Le Karst

Le mot karst   est un mot slovène ayant de multiples définitions. À la convergence de plusieurs disciplines (géologie, hydrogéologie, géomorphologie, karstologie, …), il a avant tout été défini selon une vision géomorphologique et hydrogéologique, dans laquelle il désigne un type de paysage particulier, comprenant des formes superficielles et souterraines résultant de la dissolution des roches carbonatées.

Figure 1 : Répartition des formations carbonatées susceptibles d’être karstifiées (modifiée de Chen et al, 2017).

La complexité de la genèse du karst   et de son évolution au cours du temps conduisent à des structures et des fonctionnements hydrogéologiques singuliers, qui ne peuvent être appréhendés qu’au travers de méthodes spécifiques.

En France, les aquifères   karstiques   occupent une part importante du territoire, bien qu’il soit difficile d’en établir une carte précise, du fait de leur degré de karstification pas toujours connu. Ils contribuent ainsi à hauteur de 40% de l’alimentation en eau potable  . A l’échelle mondiale, 20% de la population dépend de ces réservoirs pour leur approvisionnement en eau (Ford & Williams, 2007).

Les systèmes karstiques   se développent dans les roches carbonatées, ainsi que dans des roches solubles telles que les évaporites. Il s’agit d’un ensemble de processus évolutifs complexes, associant des altérations physico-chimiques et mécaniques, qui élargissent les vides initiaux de la roche encaissante et établit progressivement une structure de drainage organisée le long de chemins préférentiels d’écoulement (discontinuités géologiques). Ces processus de dissolution interviennent aussi bien en surface, notamment via l’infiltration d’eau météorique, qu’en profondeur sous l’effet de remontée de fluides profonds. Il en résulte des morphologies caractéristiques à la fois en surface et en profondeur.

Les morphologies karstiques   observées sur le terrain sont souvent issues d’une histoire géologique complexe et d’une évolution, parfois longue, à l’échelle des temps géologiques. Sur le territoire français, il existe des types de paysages karstiques   très variés, en fonction des évènements géologiques régionaux enregistrés par les massifs carbonatés :

• le karst   de montagne (jurassien, dinarique, pyrénéen)
• le karst   en domaine de bassin   sédimentaire
• le relief caussenard : cas un peu particulier à mi-chemin entre les 2 types précédents, puisqu’exhumé de sa couverture et pouvant être porté jusqu’à des altitudes de moyenne montagne (> 1 000 m).

Le fonctionnement hydrogéologique du système karstique   correspond au transfert de l’eau dans l’aquifère  , depuis la surface vers l’exutoire. Il possède des caractéristiques qui en font un aquifère   particulier : une zonation verticale du système, depuis l’épikarst vers la zone noyée ; des transferts rapides de l’eau souterraine conduisant à des résurgences aux débits très variables dans le temps. À titre d’exemple en Aquitaine, la source de la Touvre, à côté d’Angoulême, est la deuxième plus importante source karstique  , après Fontaine de Vaucluse, avec des débits maximums enregistrés autour de 40 m³/s en crue et 1,4 m³/s en étiage, et un débit moyen de 13 m³/s.

La difficulté majeure de la compréhension du fonctionnement des aquifères   karstiques   réside dans l’appréhension de l’hétérogénéité des structures. La question essentielle est donc de comprendre comment s’écoule l’eau souterraine, au sein d’un aquifère   carbonaté karstique  , avec des vides de grandes dimensions.

Les méthodes d’évaluation des réserves, ainsi que les méthodes de protection de la ressource et des captages, nécessitent d’apprécier préalablement la structure et le fonctionnement de l’aquifère   karstique  . Elles s’appuient aussi bien sur des approches géologiques, qu’hydrogéologiques, géochimiques ou encore géophysiques.

Les spécificités hydrogéologiques des systèmes karstiques   rendent ces aquifères   particulièrement vulnérables aux pollutions. La notion de vulnérabilité d’un aquifère   karstique   est la possibilité qu’a un contaminant de percoler de la surface, jusqu’au réservoir d’eau, dans des conditions naturelles. Cette définition peut être complétée en distinguant la vulnérabilité intrinsèque de la vulnérabilité spécifique (liée à un contaminant spécifique). La vulnérabilité intrinsèque réside ainsi dans la capacité à représenter les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques naturelles du système, qui déterminent la sensibilité des eaux souterraines à la contamination. La vulnérabilité spécifique est définie comme la vulnérabilité d’un aquifère   face à un contaminant particulier ou à un groupe de contaminants. Différentes méthodes existent pour appréhender l’ensemble des composantes de cette vulnérabilité.

Le Bassin   aquitain renferme de nombreux systèmes karstiques  , exploités aussi bien pour l’alimentation en eau potable   que l’irrigation. Ils font l’objet, depuis plusieurs années, d’études à différentes échelles (depuis celle systémique jusqu’à l’échelle régionale) afin d’en améliorer la gestion de leurs ressources.