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Les tufs, les concrétions calcaires et leur influence sur la végétation
PITTARD, Jean-Jacques
PITTARD, Jean-Jacques. Les tufs, les concrétions calcaires et leur influence sur la végétation.
Revue polytechnique , 1941, no. 25 août, p. 1-16
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Les tufs,
les concrétions calcaires et leur influence
sur la végétation
PAR
Jean-]. PITTARD, Dr ès sciences
Extrait du Bulletin de la Societé Suisse de Spéleologie du 25 aoùt 1941
GENÈVE
IMPRIMERIE DE LA TRIBUNE DE GENÈVE Rue du Stand, 42
1941
Les tufs, les concrétions calcaires et leur influence sur la végétation
par Jean-
J.
PITT ARD, Dr ès sciences Les tufs calcaires. sont formés par des eaux calca- rifères qui, perdant une partie de leur acide carbo- nique en arrivant au jour, déposent du carbonate de chaux (CaC03) . L'eau contenant ce carbonate en soiution, venant de la profondeur et émergeant à la surface pour donner une source, perd ·une partie de son pouvoir dis.solvant en raison du départ d'une fraction importante de gaz carbonique : il se sépare alors une portion correspondante de CaC03 qui se dépose sous forme de concrétions diverses ou de stalactites. Là où l'eau s'évapore, le CaC03 se dépose alors naturellement en totalité. Le calcaire contenu en solution dans ces eaux souterraines l'est surtout à l'état de bicarbonate de chaux, qui peut être disso- cié grâce à des variations de conditions physiques telles que température et pression. La dissociation du bicarbonate soluble provoque alors la précipita- tion du CaC03 1 . Il est · intéressant de signaler icii Nous devons signaler, à ce sujet, une étude de . .\. Fontanilles, de la Société Spéléologique de France, qui admet que les concrétions et les stalactites que l'on trouve dans les grottes n'ont pas la même origine: "Si on recueille entre stalactite et stalagmite ou sous une stalactite en formation les gouttes d'eau, il est possible, en examinant cette eau au microscope, d'y déceler de minuscules cristaux de calcite de grosseurs différentes.
Cette constatation nous a conduit à donner l'expli- eation suivante de la formation des concrétions. Sans nier la dissolution du carbonate de chaux dans l'eau de percolation qui, pour nous, demeure stable et ne joue aucun rôle dans la question, les assises calcaires ira-
que, au premier rang des formations dues à la préci- pitation des matières dissoutes doivent se placer les dépôts de fer hyclroxydé, si fréquents au voisinage d'un grand nombre de sources, et dus à la transfor- mation en limonite du fer dissous clans les eaux à la faveur de l'acide carbonique ou de quelques acides organiques. L'oxyde de fer, avant de se déposer sous ve.rsées seraient simplement désagrégées et les plus petits cn staux de calcite entraînés mécaniquement. Dans les gouttes se formant à leur émergence dans les cavités, les cristaux les plus minuscules par suite de l'attraction adhésive et de la tension superficielle de la goutte d'eau se grouperaient sur le pourtour supérieur de la goutte et formeraient le tuyau initial de la stalactite. L es cristaux plus gros, soumis, eux, à l'influence de leurs pesanteur et groupés au fond de la goutte, tomberaient avec elle et formeraient la stalagmite.
Pour justifier cette désagrégation du calcaire, il est utile de rappeler les faits suivants : si on brise une plaqu e de marbre, par exempl~. on obtient sur les parois de la fracture une très légère poussière, facilement décelable. "
L'auteur démontre que, dans le sol calcaire, les cassures des roches se produisent fréquemment à des échelles
?iverses et que l'on obtient, de cette façon, une quantité importante de poussier cristallin produit grâce à ces failles, diaclases, fentes et fissures qui rendent également le sol perméable aux eaux. " L'eau de percolation s'infil- trant à travers les assises calcaires disloquées et fendillées entraînera mécaniquement un poussier de calcite. Plu- sieurs faits corroboreront cette manière de voir. On remarque que les coulées concrétion nées se forment . à l'~rifice de fentes. Parfois même, des fentes plus grandes laissent passer des débris plus volumineux et l'eau de percolation entraîne alors et laisse déposer des sables calcaires. Des matériaux insolubles sont entraînés dans les mêmes conditions (argiles formant souvent des stalagmites, silicates divers, fer et manganèse à l'état d 'oxydes, carbonates, etc.). Ces faits démontrent que l'eau de percolation entraîne mécaniquement des élé- ments très divers sans qu 'il y ait dissolution rédie de ces éléments. » (A. FoNTANILLES, Observations sur la forrna.- t-ion des concrétions dans les cavités soittenaines; actes du 1er Congrès national de Spéléologie, Mazamet, mars 1939.)
