Distinctions morphologiques entre deux types d'érosion souterraine - article ; n°3 ; vol.32, pg 475-486

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Revue de géographie alpine - Année 1944 - Volume 32 - Numéro 3 - Pages 475-486
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Publié le 01 janvier 1944
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Pierre Chevalier
Distinctions morphologiques entre deux types d'érosion
souterraine
In: Revue de géographie alpine. 1944, Tome 32 N°3. pp. 475-486.
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Chevalier Pierre. Distinctions morphologiques entre deux types d'érosion souterraine. In: Revue de géographie alpine. 1944,
Tome 32 N°3. pp. 475-486.
doi : 10.3406/rga.1944.5068
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/rga_0035-1121_1944_num_32_3_5068DISTINCTIONS MORPHOLOGIQUES
ENTRE
DEUX TYPES D'ÉROSION SOUTERRAINE
par Pierre CHEVALIER
M. Pierre Chevalier, vice-Président de la Société Spéléologiquc
de France, poursuit dans les assises de la Dent de Crolles de
passionnantes explorations, exigeant la connaissance et la pratique
de l'escalade la plus hardie, et un esprit de suite inébranlable.
Ayant eu l'occasion de rencontrer M. Chevalier à Lyon, j'ai aussi
appris qu'il pouvait apporter aux géographes des notions scienti
fiques tout à fait neuves. La distinction entre la morphologie des
conduites forcées et celle des cours d'eau souterrains, appuyée sur
l'examen d'un immense réseau, m'avait si vivement intéressé que
j'ai demandé à M. Chevalier de la rédiger pour les lecteurs de la
Revue de Géographie Alpine. Voici cet article, à la fois bref et
substantiel, qui nous fait bien augurer de sa collaboration.
Jules Blache.
Il ne semble pas que l'on ait cherché jusqu'à présent à établir
de distinctions dans la morphologie des conduits souterrains; il
y a pourtant des différences fondamentales entre les deux types
d'érosion que nous avons pu observer plus particulièrement dans
le réseau souterrain de la Dent de Crolles où ils coexistent, et qui
sont :
a) l'érosion sous pression, en conduite forcée;
b)normale, en écoulement libre.
Dans le cas d'un réseau noyé, l'eau agrandira peu à peu la
ligne d'infiltration primitive, joint ou diaclase, tendant à lui donner
une forme circulaire qui offre au courant le minimum de résistance; P. CHEVALIER. 476
la forme elliptique, correspondant à un stade intermédiaire, sera
la plus fréquente. Les galeries et les puits creusés par un même
courant dans un terrain homogène auront des sections du
ordre de grandeur; les puits pourront être parcourus- par l'eau
aussi bien de bas en haut que de haut en bas.
Dans le cas d'un réseau non noyé, la pesanteur jouera au con
traire le rôle principal. Dans les galeries, l'érosion n'affectera que
le lit du ruisseau qui s'encaissera peu à peu, conduisant à des
sections plus hautes que larges. Dans les puits, où l'eau tombe en
chute libre, la vitesse augmente avec la hauteur de chute, et la
forme évoluée sera celle d'un paraboloide ou d'une cloche, de très
vastes dimensions par rapport aux galeries qui les précèdent ou
leur succèdent.
Limitant pour le moment à ces caractéristiques essentielles les
différences théoriques entre les deux types d'érosion, nous donne
rons ci-dessous le résultat plus détaillé de nos observations sur
le terrain.
La Dent de Crolles, dans laquelle se développe notre grand
réseau souterrain, est constituée par un tronçon de synclinal perché
à l'Est du massif de la Chartreuse. L'axe de ce est incliné
à 20 % environ vers le Nord. Cette pente assez forte et régulière
a été très favorable à nos observations, car c'est grâce à cela que le
réseau est entièrement penetrable.
Il traverse la Dent du Sud au Nord sur une distance de 2.500
mètres et sur une dénivellation de plus de 400 mètres, se dévelop
pant dans l'Urgonien et l'Hauterivien calcaire jusqu'à la limite
imperméable de l'Hauterivien marneux; il est constitué par la
superposition d'un réseau fossile, dont le bassin d'alimentation
lui-même a disparu, et d'un réseau actif provenant du plateau de
lapiaz supérieur et collecté sous terre pour sortir à la source du
Guiers Mort. Les trois entrées actuellement connues sont :
Le Trou du Glaz (1697 m.) dans la face Ouest, sortie principale
du réseau fossile;
La Grotte du Guiers Mort (1311 m.) dans la face Nord, sortie du
réseau actif;
La Grotte Chevalier (1670 m.) dans la face Sud-Est, entrée prin
cipale probable du réseau fossile.
