Mots clés : température, grotte, trou à glace, glace, température moyenne annuelle

Les trous à glace de la cheire du Puy de Côme (Puy de Dôme)

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

27/06/2011

Résumé

De la glace naturelle toute l'année en moyenne montagne.


Figure 1. Stalactites et stalagmites de glace dans un « trou à glace », cheire du Puy de Côme, Puy de Dôme

Stalactites et stalagmites de glace dans un « trou à glace », cheire du Puy de Côme, Puy de Dôme

Cette photo a été prise en mai 2011, mois de mai le plus chaud depuis 1900. L'altitude n'est que de 780m. La température extérieure est de 25°C, et il fait un grand beau temps. On devine d'ailleurs sur la mousse des taches de soleil qui filtre à travers le feuillage des arbres. Malgré cette température extérieure élevée et ce soleil, la température dans la mini-cavité est de 0°C, et va le rester tout l'été. Ces « concrétions » de glace sont « fragiles » et sont dues à la conjonction de plusieurs facteurs exceptionnels. Visiteurs et amateurs, laissez la nature évoluer seule ; ne les abîmez pas et ne les prélevez pas !


La cheire du Puy de Côme est une des plus belles coulées de lave de la Chaîne des Puys. La surface de cette coulée de lave, de type aa, est caractéristique et particulièrement spectaculaire dans ses rares parties ni boisées ni végétalisées. En plus de son coté chaotique dû à sa nature de blocs décimétriques à métriques, la surface de cette coulée est « ondulée », avec des bosses et des creux de 5 à 10 m de hauteur, bosses et creux dus à l'amoncellement irréguliers des blocs de lave.

Figure 2. Surface de la cheire du Puy de Côme dans un de ses rares secteurs peu boisés et peu végétalisés

Surface de la cheire du Puy de Côme dans un de ses rares secteurs peu boisés et peu végétalisés

Cheire signifie « tas de pierres » en langue auvergnate.

Il n'y a pas de sol à cet endroit, et seuls quelques bouleaux et mousses sont arrivés à s'implanter. La photo a été prise en début de printemps, avant la reprise de la végétation et le débourrage des bourgeons. Mais la neige d'hiver a déjà complètement disparu à cette altitude modérée (750-800 m).


Figure 3. Vue plus « représentative » de la surface de la cheire du Puy de Côme

Vue plus « représentative » de la surface de la cheire du Puy de Côme

Les blocs caractéristiques des coulées aa sont encore visibles, mais ils sont bien couverts de mousses ; un couvert forestier a pu s'installer, et un sol commence à se développer. La surface de la cheire n'est pas horizontale, et il y a environ 5 m de dénivelé entre le creux en bas à gauche et le sommet du monticule en haut à droite. Cette photo, prise en mai 2011 comme toutes les photos suivantes, montre que les arbres ont leurs feuilles, et que le printemps est déjà bien avancé.


Quand on se promène un jour sans vent, en été, à la surface de cette coulée, on tombe parfois dans un secteur très localisé où la température ne dépasse pas quelques degrés, malgré la température ambiante qui peut dépasser 25°C à cette altitude (700 à 800 m). Deux localisations sont propices pour rencontrer ces phénomènes micro-climatiques : juste au Sud-Est de Pontgibaud et au Nord de Bannières / Grand Chambois. Au Sud-Est de Pontgibaud, il suffit de suivre un chemin aménagé (le chemin, ou circuit, des cheires) et on sent parfois un vent très frais semblant sortir de nulle part. Près de Bannières / Grand Chambois, en s'aventurant dans les chaos rocheux (il n'y a pas de chemin et on peut facilement s'égarer ou se tordre une cheville dans ces chaos rocheux), on peut arriver au niveau d'un creux de 20 à 30 m de diamètre pour 5 à 10 m de profondeur et au fond duquel la température est voisine de 0°C. C'est au fond de tels creux, entre les blocs de basalte de la coulée aa qu'on peut trouver stalactites et stalagmites de glace, même en plein été.

