi plus ou moins rapidement du fait de leur hétérogénéité des structures. Le processus de karstification entraîne l’augmentation progressive de la taille de certains conduits et permet ainsi un écoulement plus rapide et important. Ceci est dû à la formation de l’aquifère   et donc à son histoire géologique et karstologique.

Figure 1 Description de la karstification et son influence sur le comportement hydrodynamique des exutoires karstiquesd’après Hartmann et al. (2014)

Dans les systèmes karstiques  , les roches se dissolvent sous l’action d’un transfert de fluides chargés en agent agressif (CO₂, H₂SO₄, etc.). Trois types de systèmes karstiques   peuvent être différenciés principalement en fonction de la source d’agressivité des fluides :

• Les karsts épigènes, formés sous l’action d’eau météorique rendue acide en surface par le CO₂ biogénique, et d’un gradient   d’écoulement entre la zone de recharge et l’exutoire (Mangin, 1982)
• Les karsts hypogènes, résultants de la remontée de fluides profonds indirectement liés aux zones de recharges environnantes et où l’acidité des fluides (couramment CO₂ et H2S) est acquise en profondeur (Klimchouk, 2000)
• Les karsts littoraux où l’agressivité de l’eau est due au mélange eau douce/eau salée des zones côtières.