Grottes et karsts de Chine
Sur les traces de Xu Xiake
Gebihe 89 Sommaire
Chapitre 10 : LES SYSTÈMES KARSTIQUES ET LES CAVITÉS
Résumé - Abstract - Zusammenfassung -: Les systèmes karstiques de Chine du Sud sont de deux types : les grottes-tunnels à alimentation surtout allochtone (ex : Gebihe, Ziyun/Guizhou) et les systèmes en structure plissée à alimentation autochtone (ex : systèmes synclinaux de Wuxi/Sichuan et système de Santang, Zhijin/Guizhou). Le type mixte associant grotte-tunnel et sous-systèmes autochtones est illustré par le système de Longdong qui se développe dans un grand anticlinal coffré (Wufeng/Hubei).
Les grottes-tunnels de Chine du Sud détiennent des vides souterrains parmi les plus volumineux et les plus nombreux de la Planète. De nombreux canyons souterrains atteignent 100 m de haut (120 à 150 à la Gebihe). Le plus profond aven connu est le P370 de la Gebihe. La verticale la plus importante est le P320 d'entrée de Feng dong (Bama/Guangxi). La salle des Miaos, dans la Gebihe (Ziyun/Guizhou), est de part sa taille la deuxième plus grande salle du monde et mesure 700 x 200 x 70 m. D'autres salles présentent des voûtes hautes de plus de 100 m avec des talus d'éboulis atteignant 110 m de dénivellation (ex : Longdong, Wufeng/Hubei). Dans le système de Pan Yang (Bama/Guangxi) exploré par les expéditions sino-anglaises se développe la fameuse "Cloud Chamber" et son nuage blanc d'air chaud piégé dans la voûte.
La genèse des grands vides souterrains est en relation directe avec l'important débit des rivières allochtones traversant les grottes-tunnels. La formation des avens géants s'effectue par effondrement de la voûte d'une salle ou d'une grande galerie. L'étagement des tronçons de grottes-tunnels sur plusieurs centaines de mètres de dénivellation dépend de la forte surrection au Néogène et au Quaternaire en relation avec l'orogenèse himalayenne (chap. 11).
Mots-clés : système karstique, grotte-tunnel, système synclinal, rivière allochtone, aven, puits, salle, galerie, effondrement, affouillement-détente, dissolution, érosion mécanique, niveau de base, niveau étagé, surrection, tectonique, lithologie, Santang, Gebihe, Longdong, Wuxi, Guizhou, Hubei, Guangxi, Sichuan.
- INTRODUCTION
- I. Les systèmes karstiques
- A. LES FACTEURS GEOLOGIQUES DANS L'ORGANISATION DES SYSTEMES KARSTIQUES
- II. Les grands vides karstiques
- III. Genèse des systèmes karstiques
- CONCLUSION
INTRODUCTION
Les systèmes karstiques de Chine du Sud sont symbolisés par de multiples grottes-tunnels qui traversent les pitons et les petits massifs calcaires résiduels. Les percées peuvent mesurer quelques hectomètres à 5-20 km. En raison de l'important débit des rivières allochtones qui se perdent dans ces reliefs, les conduits creusés sont de très grandes dimensions. Le développement des explorations dans les prochaines années devrait permettre de décupler les connaissances spéléologiques.
I. LES SYSTÈMES KARSTIQUES
A. LES FACTEURS GEOLOGIQUES DANS L'ORGANISATION DES SYSTEMES KARSTIQUES
1. Le contrôle lithologique
Les systèmes karstiques se différencient en fonction de quatre types de formations carbonatées :
- les calcaires purs (Wl) ;
- les roches carbonatées pures, dont les dolomies (Wc) ;
- les roches carbonatées pures comportant des couches étanches interstratifiées (Gc) ;
- les roches carbonatées impures (Gm).
La distribution des affleurements de ces différentes formations est indiquée dans le tableau 17. Dans les formations carbonatées pures à calcaires et/ou dolomies (Wl et Wc), les réseaux karstiques à grands conduits sont fréquents. Dans les formations Gc, les couches imperméables déterminent l'existence d'aquifères superposés. Dans le dernier type (Gc), la karstification est peu développée. Ce contrôle lithologique est classique.
2. Le contrôle morphotectonique
L'organisation des réseaux karstiques dépend étroitement des facteurs tectoniques (fracturation, dispositifs structuraux), de l'histoire des déformations (phases de plissement et de surrection) et de l'évolution géomorphologique au cours des phases tectoniques. Les grands types de systèmes karstiques dépendent donc de l'évolution morphotectonique : grottes-tunnels à alimentation allochtone et réseaux autochtones développés au sein des structures plissées (ex : systèmes karstiques synclinaux).
