Présentation de l’expérience

En ce qui concerne cette étude, nous ne nous sommes pas intéressés ni de la cinétique du processus ni à l’identification des facteurs intervenant dans la dénudation karstique. Le but étant de voir comment vont se dissoudre les différents types de calcaires, soumis aux mêmes conditions et pour le même intervalle du temps. Ainsi, on a mis au point le dispositif présenté dans la fig. 3.8.

Qalim Qtrop-plein plaquette calcaire H = ct. tuyau en caoutchouc (L =L =L =L =L =L )1 2 3 4 5 6 * Fig. 3.8. Le dispositif de l’expérience de dissolution.

Relation Géologie - Karstification : l’échelle microscopique.

Le dispositif permet le déroulement simultané de l’expérience suivant deux conditions hydrodynamiques différentes. Pour chaque expérience on a utilisé deux plaquettes standards, correspondantes aux calcaires analysés. Les paires de plaquettes ont été taillés sur le même échantillon qui a fourni les lames minces suivant des dimensions approximatives de 6 x 3 x 1 cm. Les plaquettes ont été séchées dans l’étuve pendant 72 h á une température de 70 oC, avant et après l’expérimentation. Après séchage, on a utilisé une balance électronique, avec une précision de 0.01 mg, pour peser les plaquettes. Durant l’expérience, une seule surface de chaque plaquette a été en contact avec l’eau, les autres étant étanches. Ces surfaces ne sont pas nécessairement égales, d’une plaquette à l’autre à cause de petites différences dues aux imperfections de taille. Le taux de dissolution est estimée par le pourcentage de poids dissous (en ‰) par rapport au poids initial.

Etant donné le type d’expérience, le sens du terme dissolution utilisé dans cette étude est plutôt celui utilisé dans le travail de Roques et Ek (1977). En effet, á la dissolution chimique s’ajoute un enlèvement physique de matière.

Un réservoir de capacité connu est relié par 6 tuyaux (avec la même longueur et le même diamètre) au bac ou sont placés les plaquettes. Chaque plaquette est totalement isolée l’une par rapport à l’autre. Le réservoir est prévu avec une alimentation et un trop plein. Le débit de l’alimentation est plus grand que les débits drainés par les six tuyaux, ce qui permet d’avoir un niveau constant pendant l’expérience. Toutes les plaquettes étant au même niveau, le débit qui coule sur chaque plaquette est le même. Ainsi, on assure la standardisation des conditions hydrodynamiques. Un deuxième dispositif différent a été réalisé avec d’autres longueurs de tuyaux et une autre différence de hauteur entre le niveau du trop plein dans le réservoir et le niveau des plaquettes.

Durant l’expérience, on s’est assuré d’une alimentation continue, avec la même eau, pour les deux dispositifs. Suivant cette contrainte, il est évident que, pour une expérience, même si les propriétés physico-chimiques de l’eau varient, ce sera de la même façon pour toutes les plaquettes, donc du point de vue perte de poids, ces variations peuvent être ignorées.

Pour vérifier le dispositif et les dernières corrections techniques, un premier essai a été réalisé au Laboratoire de Mangalia (Roumanie) pour une période de 86 jours dans l’intervalle de février à mai 1999. Par la suite, pour s’approcher le plus possible des conditions naturelles, les expériences ont été effectuées dans des grottes. On a choisi la grotte d’Izverna (Monts Mehedinti, Roumanie) et la Grotte Laboratoire de Moulis (Massif de Surroque, Ariège, France). Malheureusement, le dispositif expérimental de la Grotte d’Izverna, mis en place le 7 juin 1999, a été emporté par une crue exceptionnelle au début du mois juillet. Pour les plaquettes utilisées dans cette expérience on ne dispose que des

Chapitre 3

résultats de l’expérience menée à Mangalia. L’expérience de la grotte de Moulis a commencé le 13 juillet 1999 et a été arrêtée le 7 décembre 1999, c’est à dire 148 jours après.

Pour avoir une idée sur la qualité des eaux, pendant les expériences, on a pris périodiquement des échantillons d’eau pour réaliser des analyses chimiques. Pour l’expérimentation de Mangalia, considérée comme un essai de mise au point, nous n’avons pas fait d’analyses. De même, vu que l’expérience de la grotte d’Izverna a été enlevée, il ne servait à rien de présenter les analyses faites. Seules les analyses pour les eaux de la grotte de Moulis vont être présentées (tableau 3.7)1. Les données ont été traites à l’aide du logiciel WATEQ 4F2. Le tableau 3.8 contient les indices de saturation correspondants aux principales espèces minérales carbonatées.

