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Les chantoirs belges, des pertes capturées au détriment de karst de type fantôme de roche

The Belgian « chantoirs », swallow-holes captured by ghostrock zones
Yves Quinif

Résumés

Le karst belge actif se caractérise par deux types de systèmes résultant de l’évolution géologique du pays en relief appalachien : les recoupements souterrains de méandres affectant les rivières épigénétiques profondément enfoncées dans le socle varisque et les systèmes pertes-résurgence. Ces derniers, affluents des grandes rivières, concernent des ruisseaux qui descendent des hauteurs non carbonatées sur le plateau et s’enfoncent sous terre dès que leurs parcours rencontrent des formations carbonatées. Les pertes, appelées chantoirs, conduisent l’eau en profondeur jusqu’à une rivière souterraine qui réapparaît au creux des vallées épigénétiques. Les caractéristiques de ces cavités ne permettent pas de les considérer comme formées par l’érosion per descensum due à ces ruisseaux : géométrie labyrinthique, problème concernant les niveaux de base, cinétique de genèse en comparaison avec la cinétique d’enfoncement des vallées épigénétiques. Le concept de fantôme de roche et de karstification par fantômisation peut répondre à ces objections. Une comparaison avec les karsts lombards de la région du Lac de Côme renforce cette théorie.

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Notes de la rédaction

Reçu le 19 mars 2020, reçu sous forme révisée le 29 avril 2020 et définitivement accepté le 5 mai 2020

Texte intégral

L'auteur tient à remercier les relecteurs pour leurs remarques constructives qui ont permis d'améliorer texte et figures. Il tient aussi à remercier Armelle Decaulne pour sa compréhension et sa patience.

1. Introduction

1Depuis une trentaine d’années, le concept de karstification par fantômisation a été solidement établi d’abord à partir des paléokarsts du Hainaut en Belgique (Quinif et al., 1993 ; Quinif, 2010) ainsi que de phénomènes karstiques dans la craie (Rodet, 1996, 1999). Elle résulte d’une évolution en deux phases : une altération chimique isovolume in situ dans un contexte biostasique (Erhart, 1967) avec altérite résiduelle et une érosion mécanique de cette altérite suite à une rupture d’équilibre de type rhexistasique (Dubois et al., 2014 ; Quinif et al., 2014). La première phase se déroule dans un contexte de faible potentiel hydrodynamique, d’énergie chimique présente et d’une perméabilité initiale de la formation géologique affectée. Les formes résultantes sont des couloirs d’altérite à partir de la surface et de pseudoendokarsts souterrains. La seconde phase conduit au creusement macroscopique rapide de cavités de type spéléologique (Quinif, 2014). Cette théorie karstogénétique permet d’expliquer les caractéristiques d’une catégorie de cavités en Belgique : les pertes de plateau appelées chantoirs. Dans ce cadre, elles résultent de la capture des cours d’eau par des réseaux de pseudoenkarsts. Cette dernière notion a été définie pour prendre en compte les corps souterrains de type fantômes de roche, encore pourvus de leur altérite résiduelle, totalement inclus dans la masse rocheuse. Cet article a pour objectif d’expliquer cette disposition et de fournir des observations basées sur la karstification par fantômisation.

2. Le contexte morpho-hydrogéologique

2La Haute Belgique se présente comme un relief appalachien issu de l’orogénèse varisque (Boulvain et Pingot, 2011 ; Demoulin, 2018). La surrection néogène du socle érodé a provoqué l’enfoncement d’un réseau hydrographique d’abord conséquent au paléorivage de la Mer du Nord, complexifié ensuite par des mouvements tectoniques tardifs ainsi que des captures. Ayant commencé à s’établir sur une couverture soit transgressive, soit de régolithes meubles, les cours d’eau se sont enfoncés dans le socle de façon épigénétique, recoupant perpendiculairement les grandes structures issues de la tectonique varisque orientées E-W et WSW-ENE (fig. 1-2). Les climats du Quaternaire ont enfin sculpté le paysage en mettant en relief les roches les moins gélives (calcaires et grès) par rapport aux pélites (fig. 3) (Pissart, 1995). De cette histoire résultent deux types de systèmes karstiques structurés : les recoupements souterrains de méandres (fig. 4) et les systèmes chantoirs-résurgence (Quinif, 1977).

Fig. 1 - Cartographie simplifiée des carbonates en Haute Belgique.
Fig. 1 - Simplified carbonate mapping in Upper Belgium.

Fig. 1 - Cartographie simplifiée des carbonates en Haute Belgique.Fig. 1 - Simplified carbonate mapping in Upper Belgium.

Ils présentent une structure en bandes, orientées W-E pour la partie ouest et SSW-NNE pour la partie est. Ces bandes résultent des affleurements dus aux plis recoupés par l’érosion post-varisque. Le réseau hydrographique est clairement épigénétique. Il est donc amené à recouper les bandes calcaires soit à l’air libre en cluses, soit en recoupements souterrains de méandres. 1. Calcaires carbonifères, 2. Calcaires dévoniens.
They have a band structure, oriented W-E for the western part and SSW-NNE for the eastern part. These bands result from outcrops due to folds cut by post-Variscan erosion. The hydrographic network is clearly epigenetic. It is therefore required to cut the limestone bands either in the open air in cluses, or underground in underground cross-checking of meanders. 1. Carboniferous limestones. 2. Devonian limestones.

Fig. 2 - Méandres de la Meuse à Monthermé.
Fig. 2 - Meuse meanders at Monthermé.

Fig. 2 - Méandres de la Meuse à Monthermé.Fig. 2 - Meuse meanders at Monthermé.

Le fleuve recoupe de manière épigénétique toutes les formations du Paléozoïque, ici le Cambrien.
The river intersects all the Palaeozoic formations, here the Cambrian: it is an epigenetic valley.

Fig. 3 - La dépression de Belvaux, vu de l’anticlinal calcaire de Boine (Han-sur-Lesse).
Fig. 3 - The Belvaux depression, seen from the limestone anticline of Boine (Han-sur-Lesse).

Fig. 3 - La dépression de Belvaux, vu de l’anticlinal calcaire de Boine (Han-sur-Lesse).Fig. 3 - The Belvaux depression, seen from the limestone anticline of Boine (Han-sur-Lesse).

Cette dépression est incisée dans les schistes frasniens du synclinal de Belvaux. Le relief en arrière-plan est sculpté dans les calcaires givétiens, les mêmes que ceux de l’anticlinal de Boine. La Lesse recoupe de manière épigénétique toutes ces formations nonobstant leur nature. La formation de la dépression et la mise en relief des calcaires résultent de la gélifraction et de la solifluxion lors des périodes froides du Quaternaire
This depression is incised in the Frasnian shales of the Belvaux syncline. The relief in the background is carved from Givet limestones, the same as those of the Boine anticline. The Lesse epigenetically intersects all these formations regardless of their nature. The formation of the depression and the relief of the limestones result from gelifraction and solifluction during cold periods of the Quaternary.

Fig. 4 - Les différents types de systèmes karstiques.
Fig. 4 - The different types of karstic systems.

Fig. 4 - Les différents types de systèmes karstiques.Fig. 4 - The different types of karstic systems.

Ce plan schématique et de principe montre une rivière importante (trait bleu épais) épigénétique, enfoncée profondément dans le socle primaire. Les deux coupes explicitent la position de la surface piézométrique et l’allure des drains. En quittant les grès et en abordant les calcaires, la rivière se perd partiellement dans un adugeoir et ressort de l'autre côté du méandre : c'est un réseau de type recoupement souterrain de méandre. La différence d'altitude entre perte et résurgence est faible. Descendant du massif gréseux, un ruisseau disparaît dans un chantoir (perte de plateau) et ressort au creux de la vallée principale. C'est un réseau de type "chantoir-résurgence". La différence d'altitude est beaucoup plus grande entre chantoir et résurgence (70 m dans la région de Han-Rochefort), conduisant à une cavité à prédominance verticale qui dirige le plus souvent les eaux rapidement à une altitude proche de la surface piézométrique. Remarquons que les échelles horizontale et verticale sont données à titre indicatives.
This schematic and principle plan shows an important epigenetic river (thick blue line), sunk deep into the primary basement. The two sections explain the position of the water-table and the shape of the drains. Leaving the sandstones and approaching the limestones, the river is partially lost in a swallow-hole and emerges on the other side of the meander: it is an underground meander cross-checking. The difference in altitude between swallow-hole and resurgence is small. Descending from the sandstone massif, a stream disappears in a “chantoir” (plateau swallow-hole) and emerges in the hollow of the main valley. It is a "chantoir-resurgence" type system. The difference in altitude is much greater between plateau swallow-hole and resurgence (70 m in the Han-Rochefort region), leading to a predominantly vertical cavity which most often directs water quickly to an altitude close to the piezometric surface. Note that the horizontal and vertical scales are given for information only.