B. LES GRANDS TYPES DE SYSTÈMES KARSTIQUES
En hydrogéologie du karst, rappelons que le système karstique désigne l'ensemble d'une unité souterraine de drainage alors que le réseau karstique correspond à la partie pénétrable et explorée par l'homme. Dans les karsts tropicaux de Chine du Sud, on distingue deux grands types de systèmes karstiques : les systèmes de grottes-tunnels à alimentation allochtone ou mixte et les systèmes en structure plissée à alimentation autochtone. Des systèmes de transition peuvent exister de même que des confluences de grottes-tunnels (Gebihe).
1. Les systèmes de grottes-tunnels
Les plateaux de Chine du Sud mêlent des aires karstiques et des espaces en terrains imperméables (reliefs schisto-gréseux, poljés et plaines à fond imperméabilisés). De ce fait, les nombreux cours d'eau qui aboutissent aux zones calcaires se perdent et créent des systèmes pertes-résurgences connus sous le nom de grottes-tunnels. Ce type de système karstique, à alimentation surtout allochtone, est plus facile à explorer que les systèmes karstiques autochtones (infra : systèmes synclinaux, p. 154).
Les rivières allochtones constituent donc des atouts favorables à la karstification :
- ces écoulements atteignent le karst déjà concentrés, sous forme de puissants torrents ou rivières (ex : Gebihe, Yijiehe) ;
- ayant traversé des régions schisteuses et/ou gréseuses, les eaux transportent des éléments abrasifs et des galets qui accroissent l'érosion mécanique ;
- enfin, la plupart des rivières issues des régions imperméables charrient des eaux agressives durant la saison des pluies qui leurs confèrent un potentiel de dissolution important.
a. Distribution des grottes-tunnels :
Bien que nombreuses en Chine du Sud et dans les karsts tropicaux, les grottes-tunnels ne sont pas des cavités liées au départ à des facteurs zonaux (climat), mais à des facteurs azonaux comme la structure géologique et la géomorphologie. En Europe, les grottes-tunnels sont bien connues : rappelons les exemples fameux de la grotte du Mas d'Azil en Ariège (Fr.), de Han sur Lesse en Belgique, de Skocjan Jama en Slovénie (Yougoslavie) avec son grand canyon souterrain.
Toutefois, l'abondance des grottes-tunnels dans les karsts tropicaux à pitons, à cônes et ouvalas, provient de l'état d'évolution du karst, c'est-à-dire de l'altération (pédoclimat) et des évènements tectoniques (surrection). La juxtaposition des reliefs karstiques résiduels et des poljés et plaines d'altération à fond étanche ou impérméabilisé par les altérites explique l'abondance des grottes-tunnels. Chaque piton ou groupe de pitons est susceptible de renfermer une grotte-tunnel active ou des tronçons perchés d'anciennes grottes-tunnels.
b. Les plus grandes grottes-tunnels de Chine :
La plus grande grotte-tunnel explorée de Chine est celle de Tenglongdong, dans le Hubei, avec plus de 40 km de galeries, la distance perte-émergence étant de 9 km pour une dénivellation de 140 m (MASSCHELEIN et ZHANG SHOUYUE, 1990). Le cours actif n'a pu être suivi que sur quelques tronçons à cause de siphons. La pente moyenne théorique est de 1,5 %.
Dans le karst à pitons du Guangxi, 30 km au SE de Guilin, le système de grottes-tunnels de Guanyan mesure 7 km de la perte à la résurgence pour une dénivellation totale de 110 m (alt. 240-130 m). La pente moyenne théorique est de 1,6 % (WALTHAM, 1986). A 150 km au NW de Guilin, le comté de Bama renferme de nombreuses grottes-tunnels dont le système de Solue qui mesure 20 km de la perte à la résurgence avec une rivière souterraine explorée sur plus de 7 km (GILL et al., 1990).
Dans le Guizhou (comté de Ziyun), le système de la Gebihe mesure 3,3 km de la perte principale (Gebihe) à la résurgence et 4,4 km depuis la perte secondaire de Gebong (total exploré de 12 km). La pente moyenne théorique est de 4,2 % pour une dénivellation de 140 m (chap. 2). Au sud du Guizhou, dans le comté de Luodian, le système de Dajing présente une percée de 15 km pour un gradient de 2,6 % dans la partie inférieure (de Daxiaodong à la résurgence de Dajing) (ZHANG SHOUYUE et BARBARY, 1988, p. 71).
Au nord du Guizhou, SONG SHIXIONG signale une percée de 34 km pour une dénivellation de 1000 m environ. Remarquons que les grands systèmes pertes-émergences présentent une double alimentation allochtone et autochtone.
c. Caractères généraux des grottes-tunnels :
Les grottes-tunnels se décomposent en trois éléments :
- les pertes se situent au contact terrain imperméable/roche carbonatée et peuvent être pénétrables ou non, exondées ou noyées, selon la configuration locale ;
- la résurgence offre les mêmes caractéristiques : pénétrable ou non, vauclusienne ou débouchant par une galerie ; elle s'ouvre généralement à proximité du niveau de base régional, en bordure de massif ou au fond de gorges ;
- le regard sur le système peut être absent ou exister en grand nombre ; la plupart du temps, il s'agit de gros avens d'effondrement dont la profondeur peut atteindre plusieurs centaines de mètres pour un diamètre hectométrique (1 à 2 km pour les plus vastes quand il y a coalescence d'avens).
