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 L'origine de l'Homme, sa nature, son essence

 

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22 juin 2006 4 22 /06 /juin /2006 00:19
Les concrétions calcaires des grottes, stalactites et stalagmites, enregistrent les caractéristiques de l'écoulement d'eau qui les a créées, et donc des événements qui ont modifié la vitesse et la nature de leur formation.

Dans un milieu souterrain relativement protégé de l'érosion et des dégradations humaines, ces dépôts sédimentaires, nouvellement désignés sous le nom de «spéléothèmes», sont datés par les moyens classiques de la datation géologique. Le décryptage de ces «archives géologiques» qui nous renseignent sur l'histoire climatique et géologique locale a beaucoup progressé ces dernières années.



La vie de la grotte

Une grotte, comme tout système géologique, a une histoire : elle naît, vit et se développe, puis vieillit et disparaît lentement. La grotte apparaît et grandit quand un courant d'eau chargé de gaz carbonique creuse une roche calcaire. Les galeries de certains réseaux de grottes s'étendent sur des centaines de kilomètres (plus de 500 kilomètres à Mammouth Cave, aux États-Unis) et les dénivelés verticaux peuvent dépasser le kilomètre (1602 mètres au gouffre Jean Bernard, en Savoie). Le vieillissement est lié au tarissement des courants et des eaux de creusement, et au comblement de la grotte par les sédiments et les concrétions.

Les dépôts détritiques des grottes résultent de l'accumulation des sédiments. Les dépôts endogènes, éboulements des parois et des plafonds, renseignent, quand on sait les dater, sur l'évolution de la grotte et, éventuellement, sur l'origine sismique de son comblement.

Les dépôts exogènes proviennent de l'extérieur de la grotte. L'agent de transport, le plus souvent l'eau, dépose des sédiments semblables à ceux trouvés dans les terrasses des rivières de surface. Leur étude met en évidence des séquences de dépôts liées à des crues avec conglomérats, grès et sables à la base, et argile fine au sommet. Le vent accumule aussi d'importants dépôts de sable fin et surtout de loess, indices d'un climat steppique lié à des phases climatiques froides périglaciaires ; ces dépôts détritiques exogènes renseignent sur l'environnement climatique externe à la grotte.

À partir des analyses de ces sédiments (granulométrie, morphoscopie, palynologie, etc.), on a reconstitué les diverses étapes, notamment climatiques et culturelles, qui se sont succédé au cours des derniers millions d'années. On a ainsi reconstitué, dans la grotte de Caune de l'Arago (Pyrénées-orientales), le cadre climatiqueet le mode de vie de l'Homme de Tautavel, le plus vieux fossile humain européen, qui vivait il y a environ 450 000 ans.

De plus, une grande partie des objets et outils préhistoriques ont été découverts dans les fouilles de dépôts détritiques, fouilles qui ont précisé les alternances climatiques durant lesquelles s'est développée la lignée humaine.

Au Quaternaire, les dépôts détritiques des grottes ont été souvent perturbés par des éboulements, des coulées de boue et des glissements de terrains. Ces phénomènes ont été causés par les longues périodes de dégel qui ont succédé aux phases périglaciaires et glaciaires, où le sol était fixé par le gel. Ces processus ont particulièrement affecté les grottes du Sud de l'Europe, lors de la phase de dégel progressif qui a suivi la période glaciaire du Wùrm, entre -20 000 ans et -8000 à -6000 ans, suivant la position des sites.

Les écroulements de falaises et ces glissements de pente ont alors obturé des porches de grottes fréquentées par les hommes préhistoriques au cours de la dernière glaciation, et assuré leur conservation et leur intégrité. La découverte de la grotte Chauvet, dans l'Ardèche, illustre cette préservation.






Les concrétions


Les dépôts chimiques des grottes, les concrétions, sont spécifiques du milieu souterrain. Ces concrétions se forment en présence de trois composants : l'eau, le gaz carbonique (ou dioxyde de carbone) et le calcaire. Quand l'eau de surface est acidifiée par la dissolution de gaz carbonique provenant des végétaux, le calcaire de la roche de surface est dissous sous forme de bicarbonate de calcium : cette dissolution du calcaire creuse les vides souterrains que sont les grottes. Le bicarbonate de calcium dissous est un composant en équilibre : quand la température de l'eau ou la pression partielle de gaz carbonique diminuent, l'équilibre chimique évolue dans le sens de la précipitation, avec dépôt de concrétions de carbonate de calcium.

Ainsi, en fonction des conditions du milieu, l'eau a une double action : soit elle creuse les conduits souterrains que sont les grottes, en dissolvant le calcaire, soit elle dépose le calcaire sous forme de concrétions et remplit lesvides qu'elle avait précédemment creusés sous terre.

Les variations de la température, la pression partielle du dioxyde de carbone, la solubilité de la roche, la teneur de la roche en carbonates, le débit de l'eau, déplacent l'équilibre dans le sens de la précipitation du calcaire, provoquant alors le dépôt de concrétions.





Les formes des concrétions

On est toujours surpris par la profusion et le polymorphisme des concrétions des grottes. Le concrétionnement n'est qu'une précipitation de carbonate de calcium, mais une précipitation au sein d'une eau circulante. Aussi le concrétionnement est-il un phénomène dynamique, et ses formes multiples sont contrôlées par un ensemble de facteurs : (1) la position dans la cavité souterraine du point de perco-lation de l'eau : plafond, sol, parois, bassins immergés, etc. ; (2) le débit de l'eau de concrétionnement : circulation capillaire en film d'eau, écoulement en goutte à goutte, ruissellement en cascade, etc. ; (3) les paramètres de porosité-perméabilité de la roche, qui influent sur les modes de circulation de l'eau de concrétionnement et sur la vitesse de percolation.

