I -Introduction

1Alors que vient d'être créé le Parc national des Calanques, il est certainement utile de dresser une synthèse actualisée des connaissances acquises dans les domaines de la géologie et de la spéléologie scientifique concernant le massif et les îles, afin de faire mieux connaître les cavités, leur contexte et les conditions de leur évolution sur une longue durée, et donc d'œuvrer à leur préservation.

II - Contexte géologique

1 ) Le relief

2Le massif des Calanques (Fig. 1) est subdivisé en trois ensembles :
1 / Le massif de Marseilleveyre, à l'ouest, s'étend du Cap Croisette au col de Morgiou. Ce massif culmine à 439 m d'altitude.
2 / Le massif de Puget : de Morgiou à Cassis. Au sommet, le plateau du Mont Puget (564 m) et du Cap Gros (526 m). Le littoral s'étend de Morgiou aux falaises du Devenson, Castel-Vieil et aux calanques d'En-Vau, Port-Pin et Port-Miou.
3 / L'archipel de Riou : il comprend les îles de Jarron, Jaîré, Calseraigne, le Grand et le Petit Congloué, l'île de Riou (point culminant à 191 m : vigie en ruine).

3L'orientation générale du massif est ouest-est, limitée au nord par le Bassin de Marseille, au sud, par le domaine marin et à l'est, par le massif de Canaille-Soubeyran. L'alignement ONO-ESE de l'archipel de Riou correspond à un "chaînon" associé au "relief de Marseilleveyre"(J.J. BLANC et al., 1967).

4Les Calanques, creusées dans les calcaires de facies urgonien, sont des fonds de vallées karstiques partiellement envahies par la mer lors de la transgression de l'Holocène (10000 BP), (J. CHARDONNET, 1944 ; J. NICOD, 1951, 1983 ; G. GUIEU, 1962, 1965 ; C. FROGET, 1974 ; G. GUIEU et al., 2008 ; J. COLLINA-GIRARD et R. MONTEAU, 2010). Ces calanques, qui ont donné leur nom au massif, se subdivisent en plusieurs catégories :
1 / Calanques courtes : crique des Trous, de Samena, des Queirons, dolines immergés du Cap Croisette et des Pouars à Calseraigne, calanque de la Crine à Pomégues.
2 / Calanques liées à la tectonique : elles sont commandées par des failles (Mauvais Pas, Sugiton, Morgiou, Sormiou).
3 / Calanques longues : fonds de vallées karstiques sinueuses, immergées : Callelongue, En-Vau, Port-Pin et Port-Miou.

5Le relief karstique, qui occupe une si grande place dans la morphologie du massif, est le résultat d'une topographie d'âge quaternaire, façonnée lors de phases climato-eustatiques anciennes (J. CORBEL, 1956). L'état actuel montre une érosion faible conditionnant une évolution ralentie, une pluviosité très réduite (minima 385 mm/an à 405 mm/an), un contexte aride avec un vent de Mistral balayant les crêtes. Les calanques constituent alors des abris efficaces utilisés depuis la plus haute antiquité. Il s'agit, en fait, des zones les plus arides de la France métropolitaine.

2 ) La série stratigraphique

6À l'exception des terrains de base, tous appartiennent au Crétacé. De la série inférieure vers le sommet :

71 / Dolomies indifférenciées du Jurassique supérieur, au-dessus de Vaufrèges, du Kimmeridgien au Tithonique (Portlandien). Le passage au Crétacé s'effectue par les horizons du Berriasien (Mont Rose) qui montre une collection de figures sédimentaires intertidales, supratidales, figures de courants et stromatolites.

82 / Calcaires du Valanginien et de l'Hauterivien, entrecoupés par des horizons marneux formant des "vires" dans la topographie. Les calcaires et marnes fossilifères (échinides, brachiopodes, lamellibranches, rudistes, fonds à traces organiques (chondrites), correspondent à des milieux néritiques à profondeur moyenne (foraminifères, gastéropodes, spongiaires, quelques polypiers). Vers le sommet, des calcaires compacts karstifiés, sont déjà apparentés à la plate-forme de l'Urgonien. Les épaisseurs varient entre 60 et 90 m. Les meilleurs affleurements sont aux parois des calanques courtes de Samena, du Mauvais Pas, de l'Escu, de la Melette, de la coupe du mont Puget (Ampulina sp, nérinées, bryozoaires, rudistes, exogyres – G. GUIEU, 1962, 1965 ; J.P. MASSE, 1976 ; J.J. BLANC et G. GUIEU, 1965 ; J. COLLINA-GIRARD, 1996).

