Stalactites et Stalagmites, leur formation… 139

Stalactites et stalagmites…leur formation

Stalactites et stalagmites, sont des éléments indissociables des grottes et autres cavités souterraines pour ce qui est des concrétions rocheuses, et même, dans certains cas, des formations glacées.
Elles sont les éléments décoratifs par excellence, très souvent recherchées par les spéléologues, spéléphiles, cataphiles, pour leur grande majorité.

Plusieurs théories circulent à leur sujet, quant à leur formation, aucune n’a de portée universelle, car il existe, pour chacune des plus connues, des contre-exemples.
De plus, la diversité dimensionnelle et morphologique vient battre en brèche toute théorie simple qui se voudrait à valeur générale.
Certaines bases sont indiscutables, mais les processus sont divers, et parfois associés ce qui les rend encore plus complexes. Pour la suite, on laissera à part les formations glacées et les formations volcaniques spécifiques de cavités et d’une genèse particulières.
Pour la majorité des cavités en milieu karstique la base fondamentale du concrétionnement est que l’eau est nécessaire, qu’elle est le solvant des constituants, leur transporteur, le constructeur et/ou le destructeur de la concrétion.
Cette eau doit être en quantité suffisante, mais sans excès.

La quantité doit être suffisante pour dissoudre suffisamment d’éléments minéraux constructeurs et les acheminer en un point où le concrétionnement sera possible, avec une fréquence et/ou une pérennité données.
Il ne faut pas d’excès non plus, car si la dissolution et le transport seraient bien assurés, le processus de concrétionnement ne le serait pas ou le serait selon des modèles informes et massifs du type coulées stalactictiques ( et non pas stalagmitique comme une facilité de langage le dit fautivement) ou pétrification généralisée.
Les minéraux constructeurs les plus répandus sont le carbonate de calcium et, dans une moindre mesure, le sulfate de calcium, respectivement présents dans les roches carbonatées (calcaires, craies et marnes calcaires) et les roches gypseuses (gypse, marnes gypseuses).

Les concrétions gypseuses ont une formation très mal connue, leur morphologie n’est pas celle classiquement rencontrée, résultant d’une cristallisation multidirectionnelle, et aboutissant à des filaments, des fibrosités, des lames plus ou moins circonvolutionnées ( « buissonnement » et « floraison »).
Les formations les plus décrites car les plus souvent observées, sont :
–  les aiguilles, de section aplatie et non pas discoïde, dont la longueur peut varier de quelques millimètres à plusieurs décimètres.
– les anthodites, dite « fleurs de gypse » à faisceaux cristallins courbés enforme de crosses.
– Les « cheveux d’ange », d’aspect cotonneux.
– Les crêtes de coq, rarissimes.
– Les  croûtes de sulfates, dépôt uniforme plaqué sur un support

Les concrétions carbonatées, classiquement réparties en stalactites et stalagmites selon qu’elles tendent à croître de façon gravitaire ou antigravitaire. Pour certaines, le classement est difficile, car leur développement est piloté dans les deux sens.
Les Stalactites et formations stalactitiques :

Selon un moyen mnémotechnique répandu, les StalacTites Tombent et sont Tubulaires, le « T » étant déterminant des caractères.

Bien évidemment, cette bonne manière de retenir le principal n’exclut pas des variations, notamment pour le caractère « tubulaire ».
La formation découle du dépôt de carbonate de calcium (CaCO3), le plus souvent sous forme de calcite, sinon, d’aragonite.
L’aragonite tend à se former lorsque le CaCO3 est associé à du magnésium (calcite magnésienne). Avec le temps, elle évolue en calcite. Sa cristallisation est orthorhombique et elle est plus dense (2,9) que la calcite (2,7).
Elle peut donner de formes massives de type plancher stalactitique, mais plus remarquablement, des formes élégantes coralloïdes, très fines, aciculaires, qui, groupées, peuvent constituer des « touffes » dites d’aragonite plumeuse.
La calcite, beaucoup plus répandue, a quant à elle une cristallisation rhomboédrique, et son éclat va du blanc à vitreux. Souvent teintée par des impuretés minérales voire organiques.

Le dépôt carbonaté paraît connaître deux processus essentiels.
L’un est un phénomène de précipitation faisant suite à celui de dissolution/saturation. L’eau dissous du CaCO3 après qu’elle ait été acidifiée par du CO2 qu’elle capte en petite partie dans l’atmosphère, et en grande partie en circulant dans des niveaux de sol organiques. Si sa circulation verticale continue lui confère peu à peu une pression croissante, la quantité de CaCO3 dissolvable est de plus en plus grande, le niveau de saturation s’élevant.
Lorsque cette eau chargée s’écoule dans un espace vide de la roche encaissante, elle connaît une brusque dépression, se trouve subitement sursaturée, et une précipitation du CaCO3 est alors provoquée.
S’il s’agit d’une stillation, les gouttes de section circulaire impliquent un dépôt circulaire à leur périphérie de contact avec la roche.
L’accumulation de ces dépôts forme alors un tube qui grandit et peut atteindre plusieurs mètres, pour une section très faible, variant entre 0,5 et 1 cm au maximum. La fragilité est extrême.
Ces tubes très fins sont des Stalactites fistulaires, improprement dites « fistuleuses » et vulgairement dites « macaronis ». Elles peuvent être brisées par le seul vent souterrain, par des vibrations de la roche (micro-séismes voire séismes), sous leur propre poids, et, malheureusement, par le simple contact d’un être humain.