Selon l'état des explorations spéléologiques, les réseaux présentent toutes les combinaisons de ces trois éléments. Quand la traversée est possible de la perte à la résurgence, il s'agit du modèle spéléologique de la grotte-tunnel. Des regards sur le cours souterrain viennent ou non recouper le trajet de la rivière (Daxiaocaokou et Gebihe dans le Guizhou).
La forme des galeries est étroitement dépendante de la pente du cours d'eau souterrain. Si celle-ci est faible, le réseau est noyé. Au fur et à mesure de l'augmentation de la pente, les galeries deviennent alternativement noyées et exondées, puis entièrement exondées.
Les galeries temporairement noyées présentent des sections en conduite forcée, avec des remplissages d'argile de décantation tapissant parois et plafonds (Xiangbidong/Anshun-Guizhou). Les galeries à écoulement libre ressemblent à de vastes canyons, à l'image des gorges empruntées par la rivière avant sa perte. Ces canyons souterrains peuvent être encombrés de blocs provenant de l'éboulements des voûtes.
Par rapport aux cours souterrains autochtones qui grossissent régulièrement vers l'aval grâce à l'apport des affluents, ces cours allochtones traversent les reliefs calcaires avec des apports d'eau variables en fonction des pertes proches et de la dimension des massifs traversés. Dans le cas de Daxiaocaokou (chap. 1), ces apports semblent négligeables. En revanche, pour la Gebihe, on observe la confluence souterraine de deux grottes-tunnels plus un important affluent en aval de la salle des Miaos dont on ne connaît pas l'origine. Ainsi, le débit à l'émergence est double de celui de la perte principale de la Gebihe.
d. Le gabarit des conduits :
Les grottes-tunnels de Chine méridionale présentent des conduits de très grandes dimensions aussi bien dans les tronçons secs que dans les tunnels actifs. Dans le Guangxi, la perte principale du système de Solue présente une galerie active haute de 145 m (GILL et al., 1990, p. 55). Dans le Guizhou, le canyon souterrain de la Gebihe mesure120 à 150 m de haut (photo 47). De telles dimensions sont en rapport avec l'importance du débit des rivières allochtones qui traversent les massifs (cf. p. 157).
2. Les systèmes karstiques en structure plissée
En dehors des grottes-tunnels qui caractérisent les karsts à reliefs résiduels, les reliefs plissés des karsts montagnards du Hubei occidental et du Sichuan oriental renferment de multiples systèmes karstiques à alimentation essentiellement autochtone se développant dans des structures synclinales. Ces systèmes karstiques sont de type alpin, mais ils peuvent intégrer localement de petites grottes-tunnels en raison de l'évolution géomorphologique régionale.
a. Les systèmes synclinaux dendritiques (type Santang en synclinal large) :
Dans la région plissée du comté de Zhijin (Guizhou), le synclinal dissymétrique de Santang, à grand rayon de courbure, mesure 16 km de large pour une aire d'alimentation estimée à 150 km2 (chap. 1, fig. 10 et 16). Le système karstique, de type dendritique, présente un grand potentiel de galeries dont une quinzaine de km seulement ont été explorées.
La similitude avec le système karstique synclinal du Dévoluy (impluvium de 200 km2), dans les Alpes françaises, est à noter. Dans les deux cas, le grand collecteur central n'a jamais été atteint. Celui-ci se développe en régime noyé ; en hautes eaux, le gradient de mise en charge est important et ennoie temporairement certaines cavités qui jouent le rôle de cheminées d'équilibre (cas du puits des Bans dans le Dévoluy, de Mawotou à Santang, fig. 21, p. 36).
A l'aval du système de Santang, l'évolution géomorphologique a créé une courte vallée aveugle longue de 800 m à l'amont de laquelle émerge par une source vauclusienne le cours souterrain de Santang. La rivière emprunte le fond de la vallée, puis traverse en grotte-tunnel une barre calcaire large de 300 m (Luochu : fig. 24, p. 38) .
b. Les systèmes synclinaux étroits (type Wuxi) :
Dans les karsts de montagne à structure géologique alpine des Daba Shan (Wuxi/Sichuan oriental), les systèmes karstiques se développent dans des gouttières synclinales très allongées, orientées E-W, avec des potentiels hydrauliques de plus de 1000 m (chap. 4). La reconnaissance effectuée en 1989 a permis d'accéder à un drain collecteur amont du système synclinal oriental de Wuxi par l'intermédiaire d'un gouffre de morphologie alpine (Sifangdong, avec P110 m d'entrée) (fig. 46, p. 69). L'exutoire se situe près de Wuxi à la hauteur du niveau de base régional (alt. 195 m).