93 / Les calcaires urgoniens (Crétacé inférieur), constituent l'ossature et les grandes falaises blanches du massif des Calanques et des îles de Marseille. Ce sont des calcaires blancs, très durs. Les gros bancs de Marseilleveyre et de Puget y forment des voies d'escalade célèbres dans le monde. Sur le front de mer (île de Riou, Devenson, En-Vau), leurs abrupts, souvent diaclasés, réalisent l'aspect le plus typique du paysage.
Cet "Urgonien" est un facies de plate-forme de mer chaude, à polypiers, rudistes, nérinées, spongiaires, – présentant le plus souvent des accumulations (biostromes) ou des passées parfois dolomitisées. L'âge de ces formations est maintenant bien établi : il s'étend de l'Hauterivien supérieur au Barrémien (niveaux à rudistes, algues et foraminifères – J.P. MASSE, 1977). Citons les bancs des rochers des Goudes et de Saint Michel, du mont Puget, de la Grande Candelle, de Devenson et d'En-Vau. La puissance du facies urgonien est estimée entre 350 et 380 m. Ces calcaires sont très karstifiés et recoupés par des failles et des diaclases.

104 / Les calcaires de l'Aptien, notamment du Bédoulien renferment des ammonites qui affinent les datations relatives (Ancyloceras, Douvilleiceras, etc.) ; ils surmontent la série urgonienne massive. Ces bancs, plus petits, parfois marneux, caractérisent encore une mer chaude mais plus profonde. Ce caractère s'accentue avec les niveaux supérieurs (Gargasien), formés de marnes bleues, pyriteuses, à microfaune généralement pélagique. Cet Aptien montre de petits affleurements au Frioul, à l'île Maïré, au Cap Croisette, à la dépression karstifiée de Luminy. Ces assises se retrouvent à Riou et au Grand Congloué, situées sous les chevauchements, et bien entendu à La Bédoule, localité qui lui donne son nom.

115 / L'Albien est inconnu dans le massif mais il a été découvert, associé à du Gargasien, dans les caves de la Faculté des Sciences de Luminy. Ce sont des marnes pélagiques bleues-verdâtres caractérisant des niveaux beaucoup plus profonds (foraminifères). Cette couverture très fragile a été enlevée par l'érosion (G. GUIEU, 1968). Les recherches et dragages de la Station marine d'Endoume ont retrouvé des marnes et calcaires siliceux apparenté à l'Albien dans le canyon sous-marin voisin de la Cassidaigne (J.J. BLANC et L. BLANC-VERNET, 1966).

126 / Le Crétacé supérieur, tout comme l'Albien, appartiennent à l'importante série du Bassin du Beausset (Cénomanien, Turonien). Il a été décapé par l'érosion de la couverture. On a trouvé des blocs remaniés (calcaires glauconieux, grès, calcarénites, algues, foraminifères), conservés dans les brèches du paléokarst de l'Eissadon et de la Fontasse (G. DENIZOT, 1934 ; observations de J. RICOUR et R. MONTEAU (communication orale).

3 ) Situation tectonique

13Cette dernière explique une partie de la spéléogenèse.

14Les massifs de Marseilleveyre et de Carpiagne (Mont Saint-Cyr) sont adossés, au nord, au bassin oligocène de Marseille-Aubagne. Les contacts sont faillés, parfois chevauchants, vers le nord, accompagnés de brèches. De telles structures ont été confirmées par les travaux des galeries de la Barasse et du nouveau collecteur. Le massif de Carpiagne est séparé du massif de Puget par le plateau faillé E-O du Logisson, jalonné de plusieurs gouffres, jusqu'à l'ensemble très karstifié du Mussuguet.

15Le massif des Calanques présente une structure monoclinale ou tabulaire (Mont Puget). Il correspond à une portion abaissée du Bassin du Beausset. Or l'île Maïré et l'archipel de Riou sont des ensembles obliques NO-SE, chevauchants, assez différents du massif continental à l'exception de l'écaille des Goudes et de Callelongue.

16La tectonique pyrénéo-provençale s'est manifestée par des failles et diaclases orientées ONO-ESE (anticlinal de Sormiou avec une série renversée) et NE-SO (vallon de la Mounine, têtes de Malvallon). À l'échelle du massif, trois accidents faillés importants sont à souligner :
1 / La faille littorale de Marseilleveyre à l'Escu, orientée O-E, abaissant les assises urgoniennes de 200 à 180 m vers le sud, c'est-à-dire, au front de mer (Queirons, Podestat, Livres, Melette). Cette faille karstifiée et colmatée par des spéléothèmes ou des limons rouges, a rejoué probablement au Pléistocène inférieur ou moyen. Elle a ensuite été cimentée par des brèches et des grès cryoclastiques würmiens.
2 / L'accident de Sormiou, à noyau jurassique (dolomies et calcaires kimmeridgiens-tithoniens), commandé par le système faillé principal ONO-ESE, présente un rebroussement et même une série renversée. Les strates massives de l'Urgonien sont violemment tordues lors de ce mouvement, d'où la création de fractures croisées (failles et diaclases) : cap Sormiou, la Voile, grotte du Capélan, cap Redon. Ici, encore, l'examen du paléokarst colmaté montre un rejeu de cet accident, probablement antérieur au Plio-Quaternaire, mais postérieur aux surfaces d'érosion attribuées au Miocène.
3 / La faille de Luminy, antérieurement nommée "faille de Sainte Croix", sépare les massifs de Marseilleveyre et de Puget. Elle est orientée N-S et se continue aux limites occidentales des massif de Puget et de Saint-Cyr. Au niveau du Val de Vaufrèges, elle s'infléchit vers le SSE, sous les corniches du Mont Puget pour aboutir à la crique de Sugiton, accompagnée de plusieurs écailles de calcaires valanginiens et d'une brèche formant l'îlot du Torpilleur (G. GUIEU, 1962, 1965). Cet accident important se continue sous la mer et recoupe le canyon de la Cassidaigne (L. BLANC-VERNET, 1969 ; J.J. BLANC, 2010), jusqu'à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Il représente la séparation entre les assises du Bassin du Beausset à l'est et la série de Marseilleveyre-Luminy-le Redon) à l'ouest, cette dernière montrant d'importants contacts faillés (Valmante, Montredon, Pastré) et des brèches avec les poudingues de l'Oligocène.