L'ensemble mesure plus de 14 kilomètres de galeries et de puits
et est actuellement le important des réseaux souterrains de
France; nous n'entrerons pas dans le détail de sa description et
de nos hypothèses concernant sa formation et son évolution, nous
bornant ici à une étude morphologique des conduits. Jí
Pl. I. — Galerie elliptique.
Déversoir supérieur du Guiers Mort, à quelques mètres de l'entrée de la
grotte. Ne fonctionne plus qu'en période de crue. La section de cette galerie,
presque circulaire, est symétrique par rapport au joint de stratification qui
lui a donné naissance.
Pl. II. — Formation d'un méandre :
augmentation d'amplitude avec la profondeur.
Le ruisselet a surcreusé à l'origine une galerie fossile du type elliptique et
son parcours est formé d'une succession de tronçons à peu près rectilignes.
Le lit actuel, ici à 2 mètres plus bas, est au contraire en méandres d'ampli
tude croissante. On remarquera sur la paroi de droite l'ondulation verticale
correspondant aux variations de forme du lit du ruisseau au cours du
creusement. III. — Puits Pl.
en cloche.
Ce puits, vu ici de bas en
haut, s'ouvre sur le pla
teau de lapiaz de la Dent
de Crolles. Son entrée est
très étroite, de quelques
décimètres de côté; le
fond, 30 mètres plus bas,
a une section de 5 m.
sur 10 environ.
Pl. IV. — Ancien lit
et lit actuel
du Guiers Mort
souterrain.
On voit ici côte à côte
deux types de galeries :
à droite la galerie de
transition (largeur 3 m.,
hauteur 2 m.)» à gauche
la haute galerie creusée
en écoulement libre et
dont le Guiers Mort oc
cupe le fond (largeur 2 à
3 m., hauteur 10 à 15 m.). DISTINCTIONS MORPHOLOGIQUES D'ÉROSION SOUTERRAINE. 477
A. — Réseaux du type conduite forcée.
1. Galeries elliptiques. — La plupart des galeries sont creusées
aux dépens d'un joint de stratification, qui apparaît nettement le
long de la galerie; il est particulièrement mis en évidence dans les
laminoirs, où l'eau a augmenté la largeur de la galerie aux dépens
de sa hauteur, utilisant probablement un décollement de joint
(Glaz, extrémité Sud de la Galerie 43 : hauteur 0 m. 10 à 0 m. 20,
largeur 10 m.).
PRINCIPAUX TYPES OE GALERIES
A. CONDUITE FORCEE B. ECOULEMENT LIBRE
Joint de stratification Oiaclase
laminoir
ellipse
С Galerie de "
cercle
transition
Fig. 1. — Principaux types de galeries.
Dans le cas général, la section de la galerie est elliptique, le
grand axe étant horizontal ou oblique selon que la galerie est orien
tée ou non suivant le pendage (galerie supérieure du Glaz, ancienne
galerie du Guiers Mort, Grotte Chevalier).
Quelques tronçons plus rares de galeries proviennent de l'agra
ndissement de diaclases; ils sont plus hauts que larges, d'un tracé
très rectiligne, et leurs parois sont planes et parallèles (Trou du
Glaz, diaclase entre le Puits Fernand et la Galerie 43, portions de
la Galerie 43; Guiers Mort, grand collecteur; Grotte Chevalier, laby
rinthe) .
2. Puits à section constante. — Les puits d'un réseau sous
pression doivent être considérés simplement comme des galeries
dont l'orientation serait verticale au lieu d'être horizontale. Ils ont
pour origine des diaclases, qui ont servi de liaison entre (deux
joints de stratification, et se raccordent par des courbes aux galeries
10 P. CHEVALIER. 478
qu'ils font communiquer. A la Dent de Crolles, le pendage étant
voisin de 20 %, les diaclases transversales et les puits qui les ont
agrandies font également avec la verticale un angle de 20 % ; aussi
reconnaît-on un puits de ce type aux caractéristiques suivantes :
Section à реп près constante sur toute la hauteur.
Inclinaison générale du puits : parois non verticales, margelle
de raccordement convexe.
Section elliptique des galeries qu'il relie.
3. Remarques générales. — La circulation de l'eau sous, pression
paraît obéir à certaines directives :
a) En fonction du pendage. — Pas de direction préférentielle :
on trouve aussi bien de longs parcours parallèles à l'axe du syn
clinal (Trou du Glaz, Galerie 43; Guiers Mort, lit principal) que
perpendiculaires (galeries principales Est-Ouest des deux étages
du Glaz). Les galeries sont fréquemment coudées à angle droit.
b) En fonction des accidents locaux. — Lorsque la roche est
homogène, l'eau tend à égaliser la galerie, sa vitesse diminuant
aux endroits plus vastes et augmentant dans le& étroitures; il en
résulte de longs parcours à section constante.