2.1. Les systèmes recoupements souterrains de méandre

3Lorsqu’une rivière épigénétique rencontre une barrière calcaire isolée entre deux dépressions schisteuses, elle peut recouper son méandre via l’endokarst (fig. 5). Le système résultant sera de faible pente mais de forts débits. Ce type de système est courant dans la Calestienne, bande de calcaires datant de l’Eifelien terminal, du Givétien et du Frasnien comprise entre des dépressions schisteuses et accidentée de plis (Quinif et Hallet, 2018).

Fig. 5 - Contexte géologique schématique de la région de Durbuy – Bohon et plan du recoupement souterrain du méandre de Bohon.
Fig. 5 - Schematic geological context of the Durbuy - Bohon region and map of the Underground meander cross-checking of Bohon.

Fig. 5 - Contexte géologique schématique de la région de Durbuy – Bohon et plan du recoupement souterrain du méandre de Bohon.Fig. 5 - Schematic geological context of the Durbuy - Bohon region and map of the Underground meander cross-checking of Bohon.

L’Ourthe, rivière épigénétique fortement encaissée dans le socle paléozoïque, représentée ici par sa plaine alluviale (5), dessine ses méandres dans des structures plissées et failles comprenant les calcaire givétiens (1), les schistes frasniens (2), les calcaires frasniens (3) et les schistes famenniens (4). La traversée de deux méandres au travers des calcaires frasniens ici redressés à la verticale par des plis très aigus a provoqué deux recoupements souterrains de méandres (6) : celui de Warre (W) actuellement à sec sauf lors de très fortes crues et celui de Bohon (B) actif.
The Ourthe, an epigenetic river strongly encased in the Paleozoic basement, represented here by its alluvial plain (5), draws its meanders in folded and fault structures including the Givetian limestones (1), the Frasnian shales (2), the Frasnian limestones (3) and the Famennian shales (4). The crossing of two meanders through Frasnian limestones here straightened vertically by very sharp folds caused two underground intersections of meanders (6) that of Warre (W) currently dry except during very strong floods and that of Bohon (B) active.

2.2. Les systèmes chantoirs-résurgence

4Lorsque la formation calcaire est en dépression par rapport à des formations imperméables, des ruisseaux descendant de ces dernières se perdent en arrivant sur le calcaire par des cavités à profil vertical : les chantoirs. Les régions favorables à ce type de systèmes sont nombreuses : contact entre les grès famenniens et les calcaires dinantiens (chantoirs de la région de Dinant), contact entre les calcaires givétiens et les grès eifeliens (système de Hotton, de Lesves-Arbre, de Remouchamps) (fig. 6-8), pour n’en citer que quelques uns. Ces rivières, soit uniques, soit confluant dans l’endokarst pour constituer une rivière souterraine plus puissante, se dirigent vers la résurgence située au creux d’une grande vallée épigénétique : Meuse, Lesse, Ourthe, Lomme, Amblève entre autres.

Fig. 6 - Esquisse géologique sur image LIDAR du site du Chantoir de la Laide Fosse.
Fig. 6 - Geological sketch on a LIDAR image of the Chantoir de la Laide Fosse site.

Fig. 6 - Esquisse géologique sur image LIDAR du site du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 6 - Geological sketch on a LIDAR image of the Chantoir de la Laide Fosse site.

Sur les hauteurs séparant la Lesse de la Lomme entre Han-sur-Lesse, Eprave et Rochefort, un petit ruisseau descend des hauteurs imperméables de l’Emsien gréseux pour se perdre dans des calcaires argileux de la Formation de Hanonet à l’Emsien terminal. Les écoulements souterrains continuent dans la Formation de Trois-Fontaines (Givétien). (d’après Delaby, communication personnelle). 1. Emsien gréseux. 2. Formation de Hanonet. 3. Formation de Trois-Fontaines. 4. Formation des Terres d’Haurs. 5. Tracé de la cavité.
On the heights separating Lesse and Lomme rivers between Han-sur-Lesse, Eprave and Rochefort, a small stream descends from the impermeable heights of the sandstone Emsien to get lost in the clay limestones of the Hanonet Formation at the terminal Emsian. Underground flows continue in the Trois-Fontaines Formation (Givetian). (After Delaby, personal comnunication). 1. Emsian (sandstones). 2. Formation of “Hanonet”. 3. Formation of “Trois-Fontaines”. 4. Formation of “Terres d’Haurs”. 5. Map of the cave.

Fig. 7 - Coupe développée du Chantoir de la Laide Fosse.
Fig. 7 - Developed section of the « Chantoir de la Laide Fosse ».

Fig. 7 - Coupe développée du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 7 - Developed section of the « Chantoir de la Laide Fosse ».

3. Le problème posé

3.1. Le niveau de base

5Parmi les définitions de la littérature, retenons celle de Gèze (1965) pour lequel le niveau de base karstique doit être défini comme le niveau de l’émergence la plus basse vers laquelle peuvent se diriger les eaux de l’ensemble calcaire considéré. Pour Mangin (1975), le niveau de base d’un système karstique est la limite au-delà de laquelle l’énergie potentielle a été entièrement dissipée. Cela implique la possibilité de circulations des eaux souterraines et d’une karstogenèse sous le niveau de base.

6Karst et surface piézométrique sont intimement liés par l’intermédiaire de la perméabilité qui dépend elle-même de la karstification. Dans le cas des réseaux de type recoupement souterrain de méandre, la rivière épigénétique qui est affectée par le phénomène karstique constitue elle-même son propre niveau de base. En revanche, dans le cas des réseaux de type chantoir - résurgence, la rivière souterraine est tributaire d’une rivière épigénétique qui constitue le niveau de base (Quinif, 1977). C’est dans ce type de système que le problème posé dans cet article se dévoile avec le plus d’acuité.

Fig. 8 - Entrée du Chantoir de la Laide Fosse.
Fig. 8 - Entrance of the « Chantoir de la Laide Fosse”.

Fig. 8 - Entrée du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 8 - Entrance of the « Chantoir de la Laide Fosse”.

Elle se situe au pied du groupe d’étudiants. La paroi frontale se développe dans les calcaires argileux de la Formation de Hanonet (Eifelien terminal).
It is located at the foot of the group of students. The front wall develops in the clay limestones of the Hanonet Formation (terminal Eifelian).

3.2. Le système de Lesves – Arbre

3.2.1. Le contexte morphostructural

7Le système de Lesves-Arbre est un exemple typique pour poser le problème étudié ici (Quinif, 1978). Ce système est situé dans les calcaires frasniens, côte à côte avec un autre système développé dans les calcaires givétiens. En effet, la lithostratigraphie régionale comprend la série suivante (Coen-Aubert et Coen, 1974) (fig. 9) :

8(i) Des formations infragivétiennes (poudingues, grès et pélites) constituent les hauteurs septentrionales du vallon de Lesves.

9(ii) La Formation givétienne de Tailfer est presque exclusivement calcaire. De 75 m de puissance, elle constitue le système karstique nord.

10(iii) La Formation de Roux puissante de 30 m, peu karstifiable (grés et schistes, dolomie fine, quelques bancs calcaires), constitue un aquiclude séparant les deux systèmes karstiques.

