Mots clés : calcite, karst, gour

Les triangles de calcite (calcite triangulaire) de la grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil, Dordogne

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

12/11/2018

Résumé

Surfaces à triangles de calcite, cristallisation de pyramides de calcite dans des “flaques” saturées.


Figure 1. Triangles de calcite (ou calcite triangulaire), grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil, Dordogne

Ces triangles sont souvent creux, mais pas toujours. Ils forment une surface parfaitement horizontale, car cette calcite a cristallisé sous (ou à) la surface (horizontale) d'un micro-lac (un petit gour) à l'intérieur de la grotte, micro-lac maintenant asséché.

Localisation par fichier kmz de la grotte du Grand Roc.


Figure 2. Surface horizontale où sont visibles les triangles de calcite, triangles creux ou pleins, grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil, Dordogne

Des ébauches de stalagmites (très blancs) recouvrent localement cette surface. Ces stalagmites n'ont pu se développer qu'après l'assèchement du micro-lac. Le couteau suisse donne l'échelle, mais c'est une échelle trompeuse. La photo est prise avec l'appareil à environ 1,5 m au-dessus des triangles, et le couteau n'est pas posé sur la surface, mais tenu à bout de bras environ 75 cm au-dessus des triangles.


Figure 3. Vue avec un peu de recul du même secteur, on voit la forme approximativement circulaire de l'ancien micro-lac

On voit bien les ébauches de stalagmites (très blancs) qui recouvrent localement cette surface. Ces stalagmites n'ont pu se développer qu'après l'assèchement du micro-lac. Le couteau suisse donne l'échelle, mais c'est une échelle trompeuse. La photo est prise avec l'appareil à environ 1,5 m au-dessus des triangles, et le couteau n'est pas posé sur la surface, mais tenu à bout de bras environ 75 cm au-dessus des triangles.



La grotte du Grand Roc est l'une des curiosités géologiques de la commune des Eyzies-de-Tayac-Sireuil en Dordogne, moins connue que d'autres curiosités “préhistoriques” locales comme la grotte de Font-de-Gaume, le Musée national de la Préhistoire… Cette grotte a été creusée par l'eau dans des calcaires du Crétacé supérieur (Coniacien-Santonien). Il s'agit d'une grotte ouverte aux touristes, et on ne peut y pénétrer qu'en visite guidée. Cette grotte est très connue pour la beauté et la fragilité de ses concrétions, en particulier de ses excentriques (cf. Les excentriques, des concrétions spéléologiques bien étranges ). C'est cette fragilité qui a amené les exploitants de la grotte à limiter par des barrières le chemin par où passent les touristes, et à protéger certaines concrétions par des vitres ou des grillages. Cette protection est nécessaire vu le nombre des visiteurs, mais empêche parfois de faire des photographies de près, avec l'angle de prise de vue que l'on voudrait… Et, à moins de demander une visite individuelle, on ne peut pas trop s'attarder devant telle ou telle concrétion pour la photographier. Pendant une visite guidée en 2014, le guide nous a rapidement signalé ces concrétions extraordinaires que sont les triangles de calcite. Toutes les photographies de cet article ont été prises en moins de 3 minutes (il fallait bien suivre le guide et le reste du groupe). Ces triangles de calcite sont assez rares dans les grottes françaises ouvertes aux touristes. Je n'en connais (de réputation) que deux autres : le gouffre de Proumeyssac, également en Dordogne, et la grotte de l'Aguzou dans l'Aude.

Ces triangles de calcite sont des triangles équilatéraux, avec, donc, une symétrie d'ordre 3. C'est normal pour de la calcite qui cristallise dans le système trigonal (encore appelé système rhomboédrique) et qui cristallise avec de très nombreuses morphologies possédant cette symétrie (cf. Les macro-cristaux de calcite de la Carrière du Boulonnais, Pas de Calais ).