17 Les rejets de la faille de Luminy apparaissent variables et délicats à évaluer (800 m, 600 m, selon les secteurs). Ils sont en tous les cas considérables et abaissent de plus de 200 m les assises urgoniennes et le karst de Marseilleveyre par rapport à l'entablement du Mont Puget - Cap Gros. Des "failles satellites", telles que celle, très pédagogique, de la Grande Candelle (couloir du Candelon – Photo 1), découpent les puissantes séries de l'Urgonien et de l'Hauterivien au vallon abrupt conduisant à la crique de Sugiton (source sous-marine) (G. GUIEU, 1962).

18En plus des structures chevauchantes des îles Maïré et Riou (G. DENIZOT, 1934 ; R. MONTEAU et al., 2005 ; J.J. BLANC, 2010), indépendantes de l'ensemble monoclinal de Marseilleveyre, le soubassement sous-marin rocheux, au sud de Riou, montre un profil de plis anticlinaux serrés (en secondes temps double), mis en évidence par des mesures de profils géophysiques sismiques (O. LEENHARDT, 1963), et chevauchants, bref une structure complexe formée de calcaires très réfléchissants appartenant à une couverture du Crétacé inférieur (P. MURAOUR et E. GROUBERT, 1963 ; G. DUCROT, 1967). Cela explique mieux le chevauchement au Plan de Caramassagne, à Riou, où l'Aptien est pincé entre deux séries d'Urgonien. Au nord de la même île, un accident orienté O-E montre une bande faillée avec des brèches ferrugineuses àmicrocodium (Baou Rouge – C. FROGET, 1968) probablement d'âge éocène. À l'ouest de Riou, la Pointe de Fontagne correspond à plusieurs écailles de Valanginien et d'Hauterivien. On y trouve quelques orifices de galeries entièrement colmatées de limons rouges consolidés, déformés par les contraintes tectoniques (grotte des Pilotes), comme à Marseilleveyre ou au Frioul.

19Plus à l'est, au large de Cassis, l'abrupt occidental de la zone de départ du canyon de la Cassidaigne (à-pic de 200 m), présente les caractères d'une "reculée" karstique (abris sous-roche et planchers stalagmitiques vers -80 m (J.J. BLANC, 2010).

20Les calcaires massifs de l'Urgonien et du Valanginien ont été l'objet de plusieurs phases tectoniques : pyrénéo-provençale, oligocène, miocène et plio-quaternaires. Le résultat a été une intense karstification polyphasée. Les calcaires valanginiens et hauteriviens du massif de Marseilleveyre (D. GUIEU, 1968), ont parfois, été redressés, entrecoupés de cassures (grotte Roland, Pas de la Selle, Pastré), au voisinage des failles ; au contact du Bassin d'effondrement de Marseille (observations lors du creusement du tunnel du deuxième émissaire (P. WEYDERT et D. NURY, 1978). L'énorme remplissage de poudingues du Bassin de Marseille constitue l'un des témoins de l'ouverture de la Méditerranée à l'Oligocène supérieur (D. NURY et S. RAYNAUD, 1987). Une nouvelle phase de karstification commence.

III -Le karst du massif des Calanques

21Le karst des Calanques est un karst polyphasé dont l'évolution s'est poursuivie dans le temps. Les cavités sont situées à tous les niveaux (Fig. 2), depuis le canyon de la Cassidaigne jusqu'aux sommets du massif.

22La plupart des réseaux suspendus sont colmatés. En outre, ils sont indépendants de la topographie et des drainages plio-quaternaires, auxquels ils sont souvent antérieurs. Les cavités karstiques sont recoupées et tronçonnées par l'érosion des versants et le creusement des vallons. (J.J. BLANC et R. MONTEAU, 1983, 1988 ; J.J. BLANC, 1993 – Photo 2).

23La régression du Messinien a été accompagnée par une phase d'érosion brève mais intense, creusant des gorges, canyons et avens profonds. Puis les vides ont été colmatés au Plio-Quaternaire où certains sont redevenus pénétrables, notamment lors des érosions du Pleistocène ancien.