Lorsque la roche est localement plus résistante à l'érosion, la
galerie se rétrécit au passage; mais le courant d'eau prend une
vitesse d'autant plus grande que la section est plus étroite, et
acquiert une grande puissance érosive vis-à-vis de la galerie située
en aval de l'étroiture; c'est à cette cause que nous attribuons la
présence de vastes salles à l'aval de la plupart des étroitures, ce
qui permet de déterminer le sens du courant disparu (Trou du
Glaz, étroitures de la galerie d'entrée et de la galerie haute; Guiers
Mort, galerie d'entrée avant le premier siphon).
Enfin, si le terrain est très fissuré, le courant a tendance à se
subdiviser en bras multiples : c'est là une des principales: caracté
ristiques du réseau sous pression (Trou du Glaz, labyrinthe : 6 bras
distincts, etc.).
c) En fonction de la pesanteur. — Celle-ci n'intervient pas;
bien au contraire, nous insisterons sur un fait qui paraît extrême
ment important pour l'étude des réseaux souterrains, car nous
pensons qu'il est général.
Les puits forés en conduite forcée paraissent tous avoir été
parcourus de bas en haut (Trou du Glaz, Puits de la Lanterne,
Puits Perrin, Puits Martel, Puits de l'Ogive, Fernand; Grotte
du Guiers Mort, Puits de la Galerie des Siphons). Il en résulte ce
fait à première vue paradoxal que, dans le réseau sous pression
de la Dent de Crolles, les couches géologiques étaient traversées
de bas en haut sur plus de 200 mètres. DISTINCTIONS MORPHOLOGIQUES D'ÉROSION SOUTERRAINE. 479
On peut observer ce même fait à la plupart des résurgences
actives possédant des déversoirs à différents étages; nous citerons,
en particulier, parmi nos explorations personnelles, la Grotte du
Guiers Vif (environ 30 mètres), la Grotte de la Diau (40 mètres)
et Morette, où les différents étages sont pénétrables. Beaucoup de
sources vauclusiennes sont du même type (source du Pissieux);
PRINCIPAUX TYPES 0E PUITS
A. CONDUITE FORCEE
S sup*rpos««* Galtnw UtiraAtmtnt
В. ECOULEMENT LIBRE
Fig. 2. — Principaux types de puits.
la Fontaine de Vaucluse elle-même avec sa branche de siphon r
emontant de 50 mètres paraît appartenir à cette catégorie.
Chaque fois que la disposition des couches géologiques donne
la possibilité d'un réseau noyé avec un point de résurgence situé
à un niveau géologique plus haut que celui de la couche imper*
méable collectrice, l'eau pour passer d'un niveau à l'autre emprunte
de bas en haut les diaclases longitudinales ou transversales.
B. — Réseaux du type écoulement libre.
La plus grande partie du réseau actif de la Dent de Crolles est
constituée par des galeries et des puits du second type. Les mult
iples petits réseaux provenant du plateau de lapiaz de la Dent de
Crolles traversent rapidement les 400 mètres de l'Urgonien et de
l'Hauterivien calcaire pour se réunir au niveau de l'Hauterivien
marneux dans le lit unique du Guiers Mort souterrain. P. CHEVALIER. 480
1. Galeries à méandres. — Les différents affluents, dont nous
avons parcouru quelques-uns au cours de leur traversée de l'Ur-
gonien inférieur et de l'Hauterivien calcaire, sur 100 à 300 mètres
de dénivellation, n'ont qu'un trajet horizontal restreint à quatre
niveaux principaux : Etage supérieur (+50) en aval du Puits de
Minuit. — Etage du Glaz, Rivière Serpentine. — Etage ( — 50) en
amont du P. 60. — Etage ( — 110), Réseau de la Liaison, bas du
P. 60 — . Etage ( — 180), fin du réseau du P. 36. Leur forme étant la
même partout, nous décrivons, le plus caractéristique d'entre eux,
la rivière Serpentine.
a) L'origine du ruisseau est généralement un joint de stratif
ication dans lequel l'eau a circulé d'abord sous pression; chaque fois
qu'il est possible d'escalader un de ces ruisseaux jusqu'à son
plafond on retrouve la moitié supérieure de l'ellipse initiale, et le
joint très net. A la concavité peu prononcée du plafond on recon
naît que le creusement sous pression n'a été qu'un stade relativ
ement court de l'évolution. Cette origine est à peu près générale, ce
qui est en contradiction absolue avec la théorie habituellement
admise que les galeries plus hautes que larges ont pour origine
une diaclase; ceci n'est exact que si la galerie a été creusée enti
èrement sous pression.