Parmi ces facteurs, le critère «débit et mode de circulation de l'eau» est majeur et sert de base à une première classification des concrétions. On distingue ainsi deux grands types de concrétionnements : (1) le concrétionnement à débit d'eau contrôlé par les forces de gravité, d'organisation essentiellement verticale, horizontale ou oblique, en fonction du profil des parois de la grotte. C'est le concrétionnement classique des grottes. La forme et l'importance des concrétions sont principalement déterminées par le débit d'eau qui les alimente.

Ainsi, un débit goutte à goutte lent favorise la formation de stalactites au plafond, un goutte à goutte rapide ne permettra que la formation de stalagmites au sol, avec un faible dépôt au plafond. Cette cinétique du concrétionnement détermine les formes des concrétions en écoulement : draperies, coulées et cascades stalagmitiques, planchers stalagmitiques, stalagmites, colonnes, disques, etc.

Le concrétionnement à débit d'eau très réduit, soumis à des forces capillaires et de tension superficielle, se développe dans toutes les directions de l'espace. Ce type est désigné sous le terme général d'«excentrique», lequel traduit l'anormalité des concrétions. Il présente de très nombreuses formes cristallines, en général très belles : cristaux en aiguilles, coralloïdes, touffes, efflorescences, etc.

En climat humide, le concrétionnement de pesanteur à grand débit d'eau est favorisé, alors qu'en climat sec et confiné, le concrétionnement capillaire se développe. Les formes de concrétionnement sont ainsi une première approximation des alternances climatiques.






Concrétions et paléoclimats

La nature, la composition chimique et la texture de la roche calcaire d'un site ne changent guère avec le temps, mais tous les autres facteurs (température, débit de l'eau, CO2, etc.) sont liés et dépendent du climat qui règne sur le massif calcaire où se situe la grotte. Aussi les structures des concrétions retracent-elles les variations climatiques et permettent-elles de les identifier.
Pendant une même phase climatique qui dure parfois plusieurs dizaines de milliers d'années, le concrétionnement reste continu, homogène, avec développement des mêmes types de concrétions. Lorsque les conditions climatiques sont telles que l'apport d'eau est réduit, la vitesse du concrétionnement diminue et le dépôt peut même s'arrêter complètement pendant de très longues périodes. Cet arrêt des dépôts se marque généralement dans les concrétions par des couches de coloration brune dues à des oxydations et à des corrosions de la surface des concrétions.

Les périodes de non-concrétionne-ment sont souvent plus longues que celles pendant lesquelles les concrétions se développent. Les arrêts de concrétionnement indiquent des dégradations climatiques (froid ou sèche-resse). Pendant le Quaternaire, ils ont spécifiquement marqué les périodes froides ou glaciaires.

Le système cristallin reflète aussi les conditions du dépôt. Le carbonate de calcium cristallise selon deux systèmes minéralogiques : la calcite, forme la plus courante, et l'arago-nite, beaucoup plus rare. L'aragonite se dépose préférentiellement lorsque l'alimentation en eau est réduite et en présence de magnésium existant dans certains types de roches carbo-natées (dolomies, calcaires dolomitiques, calcaires minéralisés).

La présence d'aragonite est l'indice d'un confinement, par exemple une phase climatique sèche. Dans des cas favorables, on observe le passage aragonite-calcite plusieurs fois répété dans une même concrétion. Ces passages indiquent des fluctuations climatiques «humides-moins humides», intéressantes pour l'étude et l'identification des paléoclimats.

Les divers processus de formation des concrétions, leurs significations paléoclimatiques ainsi que l'interprétation des formes constituent une approche intéressante, mais qui ne permet d'aborder que la succession de diverses phases de concrétionnement ou de dépôts détritiques, c'est-à-dire une chronologie relative.






Les datations des concrétionnements

La datation absolue est obtenue par la mesure des concentrations en éléments radioactifs dont la demi-vie est connue. Dans les méthodes directes, on utilise la désintégration radioactive d'un élément dont on connaît par ailleurs la demi-vie. On mesure les concentrations de l'isotope radioactif et de ses produits de désintégration et on détermine ainsi la date de formation de la concrétion où l'isotope a été piégé. Le carbone 14 est utilisé jusqu'à 40 000 ans environ, l'uranium thorium jusqu'à 350 000/400 000 ans, l'oxygène 18 fournit essentiellement des datations concernant les paléotempératures.

Les méthodes indirectes mesurent des émissions par les objets étudiés après qu'ils ont été soit chauffés (thermoluminescence), soit soumis à un bombardement électromagnétique Cette dernière méthode permet des datations dépassant largement lLes méthodes d'analyses naturelles mettent à profit les propriétés des sédiments. Ainsi la mesure de l'aimantation des particules de fer piégées dans les sédiments indique leur polarité magnétique lors de leur cristallisation, ce qui permet de les situer dans l'échelle paléomagnétique terrestre et d'approcher leur âge.

Une autre méthode est la datation par palynologie. L'eau de concrétionnement contient des spores et des pollens qui peuvent être piégés et conservés dans les concrétions. Leur détermination précise l'environnement climatique et l'âge du dépôt si l'on dispose d'une échelle palynologique calée pour la région étudiée. Cette méthode, développée par Bruno Bastin, est limitée par la difficulté d'extraction des pollens et par leur faible concentration dans les concrétions.

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Published by Homo Sapiens - dans Repères
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