L’autre phénomène est l’évaporation de l’eau, le CaCO3 se déposant alors, puisque la limite de saturation est ainsi dépassée de manière cycliquement continuelle.
Cela va permettre des dépôts qui, à la base, sont consécutifs des formes de surface de la roche, l’eau suivant les reliefs et s’accumulant sur les points les plus bas des plafonds , aspérités, crêtes, où, par évaporation, le CaCO3 va s’accrocher, augmentant ainsi le relief ce qui va canaliser davantage l’écoulement aqueux, donc favoriser les dépôts, et ainsi construire peu à peu des concrétions de formes très diverses, plus massives et plus solides que les fistulaires.
De même, ces dernières peuvent à leur tour servir de support d’évaporation et de dépôt, de qui va les épaissir.
Cependant, il est rare que tout le CaCO3 dissous se dépose dans les parties supérieures des cavités.
Une bonne part résiduelle va aussi pouvoir se déposer sur les parties verticales, ou presque, composant alors des coulées stalactitiques,  des draperies en crêtes et autres formations plus massives, ou se déposer sur les parties inférieures des cavités, sol, talus, éboulis ou blocs erratiques divers, et formant alors des stalagmites.

Les stalagMites, qui Montent et sont Massives , pour user d’un moyen mnémotechnique similaire au précédent. Car, de fait, ces concrétions de comportent pas de canalicule central et sont beaucoup moins graciles que leurs opposées stalactites. Opposées, car les stalagmites se développent presque toujours à l’aplomb de stalactites dont elles récoltent l’eau en surplus. Cette eau qui contient donc encore du CaCO3 tend à chuter ou à ruisseler vers le points bas de la cavité.
Quand elle chute, le choc fait éclater les gouttes ou le filet d’eau, avec une aspersion et une vaporisation qui facilitent la décharge du CaCO3. Ce dernier s’accumule en fine couches, donnant une concrétion stratifiée, pleine et généralement massive. Si la forme la plus générale reste celle d’un tronc de cône, on peut observer une assez grande diversité, notamment due aux variations de débit de la solution aqueuse.
De même est-il possible d’en rencontrer qui soit creuses, non par le mécanisme vu pour les stalactites, mais par la corrosion/érosion que provoque le choc de l’eau lorsqu’elle tombe d’assez haut.
Un creux plus ou moins profond est alors formé et entretenu.
Les vents souterrains peuvent aussi influer, la formation étant alors partiellement anémophile.
Si la stratification au sol s’épaissit, on parvient à un plancher stalagmitique

Des formations particulières sont fréquentes qui ne relèvent ni vraiment des stalactites, ni vraiment des stalagmites, croissant sur divers supports, par des modèles de cristallisation architecturée, soit aériennes, soit aquatiques, soit à la limite des deux.
Les constructions aériennes sont principalement des hélictites. Les aquatiques sont des concrétions de gours. Celles apparaissant en limite sont au départ des amas cristallins flottants, puis des franges fixées aux bords des flaques, gours, lacs, puis des « trottoirs » de rive pour finir par constituer un plancher calcitique souvent appelé à tort « stalagmitique » la formation étant radicalement différente.

Ce résumé, par essence incomplet, guide déjà dans la démarche de découverte de ce monde complexe, fascinant et encore assez mal cerné des concrétions des grottes.
Par ailleurs on ne saurait passer sous silence les concrétionnements des carrières, des tunnels et autres souterrains, des voûtes de bâtiments anciens, des voûtes de ponts, des plafonds de sous-sols de piscines, d’aqueducs anciens, et autres catacombes…
Car pour ceux-ci, la formation est beaucoup plus rapide, et certaines des explications précédentes ne sont pas transposables.
Il n’est pas rare de rencontrer des Stalactites de plusieurs décimètres sous des ponts de bien moins d’un siècle d’existence alors que plusieurs siècles ou millénaires sont nécessaires à leur formation dans les grottes. De même n’y a-t-il pas de gradient de pression significatif…
Pour ces concrétions, la grande différence se place dans l’hygrométrie ambiante et la présence de vents.
Dans les milieux extérieurs concernés, l’hygrométrie est bien plus faible, et l’existence de courants d’air transversaux  ou ascendants beaucoup plus fréquente, ce qui accélère et privilégie le seul processus d’évaporation avec les dépôts qui en résultent. La croissance de la concrétion est donc bien plus rapide.
De plus, le régime hydrologique alimentant le système est beaucoup plus souvent intermittent, ce qui multiplie les temps d’évaporation donc accélère le concrétionnement.

Les Stalactites et stalagmites carbonatées et leurs hybrides sont présentées dans trois autres articles.