Tout en admettant que les vues de M. A. Fontanilles présentent un réel intérê.t, et sans avoir la place de les discuter ici, nous estimons que la théorie classique clu carbonate de chaux dissous à l'état de bicarbonate garde sa valeur et que les deux procédés de dépôt peuvent avoir lieu concurremment.
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forme ocreuse, surnage à la surface de l'eau en pelli- cules irisées. Ce genre de dépôt se forme souvent en même temps que celui des incrustations calcaires qui prennent alors une coloration brun-rougeâtre plus ou moins intense. Ce phénomène peut se voir dans la gorge de Salentze, près de Saillon (Valais), où une source calcaire a laissé d'abondantes concré- tions de tuf ferrugineux.
On observe souvent que le carbonate de chaux précipite à l'état cristallin sous l'influence de cer- tains organismes, en particulier des mousses et des algues qui empruntent à ·l'eau son acide carbonique.
Même dans les sources thermales, certaines algues s'incrustent de calcaire.
Pholo Larsse11 Fragment de tuf contenant des fossiles de feuilles de A /nus i11ca11a incrustées de carbonate de chaux (Kalktufs- tudier i Gudbrandsdalen par R. Nordhagen).
En effet, ce dépôt caverneux, très léger, de consis- tance souvent terreuse, s'est constitué facilement autour d'herbes, de mousses ou d'algues qui, en multipliant la surface des suintements qui doivent s'étaler, ont considérablement facilité l'évaporation.
Aussi les tufs contiennent-ils, en général, de nom- breuses empreintes végétales, ainsi que des larves d'insectes et des coquilles terrestres. On peut y trouver quelquefois aussi des cailloux de dimensions très diverses provenant des terrains voisins et amenés sur l'emplacement de la source par des crues ou par des éboulements. Il se produit alors une sorte de conglomérat.
On appelle travertin un ensemble de dépôts géné- ralement calcaires, parfois siliceux, précipités par les eaux de certaines sources. Là aussi, les végétaux peuvent intervenir. Il existe de très importantes for- mations de travertins, qui sont des roches fort . semblables aux tufs, mais plus compactes. Le tra- vertin déposé par les sources de Tivoli (Italie) offre de roo à 150 m. de puissance 2. On peut citer aussi les dépôts analogues de San Filippo près de Rome ; de Hammam-Meskhoutine (Algérie) ; des Bains de Hiérapolis, en Asie Mineure ; du Parc national de Yellowstone (Etat-Unis), etc.
Les travertins et les tufs calcaires sont le plus sou- vent de couleur claire (blancs, gris, jaunes) ; quelque- fois, ils sont rendus roses ou rougeâtres par la pré- sence d'oxyde de fer ou noirâtres par· celle de l'oxyde de manganèse. La structure poreuse de ces roches est souvent masquée par des formations calcaires d'origine secondaire. Les tufs calcaires se sont déposés parfois à l'état pulvérulent et sont restés dans cet
2 Le mot travertin vient du terme italien travertino, qui dérive lui-même ·du latin tivei•tino de Tibur ou
Tivoli. '
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état (Wiesenkalk ou craie lacustre). Le bergmilch est un calcaire poudreux, extrêmement tendre, qui peut se trouver dans les tufs.
Les principaux minéraux constitutifs de ces roches calcaires sont la calcite (carbonate de chaux rhomboé- drique) 3, l'aragonite (carbonate de chaux ortho- rhombique) 4, et la dolomie 5 qui est un carbonate double de chaux et de magnésie. Un dépôt calcaire beaucoup plus compact se rencontre dans les grottes sous l'aspect de concrétions, de stalactites et de stalagmites. Les végétaux n'interviennent pas dans l'édification de ces roches, contrairement à ce qui se passe généralement pour les tufs. Dans une caverne qui n'est plus parcourue par des eaux vives, le pla- fond et les murs sont peu à peu recouverts d'un enduit calcaire laissé là par les eaux d'infiltration. Ces eaux, filtrant goutte à goutte sur le rocher, abandonnent par évaporation le carbonate de chaux dont elles avaient pu se charger dans la traversée du massif supérieur. Les gouttelettes tombant du plafond vont
3 La calcite ou spath calcaire est une substance très répandue et constituant tantôt de grandes masses compactes ou cristallisées, appartenant au système des roches sédimentaires, tantôt des veines, des amas, des filons, des masses stalactitiques ou stalagmitiques ; présente une grande variété de formes. Soluble avec une vive effervescence dans les acides. Dureté 3, den- sité 2,7. Calcinée, la calcite se transforme en chaux vive.