24Actuellement, au massif des Calanques, les seules cavités actives connues sont les exsurgences de Port-Miou et du Bestouan (Cassis). Les conduites immergées ont été façonnées lors de la grande régression du Messinien (-6,5 à -5,3 Ma).

25Conformément à l'opinion de J. CORBEL (1956), le karst des Calanques est un "karst fossile", plusieurs fois réactivé au Quaternaire avant la dernière transgression. Les remplissages les plus anciens sont souvent tectonisés, fracturés ou déformés, notamment lors du jeu ou du rejeu, des accidents NO-SE et NNE-SSO (failles conjuguées), de failles pyrénéo-provençales E-O. D'autres déformations proviennent de la tectonique oligocène affectant les bordures du Bassin de Marseille. Citons ici quelques exemples :

• Calcaires déformés et gros planchers fracturés au paléokarst du Frioul (Morgiret, Ratonneau – R. MONTEAU et J.J. BLANC, 1997 ; R. MONTEAU, 1999).

• Corniche de Marseille : brèches, fragments de spéléothèmes brisés, blocs énormes issus d'un paléokarst d'âge tertiaire, entiérement démantelé, où aboutissent les accidents découpant le petit massif de Notre Dame de la Garde.

• Déformations affectant les travertins plio-pleistocènes de la Viste et du Cap Janet, éboulis consolidés à très gros blocs au SE de la chaîne de la Nerthe (É. BONIFAY, 1967 ; S. DUPIRE, 1985 ; D. NURY, 1988).

1 ) Les sédiments colmatant les cavités karstiques

26La séquence complète (Fig. 3) débute par des amas de calcite blanche en gros cristaux, recouverts de silts carbonatés de couleur rouge-brique. Viennent ensuite de très gros planchers stalagmitiques ("flowstones"). Au-dessus, on repère des planchers stalagmitiques, souvent zonés, ferrugineux, présentant plusieurs cycles de calcite palissadique interrompus par des discontinuités (diasthèmes). Les formations meubles, sus-jacentes, sont des coulées d'argile, des éboulis, des sables éoliens, des limons cendreux (J.J. BLANC, 2000). Seules ces dernières couches renferment des vestiges archéologiques : Néolithique, Bronze, périodes héllénistique et romaine.

2 ) Examen des remplissages

a. Les amas de calcite blanche

27C'est la formation la plus ancienne reconnue, cristallisée en gros rhomboèdres, garnissant les parois et la fond des cavités .De tels dépôts sont souvent représentés par des colonnes d'aspect filonien (avens colmatés du col de Cortiou et des têtes de Malvallon – Photo 3), le long des failles et des diaclases. Ces "veines" calcitiques évoquent parfois des cheminées hydrothermales à épontes ferrugineuses ou dolomitiques. De tels exemples, connus notamment en Hongrie (E. JUHASZ et al., 1995), en Crête et au Dodécanèse (R. MAIRE et S. POMEL, 1992), se trouvent aussi sur le le paléokarst du dôme de la Lare, un massif "autochtone" au nord de la Sainte Baume (observation personnelles sur le terrain).

28Ces formations sont souvent cisaillées par des failles ; on peut les trouver associées à des brèches tectoniques, notamment en bordure du Bassin de Marseille ainsi qu'à des réseaux de failles dextres (G. GUIEU, 1977). Ce facies se retrouve autour de la Méditerranée, lardé de failles puis découpé par l'érosion des versants. Ce sont de gros cristaux de calcite laiteuse ou moirée d'aspect hydrothermal. Ces amas de calcite, parfois sous la forme de "cheminées" filoniennes, sont en relation avec un karst tectonisé oligocène ou plus ancien, tronqué par plusieurs cycles d'érosion (la datation est seulement fondée, en Provence, sur des observations de terrain).

b. Silts carbonatés indurés de couleur rouge-brique

29Le ciment, très fin, présente quelques grains de quartz et des globules ferrugineux sur un fond calcitique recristallisé en une microsparite d'origine vadose ou phréatique. La matière initiale est un silt quartzeux bien classé, piégé dans les cavités d'un ancien karst. L'épaisseur de cette formation peut varier de quelques décimètres à quelques mètres ; le litage est souvent zoné, voire varvé. En d'autres cas, le matériau est homogène. Après séchage, le silt est consolidé par le ciment microsparitique et montre des phénomènes de contraction ("shrinkage"), la création de joints à "mud-cracks" ou à septaria (Photo 4). Ces formations rouges, résiduelles, sont dégagées par l'érosion des versants et le recul des falaises (Riou, Sormiou). Elles peuvent être faillées ou déformées par des actions tectoniques (J.J. BLANC et R. MONTEAU, 1997 ; R. MONTEAU, 1999 ; J.J. BLANC, 2000). On les rencontre dans la plupart des cavités à la condition que les remplissages soient suffisamment "anciens". Ces silts indurés obturent des réseaux antérieurs et indépendants de la topographie plio-quaternaire.