11(iv) Le Frasnien, après des schistes de base peu épais, est caractérisé par une formation calcaire de 100 à 125 m d’épaisseur avec des calcaires construits (Marbres Sainte Anne et de Cousolre) et une série lagunaire. Il se termine par la Formation d’Aisemont essentiellement schisteuse.

12(v) Enfin, le Famennien, constitué de grès et psammites, constitue les hauteurs au Sud.

Fig. 9 - Colonne lithostratigraphique du système de Lesves - Arbre.
Fig. 9 - Lithostratigraphic column of the Lesves - Arbre system.

Fig. 9 - Colonne lithostratigraphique du système de Lesves - Arbre.Fig. 9 - Lithostratigraphic column of the Lesves - Arbre system.

Le système karstique se développe dans les calcaires frasniens. A l’aval de la vallée sèche, un autre système se développe au nord dans les calcaires givétiens.
The karst system develops in the Frasnian limestones. Downstream from the dry valley, another system develops in the north in the Givetian limestones.

13La bande calcaire s’étend en une dépression enclavée entre les hauteurs imperméables au nord et au sud (fig. 10-11). Les chantoirs concernés se situent dans les calcaires frasniens. Les ruisseaux en provenance des grès famenniens au sud confluent dans l’endokarst pour former un collecteur qui réapparaît dans la Grotte de la Vilaine Source, au creux d’un synclinal.

Fig. 10 - Image LiDAR du système de Lesves-Arbre.
Fig. 10 - LiDAR image of the Lesves-Arbre system.

Fig. 10 - Image LiDAR du système de Lesves-Arbre.Fig. 10 - LiDAR image of the Lesves-Arbre system.

Le trait blanc suit l’axe du talweg, à sec et défoncé de dolines dont plusieurs sont des pertes. Il se dirige vers la confluence avec le Burnot, lui-même affluent de la Meuse. Les deux lignes noires soulignent les lignes de crêtes encadrant le vallon. Le ruisseau de l’Abîme de Lesves (rectangle noir) descend des hauteurs au Sud. La résurgence générale du système est la « Vilaine Source », directement dans le lit majeur du Burnot. SPW2018 / SPF Finances, IGN, SPW / SPW.
The white line follows the axis of the talweg, dry, with sinkholes, many of which are swallow-holes. It heads towards the confluence with the Burnot River, itself a tributary of the Meuse River. The two black lines underline the ridges framing the valley. The swallow-hole “Abîme de Lesves” stream (black rectangle) descends from the heights to the south. The general resurgence of the system is the "Vilaine Source", directly in the major bed of Burnot. SPW2018 / SPF Finances, IGN, SPW / SPW.

Fig. 11 - Esquisse géologique de la région de Lesves-Arbre.
Fig. 11 - Geological sketch of the Lesves-Arbre region.

Fig. 11 - Esquisse géologique de la région de Lesves-Arbre.Fig. 11 - Geological sketch of the Lesves-Arbre region.

Le vallon karstique (7, en pointillés) est incisé dans les calcaires du Givétien inférieur (2) et du Frasnien (4), entourant les schistes du Givétien supérieur (3) et délimitant ainsi deux aquifères. Les hauteurs au Sud sont sculptées dans les grès famenniens (5), les hauteurs au Nord dans les grès du Dévonien inférieur (1). Le trait rouge (7) représente l’axe de la grotte de la Vilaine Source, la résurgence. Les trois flèches bleues (8) visualisent trois des chantoirs. Le chantoir de l’Abîme de Lesves est le plus à gauche.
The karst valley (7, in dotted lines) is incised in the lower Givetian (2) and Frasnian (4) limestones, surrounding the upper Givetian shales (3) and thus delimiting two aquifers. The heights in the South are sculpted in the Famennian sandstones (5), the heights in the North in the Lower Devonian sandstones (1). The red line (7) represents the axis of the Vilaine Source cave, the resurgence. The three blue arrows (8) show three of the chantoirs. The chantoir “Abîme de Lesves” is furthest to the left.

3.2.2. L’Abîme de Lesves

14C’est un des chantoirs les plus exemplaires de Belgique (Lebeau et al., 2004, 2013). L’Abîme de Lesves se développe depuis la surface jusqu’à la rivière souterraine principale (fig. 12). C’est un aven aux proportions importantes. La descente de l’eau est quasiment verticale au travers d’un système méandres – puits. La rivière principale dans laquelle conflue le ruisseau en provenance du chantoir peut être suivie sur quelques dizaines de mètres en amont et en aval. Ces progressions se terminent par un siphon. La résurgence générale du système est la Grotte de la Vilaine Source (Quinif, 1978).

15Le problème posé se résume en quelques chiffres donnant les altitudes des phénomènes : altitude de l’Abîme : 215 m, altitude de la rivière souterraine au niveau du chantoir : 165 m, altitude de la résurgence : 135 m, soit une dénivellation de 30 m pour une distance de 3 000 m. Il s’avère que les eaux perdues dans le chantoir gagnent immédiatement le niveau de base local : la rivière souterraine principale coulant dans l’axe du vallon. Aucun niveau d’écoulement horizontal n’est connu. Il en est de même pour la Grotte de la Vilaine Source, hormis les deux niveaux très proches entre la première partie sèche au-dessus de la rivière, niveaux qui n’en font plus qu’un dans la partie amont de la cavité. Enfin, retenons l’ennoiement total de l’abîme lors de fortes crues.

Fig. 12 - Coupe développée de l’Abîme de Lesves.
Fig. 12 - Developed section of the “Abîme de Lesves”.

Fig. 12 - Coupe développée de l’Abîme de Lesves.Fig. 12 - Developed section of the “Abîme de Lesves”.

Ce chantoir typique conduit le ruisseau de surface qui s’y perd jusque sa confluence souterraine avec la rivière principale du système.
This typical “chantoir” sinks the surface river to its confluence with the main underground river of the system.

3.3. Le système des Fagnoules

16Ce système se développe dans le calcaire viséen de la Formation de Lives. La bande calcaire est ici comprise entre un cœur synclinal houiller et un cœur anticlinal famennien (fig. 13) (De Bie, 2019). Hormis l’âge des formations, nous avons ici le même contexte que celui du système de Lesves-Arbre. La résurgence se situe au niveau de la Meuse. Par contre, la géométrie du système est différente. Le chantoir des Fagnoules donne accès à une rivière souterraine qui coule là à une altitude de 200 m, l’entrée étant à 235 m (fig. 14). L’altitude de la résurgence est à 90 m d’altitude, mais la rivière souterraine coule sur une grande distance à une altitude qui, de 200 m, descend régulièrement jusqu’au siphon du terminus actuellement connu. La coupe hydrogéologique le montre clairement, la surface piézométrique est largement perchée au-dessus de l’altitude du niveau de base karstique du système, c’est-à-dire à 90 m. Nous avons ici une dénivellation de 110 m sur une distance de 3,300 m.

17Fig. 13 - Localisation et esquisse géologique du système des Fagnoules. Les ruisseaux descendent des hauteurs du Houiller au nord et du Famennien au sud pour se perdre dans les calcaires dinantiens. La coupe MN indique l’altitude du drain à l’aplomb des chantoirs supérieurs et l’altitude de la Meuse. A. Calcaires dinantiens ; B. Grès famenniens. C. Schistes houillers. D. Alluvions de la Meuse. E. Failles. F. Chantoirs. G. Niveau du Réseau des Fagnoules. H. Surface piézométriques estimées à l’aplomb des chantoirs. I. Altitude de la Meuse. Me. Meuse. R. Résurgence générale du système. (http://environnement.wallonie.be/​cartosig/​cartehydrogeo/​index.htm#).

18Fig. 13 - Location and geological sketch of the Fagnoules system. The streams descend from the heights of the upper Carboniferous in the north and the Famennien in the south to get lost in the Dinantian limestones. The MN cross-section indicates the altitude of the drain above the upper chantoirs and of the Meuse River. A. Dinantian limestones; B. Famennian sandstones. C. Coal shales. D. Alluvium from the Meuse. E. Faults. F. Chantoirs. G. Level of the Fagnoules Network. H. Water table estimated at the level of the chantoirs. I. Altitude of the Meuse. Me. Meuse River. A. General resurgence of the system. (http://environnement.wallonie.be/​cartosig/​cartehydrogeo/​index.htm#).