4 L'aragonite offre la même composition que la calcite.
Elle ·s'en distingue par sa forme cristalline prismatique, par une dureté et par une densité plus gr~ndes (3. 5 et 2,9). Chauffée, ellle se transforme en calcite. Cristaux prismatiques transparents, d'un éclat vitreux, prés~n
tant une apparence hexagopale ; aiguilles plus ou moms fines ; masses fibreuses concrétionnées, rayonnées et pisolithiques. Couleur blanche, avec des nuances tirant sur le jaunâtre, le vert, le bleu, le rose.
5 La dolomie est un carbonate calcico-magnésien.
Cristaux et masses granulaires ou concrétionnées, d'un éclat vitreux, quelquefois perlé, translucides, d'une cou- leur blanche, gris-jaunât,:e, rose, verte, etc. Dureté 3,5 à 4 ; densité 2,9.
Photo ,J .-J. Pillur<I Fragments de tuf formé sur des mousses.
Provenance : La Tufière près de Tenay, Ain (France).
construire des stalactites adhérant à la voûte et des stalagmites qui s'élèvent du plancher. Lorsque ces dernières, en s'élevant, ont rejoint les pendentifs qui, eux, s'abaissent, il s'établit des colonnes. Si le plafond est découpé par des fentes, les suintements calcaires en accusent le parcours par de véritables draperies, reproduisant les sinuosités des fissures.
Ainsi naissent, par le lent travail des eaux venues de la surface, toutes ces apparences qui. prêtent un si grand charme à la visite des grottes calcaires. Au début, la calcite des stalactites et des stalagmites se dépose en tout petits cristaux, par couches concré- tionnées annulaires, formant comme autant d'enve- loppes coniques ou cylindriques autour d'un tube central; mais peu à peu intervient un changement moléculaire; sans cesse imbibées par les eaux calcaires, les couches concentriques molles critallisent à nouveau
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Photo G. Amoudruz.
« Pluie pétrifiée» de stalagtites au plafond de la grolle du D rac (1. Baléares)
et, cette fois, en grandes lames, si bien qu'en cassant certaines stalactites de plusieurs centimètres de dia- mètre, on les voit constituées, à l'intérieur, d'une masse cristalline de calcite d'un blanc laiteux, se bri- sant en larges facettes · suivant les plans de clivage de l'espèce, sans qu'il y subsiste aucune trace du mode primitif de formation (A. de Lapparent). Si le phéno- mène des incrustations continue, de nos jours, à se produire clans les grottes, il ne faudré!-it pas croire que tout ce qu'on y observe en fait de dépôts calcaires, fût l'œuvre de la période actuelle. L'activité du phénomène est ·en rapport direct a,;ec celle des préci- pitations atmosphériques, qui alimentent les infil- trations. On peut affirmer que la majeure partie des formations stalagmitiques remontent à une phase qua- ternaire qui fut caractérisée par une humidité générale infiniment supérieure à celle qui préyaut de nos jours 6 . 6 A. de LAPPAREN T. Traité de géologie. - G . Masson, édit., Paris, 1893.
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Les tufs se montrant sous des formes très diverses modifient quelquefois considérablement l'aspect d'un paysage si leur dépôt
a
eté suffisamment abondant.Lorsqu'elles se présentent en grandes masses com- pactes, ces roches, qui peuvent se polir, sont exploi- tées comme matériaux de construction. On les utilise aussi dans l'établissement des rocailles (tuf poreux), car lorsqu'elles sont en contact avec le sol, elles peu- vent maintenir l'humidité pendant très longtemps'.