Figure 4. Vue d'ensemble d'un « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme

Vue d'ensemble d'un « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme

Ce « trou », constitué d'un amoncellement de blocs aa, mesure environ 8 m de profondeur pour 15 m de diamètre. Quand cette photo a été prise (en mai 2011), il faisait 25°C « en haut », mais 0°C « en bas ». Ce très fort gradient thermique se voit aussi dans la végétation : arbres, arbustes et herbes en haut, seules quelques mousses en bas. C'est entre les blocs inférieurs qu'on peut trouver stalactites et stalagmites de glace, comme ceux de la figure 1.


Figure 5. Coupe schématique d'un « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme (Puy de Dôme)

Coupe schématique d'un « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme (Puy de Dôme)

La surface de cette coulée aa est faite d'amoncellements de blocs, amoncellements qui forment une série de bosses et de creux, creux de 20-30 m de diamètre pour 5-10 m de profondeur. C'est au fond de ces creux que la température est en permanence inférieure ou égale à 0°C, même pendant les plus fortes canicules estivales. C'est ce très fort gradient thermique qui est représenté par le dégradé du jaune pale au bleu dans l'atmosphère, que ce soit à l'air libre ou dans les interstices entre les blocs. Et c'est sous certains blocs qu'on peut observer stalactites et stalagmites de glace (dessinés en bleu foncé, en bas, légèrement à gauche) !


Figure 6. Carte topographique IGN de la cheire du Puy de Côme

Carte topographique IGN de la cheire du Puy de Côme

Les « bouffées » de froid qu'on peut sentir en se promenant le long du chemin des cheires près de Pontgibaud sont localisées dans l'ellipse bleue. Les « trous à glace » du secteur Bannières / Grand Chambois sont situés dans l'ellipse rouge.


Figure 7. Extrait de la carte de Cassini (établie au XVIIIème siècle) montrant que ce phénomène naturel est connu depuis "toujours" (longtemps, du moins)

Extrait de la carte de Cassini (établie au XVIIIème siècle) montrant que ce phénomène naturel est connu depuis "toujours" (longtemps, du moins)

Un de ces  « trous à glace » y est figuré. Il est légendé « fontaine chaude en Hiver, glacée en Eté », ce qui est impropre, car il n'est jamais « chaud » en hiver. Un de ces « trous  à glace », sans doute celui figuré sur la carte de Cassini, a été aménagé en cave à fromage en 1840, mais cet aménagement est maintenant en ruine. Au XIXème siècle, un médecin de Pontgibaud s'approvisionnait en glace dans ces trous pendant l'été. On peut également noter que cette première carte « détaillée » de la France comprend des erreurs, ce qui est bien normal : un ruisseau est dessiné, qui va de cette fontaine chaude en été et glacée en hiver, se dirige vers le Nord pour rejoindre l'Est de Pontgibaud. Ce ruisseau (qui traverserait la coulée) n'existe pas, à moins qu'une éruption post XVIIIème siècle ne l'ai recouvert !


Les photographies qui suivent, photographies d'ensemble comme de détail, ont été prises dans le secteur de Bannières / Grand Chambois, toutes en mai 2011, par une température extérieure de 25°C, avec un grand soleil.

Figure 8. Vue globale de la moitié d'un « trou à glace », cheire du Puy de Côme

Vue globale de la moitié d'un « trou à glace », cheire du Puy de Côme

Des stalactites de glace, invisibles sur cette photo « normalement » exposée, sont présents dans la cavité sombre visible en bas à droite. Les 3 images suivantes montrent les stalactites existant dans cette cavité.


Figure 9. Autre vue globale de la moitié d'un « trou à glace », cheire du Puy de Côme

Autre vue globale de la moitié d'un « trou à glace », cheire du Puy de Côme

Même trou à glace que la vue précédente. Des stalactites de glace sont visibles (en gris) sur cette image dans la cavité en bas au centre.

Cette image est en fait est un montage en 2 parties : une partie normalement exposée (stalactites invisibles) et une légèrement numériquement surexposée pour qu'on devine les stalactites.


Figure 10. Gros plans sur les stalactites de glaces, cheire du Puy de Côme

Gros plans sur les stalactites de glaces, cheire du Puy de Côme

Stalactites de glaces présents dans la cavité visible sur les deux images précédentes. Cette photo n'est pas retravaillée numériquement.


Figure 11. Gros plans sur les stalactites de glaces, cheire du Puy de Côme

Gros plans sur les stalactites de glaces, cheire du Puy de Côme

Stalactites de glaces présents dans la cavité visible sur les deux images précédentes. Cette photo n'est pas retravaillée numériquement.


