Le lapiaz (aussi appel lapi ou lapiez ou lapis ou Karren, mot d'origine jurassienne), est une formation gologique de surface dans les roches calcaires et dolomitiques, cre par le ruissellement des eaux de pluie qui dissolvent la roche ou par la cryoclastie, ce qui forme un grand entablement rocheux parcouru de rseaux de diaclases ou fissures.Le relief ruiniforme est un mga-lapiaz surcreus.

Lapiez (n. m.) du latin lapis, pierre.On dit aussi lapiaz, lapi, lapis, ou lapis (karren, improprement, dans le Jura) ; on prononce *lapi ou *lapia : Ce sont des surfaces des roches calcaires ou dolomitiques, creuses par dissolution de trous (kamenitsas), de cannelures et de rigoles (karrens). La roche est comme dchiquete, dentele, avec des asprits coupantes parfois, des trous, des crevasses, des rainuresKarren (n. m.) de l'allemand Karren, " charrette " ( force de passages rpts, les roues troites et ferres des charrettes traaient dans les sols - et sur les surfaces rocheuses - deux sillons parallles) : Les karrens sont les cannelures et rigoles de dissolution plus ou moins parallles, traces sur les sols calcaires par laction de leau (ruissellement) ou par les alternances de gel et de dgel.Kamenitsa (n. m.) : Creux de dissolution sur un lapiez. (On recherche l'tymologie de kamenitsa. De nombreux individus, de nombreuses localits, dont certaines sises dans une rgion karstique par excellence, portent ce nom de par le vaste monde ; c'est galement le nom d'un mont, d'une valle et, sans doute, du cours d'eau qui la draine)Quand des argiles issues de la dcarbonatation (argiles de dcalcification) s'accumulent dans les creux du lapiaz, une vgtation peut s'y installer. Dans le cas contraire, le lapiaz est compltement strile.

RELIEF KARSTIQUEIntroduction. PrsentationLe relief karstique est une forme de paysage provoqu par laction de leau qui sinfiltre dans le sous-sol de certaines rgions. Cette eau va dans un premier temps dissoudre la roche puis dans un second temps, redposer cette matire dissoute en crant des formations caractristiques.Le mot Karst vient de Kras, rgion de Slovnie o ce relief est bien prsent. Le mot Kras fut germanis en Karst lors de lintgration du pays lEmpire Austro-hongrois. Ce relief particulier a t tudi par les gographes autrichiens au 19me sicle.Dans les reliefs karstiques, leau, plutt que de couler en surface comme dans dautres rgions, sinfiltre dans le sous-sol. Ce relief (on utilise souvent en France le mot "causse" pour le dsigner) se rencontrera le plus souvent dans le cas o le sous-sol est constitue de roches calcaires : calcaires et dolomies surtout, mais aussi craie, marbre, et travertin. Mais l'action de l'eau peut crer des karsts dans le gypse, l'anhydrite et le sel-gemme (halite), mais aussi dans des grs ou des quartzites.Les paysages karstiques sont caractriss par des formes de corrosion de surface mais aussi par des formations souterraines tonnantes. Un certain nombre de mots de vocabulaire gologique sont rapporter ce type de relief et nous les expliquerons ici : doline, stalagmite, stalactite, rsurgence, lapiaz, aven, paysage ruiniforme..Processus chimique de dissolution de la roche par leau

Nous allons parler ici du cas le plus frquent ; celui de la dissolution des carbonates (calcaire, craie, marbre, travertin). Quelques cas particuliers (hors carbonates) seront voqus la fin de cette tude.Dans un premier temps, leau (de pluie) va se charger de dioxyde de carbone (CO2). Celui-ci provient en partie de latmosphre mais majoritairement du dioxyde de carbone contenu dans le sol et qui, lui, est dorigine biognique (respiration des tres vivants ou dcomposition de la matire organique).La raction chimique est la suivante :CO2 + H2O H2CO3 (acide carbonique)

Cet acide carbonique va se dissocier en prsence deau :H2CO3 + H2O HCO3- (ion hydrognocarbonate) + H3O+

Si leau pure ne peut dissoudre que 15 mg de calcaire par litre, cette eau acide (ph6 environ) peut en dissoudre jusqu 60 80 mg par litre aprs traverse dans latmosphre et jusqu 200 mg par litre grce au dioxyde de carbone issu de lactivit biologique du sol.Dans le cas du calcaire, le carbonate de calcium (CaCO3) sera donc attaqu par lion acide selon cette raction :CaCO3 + H3O+ Ca2+ + HCO3- + H2O

Globalement, on peut rsumer ces ractions ainsi :CO2 (dioxyde de carbone) + H2 O + CaCO3 (carbonate de calcium) Ca2+ + 2HCO3-