Fig. 13 - Localisation et esquisse géologique du système des Fagnoules.
Fig. 13 - Location and geological sketch of the Fagnoules system.

Fig. 13 - Localisation et esquisse géologique du système des Fagnoules.Fig. 13 - Location and geological sketch of the Fagnoules system.

Les ruisseaux descendent des hauteurs du Houiller au nord et du Famennien au sud pour se perdre dans les calcaires dinantiens. La coupe MN indique l’altitude du drain à l’aplomb des chantoirs supérieurs et l’altitude de la Meuse. A. Calcaires dinantiens ; B. Grès famenniens. C. Schistes houillers. D. Alluvions de la Meuse. E. Failles. F. Chantoirs. G. Niveau du Réseau des Fagnoules. H. Surface piézométriques estimées à l’aplomb des chantoirs. I. Altitude de la Meuse. Me. Meuse. R. Résurgence générale du système.
The streams descend from the heights of the upper Carboniferous in the north and the Famennien in the south to get lost in the Dinantian limestones. The MN cross-section indicates the altitude of the drain above the upper chantoirs and of the Meuse River. A. Dinantian limestones; B. Famennian sandstones. C. Coal shales. D. Alluvium from the Meuse. E. Faults. F. Chantoirs. G. Level of the Fagnoules Network. H. Water table estimated at the level of the chantoirs. I. Altitude of the Meuse. Me. Meuse River. A. General resurgence of the system.

(http://environnement.wallonie.be/​cartosig/​cartehydrogeo/​index.htm#).

Fig. 14 - Coupe développée du système amont des Fagnoules.
Fig. 14 - Developed section of the upstream system of Fagnoules.

Fig. 14 - Coupe développée du système amont des Fagnoules.Fig. 14 - Developed section of the upstream system of Fagnoules.

On constate le grand développement horizontal de la grotte, perchée au-dessus du niveau de la Meuse. D’après De Bie, 2019.
We can see the great horizontal development of the cave, perched above the level of the Meuse. Following De Bie, 2019.

3.4. Le Trou Bernard

19Ce célèbre chantoir, le plus profond de Belgique, est le chantoir le plus en amont du système de Mont-sur-Meuse (fig. 15). Il permet une descente quasiment verticale jusqu’à la surface piézométrique incarnée par le siphon terminal, plongé à plus de 20 m (fig. 16). Géologiquement, nous nous trouvons dans les calcaires frasniens. Le fait remarquable ici est que l’altitude de la surface piézométrique est de 107 m, alors que l’altitude de la résurgence est de 90 m, pour une distance de 2 500 m. Or, nous nous trouvons à quelques 6 km au nord du chantoir des Fagnoules.

Fig. 15 - Sous-système sud de Mont-sur-Meuse.
Fig. 15 - Mont-sur-Meuse southern subsystem.

Fig. 15 - Sous-système sud de Mont-sur-Meuse.Fig. 15 - Mont-sur-Meuse southern subsystem.

La bande de couleur représente les formations calcaires. Le sous-système nord se devine au N-W et conflue avec le sous-système sud à la résurgence de Chauveau. Les chantoirs cités sont entourés d’un rectangle rouge. D’après l’Atlas du Karst Wallon, Bassin de la Haute Meuse namuroise, 2018.
The colourful strip represents the limestone formations. The northern subsystem can be guessed at the N-W and merges with the southern subsystem at the resurgence of Chauveau. The mentioned chantoirs are surrounded by a red rectangle. According to the Atlas of Karst Wallon, Bassin de la Haute Meuse namuroise, 2018.

Fig. 16 - Coupe développée du chantoir « Trou Bernard ».
Fig. 16 - Developed section of the "Trou Bernard" chantoir.

Fig. 16 - Coupe développée du chantoir « Trou Bernard ».Fig. 16 - Developed section of the "Trou Bernard" chantoir.

Le siphon terminal visualisé par une tranche bleue n’est à l’étiage qu’à 17 m au-dessus du niveau de la Meuse, niveau de base du système. D’après http://blog.ssn-speleo-namur.be/​les-grottes/​topotheque/​le-trou-bernard-a-maillen/​.
The terminal sump displayed by a blue slice is only at low water levels 17 m above the level of the Meuse, the basic level of the system. Following http://blog.ssn-speleo-namur.be/​les-grottes/​topotheque/​le-trou-bernard-a-maillen/​.

3.5. Synthèses de ces observations

20Les questions posées sont donc les suivantes. Des situations très différentes dans les profils en long des écoulements souterrains existent. Parfois, les eaux sont drainées très rapidement en profondeur jusqu’à atteindre des niveaux d’écoulement proches des niveaux de base, parfois non. Or, ces deux dispositions géométriques pour ces systèmes chantoirs – résurgence s’observent pour des systèmes très proches géographiquement l’un de l’autre, par exemple le chantoir des Fagnoules et le Trou Bernard.

21De plus, la géométrie des réseaux associés aux chantoirs est souvent labyrinthique, ce qui est antagoniste d’un creusement simplement per descensum depuis le ruisseau de surface jusqu’à la surface piézométrique. En effet, cette géométrie, dans la théorie de la karstogenèse par enlèvement total, est associée à un creusement en zone phréatique sous courant lent, et non à des cavités en zone vadose avec courants cascadants. Une telle genèse implique également une certaine structuration géométrique en termes d’écoulement, du type affluents de divers ordres se raccordant à un drain principal. Or, la géométrie des chantoirs, de plus en plus précisée au cours des explorations successives, montre au contraire une absence de structuration hydrodynamique mais bien une structuration essentiellement basée sur la nature des discontinuités stratigraphiques et tectoniques.

4. Les fantômes de roche et les chantoirs

4.1. Nature

22Dans l’histoire d’un système karstique, il existe une phase « pré-grotte » où l’altération chimique partielle de la roche calcaire (ou toute autre) produit une altérite résiduelle et des composés solubles qui sont exportés hors du système. Dans une première phase évolutive, cette altérite résiduelle reste en place avec un volume égal au volume initial (isaltérite). Elle constitue des volumes souterrains délimités par la roche saine dont l’extension dépend de la fracturation et du régime tectonique existant durant la durée de l’altération. Cette altérite est très poreuse, résultat de l’exportation en phase soluble d’une partie des carbonates. Restent sur place des cristaux plus gros (partie sparitique de la roche) et des insolubles (Quinif, 2010 ; Dubois et al., 2014).

23Cette évolution implique un faible relief puisque la circulation des eaux souterraines ne peut emporter mécaniquement l’altérite résiduelle. Le relief doit être faible, sous couverture végétale de type tropical. Ces conditions existaient sur le massif paléozoïque durant le Crétacé et le Paléocène. L’intense altération est constatée dans la formation des kaolins ardennais, datés surtout du Crétacé. Le résultat est un massif rocheux traversé de volumes remplis d’altérite résiduelle : les fantômes de roche. Une seconde phase se met en place lorsqu’un potentiel apparaît. La dénivellation entre une zone d’alimentation et une zone de sortie induit des circulations souterraines au travers de l’altérite avec comme corollaire son érosion mécanique. La grotte spéléologique naît ainsi de cette manière (Dubois et al., 2014 ; Quinif, 2014 ; Quinif et al., 2014).

4.2. La géométrie des chantoirs

24Les théories « classiques » de la spéléogenèse ont en commun une exportation simultanée des éléments solubles et insolubles. Ce paradigme est tellement bien implanté dans la communauté des géologues que ce fait n’est généralement même plus cité. A partir d’une discontinuité dans la masse rocheuse, l’érosion attaque les épontes et élargit cette discontinuité. Nous avons appelé ce paradigme « karstification par enlèvement total » pour le distinguer de la karstification par fantômisation (Quinif, 1999) proposé ici. Alors que dans la spéléogenèse du type « enlèvement total », les chantoirs constituent des chemins de l’eau de la surface vers un niveau de base, les explorations plus récentes dévoilent des figurés souvent labyrinthiques dont la genèse ne peut en aucun cas s’expliquer par une érosion per descensum des ruisseaux perdus (fig. 17). Lors de travaux à l’hôpital situé à Mont-sur-Meuse, au-dessus de l’aval du système karstique, la découverture a mis au jour un réseau de fractures rectilignes dessinant un réseau orthogonal au détriment de joints verticaux (fig. 18). Il s’est avéré que ces couloirs ont pour origine des fantômes de roche, prouvant par là leur existence à cet endroit.