Date 1999 26-oct. 2-nov 9-nov 16-nov 23-nov 30-nov 7-dec Température sur place (o_{C) 11.8 11.9 12.1 11.9 12.00 12.1 12.05}

pH 7.70 7.60 7.98 8.31 8.25 8.11 8.19

Conductivité (20°C) 332 319 316 381 370 356 356

Dureté totale (°F) TH 16.16 16.04 16.00 20.50 20.40 18.92 18.14 Alcalinité totale (°F) TAC 14.24 14.08 14.18 19.60 19.40 17.40 16.76

Ca++_{(mg/l) 51.85 51.81 51.88 55.73 56.60 59.22 57.20} Mg++ 7.77 7.50 7.36 15.96 15.19 10.00 9.33 Na+ _{3.04 3.05 3.07 1.30 1.63 3.05 3.18} K+ _{1.00 1.00 1.13 0.16 0.42 1.34 1.37} Cl- _{2.50 2.45 2.75 3.15 2.70 4.05 3.85} SO4-- 17.35 19.75 18.25 4.70 8.10 11.60 13.20 NO- 3 2.72 2.97 2.51 1.39 2.50 3.50 3.30 IS’* Espèces

minérales _{26 oct ‘99 2 nov ‘99 9 nov ‘99 16 nov ‘99 23 nov ‘99 30 nov ‘99 7 dec ‘99}

Aragonite -0,115 -0,220 0,158 0,631 0,575 0,419 0,467

Calcite 0,038 -0,066 0,312 0,785 0,729 0,573 0,621

Dolomite(d) -1,196 -1,420 -0,672 0,582 0,441 -0,074 0,008

Dolomite(c) -0,590 -0,815 -0,066 1,184 1,047 0,532 0,614

* l’indice de saturation – stabilité (IS’), conformément aux notations utilisées en WATEQ 4F, est log IAP/KT ou log IAP est le produit de l’activité ionique et log KT est la constante de stabilité de l’espèce minérale.

1 _{Les analyses chimiques des eaux ont été réalisées dans le cadre du Laboratoire Souterrain de Moulis, par Mme} Jackie Daffis.

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Tableau 3.7 - Les analyses chimiques des eaux du bassin de la Grotte Laboratoire de Moulis

Relation Géologie - Karstification : l’échelle microscopique.

Généralement, les indices de saturation indiquent une solution à l’équilibre ou légèrement sursaturée. Il apparaît une faible dissolution sur les échantillons qui ont constitués le sujet de l’expérience de la grotte du Moulis. La comparaison entre l’expérience de Moulis et celle de Mangalia, par rapport à la perte totale de poids et par rapport au temps, montre une fois de plus la faible agressivité des eaux de la grotte du Moulis : pour les deux dispositifs, la perte totale de poids par jour est, respectivement, de 2,88 mg pour l’expérience de Mangalia et de 2,35 mg pour l’expérience de Moulis. Il faut rappeler que les conditions hydrodynamiques n’ont pas été les mêmes, les débits pour l’expérience de Moulis étant plus grands que pour Mangalia.

Les résultats de l’expérience de la Grotte de Moulis et de Mangalia sont synthétisés dans le tableau 3.9.

Expérience de la Grotte de Moulis

Dispositif 1 : ∆H = 104 cm, Q =0,05356 m3_{/h / tuyau Dispositif 2 : ∆H = 83 cm, Q}*_{=0,047848 m}3_{/h / tuyau}

Echantillon Pi(g) Pf(g) ∆P(g) Rd(‰)= (1000*∆P)/Pi Pi(g) Pf(g) ∆P(g) Rd(‰)= (1000*∆P)/Pi CAS 45,4034 45,3738 0,0296 0,65193 45,4615 45,4360 0,0255 0,56091 CLO 40,5428 40,4974 0,0454 1,1198 43,4369 43,4074 0,0295 0,67915 LAZ 48,7946 48,7598 0,0348 0,71319 41,0668 41,0383 0,0285 0,69399 LU1 44,2392 44,2079 0,0313 0,70752 37,9812 37,9651 0,0161 0,42389 LU2 41,0110 40,9781 0,0329 0,80222 36,5626 36,5408 0,0218 0,59624 LU3 43,5986 43,5678 0,0308 0,70644 41,8442 41,8222 0,022 0,52576 Expérience de Mangalia

Dispositif 1 : ∆H = 62 cm, Q =0,043559 m3_{/h / tuyau Dispositif 2 : ∆H = 32 cm, Q =0,038183 m}3_{/h / tuyau}

Echantillon Pi(g) Pf(g) ∆P(g) Rd(‰)= (1000*∆P)/Pi Pi(g) Pf(g) ∆P(g) Rd(‰)= (1000*∆P)/Pi ASC 44,1705 44,1529 0,0176 0,39846 55,4179 55,3984 0,0195 0,35187 CO1 45,9578 45,9315 0,0263 0,57226 46,8443 46,8247 0,0196 0,41841 CPB 47,2609 47,2260 0,0349 0,73845 41,3168 41,2865 0,0303 0,73336 E4 36,6143 36,6055 0,0088 0,31962 40,6306 40,6189 0,0117 0,24034 GT6 45,8875 45,8691 0,0184 0,40098 45,9279 45,9107 0,0172 0,3745 HM 50,1969 50,1680 0,0289 0,57573 50,4686 50,4545 0,0141 0,27938

* Les débits ont été estimés par calcul en appliquant les formules pour l’écoulement turbulent rugueux dans des conduits.

( )

=100 avec Rh = d /4 et m = 0,25 pour l’eau.

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