Des systèmes karstiques se développent également en structure synclinale perchée comme ceux, encore inconnus, des Daguan Shan, avec leurs émergences suspendues plus de 1000 m au-dessus du fond de la vallée de la Daninghe.
3. Les systèmes karstiques mixtes
Ces systèmes associent grottes-tunnels (alimentation allochtone) et systèmes karstiques en structure plissée (alimentation autochtone). Le plus bel exemple est représenté par le système karstique de Longdong dans le comté de Wufeng (Hubei) (chap. 5).
Ce système présente une perte temporaire principale de très grande dimension : la grotte de Dadong (fig. 63, p. 87). L'émergence est la grotte de Longdong (fig. 64, p. 89). Le système en grotte-tunnel, exploré partiellement, traverse un puissant anticlinal coffré large de plus de 10 km et armé par les calcaires ordoviciens (fig. 62, p. 84). Il est alimenté latéralement par des sous-systèmes karstiques à drainage autochtone qui assurent l'exclusivité du débit d'étiage. La plupart des cavités explorées sur ce massif font sans doute partie de ces sous-systèmes affluents : Yunjiakeng (- 157 m), Dongxitiankeng ou Puits Est-Puits Ouest - 382 m).
Située quelques centaines de mètres en amont des deux pertes de Dongxitiankeng, la grotte du Général (ou Jiangjundong) est une grotte-tunnel traversant une barre calcaire large de 400 m (fig. 71, p. 95).
II. LES GRANDS VIDES KARSTIQUES
Les réseaux karstiques de Chine du Sud, en particulier les grottes-tunnels, sont caractérisés par la grande dimension des vides souterrains : salles, galeries, puits, avens. D'emblée, on constate que les nombreux effondrements et cavités décapitées proviennent du fort degré d'évolution de ces karsts tropicaux. L'énormité des nombreux conduits (pertes de rivières, canyons souterrains, salles) est liée à l'importance du débit des rivières allochtones qui traversent les massifs, d'où une forte érosion mécanique en période de crues (photos 47 et 48).
A. LES GRANDES SALLES
De multiples grandes salles ont été découvertes dans les grottes-tunnels de Chine du Sud par les différentes expéditions spéléologiques.
- Guizhou : La salle des Miaos (700 m x 200 m) est localisée dans la partie aval de la grotte-tunnel de la Gebihe, dans le comté de Ziyun (chap. 2). Lors de l'expédition française de 1986 a été découvert la grande salle de Hei Dong (200 m x 150 m) dont le talus d'éboulis, incliné à 40°, mesure 100 à 120 m de haut (ZHANG SHOUYUE et BARBARY, 1988, p. 76). Dans la grotte aménagée de Dajidong (Zhijin), près de Daxiaocaokou, l'énorme galerie fossile à l'est du réseau peut être considérée comme une salle (310 x 120 m) (ZHANG SHOUYUE et BARBARY, 1988, p. 34).
- Hubei : Dans le vaste réseau "fossile" de Tenglongdong (galerie du Dragon Blanc), topographié par l'équipe belgo-chinoise, une salle importante se développe à la bifurcation de plusieurs conduits importants. Celle-ci mesure 230 m x 170 m et présente un cône d'éboulis de 100 m de haut comme nous avons pu l'observer lors de notre visite en 1989.
Dans le comté de Wufeng, dans la partie amont du réseau de Longdong, nous avons exploré une salle de 220 m x 100 m remontant de 110 m dans un raide talus d'éboulis ( fig. 64, p. 89). Une salle de dimensions analogues (230 m x 120 m), haute de 100 m environ, existe dans la grotte-perte de Dadong (fig. 63, p. 87).
- Guangxi : Lors des expéditions sino-anglaises, des salles importantes ont été découvertes dans les grottes-tunnels du Guangxi et du Guizhou. Signalons la salle Jin Lun (200 m x 170 m, S = 1,4 ha) située dans Jinlundong (Mashan, Guangxi). Le sommet du grand cône d'éboulis est couronné par un puissant massif stalagmitique. Dans les tronçons de grottes-tunnels du système de Pan Yang (Bama, Guangxi), plusieurs grandes salles ont été découvertes, dont la fameuse "Cloud chamber" (330 m x 140 m) ; celle-ci présente une voûte en dome qui a la particularité de piéger de l'air humide à 22-23°C formant un nuage à base horizontale (cf. photo p. 23, in FOGG, 1989 ; GILL et al., 1990, p. 58).
- Yunnan : Dans cette province, les résultats spéléologiques sont encore insuffisants. La plus grande salle connue se situe dans Yan Fen Dong (comté de Mengzi) et ne mesure que 100 m x 50 m (expédition sino-bulgare de 90, Spelunca n° 39, p. 9).