Quelle peut être l'origine de ces “triangles”, cristallisations assez atypiques de calcite ? La surface de ces triangles, quand ils sont pleins, ou leurs bords, quand ils sont creux, matérialisent une surface parfaitement horizontale, au fond d'une petite dépression (figures 3 et 4). Cette cristallisation a été “influencée” par la surface d'un micro-lac (un petit gour en langage spéléologique). Deux solutions sont théoriquement possibles et intellectuellement envisageables.

  1. Soit la cristallisation part de la surface, et le cristal grandit latéralement en augmentant de surface et grandit en épaisseur, en poussant vers le bas, comme le fait la fleur de sel (cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel et Les cristallisations de halite (NaCl) dans et autour de l'étang de Lavalduc, Bouches du Rhône), mais sans pouvoir pousser vers le haut qui est hors d'eau. Il arrive en effet qu'un mini-lac saturé en ions Ca2+ et HCO3 se recouvre d'un voile de calcite [ Ca2+ + 2 Ca2+ → CO2 (qui part dans l'atmosphère) + CaCO3 (qui forme un voile superficiel) + H2O], cf. figures 19 à 21 de Les sources thermominérales d'Auvergne : aspects géologiques . Pourquoi certains des cristaux de ce voile ne grandiraient-ils pas en prenant le dessus sur les autres ? Dans ce cas, on explique bien la surface supérieure plate. Dans le cas des triangles creux, ce seraient des phénomènes de capillarité qui feraient “monter” les bords du triangle.
  2. Soit la cristallisation part du fond du micro-lac, sous forme d'une pyramide à base triangulaire poussant vers le haut. Quand la pointe de la pyramide en croissance atteint la surface de l'eau, elle s'arrête de croitre en hauteur, mais les trois faces immergées continuent de croitre horizontalement, engendrant ainsi un triangle plat de plus en plus grand. La croissance cristalline se faisant préférentiellement par les faces, si le niveau du micro-lac se met à monter, les bords du triangle grandissent à la fois latéralement et verticalement, alors que la croissance du centre du triangle (qui ne correspond pas à une face naturelle du cristal) grandit beaucoup moins vite. De la capillarité pourrait accentuer cette croissance verticale des bords. On expliquerait ainsi les triangles creux.

L'examen des affleurements internes à la grotte, examen forcément très rapide vu les conditions de la visite que j'ai effectuée en 2014, privilégie très fortement la deuxième hypothèse. Les photographies qui suivent (1) montrent des détails de ces triangles, et (2) mettent en valeur des morphologies montrant que l'hypothèse 2 (cristaux partant du bas et dont la croissance verticale cesse quand leur terminaison atteint la surface) est très vraisemblablement la bonne. Une étude plus approfondie serait nécessaire pour confirmer, ou infirmer, cette hypothèse.

Figure 5. Surface d'environ 35×25 cm de côté montrant la variété morphologique des triangles de calcite et localisant les photos de détail qui suivent, grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil, Dordogne

La figure 6 correspond au secteur où dominent les triangles creux, en haut à droite de l'image. La figure 7 correspond au secteur où dominent les triangles plats, en bas à gauche à de l'image. Les chiffres rouges 8, 9 et 10 localisent les figures 8 à 10.


Figure 6. Secteur où dominent les triangles de calcite creux


Figure 7. Secteur où dominent les triangles de calcite pleins


Figure 8. Secteur où l'on voit (au centre droit de l'image) une pyramide pointue, dont on voit très bien la pointe et les trois faces latérales

L'hypothèse 2 explique très bien cette pyramide pointue à base triangulaire : quand l'eau du micro-lac est partie, ce cristal de calcite n'avait pas encore atteint la surface et n'avait pas développé son sommet plat ou creux contrairement à ses voisins. Au voisinage, on voit de tous petits triangles, intermédiaires entre la pyramide théorique et les triangles.


