La craie est une roche poreuse mais carbonatée. Comme roche poreuse, elle se comporte plutôt comme une éponge, mais comme roche carbonatée, elle est sensible à la karstification. Explorons ce qui semble être une contradiction.

La craie est une roche poreuse, au ciment incomplet qui laisse de nombreux vides entre ses composants. Ces vides peuvent atteindre 45 % dans les craies normandes, et dépasser les 60 % dans des faciès plus grossiers comme les calcarénites du Maastrichien, dans la Montagne Saint Pierre (Basse-Meuse belgo-néerlandaise). On parle alors de porosité globale.

Mais tous ces vides n’offrent pas une dimension suffisante pour permettre l’écoulement de l’eau. La porosité efficace, celle qui laisse passer l’eau, est souvent nettement plus réduite et atteint dans la craie normande, une valeur de quelques % . La karstification des craies et calcarénites est aujourd’hui un fait largement établi, et des cavités de plusieurs kilomètres ont été explorées humainement prouvant clairement l’existence du processus. D’ailleurs les études hydrogéologiques confirment cet aspect surprenant des craies.

1- De l’éponge au vide karstique

Les vides naturels souterrains existent dans la craie, milieu hydrologiquement poreux. La question fondamentale est savoir comment un milieu ouvert et peu contraignant, qui laisse l’eau passer sans la concentrer, peut permettre le développement de grottes, c’est-à-dire de circulations concentrées.

La réponse réside dans la qualité carbonatée de l’encaissant, à savoir que la craie est un calcaire, et donc elle est sensible à la dissolution par les agents acides transportés par l’eau. Bien sûr, l’origine chimique ou biochimique de l’altération au sein de la masse rocheuse est objet d’une importante recherche, mais il est certain que l’apport d’un agent de dissolution par le vecteur aqueux est un élément fondamental de la karstification.

La progression lente de l’eau dans le milieu carbonaté permet, par lent renouvellement du vecteur, la mise en solution du milieu. Les pores originels s’ouvrent lentement et finissent, par coalescence, par se réunir, débouchant sur un réseau labyrinthique noyé : les anastomoses.

2- L’altération ponctuelle ou primokarst

3- Du réseau d’anastomoses au collecteur

Les anastomoses qui vont peu à peu s’organiser par sélection, suivant en cela les lois physiques de l’écoulement des fluides : la coalescence de deux conduits permet un abaissement de l’indice de rugosité (frottement aux parois) et donc une augmentation du débit, ce qui à débit total constant, réduit l’écoulement dans les autres drains.

Cette réduction de débit dans les drains annexes s’accompagne d’un ralentissement de la vitesse à cause de l’augmentation de l’indice de rugosité. Ce ralentissement favorise la chute des éléments solides transportés et leur sédimentation. Il en résulte une réduction de section du drain et donc une augmentation de l’indice de rugosité, la réduction de la vitesse de l’écoulement, la précipitation d’insolubles plus petits, d’où une nouvelle réduction de la section du conduit, etc., jusqu’au comblement du drain qui cesse d’être fonctionnel.

Le débit qui parcourait ce drain se reporte au fur et à mesure sur les drains encore fonctionnels, et plus particulièrement sur les plus gros, à l’indice de rugosité le plus faible, qui avec ces apports hydriques supplémentaires, voient leur statut de collecteur renforcé. On passe ainsi, par palier, d’un réseau de drainage labyrinthique au drainage concentré sur le mono-collecteur.

4- Le karst de restitution L’eau qui pénètre dans un massif (en relief par rapport au niveau de base souligné par la mer ou les cours d’eau), s’accumule après être descendu à travers les formations géologiques pénétrables. Cette accumulation dépend de l’importance de l’alimentation mais aussi de la vitesse d’évacuation de l’eau à la périphérie du massif. Pour que l’eau contenue au sein du massif puisse être restituée, il faut que l’eau située près du versant ait été évacuée : c’est le concept fondamental d’érosion régressive.

Dans la craie, la porosité de l’encaissant permet l’évacuation lente des eaux contenues dans le massif. Comme l’eau qui ressort du massif crayeux est libérée par l’encaissant, l’expression du karst de restitution est fortement contrôlée par les qualités du substrat. Et c’est plus particulièrement dans l’expression du karst de restitution que la porosité exprime son impact : le sous-dimensionnement des drains de restitution, comparé à la dimension de leurs homologues dans les calcaires francs. En effet une part non-négligeable du flux aqueux ne participe pas directement à la restitution karstique.

5- le karst d’introduction

6- La jonction hydrokarstique

7- Le réseau et le système

8- Les dynamiques et le piégeage sédimentaire

9- Le littoral, élément perturbateur

10- L’impact anthropique :

10.1- modification du couvert végétal

10.2- imperméabilisation des sols

10.3- activité minière

10.4- écoulement et pompage AEP

La karstification est un phénomène de concentration de l’altération mais aussi de l’écoulement dans la masse crayeuse. Donc toute activité anthropique qui concentre spatialement l’exploitation d’une ressource naturelle, contribue au développement de la karstification. Ainsi le rejet concentré dans le milieu souterrain, des eaux de surface, usées ou pluviales, notamment par le biais d’une bétoire, contribue à la karstification du substrat crayeux. Pour limiter l’impact d’une telle activité, il conviendrait de disperser autant que faire se peut, les rejets. Ainsi, la tendance actuelle, supportée par des raisons économiques, de concentrer les prélèvements en eau potable (AEP) sur des captages productifs, par forçage et non plus par écoulement gravitaire, vient modifier radicalement la dynamique du réservoir, en l’accélérant et en favorisant l’écoulement rapide. Il en résulte une accélération de l’écoulement, une augmentation du frottement aux parois, une remobilisation des sédiments meubles, un recalibrage des drains. Aux points de captage, on observe alors une augmentation de la fréquence et de l’importante de la turbidité, une diminution du temps de transit dans l’aquifère, un accroissement de la vulnérabilité du captage. La logique actuelle est purement économique et à courte échéance, avec des dégâts sur les systèmes naturels qui ne sont pas encore bien identifiés et évalués. Cependant, il est déjà acquis que certaines conséquences de cette politique de gestion touchent à la qualité des eaux de distribution, à l’instabilité des surfaces urbanisées ou agricoles, aux coûts économiques supportés par les consommateurs et les collectivités locales.