30Quel est l'âge de cette formation ? À la Corniche de Sète, ce faciès recèle des ossements de mammifères "villafranchiens" (Pliocène terminal, Quaternaire ancien – P. ELLENBERGER, 1953 ; J.J. BLANC, 2000). En Crête, ces faciès renferment des cendres volcaniques d'Akrotiri 1 (-5 Ma, Pliocène inférieur). Les silts consolidés peuvent être affectés par une tectonique plio-quaternaire. À Sormiou, les silts indurés rouge-brique colmatent des cavités karstiques disloquées, mêlés à des brèches tectoniques. Il en est de même pour le remplissage de la grotte de l'Oule.

c. Le complexe de la calcite

31De gros planchers et des stalagmites massives scellent les silts rouge-brique. Ces forma-tions sont épaisses de 0,50 m à 2 ou 3 m et même à 6 m (aven de la Poudrière, au nord du massif de Carpiagne, où elles obturent des cavités vadoses et phréatiques à toutes les altitudes, ainsi que dans les grottes sous-marines comme celle de la Triperie). Formées à la faveur de climats humides et chauds (interglaciaires), elles sont elles-aussi, comme les faciès précédents, déconnectées par rapport à la topographie actuelle.

32Ces gros planchers et des stalagmites massives, des draperies généralement de couleur blanche, montrent plusieurs discontinuités dans leur croissance, délimitant des cycles de lamines plus ou moins épais. L'érosion des remplissages peut les épargner : on a ainsi une disposition de galeries "à tiroirs" où des planchers durs font saillie comme des étagères (grotte du vallon des Pives).

33Les planchers stalagmitiques sont souvent brisés ou recoupés par de petites fractures dues à la décompression ou à une activité sismo-tectonique (Pas de la Mounine – Photo 5 ; Pas de Cortiou ; grotte du Déserteur). Fait important, ils cimentent des passées de stalactites tombées. On peut penser que ces chutes systématiques sont dues à une activité sismique locale.

34On peut observer à la base de ces amas calcitiques, pour quelques cas, la présence de travertins vacuolaires analogues aux formations plio-pléistocènes de la Viste (É. BONIFAY, 1967 ; S. DUPIRE, 1985) : haute grotte du vallon des Aiguilles (voir infra, Fig. 5), grotte des Walkyries (voir infra, Fig. 4), grottes de la Pointe Roucas sur l'île dePomègues (J.J. BLANC et R. MONTEAU, 1981). Les spéléothèmes supérieurs, plus récents, ne sont jamais cisaillés. La formation du complexe de la calcite correspond à une assez longue période humide et chaude, probablement d'âge pléistocène, non précisée en l'absence de documents paléontologiques et de datations absolues, sous toute réserve…

d. Planchers stalagmitiques supérieurs zonés

35Souvent discordants sur le faciès précédent, les planchers stalagmitiques zonés (Photo 6), épais de quelques décimètres à 1,5 mètre, sont colorés par les oxydes de fer. Leur couleur varie du jaune au rouge-orangé. Ils correspondent à des arrivées d'eau ayant percolé au travers d'argiles, de limons rouges ou de terra-rossa, issus de l'épikarst, à la faveur de climats chauds interglaciaires et rubéfiants.

36Ils sont le plus souvent constitués de calcite fibreuse palissadique présentant de nombreuses discontinuités isolant des faisceaux du 1^er et du 2^ème ordre (décimètre et centimètre). Ces faisceaux sont ainsi limités par des périodes sèches exemptes de percolations. D'autres caractères sont à préciser :

• les planchers stalagmitiques zonés ne sont jamais découpés par des failles ou autres fractures d'origine sismo-tectonique, mais ils peuvent être fissurés par la décompression des versants ou des tassements locaux ;

• ils cimentent des éboulements et des concrétions brisées (Pas de la Galinette – Photo 7) ;

• ils sont antérieurs ou contemporains du dernier sol rouge (Éémien ou interstade Würm I - Würm II) ;

• ils sont surmontés par des couches archéologiques attribuées au Paléolithique supérieur (abri du col de Sormiou, puits de Segond ; M. ESCALON DE FONTON, 1971), probablement contemporains des deux stades des peintures de la grotte Cosquer (25000 BP et 18­15000 BP) ;

• les planchers zonés ont été retrouvés, en plongée, dans les galeries du paléokarst immergé du Veyron (C. FROGET, 1968, 1972 ; É. BONIFAY et J. COURTIN, 1995) et aux grottes sous-marines de Sormiou et des Trémies (Pointe Cacaou) ;

• ils sont toujours postérieurs aux grandes périodes d'éboulements.

e. Les formations supérieures, meubles ou indurées (Tardiglaciaire, Holocène)

37Les Brèches cryoclastiquesdes stades würmiens correspondent au faciès de climat froid des stades isotopiques 2 ou 4, ainsi qu'aux niveaux marins régressifs à -110, -120 m. L'érosion correspondante a pu épargner quelques lambeaux indurés accrochés aux parois, associés à des grès d'origine éolienne (est de Maîré, Riou, Devenson).

