Apports des équilibres calco-carboniques et du carbone 13 pour l’étude de l’air et des écoulements d’eau dans la zone non saturée du karst : application au système karstique perché de la grotte de Cussac (Dordogne, France)

Abstract

La protection de la grotte ornée de Cussac, inventée en 2000, se base en partie sur la compréhensionde ses relations avec le massif karstique et des conditions d’écoulement dans la zone non saturée deseaux liées à la cavité.Nous bénéficions à Cussac d’un accès à plusieurs écoulements provenant de différentes parties de laZone Non Saturée (ZNS) et d’une petite zone saturée ainsi que de la présence d’une grotte interceptantdes écoulements à l’intérieur du massif. Les paramètres aérologiques de la cavité dont la pressionpartielle de CO2 (pCO2) et la température ont fait l’objet d’un suivi depuis 2003 pour élaborer unmodèle simple de ses relations avec l’atmosphère extérieure et l’atmosphère de la ZNS.Une première partie de l’étude est consacrée à la caractérisation des écoulements par le suivihydrochimique et hydrodynamique depuis 2008. Elle aboutit à un schéma général du fonctionnementdu système karstique perché de Cussac.Au-delà de l’utilisation des outils classiques pour l’étude des aquifères karstiques nous avons souhaitéétudier les écoulements hydrologique et aérologique à travers l’une des spécificités du systèmekarstique : l’interdépendance des phases gazeuse, liquide et solide.Les échanges entre la roche, l’eau et la pCO2 de l’air de la ZNS ont été estimés à partir de l’utilisationdes équations d’équilibre calco-carboniques. Le schéma de fonctionnement est enrichi par une visionconceptuelle des conditions d’écoulement et une localisation dans les différentes parties du massif desprocessus de dissolution et évasion de CO2 et de dissolution et précipitation de carbonate.L’étude du delta13C apporte des précisions sur l’évolution de la pCO2 dans la ZNS et dansl’environnement particulier qu’est la cavité. La signature isotopique du CO2 de la ZNS est estimée àpartir des mesures de delta13C dans les eaux. Cela nécessite de prendre en compte les processusd’évolution du carbone minéral total dissout au cours des écoulements.