Grottes et karsts de Chine
Sur les traces de Xu Xiake
Gebihe 89 Sommaire
Introduction : Description physique générale
Résumé - Abstract - Zusammenfassung -
Les roches carbonatées couvrent le cinquième de la surface de la Chine, soit 2 millions de km2. Les karsts les plus vastes se situent en Chine méridionale (Guangxi, Yunnan, Guizhou, Hubei, Hunan) et centrale (Sichuan) dans des calcaires et dolomies allant du Sinien (Précambrien) au Jurassique (fig. 2). Sur le plan structural, ces karsts appartiennent à la paraplateforme du Yangtse et à la zone géosynclinale de Chine du Sud (fig. 3). L'évolution karstique s'est effectuée sous le contrôle de la phase tectonique de Yanshan au Jurassique-Crétacé, puis de l'orogenèse himalayenne à l'Oligo-Miocène. Cette tectonique saccadée s'est accompagnée d'une puissante érosion des altérites rouges qui se sont accumulées dans les bassins et sur les piémonts ("rougier" du Crétacé-Eocène). Aux phases de creusement des vallées et de l'individualisation des morphologies à cônes et pitons correspondent des réseaux fossiles étagés actuellement tronçonnés par le recul des versants.
Les karsts subtropicaux de Chine du Sud sont soumis au climat de mousson : hivers frais et secs, étés chauds et humides. Les précipitations varient de 1200 à 1800 mm/an. Entre 800 et 1400 m, la température moyenne est de 14 à 16°C.
Mots-clés : Chine, karsts subtropicaux, calcaires, Paléozoïque, tectonique, paraplateforme du Yangtse, climat, mousson, zonation climatique.
INTRODUCTION
La Chine est un pays très montagneux (65 % de la superficie dépasse 1000 m d'altitude) qui descend de l'W vers l'E en trois gradins successifs :
- Le gradin supérieur correspond au vaste plateau du Qinghaï-Xizhang et représente un quart de la surface du pays. Il est formé par de hauts plateaux (Qinghaï, Tibet) dont l'altitude moyenne dépasse 4000 m, et de puissantes chaînes montagneuses (Himalaya) qui culminent à 8848 m au Qomolungma (Everest) à la frontière Tibet/Népal.
- Le gradin moyen regroupe le plateau calcaire du Yunnan-Guizhou au S, les plateaux loessiques (Huangtu Gaoyuan) au N du Huanghe et en Mongolie intérieure, et le bassin du Sichuan (ou "Bassin Rouge") au centre. L'altitude moyenne varie entre 1000 et 2000 m. Située sous un climat de mousson, cette zone est caractérisée par une forte érosion fluviatile. Au NW, on observe une région à part (le bassin du Tarim), basse et très aride, à drainage endoréique et soumise à l'érosion éolienne.
- Le gradin inférieur comporte des régions de collines ne dépassant pas 1000 m d'altitude et des basses plaines alluviales comprises entre 100 et 200 m où se sont déposés les sédiments des grands fleuves. On distingue du N au S : les plaines du NE, la plaine du N et les régions de collines de la basse vallée du Changjiang (ou Yangtse) qui ont connu, notamment durant les siècles derniers, des crues et des inondations de grande ampleur en raison des pluies torrentielles de la mousson d'été (20 grandes crues au cours des cinq derniers siècles dont trois seulement au XXème S) (TAO SHIYAN, 1984). Les crues les plus sérieuses ont eu lieu au cours de la période très humide de 1839-1855 qui pourrait être mise en relation avec la fin de la pulsation climatique du "Petit Age Glaciaire".
I. LE CONTEXTE GÉOLOGIQUE
A. Les roches carbonatées
En Chine les roches carbonatées couvrent près d'un cinquième de la surface du pays (2 000 000 km2) et affleurent sur plus de 1 250 000 km2. On y trouve des zones karstiques qui comptent parmi les plus vastes et les plus complexes de la planète. Les roches carbonatées sont présentes dans les principales unités structurales du pays (paraplateforme du Yangtse, géosynclinal de Chine du Sud, etc) ; dans l'échelle des temps géologiques, on les trouve du Précambrien au Pléistocène. Le karst s'est donc développé dans des roches carbonatées très variées, mais également dans des zones climatiques différentes, d'où une grande diversité de reliefs et de cavités.