38Les cailloutis cryoclastiques de Marseilleveyre, au débouché de la gorge sinueuse de Malvallon, forment deux horizons superposés séparés par une discontinuité (Plan des Cailles). Ces brèches se continuent sous la mer de -5 m à -14 m, associées à des grès (plateau des Chévres). On retrouve ces dernières à Riou où elles colmatent deux vallons situés au versant nord de l'île. Les grès sous-marins du plateau des Chèvres ont été utilisés comme meules par les hommes préhistoriques (gisement néolithique de Riou), lors de la dernière régression glaciaire où le passage au continent se faisait à pied sec. Les cailloutis cryoclastiques surmontent les spéléothèmes zonés.

39À l'Holocène, notamment au stade Atlantique (8000 à 5000 BP), le climat devient plus chaud. Des coulées d'argile rouge obturent certaines galeries (Cap Sormiou, diaclases de Riou et de Pomégues). Il s'agit d'argiles de décalcification épandues lors de phases pluvieuses. Au massif de la Nerthe, une tombe néolithique a été creusée dans ces dernières.

40Des limons cendreux, pulvérulents, à céramiques héllénistiques, puis romaines, recouvrent les blocailles tardiglaciaires et les argiles rouges néolithiques (grotte Roland, fouillée par Boucher de Perthes, 1805, à l'aube de la recherche préhistorique ; grotte de l'Argile au Cirque du Puits du Lierre : céramiques votives des V^ème et IV^ème siècles avant J.C. – E. FOURNIER, 1897). Autres gisements ; porche de Saint Michel d'Eau Douce, abri de Cortiou (Néolithique, Chalcolithique), kjokenmodding des Goudes (aujourd'hui détruit), anciennes carrières des deux talwegs au nord de Riou (silex et vase néolithique), grotte des Morts à Jaïré (l'île de Jaïré est également appelée île de Jarre, comme indiqué sur la figure 1) : sépulture et foyers dans des limons surmontant d'anciens planchers disjoints.

41Les éboulis non consolidés, à espaces vides ("open works"), sur les versants et aux pieds des parois, se sont formés, en partie, lors de la dernière phase froide du Petit Âge de Glace, colmatant l'entrée de certaines grottes. L'époque actuelle correspond à des éboulements isolés (Podestat, Puits du Lierre).

IV -Un karst polyphasé à évolution complexe

42Plusieurs périodes de karstification se sont succédé. Les témoins, à tous les niveaux, montrent plusieurs spéléogenèses successives.

1 ) Parmi les plus anciennes

43Des karsts paléogènes et oligocènes se situent au voisinage des failles pyrénéo-provençales et oligocènes (-36 Ma à -25-23 Ma). Les cavités, entièrement comblées, puis écrasées, sont indiscernables. Il demeure des masses de calcite et d'énormes blocs, en relation avec les bordures effondrées ceinturant le Bassin de Marseille. Certains témoins paraissent correspondre à cette période (Éocène) : Baou Rouge à microcodium (C. FROGET, 1968), Têtes de Malvallon, Corniche de Marseille (mégablocs et gros spéléothèmes brisés).C'est aussi la période d'ouverture de la Méditerranée.

2 ) Au Miocène continental

44À l'Aquitanien, notamment, le rivage méditerranéen provençal commence à s'élaborer tandis que se forme une surface d'érosion dite "surface fondamentale" (J. NICOD, 1967 ; J.R. VANNEY, 1977 ; M.F. COPPOLANI et al., 1973 ; J.J. BLANC, 1997). Cette surface recoupe les bancs de la surface structurale (exemples du Cap Morgiou, de la Nerhe et des Iles du Frioul). On la retrouve dans le domaine sous-marin, recouverte par les séries du Miocène supérieur et du Plio-Quateraire.

45De telles surfaces anté-messiniennes sont concernées par les érosions ultérieures du Messinien au Plio-Quaternaire. On y observe des drains suspendus marqués par des sections de spéléothèmes tronqués et des formations rouges concrétionnées. Ce paléokarst se trouve décalé par la faille de Luminy qui abaisse le compartiment occidental (Marseilleveyre). Par ailleurs, certains mouvements tectoniques peuvent déformer des tronçons de galeries colmatées. Des "arches" de pierre, suspendues à des altitudes variées, constituent des témoins d'anciennes sections de galeries (Roche Percée, Malvallon, Riou, Castelvieil).

46Cette spéléogenèse, antérieure à la régression messinienne, semble remonter au Miocène, et notamment à la fin de cette période. Les dispositions observées à Sormiou (Capélan) et au nord de Riou (Pointe de Fontagne) se poursuivent sous la mer et peuvent expliquer certains remplissages de la grotte de la Triperie.

