Stalactites et stalagmites : les décors calcites des grottes

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Différentes formations peuvent constituer une grotte. Elles sont appelées « décorationsdécorations », sont le plus souvent composées de calcairecalcaire, et peuvent prendre la forme de stalactitesstalactites, de stalagmitesstalagmites, d'aiguilles d'aragonitearagonite ou de perles des cavernesperles des cavernes.

Stalactites et stalagmites d'une grotte en France. © Famhud, Pixabay, DP

Les stalactites sont ainsi composées de calcaire et forment des colonnes dont le diamètre diminue pour former une pointe orientée vers le sol.

Les ornements de calcite ne sont pas rares dans une grotte. © DR

Les stalactites tombent

La formation des stalactites est l'œuvre de l'eau qui en érodant les roches se charge de calcaire qui s'agglomère lors d'un écoulement très lent. Cela, conjugué à l'action chimique du dioxyde de carbonedioxyde de carbone (CO₂), qui est un gaz naturellement dissous dans l'eau et qui l'acidifie (pH=6), suffit à désagréger continuellement les molécules de calcaire par sa lente action de décomposition chimique.

Stalactite. © DR

L'eau forme un dépôt calcaire lorsque le filet d'eau tombant d'une voûte par une fissure est suffisamment fin, lent et constant au cours du temps. C'est-à-dire que lorsque l'action mécanique de l'eau est devenue négligeable par son faible débitdébit (de l'ordre de quelques gouttes par minutes), le calcaire sédimente et s'agrège au contact d'autres particules de calcaire. L'eau s'écoule par un canal au centre de la stalactite.

Section d'une stalactite. © DR

Lorsque ce dernier se bouche, le calcaire filtre vers l'extérieur. Évidemment, la formation d'une stalactite est un processus extrêmement long qui demande des milliers d'années. Selon le même principe, on trouve des stalactites très fines appelées spaghetti.

Stalactites en Australie. © DR

Les stalagmites montent

Les stalagmites se forment en sens inverse depuis le sol par l'accumulation d'eau calcaire tombant goutte à goutte d'une stalactite. Ainsi une stalagmite est toujours couplée à une stalactite.

Stalagmite de l'Aven d'Orgnac. © DR

Quand les structures se touchent, on obtient une colonne de diamètre plus ou moins impressionnant. Si l'écoulement se fait par une fente « en long », on obtient des draperiesdraperies plus ou moins fines et transparentes selon les cas et de couleurs différentes suivant les impuretés (l'ocreocre, le rose et le rouge sont souvent les couleurs du fer).

Draperies et colonnes. © DR

Le disque de calcite, autre forme de cristallisation chimique

Une autre formation un peu plus compliquée est le disque : c'est une forme originale de cristallisation dont la formation est liée à de l'eau sous pression sortant d'une fissure de la roche. Les disques de calcitecalcite se forment au plafond des grottes ; sous l'effet de la gravitégravité, leur poids les fait chuter et on les retrouve sur le sol.

Il existe d'autres formes mais toutes sont formées selon plus ou moins le même principe : le brusque changement dans l'équilibre chimique qui provoque la précipitation du calcaire. Nous avons ici à faire à un équilibre chimique dans lequel intervient un gaz, à savoir :

CO₂(aq) + H₂O (liq) ----- H⁺(aq) + HCO₃- (aq)
H⁺(aq) + CaCO₃ (s) ----- Ca⁺⁺ (aq) + HCO₃- (aq)

Au fur et à mesure que l'eau tombe goutte à goutte de la voûte, le gaz carbonique s'évapore, donc l'équilibre 1 est déplacé vers la gauche. Ceci nécessite un « approvisionnement » plus important en ionion H⁺ pour l'équationéquation 1, prélèvement qui se fait en déplaçant l'équilibre 2 vers la gauche aussi, donc augmentant la précipitation de calcite.

Perles des cavernes et aiguilles d'aragonite

Lors de pluies fortes et persistantes, l'eau s'écoule depuis un trou du plafond. Cette chute d'eau intermittente entraîne du sablesable et des graviers. Certains petits graviers restent prisonniers dans des cavités du bassin. Ils se recouvrent de calcite et sont polis par rotation sur eux-mêmes. On appelle ces formations des perles des cavernes...