Figure 12. Vue d'ensemble d'un autre « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme

Vue d'ensemble d'un autre « trou à glace » de la cheire du Puy de Côme

De la glace est présente (mais invisible sur cette photo) dans la cavité visible au centre de l'image.


Figure 13. Gros plan sur la cavité à glace, cavité qui n'est en fait qu'un petit espace situé sous un amoncellement de roches

Gros plan sur la cavité à glace, cavité qui n'est en fait qu'un petit espace situé sous un amoncellement de roches

Cavité visible au centre de l'image précédente.

Ce qui paraît blanc au plancher de cette cavité, c'est de la glace. Les deux images suivantes correspondent à des photos de l'intérieur droit de cette cavité. Les frondes de fougères mortes, couchées et brunes en haut légèrement à droite permettront de se repérer et de comparer l'orientation de cette photo et de la suivante.


Figure 14. Cavité à glace, cheire du Puy de Côme

Cavité à glace, cheire du Puy de Côme

Vue interne de la partie droite de la cavité de la figure précédente : se repérer aux frondes de fougères mortes et brunes, visibles en haut à gauche.

De la glace est parfaitement visible : elle tapisse le plancher de la cavité et forme des stalactites au fond.


Figure 15. Cavité à glace, cheire du Puy de Côme

Cavité à glace, cheire du Puy de Côme

Gros plan de l'image précédente.

De la glace est parfaitement visible : elle tapisse le plancher de la cavité et forme des stalactites au fond.





 

Se pose alors le problème de l'origine de ce « froid » permanent. C'est l'objet de débats depuis plusieurs siècles, et des études quantitatives avec bilans énergétiques globaux restent à faire. Que peut-on proposer aujourd'hui ? Nous avons vu la semaine dernière comment la topographie pouvait permettre à une cavité d'avoir une température inférieure à la moyenne annuelle locale : l'air froid y descend l'hiver, et sa forte densité limite la convection et empêche sa sortie pendant l'été. Nous avons vu aussi comment l'introduction de neige dans cette cavité, et comment une intense évaporation pouvaient encore abaisser cette température interne.

Le secteur des « trous à glace » est à une altitude de 750-780m ;.la température moyenne annuelle y est d'environ 8°C, et les trous à glace ne sont pas des « grottes », tout au plus des mini-abris sous roche situé au fond d'une dépression largement ouverte. Comment expliquer ce froid ? On peut proposer trois raisons possibles.

  1. Ces « trous à glace » sont des points bas. L'air froid a donc naturellement tendance à y stagner. Cet air froid de l'hiver a également pu s'insinuer dans tous les interstices entre les blocs constituant la coulée. Mais ces dépressions sont largement ouvertes sur l'extérieur, et un bon vent devrait remuer cet air et contrebalancer la tendance à la stagnation de l'air froid.
  2. Situé entre 750 et 800 m d'altitude, de la neige tombe dans ces dépressions pendant l'hiver. Il doit même en tomber un peu plus qu'ailleurs, vu que c'est un point bas à l'abri du vent, où de la neige doit s'accumuler (congères). De la neige, sans doute, peut aussi s'insinuer entre les blocs jusqu'à quelques mètres de profondeur. Mais le fond de la dépression est ouvert sur l'extérieur, le soleil l'atteint pendant la journée, et la neige devrait fondre pendant l'été, même si une grande épaisseur s'y est accumulé l'hiver.
  3. Toute la partie supérieure de la coulée est faite d'un amoncellement de blocs de basalte, caractéristique des coulées aa. La coulée est donc perméable en grand. De l'eau peut s'y accumuler. De l'air peut également circuler à l'intérieur de la coulée, entre les blocs qui ne sont évidemment pas parfaitement jointifs. En circulant, l'air peut évaporer une partie de l'eau interne, ce qui est source de refroidissement. Mais jamais l'évaporation d'eau liquide ne peut abaisser la température de l'eau sous sa température de congélation.