3 ) Au Quaternaire inférieur

47D'importants éboulements se manifestent au littoral des Queirons : à l'Escu, au sud de la Grande Candelle, au Val Vierge et à l'Eissadon. Il est vraisemblable que de tels chaos ont été induits par une phase tectonique, le long de l'accident faillé littoral. Trois zones effondrées sont reconnues (J.J. BLANC, 2000) : le couloir du Val Vierge, la Culate sur l'île de Riou et la paroi de l'Eissadon.

a. Le couloir du Val Vierge (Photo 8)

48Bordé par des failles N-S, il est formé de falaises vives, il sépare l'entablement de la Grande Candelle de la zone du Devenson. Cet effondrement méridien recoupe transversalement un talweg orienté O-E, creusé au Quaternaire, le vallon des Charbonniers.

49Ce petit "graben" montre trois ressauts jusqu'à la côte (crique de Saint-Jean). Parmi les blocs effondrés, nous avons trouvé des vestiges de croûtes ferrugineuses (goethite, limonite) impliquant un climat chaud (par exemple, un "ferretto" interglaciaire pléistocène). Cet effondrement, formant un couloir à l'emporte-pièce, correspond au foudroyage d'une importante cavité dont les parois de l'Oeil de Verre constituent les vestiges.

b. La Culate

50Aux falaises du sud de l'île de Riou, accessibles seulement par la mer, se trouve un couloir effondré (Fig. 4), au fond duquel les gros blocs éboulés sont cimenté par un grès calcaire à bioclastes marins de +1,5 m à +12 m. Ce ciment montre, en plus des minéraux métamorphiques du socle, des foraminifères, algues, bryozoaires…, constituants de biocénoses infralittorales (J.J. BLANC, 2004). La fraction de minéraux détritiques d'origine métamorphique (quartz, mica, grenat, staurotide, disthène), extraclastes d'orthoquartzites, provient d'un relai détritique pouvant être attribué au Crétacé supérieur. Ce dépôt apparaît antérieur au stade isotopique 5, témoin d'un haut niveau d'âge inconnu, à faune marine tempérée.

c. L'effondrement de l'Eissadon (Photo 9)

51Une reculée karstique à l'est du Devenson, hachée par une intense diaclasation, présente des parois dangereuses. Paroi percée d'un trou, l'Aiguille de l'Eissadon montre, à sa base, un tunnel marin. L'exploration de la masse des matériaux éboulés a livré, parmi les chaos de blocs, les témoins d'une couverture crétacée aujourd'hui disparue (G. DENIZOT, 1934 ; G. ACQUAVIVA et R. MONTEAU, communication orale ; J.J. BLANC, 2000) : grès glauconieux, grès roux, calcaires à microfaune du Crétacé, vestiges de Cénomanien et de Turonien, analogues aux terrains observés à la doline sur intersection de failles de la Fontasse.

4 ) Pléistocène supérieur et Holocène

52À cette période, correspondent de nouveaux éboulis non cimentés : chaos des Queirons obturant l'entrée d'une grotte marine, éboulis de la Léque au pied de la Grande Candelle, gigantesque éboulis du Cap Canaille.

53Les chaos se continuent sous la mer jusqu'à -25 m. Les blocs les plus anciens (Pléistocène, Holocène), sont recouverts par des encroûtements coralligènes à algues, bryozoaires et polypiers. À leur surface, ils sont incisés par une rainure d'abrasion littorale ("visor", "littoral notche"). Les chaos les plus récents, non cimentés, sont dépourvus de revêtements notables et ne comportent aucune abrasion importante.

54Les éboulis littoraux contemporains de la dernière phase régressive (stades isotopiques 4 et 2), sont développés au massif des Calanques, sous les influences d'un climat plus froid (J. CORBEL, 1956) et de la décompression. Des éolianites, sous la forme de grès et, parfois, de lœss durcis, se sont infiltrées entre les blocs des éboulis pléistocènes : Maïré est, Escu, Melette, Frioul, littoral de la Nerthe.

55La remontée du niveau marin à l'Holocène, contemporaine du réchauffement climatique (début de la déglaciation : 12000 BP), s'est effectuée d'abord très rapidement, puis à des vitesses variables. Les stalactites aux voûtes des grottes immergées ainsi que les autres concrétions, n'ont subi aucune érosion notable (grottes Cosquer, de la Triperie, de Port-Miou). La partie inférieure des vallons est ennoyée. Les hommes de la Préhistoire doivent abandonner le glacis littoral bien abrité et riche en sources au niveau des marnes valanginiennes, ainsi que les galeries les plus basses.

56La période Atlantique (6000 à 5000 BP) correspond à un climat tempéré chaud, plus humide (sources dans les vallons, coulées d'argile). À cette époque de réchauffement se développent en mer des herbiers à Posidonies, piégeant les sédiments biogènes et formant ainsi des banquettes sous-marines nommées "mattes". Ces dernières, à la période Sub-Atlantique (2500 BP à 400 AD), scellent des épaves campaniennes, puis romaines (amphores de type Dreissel). Comme nous l'avons vu, jusqu'à la fin de l'Atlantique, la petite chaîne de Riou demeurait accessible à pied pour l'homme préhistorique. Les Néolithiques de Riou utilisaient des meules en grès localisées aujourd'hui dans la passe (-14 m) et au plateau des Chèvres (J. COURTIN et C. FROGET, 1969).