Inftuence du tuf sur la végétation
On sait que le tuf se dépose facilement sur les mousses et sur les herbes, çes végétaux favorisant l'évaporation de l'eau des suintements en la disper- sant. La partie inférieure des mousses qui s'incrustent du calcaire précipité ne tarde pas à mourir, complète- ment enserrée dans la roche, mais ces végétaux conti- nuent à croître à la surface du dépôt qui s'exhausse ainsi peu à peu. Cette formation rappelle celle des tourbières émergées ou hautes tourbières qui sont constituées par des accumulations de plantes vivant au-dessus du niveau de l'eau, séparées du sol minéral nourricier : elles se composent surtout de mousses
·sphaignes qui ont un grand pouvoir d'aspiration de · l'eau, laquelle subit une ascension au-dessus du plan d'eau, ce qui permet à ces mousses de se développer vers le haut, à rnesure qu'elles meurent par le bas.
En France, dans le département de l'Ain, non loin de Tenay et près du village des Hôpitaux, on voit une formation considérable de tuf qui forme un énorme bourrelet en partie masqué sous un épais manteau de végétation. On peut suivre là le développement de diverses formes de dépôts. Une petite rivière sort
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Photo J. -J. Pif/'""'
Une partie de la tufière de Tenay. Une abondante végétation se déve- loppe rapidement grâce à l'humidité, mais les arbres meurent après quelques années, leurs racines enserrées dans la roche naissante ne
pouvant plus les nourrir.
d'une paroi de rocher très haute par une source vau- clusienne et descend dans la vallée par une suite de cascades. L'eau, très riche en matériaux dissous, laisse d'abondantes masses de carbonate de chaux sur lesquelles vivent et meurent une quantité de plantes. C'est ainsi que les bords des nombreux petits ruisseaux provenant des cascades sont recouverts d'un vaste tapis de mousses qui s'élève peu à peu, la base de ces dernières s'incrustant lentement de sels de chaux. Une quantité de jeunes arbres ont pris racine dans ce terrain mouillé où ils se développent fort bien pendant quelques années, puis, leurs racines enserrées de plus en plus dans la roche naissante ne pouvant plus
les nourrir, ils se dessèchent. Les bois qui recouvrent cette tufière sont ainsi composés d'un grand nombre d'arbres morts. La végétation, qui se renouvelle de cette façon fort souvent, est très luxuriante à cause de l'humidité assurée par la roche poreuse et par les mousses sur lesquelles et dans lesquelles coule une quantité d'eau; ce lieu se différencie nettement du paysage environnant rocailleux et aride.
A la partie supérieure de la tufière s'ouvre une grotte occupée par un petit lac, alimenté, lui aussi, par l'eau calcaire des cascades supérieures qui s'y rend
Pliob C&rrevun Mur fleuri du jardin alpin « Floraire ». Ce mur est composé de blocs de tuf derrière lesquels a été tassée une terre riche en matières organiques. On remarque l'abondance et la variété de la végétation.
(Etablissement Horticole « Floraire », à Chêne-Bourg, Ct. de Genève.)
par de nombreux filets ayant traversé la voûte relati- vement peu épaisse. Du plafond de cette caverne pendent de longs et étroits cylindres de roche qui peuvent atteindre plusieurs mètres de longueur : ce sont les racines des arbres situés au-dessus de la grotte, prises dans la masse du tuf. Ces racines ont été lentement concrétionnées par les nombreux suinte-
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ments et sont finalement entourées d'une gangue de pierre. Les plantes, en effet, envoient volontiers leurs racines dans les fissures ou les cavités du sol, à la reche~che de l'eau. Citons à ce sujet un cas remar- quable étudié par R. de Joly, à propos de la corrosion d'origine végétale dans les cavernes : ''J'ai observé clans diverses cavités l'influence marquée des sécré-
·éions acides provenant des racines. On sait que les racines pénètrent parfois très profondément sous terre, mais jusqu'à nos observations on ignorait qu'elles descendaient jusqu'à 80 mètres comme au Earranc de la Serre (Aude). L'acide humique qui peut se dégager dissout le calcaire (érosion d'origine chi- mique quelquefois assez importante).
((Nous avons vu maintes fois des radicelles en quête cl' eau emprunter non seulement les diaclases, les lithoclases, mais encore les fistules des stalagtites.
Un (( chevelu » extraordinaire sort de ces conduits
<ifin de condenser l'eau de l'atmosphère humide (en général roo% à l'hygromètre), ou bien des digi- tations s'étendent sut les croupes stalagmitiques pour y capter les suintements ou stillations du plafond.