B. LES PUITS PROFONDS
Sous cette appellation, nous excluons les avens géants provenant de l'effondrement d'une grande galerie ou d'une salle (infra). (fig. 102).
- Les grands puits souterrains : Ce type de puits est encore peu fréquent à cause de l'état des explorations, mais on devrait en découvrir de plus en plus au cours des années futures. Le plus profond est le P275 de Longtandong dans le comté de Qingzhen (Guizhou) qui a été exploré par l'expédition anglo-chinoise de 1985 (WALTHAM, 1986, p. 42). Celui-ci se situe à proximité de la surface, vers - 10 m, et draine un petit ruisseau. C'est actuellement le plus profond connu en Chine.
Dans les karsts de montagne du comté de Wufeng (Hubei), le gouffre-perte du puits E (Dongxitiankeng) présente une morphologie alpine avec un puits arrosé de 100 m fig. 73, p. 98).
- Les grands puits de surface : Ces vastes abîmes à la gueule béante, larges parfois de plusieurs dizaines de mètres, présentent des verticales atteignant jusqu'à 200 m de profondeur. Généralement, ces abîmes s'ouvrent au point bas des ouvalas nichés entre les pitons. De plus, ils se localisent préférentiellement sur les plateaux assez élevés en altitude et à proximité des grandes gorges où le potentiel est suffisant pour pouvoir engendrer de telles verticales.
La cavité peut se limiter à un simple monopuits d'entrée comme Baitong Shujing (P190) dans le comté de Ziyun (Guizhou) qui s'ouvre au fond d'une doline de 80 m de large. Le plus profond actuellement connu est le puits de 320 m de Fengdong situé dans le comté de Bama (Guangxi) (GILL, 90).
Plus remarquable est l'exemple de Danghaï Shujing (Luodian, Guizhou) ; ce gouffre s'ouvre à 30 m du sommet d'un cône escarpé haut de plus de 300 m. Il débute par un puits de 200 m orienté sur une fracture. La cavité se poursuit par une succession de puits jusqu'à la cote - 301 m (fig. 102).
Ces grands puits correspondent à d'anciennes pertes qui ont drainé les ouvalas montagnards. En saison des pluies, ils peuvent connaître une activité hydrologique importante s'il s'agit de perte temporaire. La situation en sommet de cône, à plus de 200 ou 300 m du fond des dépressions actuelles, indique l'ancienneté de ces cavités et l'importante évolution du karst en fonction de la surrection.
C. LES AVENS GEANTS
Les grands effondrements jouant le rôle de regard sur les rivières souterraines n'appartiennent pas à la catégorie précédente. Ils sont une des caractéristiques morphologique des grottes-tunnels. Ces vastes effondrements, aux parois abruptes, présentent des éboulis de base couverts par une végétation ombrophile constituée de fougères et de bananiers sauvages. Ce cas est bien illustré par le puits central de la Gebihe dont la profondeur dépasse 200 m pour un diamètre équivalent (chap. 2). (photo 49).
Dans le comté de Luodian, au sud du Guizhou, le système de Xiaojing est formé par une rivière allochtone longue de 30 km qui achève sa course par un tronçon souterrain d'une dizaine de kilomètres. Une vallée sèche parallèle au cours souterrain marque l'ancien tracé aérien de la rivière avant son enfouissement. Un regard (Xiangshuidong) a été exploré sur 4 km de développement. La rivière est accessible par plusieurs orifices : un ancien trop-plein sous forme d'une galerie inclinée et deux avens. Le plus vaste effondrement mesure 300 m x 150 m, pour 150 m de profondeur. 5 km en amont, à mi-chemin entre la perte et la résurgence, un autre regard a été repéré sur la carte topographique. Cet effondrement, estimé à 380 millions de m3, mesure 1,5 km de long pour 400 m de profondeur.
Comme à Daxiaocaokou, dans le comté de Zhijin (chap. 1), on serait en présence de la coalescence de dolines d'effondrement qui jalonnent le tracé du canyon souterrain. L'origine de ces avens géants ne pose pas de problème d'interprétation. Il s'agit de l'effondrement de la voûte de salles ou de canyons souterrains de grandes dimensions. La rupture par cisaillement intervient en fonction de la proximité de la surface, donc du degré d'évolution du karst.
III. GENÈSE DES SYSTÈMES KARSTIQUES
A. FORMATION DES GRANDS VIDES souterrains
1. Erosion mécanique et dissolution
En dehors du facteur lithologique (infra), c'est l'importance du débit qui détermine la grande dimension des conduits souterrains en permettant une forte érosion mécanique et chimique et une bonne évacuation des sédiments. Durant la mousson d'été, de nombreuses rivières allochtones pénètrent sous terre avec des débits pouvant dépasser plusieurs dizaines de m3/s, voire plus. En zone tropicale, ce phénomène est vérifié pour les grands conduits actifs de Nouvelle-Guinée et notamment de Nouvelle Bretagne (ex : Minyé, Naré, Kavakuna) (MAIRE et al., 1981). En zone tempérée, comme en Europe, ce phénomène est également vérifié, en particulier en Yougoslavie avec l'exemple de la Rieka souterraine et sa galerie haute de 80 à 100 m.