D'après les 132 cartes géologiques (1/200 000) qui couvrent les cinq provinces méridionales (Guangxi, Yunnan, Guizhou, Hubei, Hunan), les roches carbonatées occupent une surface de 360 000 km2 dans laquelle 7064 entrées de cavités et 2836 rivières souterraines sont recensées (traçages, étude des structures géologiques), ces réseaux représentant une longueur totale présumée de 14 000 km et un débit cumulé connu de 1462 m3/s.
Dans les régions arides de l'W de la Chine (Qinghaï-Xizhang), les ensembles de roches carbonatées présentent des reliefs karstiques aux formes peu caractéristiques. Le gel et l'aridité sont les facteurs déterminants de l'érosion externe. La corrosion demeure très faible.
B. Les zones structurales
On distingue plusieurs phases tectoniques caractéristiques qui ont contrôlé l'évolution des reliefs karstiques. La partie orientale de la Chine - celle qui détient les plus grands karsts - comprend la paraplateforme du Yangtse, le géosynclinal plissé de Chine du Sud et la paraplateforme de Chine-Corée.
1. La paraplateforme de Chine-Corée :
De forme triangulaire, elle inclut le N du pays et la partie méridionale de la Chine du NE. La puissance des terrains carbonatés est de 1000 à 2000 m. L'âge des couches va du Sinien (Précambrien supérieur 570-850 Ma) à l'Ordovicien (435-500 Ma). Cependant, dans certaines régions comme les Mts. Yanshan près de Beijing (Pékin), les terrains carbonatés peuvent atteindre 6000 à 7000 m d'épaisseur.
Le Précambrien est recouvert en discordance par :
- des dolomies et calcaires allant du Cambrien à l'Ordovicien moyen ;
- des couches de charbon (faciès littoral et continental) du Carbonifère moyen-Permien inférieur ;
- des couches rouges du Permien supérieur-Trias moyen.
La lacune de l'Ordovicien supérieur-Carbonifère inférieur est caractéristique.
Le Jurassique et le Crétacé sont marqués par des intrusions (granites) et extrusions (volcanisme continental) plus ou moins acides, et par un plissement et une fracturation de la couverture dénommée "phase orogénique de Yanshan". Au cours du Secondaire et du Tertiaire, une tectonique de failles normales conduit à la formation de larges bassins et de fossés où ont été piégés des sédiments à faciès continental (gisements de pétrole et de gaz naturel).
2. La paraplateforme du Yangtse :
Elle couvre presque la totalité du bassin-versant du fleuve Yangtse. Le socle est recouvert par des terrains sédimentaires épais commençant par les molasses, tillites et dolomies du Protérozoïque supérieur (Sinien) visibles notamment dans les gorges du Yangtse. Les roches carbonatées ont plusieurs milliers de mètres de puissance et vont du Sinien au Trias. La couverture primaire et secondaire est constituée principalement par des dolomies et calcaires marins (faciès de bassin et de plateforme) et des basaltes continentaux. A la fin du Mésozoïque, la partie orientale de la plateforme du Yangtse a été affectée par un magmatisme à grande échelle (essentiellement des granites, volcanisme rare). Les terrains tertiaires sont représentés par des couches rouges et par des gisements de pétrole et de gaz naturel. La phase orogénique de Yanshan, au Jurassique et au Crétacé-Eocène, est responsable du dernier maillage structural.
L'ensemble du Protérozoïque supérieur et du Paléozoïque inférieur a été plissé à la fin du Paléozoïque inférieur (plissement calédonien supérieur) ; dans la zone géosynclinale plissée de Chine du Sud, il est recouvert en discordance par des dépôts clastiques continentaux du Dévonien inférieur. Cette région fait partie du géosynclinal de la marge pacifique. Après l'orogenèse calédonienne, celle-ci a été transformée en plateforme et s'est combinée avec la paraplateforme du Yangtse.