Lion calcium passe ainsi en solution sous forme dhydrognocarbonate de calcium (Ca2+ + 2HCO3-) qui pourra tre transport par leau.Un certain nombre de facteurs agissent sur cette raction : La temprature de leau : plus elle est basse et plus elle peut se charger de dioxyde de carbone. Labondance de leau : les rgions dsertiques ne sont pas favorables la formations de reliefs karstiques. La nature de la roche. La teneur de leau en dioxyde de carbone : cette teneur augmente avec la pression par exemple mais aussi avec labondance dans le sol dtres vivants fournissant ce dioxyde de carbone leau. La prsence de fractures, fissures, diaclases, cavits, pores dans la roche permet une meilleure infiltration de leau et une dissolution meilleure. La dure de contact entre leau et la roche : il vaut mieux des roches microfissures o leau circulera lentement, que de grosses fractures qui diminueront la surface et le temps de contact entre leau et la roche.Structures dues laction de leau sur les roches au cours de cette dissolution

Leau charge de dioxyde de carbone (et donc caractre acide) va circuler dans les roches calcaires fractures en empruntant les failles, diaclases et autres espaces prsents dans la roche. Lorsque le massif calcaire a subi au cours de son histoire des mcanismes de surrection, plissements, la prsence de ces vides dans la roche est dautant plus importante. Cest en circulant dans ces espaces que leau se charge dions calcium en dissolvant peu peu la roche quelle traverse. Le rsultat de cette attaque chimique est llargissement progressif des failles et des espaces, pouvant crer la longue lapparition de cavernes souterraines, de galeries, de grottes.

Galerie souterraine faonne par leau.. Grotte de St Marcel d'Ardche.

En surface, le relief karstique peut se traduire par lapparition de lapiez, de dolines, davens. Nous allons dcrire quelques formations :Les lapiezOn dit aussi lapiaz, lapi ou karren (dans le Jura). Ce sont des rigoles de dissolution plus ou moins parallles, traces sur les sols calcaires par laction de leau (ruissellement) ou par les alternances de gel et de dgel. La roche est comme dchiquete, dentele, avec des asprits coupantes parfois, des trous, des crevasses, des rainures..Les paysages ruiniformesCe paysage, typique des rgions karstiques prsente un aspect de ruines (do son nom). Il sagir de formes dues lrosion lorsque le sous-sol est htrogne (calcaires et dolomies par exemple, ou grs et calcaires). Laction de lrosion est ingale, les roches les plus rsistantes (aux agressions physiques ou chimiques) formeront des reliefs alors que les roches les moins rsistantes disparatront et formeront des parties en creux.En France, le site le plus connu est le paysage ruiniforme de Montpellier-le-Vieux, en Aveyron, sur le Causse Noir.

Les dolinesCe sont des dpressions plus ou moins arrondies de la surface dans laquelle le calcaire a t dissout par leau de pluie, provoquant laffaissement du sous-sol. Les argiles de dcalcification (rsidus de la dissolution chimique du calcaire) saccumulent au fond de ces dolines, retenant leau et rendant ces surfaces fertiles et cultivables.Si le fond de la doline continue se creuser, on peut avoir formation dun gouffre ou aven.Lorsque plusieurs dolines se runissent, on parle d'ouvala.

Doline en Lozre

Les avensCe sont des gouffres caractristiques des rgions karstiques. Ils sont le plus souvent forms par leffondrement de la vote dune cavit souterraine au cours de la dissolution du calcaire. Un aven communique gnralement avec une grotte souterraine et tout un rseau de galeries.

Aven sur le Causse noir prs de Millau. Aveyron.

Laven Armand est en France lun des sites les plus connus. On peut aussi citer le gouffre de Padirac.Selon les rgions, les avens ont t baptiss de noms particuliers : igue dans le Quercy, btoire en Aveyron, emposieu dans le Jura, embut, garagai, caraven, toumple en Provence, scialet en Savoie et en Isre, cnote au Mexique.

Les pertesUne perte est une ouverture par laquelle un cours deau devient souterrain aprs un trajet lair libre. Il ressortira par une rsurgence. Un exemple connu est la grotte du Mas dAzil en Arige qui voit lArize disparatre sous terre.