Les analyses hydrochimiques effectuées pendant la saison sèche montrent que les eaux des grandes rivières souterraines, dont celles des grottes-tunnels, sont saturées ou sursaturées en calcite et n'ont donc aucun pouvoir corrosif (chap. 8). Bien que l'on ne dispose pas d'analyses pour la saison des pluies, il est très probable que les eaux des rivières allochtones soient agressives. Les traces de corrosion sont très nombreuses dans les grandes galeries actives des grottes-tunnels à l'image de l'Ordovicien calcaire déchiqueté (silex mis en reliefs) de la grotte-résurgence de Longdong (système de Dadong, Hubei/chap. 5).
A cela s'ajoute la forte érosion mécanique (marmitage) comme nous avons pu l'observer dans la Gebihe, juste en aval du puits central, où des marmites, fonctionnelles en hautes eaux, sont creusées 5 à 30 m au-dessus du niveau d'étiage (chap. 1). Dans les gouffres-pertes des réseaux de montagne, comme dans le comté de Wufeng (Hubei), le plancher des galeries est constitué par la coalescence de marmites (cas du réseau du Puits E, chap. 5).
2. L'affouillement-détente
La présence de couches marneuses, interstratifiées dans les masses calcaires, peut avoir une influence sur la genèse de certains grands volumes karstiques. Ces passées marneuses concentrent les écoulements souterrains, en offrant un écran local à une infiltration plus profonde. Le creusement s'exerce dans le lit du torrent, mais aussi le long des rives en affouillant les marnes. Les bancs calcaires des parois sus-jacentes se trouvent alors en porte-à-faux et s'effondrent sous l'effet de la gravité. Les voûtes les plus fragilisées par la fracturation peuvent alors propager l'effondrement vers la surface, et révéler le vide sous-jacent. Des drains importants peuvent alors se constituer si le débit de la rivière souterraine est suffisant pour évacuer le matériel par tassement-dissolution et transport de la charge détritique.
Ce processus est bien connu dans le massif pyrénéen de la Pierre Saint-Martin. Toutefois, si le processus d'affouillement-détente est à l'origine des grands vides souterrains (GILLI, 1984), de grandes galeries peuvent aussi se former en roche massive ou homogène sans l'intervention de niveaux imperméables (ex : salles et grands conduits des réseaux de Nouvelle-Bretagne).
L'affouillement latéral tend à créer des vides larges, comme la salle des Miaos dans le réseau aval de la Gebihe, alors que le creusement linéaire donne de hautes galeries en canyon à l'instar de la galerie active de la Gebihe. (photo 47).
B. ROLE DU REGIME HYDROLOGIQUE ET DU NIVEAU DE BASE SUR LA SPELEOGENESE
1. Les galeries étagées à creusement contemporain
Le climat tropical à saisons contrastées, influencé par les moussons, est à l'origine d'un régime hydrologique nettement différencié. Le rapport entre les débits extrêmes peut dépasser 50 à 100, même sur les rivières importantes (rivière Yijiehe dans Daxiaocaokou).
De ce fait, lors des crues de mousson, les mises en charges sont importantes. De nombreux conduits, perchés plusieurs dizaines de mètres au-dessus des écoulements permanents, entrent alors en activité pour une durée saisonnière. Ainsi deux conduits étagés peuvent subir un creusement simultané pendant ces périodes de hautes eaux. A la fin de la saison des pluies, le niveau des eaux redescend, dénoyant les galeries supérieures. Seuls les conduits les plus profonds restent actifs tout au long de l'année.
Dans ce mode de fonctionnement, la notion de succession chronologique des niveaux de galeries étagées perd sa signification. Une galerie perchée au-dessus d'une autre peut donc lui être contemporaine. Leur creusement évolue en phase, annuellement pour l'une et seulement en été pour l'autre.
Le cas est bien illustré par Xiangbidong (Anshun/Guizhou). La perte tarit en hiver, mais les crues d'été sont telles qu'elles engendrent des mises en charge de plus de 60 m dans le réseau souterrain. La galerie supérieure se met alors en eau ; elle présente des sections en conduites forcées de plusieurs mètres de diamètre, enduites d'un dépôt argileux brunâtre, datant de la mise en charge de l'été précédent. De vastes entonnoirs boueux trouent le sol du conduit, aspirant les remplissages argileux. Ces suçoirs sont formés par le soutirage des eaux lors de la descente du niveau piézométrique en fin de crue.