25De même, l’altitude des écoulements subhorizontaux des rivières souterraines englouties par rapport à l’altitude des résurgences s’expliquent difficilement par les concepts classiques de karstification. Pourquoi, dans des contextes géologiques et géomorphologiques analogues, a-t-on de pareilles différences dans la structure de ces systèmes chantoirs-résurgence ?

Fig. 17 - Vue en perspective des ensembles des chantoirs « Trou de l’Eglise », « Trou Dury », « Chantoir Delieu », « Trou Wéron ».
Fig. 17 - Perspective view of the sets of the "Trou de l'Eglise", "Trou Dury", "Chantoir Delieu", "Trou Wéron".

Fig. 17 - Vue en perspective des ensembles des chantoirs « Trou de l’Eglise », « Trou Dury », « Chantoir Delieu », « Trou Wéron ».Fig. 17 - Perspective view of the sets of the "Trou de l'Eglise", "Trou Dury", "Chantoir Delieu", "Trou Wéron".

Les deux derniers sont reliés (De Bie et al., 1999). Le caractère labyrinthique apparaît clairement.
The last two are linked (De Bie et al., 1999). The labyrinth character appears clearly.

Fig. 18 - Couloirs karstiques de type « fantômes de roche » dégagés lors des travaux aux Cliniques Universitaire UCL Mont-Godinne.
Fig. 18 - “Ghostrock” type karst corridors cleared during works at the UCL Mont-Godinne University Clinics.

Fig. 18 - Couloirs karstiques de type « fantômes de roche » dégagés lors des travaux aux Cliniques Universitaire UCL Mont-Godinne.Fig. 18 - “Ghostrock” type karst corridors cleared during works at the UCL Mont-Godinne University Clinics.

Remarquons la morphologie de la paroi de gauche sur la photo de droite exprimant la mise en relief des éléments moins solubles du calcaire.
Note the morphology of the left wall on the right photo expressing the highlighting of the less soluble elements of the limestone.

4.3. Les grottes d’avant les grottes

26La solution qui s’impose naturellement est l’existence de vides karstiques avant les reliefs actuels. Ces vides karstiques auraient alors capturé les eaux de surface lorsque les reliefs actuels se seraient mis en place (fig. 19). Cette conception s’approche de celle de Woodward (1961), dans laquelle l’auteur évoque notamment des phénomènes de captures d’écoulements superficiels par des cavités préalables. La conception proposée ici est de considérer que les vides macroscopiques n’ont pas capturé les écoulements de surface mais proviennent des zones fantômisées. Or, le problème de cette conception alternative est de retrouver les traces de ces zones fantômisées dans les chantoirs. En effet, les eaux de surface ont puissamment érodé l’altérite résiduelle durant leur parcours per descensum. Cependant, d’autres régions peuvent aider dans la preuve de ce phénomène, en l’occurrence certains karsts de Lombardie : ceux de Val Imagna et du Monte Bisbino, ainsi que les karsts Sud-africains (grottes de Sterkfontein), qui contiennent encore parfois des altérites en place (Bruxelles, 2017).

Fig. 19 - Evolutionary schematic diagram of a massif affected by a ghostrock type karstification.
Fig. 19 - Schéma de principe évolutif d’un massif fantômisé.

Fig. 19 - Evolutionary schematic diagram of a massif affected by a ghostrock type karstification.Fig. 19 - Schéma de principe évolutif d’un massif fantômisé.

A : coupe d’un massif calcaire lors de la fantômisation. La faiblesse d’un potentiel hydrodynamique et une grande énergie chimique altère le massif le long des joints en extension. Les écoulements souterrains sont lents, du type de ceux dans un aquifère poreux, et ne permettent pas l’érosion de l’altérite résiduelle. B : Le creusement de la vallée fait apparaître un potentiel permettant la circulation de l’eau dans l’altérite avec une vitesse croissante provoquant son érosion mécanique et l’ouverture d’une grotte spéléologique. La formation du chantoir est donc le résultat d’une capture d’un ruisseau superficiel par le fantôme de roche. SP. Surface piézométrique ; FS. Formation superficielle ; R. Rivière. L’échelle est théorique et ne correspond pas à un cas réel.
A: section of a limestone massif during the weathering. The weakness of a hydrodynamic potential and a great chemical energy corrode the solid mass along the joints in extension. Groundwater flows are slow, like those in a porous aquifer, and do not allow erosion of residual alterite. B: The digging of the valley induces a potential allowing the circulation of water in the alterite with an increasing speed causing its mechanical erosion and the opening of a speleological cave. The formation of the chantoirs is therefore the result of a capture of a surface stream by the rock ghost. SP. Water table; FS. Superficial formation; R. River. The scale is theoretical and does not correspond to a real case.

4.4. Les fantômes de roche lombards

27Val Imagna est une vallée entaillant profondément les Alpes lombardes à l’est du Lac de Lecco. Elle n’a jamais été occupée par les glaciers quaternaires et les phénomènes karstiques y sont largement développés dans la formation de la Dolomia Principale (Bini et al., 2012). De nombreux sites montrent une fantômisation fortement développée dans la dolomie, avec en surface par exemple des reliefs en pinacles (Bini et al., 2012). Les parties plus profondes des fantômes, le long des fractures, sont bien visibles à différentes altitudes là où les routes les plus récentes les ont recoupées. On trouve aussi de nombreuses cavités en cul-de-sac profondes quelques dizaines de mètres au maximum dues à la vidange des fantômes. Des grottes de grandes dimensions et de développement appréciable s'ouvrent sur le versant, à des altitudes variables complètement indépendantes de l'évolution du niveau de base général. Les plus caractéristiques parmi ces cavités sont des exsurgences perchées. Le niveau altitudinal sur lequel elles se calquent n’est pas un niveau de talweg. Elles exploitent des fantômes de roche jusqu’à la base de ceux-ci ; à cette altitude, elles coulent sur la roche mère non altérée. De même, des couloirs étroits et profonds sous forme de canyons sillonnent les versants, alors que le bassin versant n'existe pas. Ils se sont développés le long de grands fantômes de roche exploitant la fracturation régionale (Bini et al., 2012).

28Le Monte Bisbino constitue un exemple de même nature (fig. 20) sur l’existence des fantômes de roche guidant la spéléogenèse proprement dite, une série de grottes s’étagent le long d’un versant sur une dénivellation de 1 100 m depuis le lac jusqu’au sommet (Bini et Cappa, 1977). Des couloirs fantômes se développent en de nombreux endroits, mais sont aussi visibles dans certaines parties de l’endokarst. La résurgence générale du système est la Grotta Bucco della Volpe, perchée à 700 m d’altitude, soit 500 m au-dessus du niveau du lac. Or, des travaux de génie civil en bordure du lac n’ont dévoilé aucun aquifère, aucun karst. La conclusion proposée est une karstification de type fantôme qui s’est arrêtée à l’altitude de 700 m. Ce niveau est la partie la plus profondément atteinte par cette karstification à l’époque de sa genèse. Le corolaire est qu’une karstification par enlèvement total, donc par érosion souterraine de type fluviatile, n’a pas été à l’œuvre ; on imagine aisément qu’elle aurait suivi le creusement du canyon messinien qu’est le Lac de Côme (Bini, 1994).

Fig. 20 - Coupe au travers du Monte Bisbino (Como).
Fig. 20 - Section through Monte Bisbino (Como).

Fig. 20 - Coupe au travers du Monte Bisbino (Como).Fig. 20 - Section through Monte Bisbino (Como).