3. La zone géosynclinale de Chine méridionale :
Dans cette unité tectonique, l'épaisseur du Paléozoïque supérieur carbonaté est de 2000 à 5000 m. Le Dévonien moyen-supérieur et le Carbonifère inférieur sont largement étendus et plus puissants que sur la paraplateforme du Yangtse. Au Trias, le plissement indochinois affecte la couverture allant du Dévonien au Trias. Du Précambrien supérieur au Paléozoïque supérieur (orogenèse varisque) et au Trias (orogenèse indochinoise), la plateforme a été soumise à des mouvements de subsidence et de soulèvement. Au cours du Tertiaire, les mouvements tectoniques himalayens - surtout au Miocène - ont été responsables d'une large surrection accompagnée de mouvements verticaux différentiels (graben, horst). La morphologie préexistante datant du Secondaire a été fortement modifiée : érosion des altérites, étagement des réseaux karstiques, creusement des canyons.
Une comparaison des faciès carbonatés déposés dans les différentes régions est actuellement possible pour la Chine orientale (ZHANG SHOUYUE, 1984). Dans les terrains carbonatés du Sinien, dolomies et insolubles sont relativement plus abondantes que dans les autres formations. Dans le Cambrien de la paraplateforme du Yangtse, dolomies et insolubles sont plus abondants, mais sur la paraplateforme de Chine-Corée les calcaires sont prépondérants pour le même système. Sur les paraplateformes du Yangtse et de Chine-Corée, les terrains carbonatés de l'Ordovicien présentent la même composition (calcaires légèrement dolomitiques). Du Dévonien au Trias, sur la paraplateforme du Yangtsé et la zone géosynclinale plissée de Chine méridionale, les roches carbonatées déposées sont similaires : calcaires dolomitiques du Dévonien-Carbonifère, calcaires faiblement dolomitiques du Permien et calcaires dolomitiques du Trias. Dans tous les cas, la calcite est dominante et les insolubles faibles.
C. La zonation géologique et climatique des karsts chinois
La zonation karstique est variable selon les critères utilisés. On discerne trois échelles de grandeur en fonction du climat et de la géologie. Du point de vue climatique, on observe quatre types de régions karstiques correspondant à quatre zones climatiques présentant, pour chacune d'elles, un bilan hydrologique spécifique (ZHANG SHOUYUE, 1980). Du point de vue géologique, les karsts se divisent d'abord selon les grandes unités géotectoniques (supra). Enfin, on distingue des sous-zones karstiques en fonction des disparités existant à l'intérieur d'une même zone.
Ces différents facteurs climatiques, géologiques et géomorphologiques expliquent les différents types de paysages karstiques. Ceux-ci sont en relation directe avec les phases de creusement des systèmes karstiques induits par la surrection tertiaire et la situation de la zone noyée (rôle du niveau de base). La structure géologique joue un rôle déterminant à l'échelle des sous-zones karstiques, par exemple pour les karsts coniques dissymétriques situés sur les flancs des plis anticlinaux du Sichuan oriental (sous-zone IA6, fig. 3). Dans ce cas, la morphologie originelle en chevrons est bien visible sur les images satellites.
Ainsi, le karst chinois peut être divisé en quatre régions, huit zones et quatorze sous-zones. Cette zonation constitue une base scientifique de travail pour l'évaluation et l'exploitation du karst dans le cadre de l'économie du pays (fig. 3).