Ce type de fonctionnement hydraulique, aux apports d'eaux saisonniers brutaux, serait intéressant à étudier dans les conduits hérités des karsts tempérés :
- dans les niveaux d'âge anté-quaternaire ayant évolué sous des climats comparables ;
- en karst de montagne, dans les galeries creusées par les débacles glaciaires.
Il est probable que la genèse de certains réseaux étagés, jusqu'alors définie comme une succession de phases de creusement, soit à reconsidérer en intégrant cet aspect. Néanmoins, les grands niveaux étagés observés dans les pitons, comme à la Gebihe, dépendent étroitement de la surrection régionale.
2. Le rôle du niveau de base régional et de la surrection (cf. chap. 11)
Les plateaux karstifiés recèlent en leur sein un grand nombre de poljés, ou de petites vallées, peu encaissés et installés dans des roches imperméables. Les petites rivières qui les parcourent disparaissent sous terre dès qu'elles atteignent les roches calcaires. A côté de ces tronçons de réseau assurant le drainage local, voisinent les rivières collectant les écoulements régionaux. Ces dernières sont encaissées dans de profondes gorges traversant les plateaux sur des dizaines de kilomètres (gorges de la Gebihe, de la Sanchahe).
Les petites vallées et poljés situés à l'intérieur des plateaux ont une origine structurale. Bon nombre doivent leur existence à une couche marneuse, conservée au fond d'un vaste synclinal, ou mise à jour par l'érosion de la voûte d'un anticlinal, ou encore grâce aux mouvements verticaux.
Le réseau hydrographique régional et les systèmes karstiques se sont enfoncés consécutivement aux derniers soulèvements néogènes et quaternaires. Le potentiel hydraulique résulte du gradient altitudinal créé entre les petits cours d'eau perchés des plateaux et le niveau de base régional situé au fond des gorges. Ainsi, l'orientation des écoulements souterrains s'effectue vers le point où le niveau de base régional est le plus proche. En fonction de la pente, le drainage karstique induit un écoulement libre, noyé, ou plus fréquemment semi-noyé.
Les modalités de l'écoulement déterminent les types de creusement et la morphologie des réseaux karstiques. Aux canyons souterrains des grottes-tunnels s'opposent les conduites forcées des zones noyées et semi-noyées. Dans ce cas, l'influence de la lithologie et de la fracturation dans l'organisation des systèmes karstiques est locale tandis que le gradient altitudinal régit l'organisation générale du drainage karstique.
Les grottes-tunnels sont une adaptation du réseau hydrographique à l'importante surrection fini-tertiaire. Au lieu de façonner de profonds canyons, les rivières ont creusé des grottes-tunnels qui percent de part en part les massifs calcaires. Parfois, l'enfoncement progressif de la rivière est matérialisé par des témoins hypogés des niveaux successifs. Luchuanyandong (Zhijin/Guizhou), illustre, à l'échelle de la traversée d'un piton, l'enfoncement du réseau hydrographique, tant aérien que souterrain. L'abaissement par cran du niveau de base a engendré une succession verticale de niveaux de galeries, traversant le piton de part en part, en abandonnant l'ancienne vallée, désormais sèche.
Le rôle de la surrection dans l'étagement des grottes-tunnels est analysé plus en détail dans le chapitre 11 avec l'exemple de la Gebihe (p. 182, fig. 111).
CONCLUSION
Les grottes-tunnels de Chine du Sud sont l'occasion de découvrir des paysages souterrains d'une ampleur inconnue en Europe et dans la plupart des karsts tropicaux (hormis la Nouvelle-Guinée). Cela tient à la dimension continentale des karsts chinois et à l'ancienneté de l'évolution géomorphologique étroitement liée aux phases tectoniques, surtout depuis la grande surrection fini-tertiaire himalayenne (chap. 11).
Dans les karsts montagnards du Hubei occidental et du Sichuan oriental, la structure plissée accentuée détermine des systèmes karstiques plus classiques, de type synclinal ou de flanc d'anticlinal, à morphologie "alpine" (profil cascadant à puits). Compte tenu du potentiel hydraulique important de ces régions à vallées profondes, des gouffres dépassant 500 m de profondeur seront sans doute explorés dans les dix prochaines années.
Le point des explorations
(J.P. Barbary, R. Maire)
Nous publions ici les listes des plus longues et des plus profondes cavités de Chine ainsi que celles des grands puits et des grandes salles. Elles sont le résultat d'un travail fastidieux de bibliographie, cette dernière étant malheureusement éparpillée au quatre coins du monde ; de plus, la bibliographie chinoise, pourtant fort intéressante, est difficilement accessible à cause de la langue et d'un incroyable cloisonnement des informations. Certaines données sont à confirmer et à affiner.
Les plus longues cavités de Chine :
A notre connaissance, au début de 1991, 68 cavités dépassent les 2 km de développement, ce qui est peu au regard de l'immense potentiel chinois. La liste ci-dessous présente les 21 cavités qui excèdent les 5 km.