Les cavités se développent au-dessus de 700 m d’altitude. La résurgence générale du système se situe un peu sous l’entrée de la Bucco della Volpe qui permet d’atteindre la surface piézométrique. Enfin, la géométrie des deux cavités supérieures ne peut s’expliquer que par la vidange partielle de fantômes de roche, très visibles encore dans la Grotta del Alpe Madrona.
The cavities develop above an altitude of around 700 m. The general resurgence of the system is located a little below the entrance to the Bucco della Volpe which allows to reach the water table. Finally, the geometry of the two upper cavities can only be explained by the partial emptying of rock ghosts, still very visible in the Grotta del Alpe Madrona.

5. Conclusion

29La conception classique de la genèse des avens-chantoirs est de les considérer comme des voies d’eau creusées par les ruisseaux descendant des hauteurs imperméables des plateaux perchés et situés au-dessus des rivières épigénétiques de la Haute-Belgique. Cette théorie se heurte à plusieurs objections : (i) la géométrie labyrinthique de ces cavités dévoilées par des découvertes de plus en plus nombreuses, (ii) problème du niveau de base, (iii) la chronologie du creusement karstique par rapport à l’enfoncement des rivières constituant le niveau de base régional. La théorie de la karstification par fantômisation répond à ces objections.

30L’existence des fantômes de roche, exploitant des discontinuités du socle varisque depuis le Mésozoïque dans un contexte paléoenvironnemental tout-à-fait différent du contexte actuel explique la géométrie des chantoirs, celle-ci étant totalement indépendante du relief actuel. Les niveaux de base des écoulements prenant source dans les chantoirs ne sont plus dépendants du niveau de base régional, régi par les grandes rivières épigénétiques, mais par le niveau inférieur atteint par la fantômisation entre le Crétacé et le Paléocène. L’exemple des karsts lombards autour du Lac de Côme illustre parfaitement cette disposition.

31Enfin, un point fondamental est expliqué par la fantômisation dans la genèse des chantoirs. Un chantoir tel que le Trou Bernard présente une voie d’eau « naturelle » depuis la surface jusqu’à la surface piézométrique à peine 20 m au-dessus du niveau de base régional. Si le creusement de la cavité résulte de l’érosion par enlèvement total due à la rivière perdue, il date de l’époque où la surface piézométrique était déjà à une altitude proche de l’altitude actuelle. Ceci pose des problèmes chronologiques car cela signifie que ces chantoirs sont géologiquement très jeunes. Pourquoi dans ce cas-ci le creusement a-t-il commencé seulement à cette époque proche de l’actuelle et n’a-t-elle pas débuté plus tôt dans l’histoire de l’enfoncement des grandes rivières, constituant les niveaux de base régionaux ? La théorie des fantômes de roche propose une érosion de l’altérite résiduelle s’opérant instantanément à l’échelle géologique plutôt que l’intervention des processus d’érosion datant du Quaternaire dans la karstification des massifs ainsi que cela a été démontré dans le cas du creusement des carrières (Quinif et Maire, 2009). Le creusement de la cavité spéléologique n’est plus tributaire que de la rencontre des rivières de surface avec les volumes fantômisés, au cours de l’érosion superficielle.

32Ainsi, la spéléogenèse des avens-chantoirs, cavités caractéristiques du karst belge, s’inscrit dans la karstogenèse générale du socle varisque de la Belgique, où le phénomène de fantômisation a été mis en évidence (Quinif, 2010) et non plus seulement dans l’histoire des cycles d’érosion du Quaternaire.

* Auteur correspondant. Tél : +32 (0)65 374603
yves.quinif2@gmail.com (Y. Quinif)

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Bibliographie

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Annexe

Abridged English Version

The geological structure of the high plateaus of Belgium results from the Variscan orogenesis which affects the Paleozoic formations, from Cambrian to Carboniferous. After the sedimentation of Devonian and Carboniferous shales, limestones and sandstones, The Variscan orogenesis provokes folded, faulted and thrust structures. The erosion during the end of Paleozoic and the beginning of Mesozoic times leads to a peneplanation with a succession of E-W different formations of alternatively, from the South to the North sandstones, essentially in the lower Devonian (Ardenne massif s.s.), limestones and shales in the middle and upper Devonian, shales in the Famenne region, limestones and sandstones in the Condroz area. After a long period of chemical weathering during the upper Mesozoic and the beginning of Cenozoic, an uplift of the high plateaus of Belgium at the Neogene leads to an incision of epigenetic rivers which cross the different geological lithology. Finally, the cold Quaternary climates highlight formations such as shales in depressions (Boulvain and Pingot, 2011).

As a consequence of this evolution, there are two types of karst systems (Quinif, 1977). (i) The epigenetic rivers can cross a limestones hill through an underground cut off of meander as illustrated in the karstic systems of Han-sur-Lesse and Rochefort (Quinif and Hallet, 2018). (ii) Some rivers at the plateau come from the sandstone impervious hills and head toward the limestones depressions where they sink into swallow holes named “chantoirs”. Those cavities are constituted by a series of vertical pits and, often, a 3D-labyrinth network (De Bie, 2019; De Bie et al., 1999; Lebeau et al., 2013). The underground streams are mainly connected to a resurgence. This same resurgence is connected to an epigenetic river which constitutes the regional basis level.

The classical explanation for the speleogenesis of those cavities considers the chantoirs as the result of the incision by the buried rivers. However, several characteristics raise some questions. First, the labyrinth structure of many groups of chantoirs (System “Trou Wéron – Chantoir Delieu”, System of “Fagnoules”, etc) cannot be explained only by a per descensum erosion. Second, some end-parts of chantoirs are close to the altitude of the resurgence (“Trou Bernard”), implying thus a very young age for these karst systems when the karstogenesis is considered by total removing theory. However, other chantoirs have an underground stream located at a higher altitude than the resurgence (Chantoir des Fagnoules), which favors an alternative explanation for the genesis of the swallow holes of the type of chantoir in Belgium.