Processus chimique de formation des concrtions

Lorsque leau qui a circul dans le sous-sol en se chargeant dions Ca2+ dbouche dans une cavit souterraine, un phnomne inverse de la dissolution va se produire : le concrtionnement.Cette raction peut scrire ainsi :Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O

Hydrognocarbonate de calcium ionis donne carbonate de calcium, dioxyde de carbone et eau

Cette raction se produit lorsque leau perd une partie de son dioxyde de carbone (dgazage) ou si une partie de leau svapore. Les ions calcium prcdemment en solution vont prcipiter en se transformant en carbonate de calcium. Il se forme une concrtion.Le mcanisme de formation des concrtions souterraines passe donc par trois phases : Dissolution de la roche calcaire par des eaux charges de dioxyde de carbone lors de la circulation de cette eau dans le massif. Transport de cette eau charge de calcium (sous forme dhydrognocarbonate de calcium) travers les fissures, et autres espaces du massif. Dpart de leau (vaporation) ou du dioxyde de carbone (dgazage) ce qui entrane la prcipitation du carbonate de calcium. Cest ce qui se produit lorsque aprs avoir circul dans la roche, leau se retrouve dans une cavit arienne (grotte, galerie..). La baisse de pression favorise le dgazage du dioxyde de carbone et lvaporation de leau. Le carbonate de calcium prcipite et se cristallise en calcite ou aragonite.

Si le mcanisme de dissolution-transport-concrtionnement parait simple, un certain nombre de facteurs peuvent influer sur ces tapes. Cest ce qui explique que selon les grottes, la qualit des concrtions peut-tre trs ingale. La vitesse de circulation de leau dans le massif : si la circulation de leau est trop rapide, la dissolution sera moindre et le concrtionnement de mme. Cette vitesse dpend de la porosit et de la permabilit de la roche (nature de la roche, taille des fissures.) mais aussi du climat (abondance ou raret des prcipitations). La temprature de leau : une eau froide favorise la dissolution mais rduit le concrtionnement. Pour une eau chaude, ce sera linverse. La prsence ou labsence en surface dun couvert vgtal et donc dhumus, augmente la quantit de dioxyde de carbone prsent dans le sol et donc lacidit de leau dinfiltration.Il faut aussi signaler que ces phnomnes sont lents. La dissolution du calcaire et le concrtionnement sont trs tals dans le temps. Une concrtion peut grandir de quelques centimtres par an mais cela peut tre de seulement quelques millimtres par sicle. Lorsque, pour des raisons diverses, la circulation de leau dans le massif sarrte, les concrtions nvoluent plus.

Les diffrents types de concrtions

La visite dune grotte concrtions laisse le visiteur souvent pantois et merveill devant la varit de formes et de couleurs que peuvent prendre les concrtions rencontres. Il est habituel de classer les concrtions en deux catgories : celles qui se rencontrent en dehors de leau (concrtions ariennes) et celles qui se forment sous leau (concrtions immerges).

Groupe de concrtions. Grotte de St Marcel d'Ardche.

Les concrtions ariennes se forment dans les grottes et les galeries exondes, en milieu ar et ventil : ce sont les stalactites, stalagmites, draperies, piliersLes concrtions immerges se forment sous leau, soit dans les galeries immerges, soit dans les cuvettes ou bassins qui persistent et l dans les galeries en recueillant les eaux de ruissellement.Les concrtions ariennesCest cette catgorie quappartiennent les formes les plus connues : les stalactites et les stalagmitesLes stalactitesLorsquune goutte deau suinte au plafond dune cavit, le dgazage qui se produit entrane un dpt de carbonate de calcium. Un petit tube va ainsi se former qui sallonge et grossit au fur et mesure de larrive de leau lair libre.

Groupe de stalactites. Grotte de St Marcel d'Ardche

Le centre de la stalactite prsente donc un petit tube par o leau, arrive par une fissure en haut de la stalactite, descend pour atteindre lextrmit de la concrtion. Si ce canal central se bouche, leau va ruisseler le long de la stalactite et continuera son laboration. La stalactite peut ainsi atteindre des dimensions imposantes.

Les stalagmitesLorsquune goutte deau tombe du plafond dune grotte ou de lextrmit dune stalactite, elle contient encore du carbonate de calcium en dissolution. Lorsquelle arrive sur le sol, elle produit des claboussures qui dposent de fines particules minrales. Au point dimpact se cre alors une sorte de bosse qui, par accroissement progressif de son sommet, donnera une stalagmite.

Les draperiesLorsque leau, au lieu de scouler directement du plafond dune galerie, ruisselle le long de la paroi, la construction de la concrtion peut donner des formes trs varies rappelant des draperies, des mduses, des cascades, des orgues Le vocabulaire les dsignant ne manque pas dans les commentaires des guides des grottes concrtions.