TENG LONG DONG (Lichuan-HUBEI) 39000*
BAISHUI DONG (Jiangkou-GUIZHOU) 22450
DUOBING DONG (Xiuwen-Xifeng-GUIZHOU) 17210
XINIUDONG (Anlong-GUIZHOU) 17000
DADONG (Wufeng-HUBEI) 9683
MAWANG (GUANGXI) 9300
JIUDONGTIEN (GUIZHOU) 8000
GEBIHE (amont) (Ziyun-GUIZHOU) 7746
SOLIAODONG (Bama-GUANGXI) 7600
SANTANG DONGQUN (Zhijin-GUIZHOU) 7205
JINLUN DONG (Mashan-GUANGXI) 7200
LONG DONG (Zhangping-FUJIAN) 7000
YUHUA DONG (Jiangle-FUJIAN) 7000
WANHUA DONG (Chenzhou-HUNAN ) 6745
NANXU CHUAN YAN (Lingchuan-GUANGXI) 6700
BIYUN DONG (Panxian-GUIZHOU) 6500
JIUTIAN DONG (Sangzhi-HUNAN) 5726
YANZIDONG-LONGDONG (Wufeng-HUBEI) 5692
DAJI DONG (Zhijin-GUIZHOU) 5400** DONGXITIAN KENG (Wufeng-HUBEI) 5003
WANHUA DONG (Luota-HUNAN) 5000
* Tenglongdong ne répond pas a notre critère de développement puisqu'il s'agit de plusieurs éléments de réseau qui n'ont pas encore été jonctionnés. Nous ne possédons aucun chiffre exact de développement des différents maillons du système.
** Ce chiffre reste à confirmer puisque nous avons topographié cette cavité en 1986 sur 2600 m.
Les plus profondes cavités de Chine :
WUJIADONG (GUIZHOU) - 436
GEBIHE (Ziyun-GUIZHOU) - 418*
DONGXITIAN KENG (Wufeng-HUBEI) - 382
FENGDONG-CHUIFENGDONG (GUANGXI) - 360
XINIUDONG (Anlong-GUIZHOU) - 355
TIANSHENG QIAO (Xuanwei-YUNNAN) - 335
BAISHUI DONG (Jiangkou-GUIZHOU) - 310
DANGHAI SHUJING (Luodian-GUIZHOU) - 301
* Cote prise depuis le sommet du puits de 370 m.
Liste des grands puits et avens connus de Chine : (jusqu'à fin 1990)
Gebihe (Ziyun/Guizhou) P370 Aven géant*
Fengdong (Bama/Guangxi) P320 Puits d'entrée
Longtandong (Qingzhan/Guizhou) P275 Puits souterrain
Xiniudong (Anlong, Guizhou) P275 Aven géant
Gebihe-Puits central (Ziyun/Guizhou) P210 Aven géant
Xiniudong (Anlong, Guizhou) P200 Puits d'entrée
Danghaï Shujing (Luodian/Guizhou) P200 Puits d'entrée
Baitong Shujing (Ziyun/Guizhou) P190 Puits d'entrée
Daxiaocaokou (Zhijin/Guizhou) P190 Aven géant
Shuidong (Sangzhi/Hunan) P124 Puits d'entrée
Xiniudong (Anlong, Guizhou) P120 Puits souterrain
Dayanchong (Nanxu/Guangxi) P110 Puits souterrain
Sifangdong (Wuxi/Sichuan) P110 Puits d'entrée
Dongxitiankeng (Wufeng/Hubei) P100 Puits souterrain alpin
* Corde nécessaire que dans les 2/3 inférieurs. Un canyon suspendu éventre latéralement la partie supérieure de l'aven.
Liste des grandes salles connues de Chine : (jusqu'à fin 1990)
Salle des Miaos (Gebihe, Ziyun/Guizhou) 700 x 200 x 70 m (déniv. de 100 m)
Cloud Chamber (Pan Yang, Bama/Guangxi) 330 x 140 x 70 m
Salle dans Dajidong (Zhijin/Guizhou) 310 x 120 x 40 m
Tit chamber (Xinuidong, Anlong/Guizhou) 300 x 150 x ?
Salle dans Tenlongdong (Lichuan/Hubei) 230 x 170 x 100 m (talus de 100 m)
Salle dans Dadong (Wufeng/Hubei) 230 x 120 x 100 m
Salle Beimo 2 (Pan Yang, Bama/Guangxi) 230 x 170 x 100 m
Salle Houdong (Pan Yang, Bama/Guangxi) 230 x 140 x ?
Salle dans Longdong (Wufeng/Hubei) 220 x 120 x 100 m (talus de 110 m)
Salle dans Heidong (Luodian/Guizhou) 200 x 150 x 100 m (talus de 100 m)
Salle Jin Lun (Jinlun Dong, Mashan/Guangxi) 200 x 170 x 50 m