(Des « chevelus » semblables, très denses, se rencon- trent souvent dans les conduits de drainage qu'ils finissent par obstruer complètement). Une altération particulière des concrétions se montre dans certains cas, donnant du « Mond-Milch » (sorte de calcaire pulvérulent très léger, de couleur généralement blanche, nommé aussi bergmilch). Les concrétions en contact avec ces coulées humiques prennent souvent une couleur orangée ou jaunâtre.
''Ajoutons, pour être précis, que d'une racine vivante et suffisamment grosse comme diamètre, sort un véri- table jet d'eau sous pression, si vous la brisez. Ce jet dure le temps nécessaire à l'écoulement de la réserve de liquide contenu clans la racine. Cela explique la
végétation de surface dans des régions complètement dépourvues d'eau apparente. >> 7
Dans le cas de la tufière de Tenay les racines ne peuvent plus, au bout d'un certain temps, recevoir d'eau à cause de leur enrobement minéralogique.
Grâce à sa porosité, le tuf est une roche qui retien t facilement une certaine quantité d'eau. Cette propriété est bien connue des horticulteurs, qui, dans la construc- . tian des rocailles, considèrent le tuf comme un régula- teur d'humidité s.
On admet en effet qu'un grand nombre de végétaux, qu'il est possible de faire pousser dans cette roche, empruntent à ·œ milieu pierreux surtout de l'eau, et que les racines, traversant le tuf, vont chercher lem nourriture indispensable dans la terre voisine. C'est ainsi que dans la construction des rocailles ou dans l'établissement d'un mur fleuri, on élève une muraille de tuf derrière laquelle on entasse des terres riches, composées de terreau, de fumier et de tourbe. Le!"
racines pénètrent au travers de la roche poreuse e1 vont chercher les substances nutritives dans le terrain , tandis qu'elles soutirent à cette sorte d'éponge miné- ralogique l' eau qui leur est indispensable.
Nous avons vu des cas remarquables de culture dans le tuf au jardin alpin « Floraire », à Chêne- Bourg (canton de Genève) . Cet établissement horticole, dirigé par M. Arnold Correvon, fils du distingué botaniste, est spécialisé dans la culture des plantes alpines ; là on étudie avec soin les conditions de vie d'une quantité de végétaux fort difficiles à acclimater.
7 de Joly, R. (Secrétaire généra l de la Société spéléolo- gique de F rance), Fa.ison5 le point. Actes du premier congrès national de spéléologie, Mazamet, mars 1939· Imprimerie Chastanier frères et Alméras, rue P radier, Nîmes 1939.
8 Berner, A., Ait ja.rdin ·alpin oit de rncn:ille. Rev ue hcrt iccle suisse, Genève, février 1937·
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,< Floraire » possède dans son parc une muraille fleurie constituée par deux murs construits en blocs de tuf, séparés l'un de l'autre par un vide de cinq centimètres de largeur comblé au moyen d'un mélange de terre, de sable et de tourbe. C'est dans cette muraille qne nous avons vu un exemple caractéristique de l'in- fluence de la roche sur les végétaux : une plante de NI atthiola vasesiaca fixée sur une des parois du mur qui n'a pas tardé à la traverser pour étendre ses racines dans la couche d'humus de cinq centimètres, pui5 ces dt>rnières ont abordé l'autre paroi, s'y sont répandues et, arrivées au jour ont formé de nouvelles rosettes de feuilles et des tiges florales très vigoureuses et florifères.
On peut ainsi constater que si le tuf, au moment de sa formation, utilise et détruit les végétaux, il en favo- rise par contre l'épanouissement une fois définitive-
P hoto Cor r C1'0ll Plantes alpines se développant dans le tuf. Elles vont chercher les substances nutritives dans le terrain situé derrière les blocs,
tandis qu'elles soutirent à la roche l'humidité nécessaire.
(Etablissement Horticole « Floraire », à Chêne-Bourg, Ct. de Genève)
ment stabilisé. En effet, la faible conductibilité de cette roche pour la chaleur explique la présence de plantes fort délicates dans des territoires exposés en plein midi au soleil brûlant de l'été. C'est de cette façon que l'on obtient ces magnifiques ensembles de plantes alpines que l'on peut admirer dans bien des jardins. Ces fleurs, souvent si fragiles, vivent et s'adaptent grâce à l'humidité et à la fraîcheur distri- buées avec régularité par la roche calcaire.