II. LE CLIMAT
Le climat chinois est caractérisé par les vents de mousson dans les 2/3 orientaux du territoire et un climat froid semi-aride à aride dans la partie W et N. Le climat de mousson dépend des échanges entre les masses d'air continentales et océaniques, provoquant des mouvements saisonniers opposés. En hiver, l'air polaire venu de Sibérie et de Mongolie domine une large partie du pays ; en été, l'air tropical océanique (golfe du Bengale, mer de Chine), chaud et humide, envahit le continent. Dans les karsts du sud de la Chine, la mousson d'hiver est caractérisée par un temps stable, doux à frais, correspondant à la saison sèche, tandis que la mousson d'été est chaude et humide (saison des pluies).
Les karsts tropicaux et subtropicaux du S et du SE de la Chine reçoivent 1200 à 1800 mm/an ; ils sont soumis au régime de mousson, d'où la nécessité de pratiquer les expéditions spéléologiques durant la saison sèche, c'est-à-dire entre novembre et mars. Dans les karsts de moyenne montagne (800-1400 m) du Guizhou, Sichuan et Hubei, les températures moyennes annuelles fluctuent entre 14 et 16°C. Le mois le plus froid est janvier (4 à 6°C) et le plus chaud juillet (22 à 24°C). Les gelées nocturnes sont fréquentes en hiver (fortes variations diurnes dans les vallées), ce qui suggère une influence du froid pendant les épisodes glaciaires du Pléistocène - présence de quelques éboulis hérités, en particulier au pied des grands escarpements de faille du secteur de Ziyun/Guizhou, alt. 900-1300 m. (cf. chap. 11). Dans les karsts de basse altitude (ex : Luodian, Guizhou, alt. 300 m), la moyenne annuelle est de 19,6°C (10,1°C en janvier, 27°C en juillet).
La Chine peut être divisée en six zones climatiques : tropicale, subtropicale, tempérée-chaude, tempérée, tempérée-froide, froide (China Handbook Series, 1983) :
- La zone tropicale s.s. est peu étendue (1,6 %) ; elle se situe sur la bordure méridionale à la hauteur du tropique du Cancer (Sud du Yunnan, du Guangxi, du Guangdong ; Hainan et Taiwan). Seule la zone tropicale ne connaît aucune gelée.
- La zone subtropicale (26,1 %) s'étend au S du Yangtse et intéresse une partie importante des karsts chinois (Yunnan, Guangxi, Guizhou, Hunan, SW Hubei, SE Sichuan). Mois sans gel (8-12).
- La zone tempérée-chaude (18,5 %), se trouve au NE, entre le Yangtse et Beijing (Henan, Hebei, Shaanxi, Shandong...) et dans le bassin du Tarim au NW. Mois sans gel (5-8).
- La zone tempérée s.s. (25,9 %) est caractéristique de la Mongolie et des trois provinces de l'extrémité NE du pays (Liaoning, Jilin et Heilongjiang). Mois sans gel (4-7).
- La zone tempérée-froide (1,2 %) occupe la bordure N de la Mongolie et du Heilongjiang. Mois sans gel (3).
- La zone froide, la plus vaste (26,7 %), intéresse les hauts plateaux du Qinghai-Tibet, la chaîne himalayenne et le Sichuan occidental. Mois sans gel (0-7). Situé à plus de 4500 m d'altitude, le vaste plateau du Qinghaï-Xizhang (Tibet) est une zone froide et sèche (T moy. = 0 à -12°C/an , P = 100 à 200 mm/an) qui influence les circulations atmosphériques en Chine et en Asie.
Du point de vue des précipitations, on distingue quatre zones du SE au NW : humide, subhumide, semi-aride et aride avec un indice d'aridité < 1, de 1 à 1,5, de 1,5 à 4 et * 4.
- La zone humide (1000-2000 mm/an) occupe le S et le SE ; elle représente 32,2 % du pays.
- La zone subhumide (500-1000 mm/an) (14,5 %) correspond à la zone tempérée s.l., entre le Yangtse et Beijing (y compris le Sichuan à l'W).
- La zone semi-aride (250 à 400-500 mm/an) (21,7 %) débute en gros avec l'isohyète 400 mm qui marque à l'E du plateau du Tibet la frontière entre le régime de mousson de l'Asie du SE et le climat froid et sec de l'Asie centrale.