Aucune des trois raisons évoquées ci-dessous ne semble suffisante à elle seule, mais c'est sans doute la conjonction des trois qui est à l'origine de ces curiosités naturelles. L'hiver, une grande quantité de neige s'accumule dans ces trous. Sauf en cas de grand vent, l'air froid au fond de ces dépressions stagne, ainsi probablement que dans les interstices entre les blocs situés à cette profondeur. Dans ces interstices, le vent a du mal à mélanger l'air. La neige, au fond de la dépression et dans les interstices situés à cette profondeur est longue à fondre. Sa fonte, lente, absorbe de la chaleur et maintient l'intérieur de la coulée toujours humide, et froide. Et de l'air circulant lentement à l'intérieur de la coulée entre les blocs provoque une évaporation permanente, ce qui absorbe aussi de la chaleur. Ces trois causes font que la température hivernale (environ –5°C en moyenne) remonte très peu l'été, et est « tamponnée » à 0°C, ce qui permet à de la glace d'hiver de se maintenir tout l'été. Mais les stalactites et stalagmites de glace ne sont pas faites d'accumulation de neige d'hiver. C'est de la néo-glace, qui a formé ces stalactites pendant la saison chaude. L'origine de ces stalactites doit être la suivante : pendant les chaudes journées d'été, l'humidité atmosphérique se condense naturellement au niveau des zones froides, entre les rochers au fond des dépressions. La condensation est d'autant plus abondante qu'il y a un grand écart de température entre l'atmosphère extérieure et celle au fond du « trou » (analogie avec la buée qui se condense sur les vitres froides). Cette eau de condensation s'écoule alors sur les rochers, en s'enfonçant de plus en plus profondément. Une légère pluie peut également amener de l'eau liquide à suivre le même chemin. Si ces eaux liquides atteignent la zone où la température est inférieure ou égale à 0°C, alors elle gèle et fait ces superbes stalactites et stalagmites. On peut ainsi comprendre pourquoi les stalactites de glace sont particulièrement abondantes pendant les chaudes journées d'été. Ces stalactites et stalagmites pourront être provisoirement détruit par de grosses pluies d'orage, par un fort vent chaud… mais elles pourront se reconstituer lentement dans les jours et semaines suivantes si le temps est calme… et chaud (condensation abondante) et si aucun promeneur ne vient en « prélever ».

Une discussion sur l'origine de ce phénomène est menée sur un site dédié à Saint Bonnet de Condat.

Figure 19. Schémas expliquant le maintien d'une température basse au fond des « trous à glace » même au plus fort de l'été, ainsi que la formation de stalactites et stalagmites

Schémas expliquant le maintien d'une température basse au fond des « trous à glace » même au plus fort de l'été, ainsi que la formation de stalactites et stalagmites

En haut, la situation hivernale. La température moyenne extérieure est voisine de –5°C. De la neige (en bleu) tombe, remplit la cavité sur 1 à 2 m d'épaisseur, et peut s'insinuer entre les blocs de basalte sur quelques mètres de profondeur.

En bas, la situation estivale. La quasi-totalité de la neige a fondu, mais la stratification thermique et l'évaporation de l'eau interne à la coulée, évaporation due à la circulation d'air dans les interstices entre les blocs, maintiennent une basse température au fond du trou. En s'insinuant entre ces blocs froids, de l'eau de condensation (ou de pluie) peut geler entre les blocs ou dans les mini-abris sous roche, et y former de superbes stalactites et stalagmites.


Figure 20. Vue Géoportail de la cheire du Puy de Côme

Vue Géoportail de la cheire du Puy de Côme

Le Puy de Côme est visible en bas à droite ; la coulée, totalement impropre aux cultures et aux pâturages est presque complètement recouverte de bois et de taillis et est de ce fait parfaitement visible sur les photos aériennes et satellitales. Les « bouffées » de froid qu'on peut sentir en se promenant le long du chemin des cheires près de Pontgibaud sont localisées dans l'ellipse bleue. Les « trous à glace » du secteur Bannières / Grand Chambois sont situés dans l'ellipse rouge.


Figure 21. Vue BRGM / Google Earth de la cheire du Puy de Côme

Vue BRGM / Google Earth de la cheire du Puy de Côme

Les « bouffées » de froid qu'on peut sentir en se promenant le long du chemin des cheires près de Pontgibaud sont localisées dans l'ellipse bleue. Les « trous à glace » du secteur Bannières / Grand Chambois sont situés dans l'ellipse rouge.


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