The new theory of karstogenesis by ghostrocks is the result of a partial weathering of the limestones which is transformed into a soluble phase and a residual very porous solid phase: the ghostrock (Quinif, 2010). The residual alterite is mechanically fragile. During the first phase of this karstogenesis scheme, the ghostrock evolves in the phreatic zone, with a very low hydrodynamic potential. When a hydrodynamic potential becomes higher (tectonic uplift f.e.) the underground water circulations can mechanically erode the residual alterite. This leads to a speleological cave (Dubois et al., 2014; Quinif at al., 2014). In the geological evolution of the high plateaus of Belgium, the warm and wet climates in a flat relief during both Cretaceous and Paleocene set the basis of an intense weathering with ghostrocks. The uplift during the Neogene leads to a higher hydrodynamical potential resulting in a mechanical erosion of the residual alterite. Thanks to this theory, we can interpret the chantoirs like captures of surface streams by a ghostrock system.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 - Cartographie simplifiée des carbonates en Haute Belgique.Fig. 1 - Simplified carbonate mapping in Upper Belgium.
Légende Ils présentent une structure en bandes, orientées W-E pour la partie ouest et SSW-NNE pour la partie est. Ces bandes résultent des affleurements dus aux plis recoupés par l’érosion post-varisque. Le réseau hydrographique est clairement épigénétique. Il est donc amené à recouper les bandes calcaires soit à l’air libre en cluses, soit en recoupements souterrains de méandres. 1. Calcaires carbonifères, 2. Calcaires dévoniens.They have a band structure, oriented W-E for the western part and SSW-NNE for the eastern part. These bands result from outcrops due to folds cut by post-Variscan erosion. The hydrographic network is clearly epigenetic. It is therefore required to cut the limestone bands either in the open air in cluses, or underground in underground cross-checking of meanders. 1. Carboniferous limestones. 2. Devonian limestones.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-1.png
Fichier image/png, 404k
Titre Fig. 2 - Méandres de la Meuse à Monthermé.Fig. 2 - Meuse meanders at Monthermé.
Légende Le fleuve recoupe de manière épigénétique toutes les formations du Paléozoïque, ici le Cambrien.The river intersects all the Palaeozoic formations, here the Cambrian: it is an epigenetic valley.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 2,0M
Titre Fig. 3 - La dépression de Belvaux, vu de l’anticlinal calcaire de Boine (Han-sur-Lesse).Fig. 3 - The Belvaux depression, seen from the limestone anticline of Boine (Han-sur-Lesse).
Légende Cette dépression est incisée dans les schistes frasniens du synclinal de Belvaux. Le relief en arrière-plan est sculpté dans les calcaires givétiens, les mêmes que ceux de l’anticlinal de Boine. La Lesse recoupe de manière épigénétique toutes ces formations nonobstant leur nature. La formation de la dépression et la mise en relief des calcaires résultent de la gélifraction et de la solifluxion lors des périodes froides du QuaternaireThis depression is incised in the Frasnian shales of the Belvaux syncline. The relief in the background is carved from Givet limestones, the same as those of the Boine anticline. The Lesse epigenetically intersects all these formations regardless of their nature. The formation of the depression and the relief of the limestones result from gelifraction and solifluction during cold periods of the Quaternary.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 1,3M
Titre Fig. 4 - Les différents types de systèmes karstiques.Fig. 4 - The different types of karstic systems.
Légende Ce plan schématique et de principe montre une rivière importante (trait bleu épais) épigénétique, enfoncée profondément dans le socle primaire. Les deux coupes explicitent la position de la surface piézométrique et l’allure des drains. En quittant les grès et en abordant les calcaires, la rivière se perd partiellement dans un adugeoir et ressort de l'autre côté du méandre : c'est un réseau de type recoupement souterrain de méandre. La différence d'altitude entre perte et résurgence est faible. Descendant du massif gréseux, un ruisseau disparaît dans un chantoir (perte de plateau) et ressort au creux de la vallée principale. C'est un réseau de type "chantoir-résurgence". La différence d'altitude est beaucoup plus grande entre chantoir et résurgence (70 m dans la région de Han-Rochefort), conduisant à une cavité à prédominance verticale qui dirige le plus souvent les eaux rapidement à une altitude proche de la surface piézométrique. Remarquons que les échelles horizontale et verticale sont données à titre indicatives.This schematic and principle plan shows an important epigenetic river (thick blue line), sunk deep into the primary basement. The two sections explain the position of the water-table and the shape of the drains. Leaving the sandstones and approaching the limestones, the river is partially lost in a swallow-hole and emerges on the other side of the meander: it is an underground meander cross-checking. The difference in altitude between swallow-hole and resurgence is small. Descending from the sandstone massif, a stream disappears in a “chantoir” (plateau swallow-hole) and emerges in the hollow of the main valley. It is a "chantoir-resurgence" type system. The difference in altitude is much greater between plateau swallow-hole and resurgence (70 m in the Han-Rochefort region), leading to a predominantly vertical cavity which most often directs water quickly to an altitude close to the piezometric surface. Note that the horizontal and vertical scales are given for information only.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 1,2M
Titre Fig. 5 - Contexte géologique schématique de la région de Durbuy – Bohon et plan du recoupement souterrain du méandre de Bohon.Fig. 5 - Schematic geological context of the Durbuy - Bohon region and map of the Underground meander cross-checking of Bohon.
Légende L’Ourthe, rivière épigénétique fortement encaissée dans le socle paléozoïque, représentée ici par sa plaine alluviale (5), dessine ses méandres dans des structures plissées et failles comprenant les calcaire givétiens (1), les schistes frasniens (2), les calcaires frasniens (3) et les schistes famenniens (4). La traversée de deux méandres au travers des calcaires frasniens ici redressés à la verticale par des plis très aigus a provoqué deux recoupements souterrains de méandres (6) : celui de Warre (W) actuellement à sec sauf lors de très fortes crues et celui de Bohon (B) actif.The Ourthe, an epigenetic river strongly encased in the Paleozoic basement, represented here by its alluvial plain (5), draws its meanders in folded and fault structures including the Givetian limestones (1), the Frasnian shales (2), the Frasnian limestones (3) and the Famennian shales (4). The crossing of two meanders through Frasnian limestones here straightened vertically by very sharp folds caused two underground intersections of meanders (6) that of Warre (W) currently dry except during very strong floods and that of Bohon (B) active.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-5.jpg
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Titre Fig. 6 - Esquisse géologique sur image LIDAR du site du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 6 - Geological sketch on a LIDAR image of the Chantoir de la Laide Fosse site.
Légende Sur les hauteurs séparant la Lesse de la Lomme entre Han-sur-Lesse, Eprave et Rochefort, un petit ruisseau descend des hauteurs imperméables de l’Emsien gréseux pour se perdre dans des calcaires argileux de la Formation de Hanonet à l’Emsien terminal. Les écoulements souterrains continuent dans la Formation de Trois-Fontaines (Givétien). (d’après Delaby, communication personnelle). 1. Emsien gréseux. 2. Formation de Hanonet. 3. Formation de Trois-Fontaines. 4. Formation des Terres d’Haurs. 5. Tracé de la cavité.On the heights separating Lesse and Lomme rivers between Han-sur-Lesse, Eprave and Rochefort, a small stream descends from the impermeable heights of the sandstone Emsien to get lost in the clay limestones of the Hanonet Formation at the terminal Emsian. Underground flows continue in the Trois-Fontaines Formation (Givetian). (After Delaby, personal comnunication). 1. Emsian (sandstones). 2. Formation of “Hanonet”. 3. Formation of “Trois-Fontaines”. 4. Formation of “Terres d’Haurs”. 5. Map of the cave.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-6.jpg
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Titre Fig. 7 - Coupe développée du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 7 - Developed section of the « Chantoir de la Laide Fosse ».
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-7.jpg
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Titre Fig. 8 - Entrée du Chantoir de la Laide Fosse.Fig. 8 - Entrance of the « Chantoir de la Laide Fosse”.
Crédits Elle se situe au pied du groupe d’étudiants. La paroi frontale se développe dans les calcaires argileux de la Formation de Hanonet (Eifelien terminal).It is located at the foot of the group of students. The front wall develops in the clay limestones of the Hanonet Formation (terminal Eifelian).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-8.jpg
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Titre Fig. 9 - Colonne lithostratigraphique du système de Lesves - Arbre.Fig. 9 - Lithostratigraphic column of the Lesves - Arbre system.
Légende Le système karstique se développe dans les calcaires frasniens. A l’aval de la vallée sèche, un autre système se développe au nord dans les calcaires givétiens.The karst system develops in the Frasnian limestones. Downstream from the dry valley, another system develops in the north in the Givetian limestones.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-9.png
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Titre Fig. 10 - Image LiDAR du système de Lesves-Arbre.Fig. 10 - LiDAR image of the Lesves-Arbre system.