Les reliefs karstiques autres que dans du calcaire

Comme nous lavons signal en introduction, les reliefs karstiques ne sont pas rservs au calcaire. On peut en rencontrer dans dautres roches.Karst du sel

Dans le cas de ce type de karst, la prsence de dioxyde de carbone dans leau na aucune importance. Cest juste laction de leau qui intervient.On rencontre ces formations par exemple en Sibrie septentrionale. En surface, des trous verticaux (ponor), au fond dune dpression (polje) permettent leau de pntrer lintrieur du massif. A la sortie (rsurgence), de vastes dpts de sel (les naleds salins ) peuvent occuper de grandes surfaces. Les sources peuvent aussi construire des naled bougres salinsi , sorte de coupoles salines qui se forment directement sur la source et peuvent slever jusqu une dizaine de mtres de hauteur. Leau continue scouler par le sommet de cette structure.Le diapir de sel de Slanic Prahova en Roumanie prsente aussi des formations tonnantes tels de splendides lapiaz forms par dissolution par leau la surface du sel.

Une valle sche est une valle apparemment dpourvue dhumidit. Il existe, en fonction des lieux, des climats, de la gophysique et des coutumes humaines, plusieurs formes de valles dites sches .

Une doline est une forme caractristique d'rosion des calcaires en contexte karstique. La dissolution des calcaires de surface conduit la formation de dpressions circulaires mesurant de quelques mtres plusieurs centaines de mtres. Leur fond est souvent occup par des argiles de dcalcification ou terra rossa (terre rouge), fertiles et plus ou moins impermables. La rtention locale d'eau qu'elle permet les rend propices au dveloppement d'une riche vgtation qui contraste avec le plateau calcaire environnant.

Un polj (plaine en slave) est une vaste dpression fond plat ferme par des versants rocheux escarps. Cette formation est caractristique des milieux karstiques. Les eaux sont vacues par un trou au fond du polj appel ponor. Le polj est ainsi reli une nappe phratique par un conduit naturel, ce qui produit une rsurgence l'origine d'un cours d'eau ou de l'inondation de la dpression.Historiquement, ces zones appartenaient la monarchie et aux monastres [rf. ncessaire], car elles sont trs fertiles, apportant une richesse et une conomie agricole.

Les gorges de la rivire Manawatu en Nouvelle-Zlande.Une gorge, dfil, canyon ou caon, de l'espagnol can, est un passage encaiss entre deux reliefs rsultant de l'rosion hydraulique sur tout type de roche mais prfrentiellement sur les sdimentaires.

Une gorge est le rsultat de longues priodes d'rosion fluviale dans des rgions sdimentaires o alternent strates dures et strates tendres1. l'origine du processus de formation, le rseau hydrographique coulait lentement sur des apports argilo-calcaires tals sur de vastes plaines. la suite de mouvements tectoniques, le niveau de base s'tant modifi (les plaines s'tant souleves ou bien le niveau de base s'tant abaiss), les cours d'eau se sont encaisss, leur vitesse s'tant acclre sous l'effet d'une pente plus forte et leur dbit, ayant pu tre accru, du fait de prcipitations plus abondantes1. Le processus d'rosion a t parfois favoris par la prsence de cavits souterraines situes sur le parcours des rivires. Des traces de ce long travail s'inscrivent dans le paysage sous la forme d'arches de pierre reliant les deux versants de la gorge (comme le clbre pont d'Arc des gorges de l'Ardche).

Le canyon de Hoodoos dans le parc national de Bryce Canyon, aux tats-Unis.Lorsque le cours d'eau atteint son profil d'quilibre, il cesse de creuser. La valle, qu'il a contribu crer, reste troite en raison de la rsistance des roches des versants qui prsentent des pentes ingales (les calcaires forment des corniches, les marnes des replats)

une grotte est une cavit souterraine naturelle comportant au moins une partie horizontale accessible ; ce qui la distingue d'un aven, d'un gouffre, d'un abme, etc. La premire dition du Dictionnaire de l'Acadmie franaise (1694) prcise qu'elle peut tre naturelle ou faite par artifice .Une grotte peut se former dans des structures minrales solubles par l'eau : principalement les roches carbonates (cavits karstiques) ainsi que le gypse et l'anhydrite, voire le sel gemme, le grs et le quartzite, le gneiss et le granite, le basalte et certains conglomrats (cavits pseudokarstiques).Un gouffre1 dsigne gnralement, au sens propre, une cavit souvent d'origine karstique dont l'entre s'ouvre dans le sol (par opposition une caverne ou une grotte, dont l'entre s'ouvre dans une paroi).

Une exsurgence, du latin surgere qui signifie se lever , ou une rsurgence est une source dont l'eau provient d'un rseau hydrogologique endogne d'un massif, gnralement karstique.Il existe des exsurgences marines jusqu plusieurs dizaines de mtres de profondeur et jusqu plusieurs centaines de mtres du rivage. Ces exsurgences ont parfois t utilises par des marins comme source d'eau potable en pleine mer1.