b) Au-dessous du joint, la galerie a creusé son lit en méandres
dont l'amplitude va en augmentant avec la profondeur; phénomène
très net dans l'Urgonien, moins franc dans l'Hauterivien. Dans
le cas de la rivière Serpentine, tandis qu'au plafond l'amorce de
la galerie est presque rectiligne, le fond du ruisseau, situé une
dizaine de mètres plus basi, décrit des méandres de plusieurs
mètres d'amplitude.
c) La largeur est à peu près la même aux différents niveaux,
0 m. 50 à 1 m. en moyenne, mais souvent les parois sont ondulées
irrégulièrement de haut en bas (photo 2). Le lit du ruisseau est
constitué par un chapelet de petits bassins de 20 à 50 cm. dte
profondeur, séparés par des cascades ou des plans inclinés. Ceci
permet l'interprétation suivante pour les ondulations des parois :
deux concavités situées vis-à-vis correspondent à un ancien bassin,
tandis qu'une convexité en face d'une concavité correspond à un
ancien méandre.
Le lit du Guiers Mort souterrain que nous avons pu suivre
intégralement au contact de l'Hauterivien marneux, depuis la
diaclase transversale qui collecte la plupart des ruisselets issus
du plateau, jusqu'à la résurgence de la Grotte du Guiers Mort, est
du même type, mais avec des méandres moins marqués. La galerie
principale a de 3 à 4 mètres de largeur et 10 à 15 mètres de hauteur;
on trouve également à sa partie supérieure les traces d'une galerie MORPHOLOGIQUES D'ÉROSION SOUTERRAINE. -481 DISTINCTIONS
creusée sous pression, beaucoup plus importante ici, et qui s'écarte
parfois sur de longs parcours du lit actuel de la rivière.
2. Puits en cloche. — Nous connaissons maintenant, dans l'e
nsemble du réseau de la Dent de Crolles, plu» de 1.500 mètres de
puits dont la plupart ont été creusés en écoulement libre : la forme
primitive de diaclase oblique ne subsiste qu'exceptionnellement,
lorsque la durée d'érosion a été trop courte pour entamer profon
dément les parois (Glaz, diaclase parallèle au Puits de la Cloche,
Puits Trémeau, etc.). La forme plus évoluée est celle d'un para
boloide : les parois sont surplombantes, les dimensions très vastes
par rapport à celles des galeries amont et aval.
Ainsi dans le réseau qui nous a permis de passer du Glaz au
Guiers Mort, la galerie partant du second étage du Glaz, creusée
dans l'Urgonien, a 50 cm. de largeur et 2 à 3 mètres de haut; le
Puits du Pendule qui lui succède plonge de 60 d'un seul
jet et la section à la base est d'environ 5 m. sur 10 m.
De ce puits part une nouvelle galerie en méandres jde 0 m. 50
sur 6 à 8 m. de haut creusée dans l'Hauterivien calcaire, probable
ment moins dur que l'Urgonien et plus profondément entaillé.
Au delà, sur 90 mètres de hauteur totale, de nouveaux puits se
succèdent, d'autant plus vastes qu'ils sont plus élevés.
3. Remarques générales. — L'eau obéit toujours ici à la pe
santeur et toutes les galeries ont pour orientation moyenne celle de
la ligne de plus grande pente : les ruisselets ont donc tendance
à converger vers le fond du synclinal. Chaque ligne transversale
de diaclases est utilisée par l'eau pour gagner en profondeur le
plus rapidement possible la couche imperméable. Celle-ci collecte
tous les affluents en un cours d'eau unique qui suit dès lors le
fond du synclinal jusqu'à la résurgence.
C. — Cas intermédiaire. — Réseaux de transition.
En dehors des types extrêmes décrits ci-dessus, il existe natu
rellement des cas intermédiaires; nous nous bornerons à indiquer
celui que l'on rencontre le plus souvent dans le réseau de la Dent
de Crolles, car il montre le mécanisme de l'évolution de la circula
tion souterraine. Il est caractérisé par des galeries dont la section
rappelle assez celle d'une marmite avec son couvercle : la partie
supérieure est une demi-ellipse avec joints de stratification visibles;
la partie inférieure est rectangulaire ou trapézoïdale, la petite base
en bas.
Ce type, que nous appellerons galeries de transition, correspond