Légende Le trait blanc suit l’axe du talweg, à sec et défoncé de dolines dont plusieurs sont des pertes. Il se dirige vers la confluence avec le Burnot, lui-même affluent de la Meuse. Les deux lignes noires soulignent les lignes de crêtes encadrant le vallon. Le ruisseau de l’Abîme de Lesves (rectangle noir) descend des hauteurs au Sud. La résurgence générale du système est la « Vilaine Source », directement dans le lit majeur du Burnot. SPW2018 / SPF Finances, IGN, SPW / SPW.The white line follows the axis of the talweg, dry, with sinkholes, many of which are swallow-holes. It heads towards the confluence with the Burnot River, itself a tributary of the Meuse River. The two black lines underline the ridges framing the valley. The swallow-hole “Abîme de Lesves” stream (black rectangle) descends from the heights to the south. The general resurgence of the system is the "Vilaine Source", directly in the major bed of Burnot. SPW2018 / SPF Finances, IGN, SPW / SPW.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-10.png
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Titre Fig. 11 - Esquisse géologique de la région de Lesves-Arbre.Fig. 11 - Geological sketch of the Lesves-Arbre region.
Légende Le vallon karstique (7, en pointillés) est incisé dans les calcaires du Givétien inférieur (2) et du Frasnien (4), entourant les schistes du Givétien supérieur (3) et délimitant ainsi deux aquifères. Les hauteurs au Sud sont sculptées dans les grès famenniens (5), les hauteurs au Nord dans les grès du Dévonien inférieur (1). Le trait rouge (7) représente l’axe de la grotte de la Vilaine Source, la résurgence. Les trois flèches bleues (8) visualisent trois des chantoirs. Le chantoir de l’Abîme de Lesves est le plus à gauche.The karst valley (7, in dotted lines) is incised in the lower Givetian (2) and Frasnian (4) limestones, surrounding the upper Givetian shales (3) and thus delimiting two aquifers. The heights in the South are sculpted in the Famennian sandstones (5), the heights in the North in the Lower Devonian sandstones (1). The red line (7) represents the axis of the Vilaine Source cave, the resurgence. The three blue arrows (8) show three of the chantoirs. The chantoir “Abîme de Lesves” is furthest to the left.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-11.jpg
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Titre Fig. 12 - Coupe développée de l’Abîme de Lesves.Fig. 12 - Developed section of the “Abîme de Lesves”.
Légende Ce chantoir typique conduit le ruisseau de surface qui s’y perd jusque sa confluence souterraine avec la rivière principale du système.This typical “chantoir” sinks the surface river to its confluence with the main underground river of the system.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-12.jpg
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Titre Fig. 13 - Localisation et esquisse géologique du système des Fagnoules.Fig. 13 - Location and geological sketch of the Fagnoules system.
Crédits Les ruisseaux descendent des hauteurs du Houiller au nord et du Famennien au sud pour se perdre dans les calcaires dinantiens. La coupe MN indique l’altitude du drain à l’aplomb des chantoirs supérieurs et l’altitude de la Meuse. A. Calcaires dinantiens ; B. Grès famenniens. C. Schistes houillers. D. Alluvions de la Meuse. E. Failles. F. Chantoirs. G. Niveau du Réseau des Fagnoules. H. Surface piézométriques estimées à l’aplomb des chantoirs. I. Altitude de la Meuse. Me. Meuse. R. Résurgence générale du système.The streams descend from the heights of the upper Carboniferous in the north and the Famennien in the south to get lost in the Dinantian limestones. The MN cross-section indicates the altitude of the drain above the upper chantoirs and of the Meuse River. A. Dinantian limestones; B. Famennian sandstones. C. Coal shales. D. Alluvium from the Meuse. E. Faults. F. Chantoirs. G. Level of the Fagnoules Network. H. Water table estimated at the level of the chantoirs. I. Altitude of the Meuse. Me. Meuse River. A. General resurgence of the system.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-13.jpg
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Titre Fig. 14 - Coupe développée du système amont des Fagnoules.Fig. 14 - Developed section of the upstream system of Fagnoules.
Légende On constate le grand développement horizontal de la grotte, perchée au-dessus du niveau de la Meuse. D’après De Bie, 2019.We can see the great horizontal development of the cave, perched above the level of the Meuse. Following De Bie, 2019.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-14.jpg
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Titre Fig. 15 - Sous-système sud de Mont-sur-Meuse.Fig. 15 - Mont-sur-Meuse southern subsystem.
Légende La bande de couleur représente les formations calcaires. Le sous-système nord se devine au N-W et conflue avec le sous-système sud à la résurgence de Chauveau. Les chantoirs cités sont entourés d’un rectangle rouge. D’après l’Atlas du Karst Wallon, Bassin de la Haute Meuse namuroise, 2018.The colourful strip represents the limestone formations. The northern subsystem can be guessed at the N-W and merges with the southern subsystem at the resurgence of Chauveau. The mentioned chantoirs are surrounded by a red rectangle. According to the Atlas of Karst Wallon, Bassin de la Haute Meuse namuroise, 2018.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-15.jpg
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Titre Fig. 16 - Coupe développée du chantoir « Trou Bernard ».Fig. 16 - Developed section of the "Trou Bernard" chantoir.
Légende Le siphon terminal visualisé par une tranche bleue n’est à l’étiage qu’à 17 m au-dessus du niveau de la Meuse, niveau de base du système. D’après http://blog.ssn-speleo-namur.be/​les-grottes/​topotheque/​le-trou-bernard-a-maillen/​.The terminal sump displayed by a blue slice is only at low water levels 17 m above the level of the Meuse, the basic level of the system. Following http://blog.ssn-speleo-namur.be/​les-grottes/​topotheque/​le-trou-bernard-a-maillen/​.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-16.jpg
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Titre Fig. 17 - Vue en perspective des ensembles des chantoirs « Trou de l’Eglise », « Trou Dury », « Chantoir Delieu », « Trou Wéron ».Fig. 17 - Perspective view of the sets of the "Trou de l'Eglise", "Trou Dury", "Chantoir Delieu", "Trou Wéron".
Légende Les deux derniers sont reliés (De Bie et al., 1999). Le caractère labyrinthique apparaît clairement.The last two are linked (De Bie et al., 1999). The labyrinth character appears clearly.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-17.jpg
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Titre Fig. 18 - Couloirs karstiques de type « fantômes de roche » dégagés lors des travaux aux Cliniques Universitaire UCL Mont-Godinne.Fig. 18 - “Ghostrock” type karst corridors cleared during works at the UCL Mont-Godinne University Clinics.
Légende Remarquons la morphologie de la paroi de gauche sur la photo de droite exprimant la mise en relief des éléments moins solubles du calcaire.Note the morphology of the left wall on the right photo expressing the highlighting of the less soluble elements of the limestone.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-18.jpg
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Titre Fig. 19 - Evolutionary schematic diagram of a massif affected by a ghostrock type karstification.Fig. 19 - Schéma de principe évolutif d’un massif fantômisé.
Légende A : coupe d’un massif calcaire lors de la fantômisation. La faiblesse d’un potentiel hydrodynamique et une grande énergie chimique altère le massif le long des joints en extension. Les écoulements souterrains sont lents, du type de ceux dans un aquifère poreux, et ne permettent pas l’érosion de l’altérite résiduelle. B : Le creusement de la vallée fait apparaître un potentiel permettant la circulation de l’eau dans l’altérite avec une vitesse croissante provoquant son érosion mécanique et l’ouverture d’une grotte spéléologique. La formation du chantoir est donc le résultat d’une capture d’un ruisseau superficiel par le fantôme de roche. SP. Surface piézométrique ; FS. Formation superficielle ; R. Rivière. L’échelle est théorique et ne correspond pas à un cas réel.A: section of a limestone massif during the weathering. The weakness of a hydrodynamic potential and a great chemical energy corrode the solid mass along the joints in extension. Groundwater flows are slow, like those in a porous aquifer, and do not allow erosion of residual alterite. B: The digging of the valley induces a potential allowing the circulation of water in the alterite with an increasing speed causing its mechanical erosion and the opening of a speleological cave. The formation of the chantoirs is therefore the result of a capture of a surface stream by the rock ghost. SP. Water table; FS. Superficial formation; R. River. The scale is theoretical and does not correspond to a real case.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-19.jpg
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Titre Fig. 20 - Coupe au travers du Monte Bisbino (Como).Fig. 20 - Section through Monte Bisbino (Como).
Légende Les cavités se développent au-dessus de 700 m d’altitude. La résurgence générale du système se situe un peu sous l’entrée de la Bucco della Volpe qui permet d’atteindre la surface piézométrique. Enfin, la géométrie des deux cavités supérieures ne peut s’expliquer que par la vidange partielle de fantômes de roche, très visibles encore dans la Grotta del Alpe Madrona.The cavities develop above an altitude of around 700 m. The general resurgence of the system is located a little below the entrance to the Bucco della Volpe which allows to reach the water table. Finally, the geometry of the two upper cavities can only be explained by the partial emptying of rock ghosts, still very visible in the Grotta del Alpe Madrona.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/14476/img-20.jpg
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Pour citer cet article

Référence électronique

Yves Quinif, « Les chantoirs belges, des pertes capturées au détriment de karst de type fantôme de roche », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], Articles sous presse, mis en ligne le 22 mai 2020, consulté le 26 novembre 2020. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/14476

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Auteur

Yves Quinif

Service de Géologie fondamentale et appliquée de l’Université de Mons, Rue de Houdain, 9, B-7000 Mons, Belgique

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© Groupe français de géomorphologie

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