Figure 9. Secteur où l'on voit (au centre de l'image) une pyramide pointue, dont on voit très bien la pointe et les trois faces latérales

L'hypothèse 2 explique très bien cette pyramide pointue à base triangulaire : quand l'eau du micro-lac est partie, ce cristal de calcite n'avait pas encore atteint la surface et n'avait pas développé son sommet plat ou creux.



Figure 14. Vue d'ensemble sur un autre micro-lac où sont peut-être en train de croitre des triangles (creux) de calcite

Si le niveau de l'eau était de quelques millimètres plus élevé, on serait dans une situation modèle de l'hypothèse 2.


Figure 15. Vue de détail sur un autre micro-lac où sont peut-être en train de croitre des triangles (creux) de calcite

Si le niveau de l'eau était de quelques millimètres plus élevé, on serait dans une situation modèle de l'hypothèse 2.


Quand la grotte fut aménagée pour pouvoir accueillir des touristes, des tunnels furent creusés et des galeries élargies, qui recoupent d'anciennes mini-cavités karstiques ou de mini-lacs maintenant hors d'eau car situés au moins 1 m plus haut que le niveau piézométrique local. On peut alors y faire des observations qui confirment l'hypothèse 2.

Figure 16. Ancienne cavité karstique d'une trentaine de centimètres dans sa plus grande dimension

Cette cavité a dû être pleine d'eau à un moment de son histoire, et des cristaux de calcite (en forme de pyramide à base triangulaire) ont crû en partant à la fois du fond et du plafond. La cavité s'est vidée avant que les deux niveaux de cristaux se rejoignent. Si, par la pensée, on ne considère que les cristaux du bas, et si on fait cesser la croissance verticale de ces cristaux, environ 1 à 2 cm plus bas que leur pointe actuelle, parce que ces cristaux auraient atteint une interface air/eau, on obtient une surface plane parsemée de triangles de calcite.


Figure 17. Détail du plancher de cristaux de calcite de la figure précédente,grotte du Grand Roc (Dordogne)

Si, par la pensée, on ne considère que les cristaux du bas, et si on fait cesser la croissance verticale de ces cristaux, environ 1 à 2 cm plus bas que leur pointe actuelle, parce que ces cristaux auraient atteint une interface air/eau, on obtient une surface plane parsemée de triangles de calcite.


Figure 18. Autre mini-cavité karstique dégagée par l'aménagement de la grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil (Dordogne)

Cette cavité a dû au cours de son histoire être partiellement remplie d'eau jusqu'au 3/5 de la hauteur de la photo. Le plancher de cette cavité devait être un peu plus bas sur le devant de la cavité qu'à son arrière. Des cristaux de calcite en forme de pyramide ont crûs à partir de ce plancher. Ceux de l'arrière, du fait de la moindre profondeur, ont atteint la surface de l'eau, ont cessé de croitre en hauteur mais ont continué de croitre en épaisseur. Ainsi s'explique la surface parfaitement horizontale qu'on voit on fond de la cavité. Sans doute verrait-on des triangles si on pouvait observer cette surface par le haut. Les cristaux de calcite du devant de la cavité, partant de plus profond, n'avaient pas atteint la surface de l'eau quand cette cavité s'est vidée. La forme classique de pyramide à base triangulaire est ainsi parfaitement visible.


Figure 19. Le site de la grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil (Dordogne), creusée par l'eau dans les falaises de calcaires du Crétacé supérieur qui dominent la Vézère

Vingt kilomètres en amont dans la vallée de la Vézère, se trouve la célèbrissime grotte de Lascaux.


Figure 20. Le site de la grotte du Grand Roc, les Eyzies-de-Tayac-Sireuil (Dordogne), creusée par l'eau dans les falaises de calcaires du Crétacé supérieur qui dominent la Vézère

Vingt kilomètres en amont dans la vallée de la Vézère, se trouve la célèbrissime grotte de Lascaux.


Figure 21. Localisation de la grotte du Grand Roc sur une carte géologique de la France au 1/1 000 000

Localisation par fichier kmz de la grotte du Grand Roc.


Mots clés : calcite, karst, gour