- La zone aride (< 250 mm) (30,8 %) occupe la partie N du Tibet et l'ensemble du bassin du Tarim (alt. 800-1400 m, S = 530 000 km2, P = < 250 mm/an). Plus au N, les précipitations remontent à 400-600 mm/an sur la chaîne du Tianshan.
III. SOLS ET VÉGÉTATION
Du fait de son extension latitudinale, la Chine présente tous les types de sols de l'Eurasie à l'exception des sols de toundra et des gleys podzoliques de taïga. Dans la partie orientale du pays, on distingue deux grandes zones pédologiques de part et d'autre d'une ligne symbolisée par la chaîne Qin Ling et le cours du Huaihe (33-34° lat. N). Au nord, les sols sont à tendance calcaire, neutres ou basiques ; les horizons de carbonatation sont fréquents dans les zones semi-arides (pédocals) : ils correspondent globalement à la culture du blé. Au sud, les sols sont non-calcaires (podzols, sols fersiallitiques, ferrallitiques...), neutres ou acides, et sont le domaine de la culture du riz. En aval des gorges du Yangtse, les sols de la plaine d'inondation (limons sur alluvions siliceuses) sont neutres et fertiles (CHEN CHENG-SIANG, 1984).
Dans les karsts subtropicaux visités (Guizhou, Sichuan, Hubei), on observe d'abord les grandes formations rouges du Crétacé-Eocène qui proviennent de l'accumulation de sols latéritiques sur les piémonts (Guangxi, Sud Hunan) et dans les bassins (ex : Bassin Rouge, Bassin de Yichang...). A la base des reliefs karstiques et sur les interfluves, on distingue des profils épais, souvent colluvionnés, provenant de l'altération d'une couverture non-calcaire (schistes, grès...). Sur les reliefs calcaires déforestés, les sols sont tronqués et la roche apparaît souvent à nu (crypto-lapiés découverts).
En Chine, il existe un mélange remarquable des végétations : alpine, tempérée et tropicale. Ce phénomène est dû à l'absence de barrière climatique et montagneuse pour les espèces des différentes zones climatiques, notamment au centre et à l'est du pays. Par exemple, dans les karsts subtropicaux de montagne du Guizhou, vers 1500 m d'altitude (zone de Santang, 27° lat. N), on rencontre une végétation d'origine himalayenne (leontopodium, vaccinium, gentiana, viola, asterea, anemona..) mélangée à la flore tempérée et subtropicale. La succession des cycles climatiques du Plio-Quaternaire et le régime de mousson sont ainsi à l'origine d'une remarquable mosaïque de paysages végétaux à cause du brassage des espèces issues des zones tropicales, tempérées, himalayennes et nordiques.
Les forêts tropicales du Sud de la Chine (Sud Yunnan, Hainan) ne diffèrent guère de celles d'Indonésie et de la péninsule indochinoise. La Chine est aussi le berceau de nombreux genres et familles hérités du Tertiaire. Il s'agit de gymnospermes (ginkgo, ephedra, cryptomeria, "water pine", metasequoia...) et d'angiospermes (magnolia, arbre à tulipe...). L'exemple du Metasequoia est remarquable. Ce genre que l'on croyait disparu (il existait au Crétacé dans l'actuelle zone arctique), est découvert en 1941 dans une zone montagneuse située aux confins du Sichuan (comté de Wanxian) et du Hubei (comté de Lichuan). Ce "fossile vivant" (metasequoia glyptostroboïdes) a été confirmé en 1946 par les botanistes ZHENG WANJUN et HU XIANXIAO. Depuis cette époque, il est cultivé sur une large échelle. Plus ancien encore est le ginkgo (du terme local yinguo), seul genre actuel d'une famille remontant à 200 millions d'années, et qui a disparu ailleurs au cours des glaciations quaternaires. La première mention est faite en 1256. Depuis, cette espèce dioïque, symbole de fécondation, a été largement diffusée en Extrême-Orient.