57Les trottoirs d'algues (Lithophyllum tortuosum) forment une corniche, encorbellement littoral, à Maïré, Sormiou, Riou, En-Vau. Ces stations biologiques (étage médiolittoral) sont à protéger. Leur édification témoigne d'une relative stabilité du niveau durant quelques siècles afin que l'algue ait le temps d'édifier une corniche formée de calcite magnésienne (J.J. BLANC et R. MOLINIER, 1956), du Sub-Atlantique terminal au Moyen-Âge. Lors des dernières phases de la remontée, de l'époque antique à nos jours, plusieurs trottoirs se sont succédés (datations au ¹⁴C – J. LABOREL et al., 1983).

V -Spéléologie au massif des Calanques : cavités karstiques, grottes sous-marines, rivières souterraines

1 ) Nature des cavités

58À l'exception de la grotte Cosquer et des deux rivières souterraines de Port-Miou et du Bestouan, le massif des Calanques ne compte pas, à ce jour, de cavité grandiose. Cependant certaines d'entre elles présentent souvent un intérêt géologique ou archéologique certain. La plupart sont creusées dans les calcaires massifs de l'Urgonien. Les calcaires du Valanginien, souvent proches des failles, montrent également quelques cavités intéressantes, telles que la grotte Roland. Les grottes dans l'Hauterivien sont toutes en voie d'écroulement.

59Il existe plusieurs types de cavités :

601 / Les avens : réseaux verticaux vadoses, creusés dans l'Urgonien (Quatre Trous, Logisson, Gardiole, Mussuguet…). Aucun n'a pu déboucher dans un réseau horizontal, même sec. L'épaisseur de la série calcaire (300 à 350 m) entre en ligne de compte. Il faut signaler les profondeurs de -173 m pour les Quatre Trous et de -152 m pour le Trione montrant des puits anastomosés et corrodés avec une certaine homogénéité de formes. L'aven fossile du Ragage du Canceou présente de beaux volumes. Ces percées explorées traversent une partie importante de l'Urgonien ; il reste encore une épaisseur d'assises dures à franchir, notamment celles de l'Urgonien inférieur à passées dolomitiques, stratiforme, lequel serait peut-être susceptible de posséder un étage horizontal ? Les avens sont, d'une manière générale, situés le long des failles (exemple de la faille du Logisson) ou à l'intersection de plusieurs diaclases.

612 / Les réseaux exsurgents : Port-Miou et le Bestouan, longues galeries immergées drainant des débits importants.

623 / Les réseaux fossiles, cavités immergées : grottes Cosquer, de la Triperie, des Trémies, etc.

634 / Les cavités émergées fossiles, inactives : petites salles, parfois, galeries ascendantes, drains suspendus anté-quaternaires, indépendants de la topographie actuelle. Exemples : grottes Roland, Saint Michel d'Eau Douce, du Capélan, de l'Oule, etc.

645 / Les abris sous roche ("rocks shelters") : surplombs au pied des falaises de Marseilleveyre et de ¨Puget, ou liés à des champs de factures (Sormiou, Jaïré, Jarron). Ce dernier type, peu profond, indépendant de l'endokarst, est très représenté dans le massif des Calanques. Il recèle parfois des gisements préhistoriques ou antiques (abri de Cortiou, cirque du Puits du Lierre et du Pas de la Selle, Fontaine de Voire), du Néolithique au Bronze, héllénistique, puis romain et jusqu'au Moyen-Âge. Au col de Sormiou, présence d'un abri avec Paléolithique supérieur (E. FOURNIER, 1897 ; M. ESCALON DE FONTON, 1971).

2 ) Cavités orientées vers le sud

65Seuls les sites les plus importants sont marqués en caractères gras :

66- Grotte de la Poulidette, à Callelongue (Urgonien) : ancienne conduite fossile, très spectaculaire et pédagogique, montrant un beau plancher stalagmitique zoné (Photo 10).

67- Grottes du vallon de la Mounine (Urgonien) : il s'agit d'un ensemble de petites cavités (grotte de Luminy, grotte des Yeux Phocéens). On y trouve de la céramique héllénistique.

68- Grotte de l'Ermite : magnifique porche suspendu au-dessus de Callelongue (Urgonien du Rocher de St Michel).

69- Grotte de Saint Michel d'Eau Douce : voisine de la précédente, sur la même paroi. Une salle avec des concrétions quasi détruites ; vasque d'eau. Ancien gîte néolithique sous le porche.

70- Grotte de l'Ours : galerie exsurgente fossile sous le rocher de Saint-Michel.

71- Grotte du Déserteur : concrétions massives anciennes, vestiges préhistoriques.

72Les quatre dernières cavités citées sont des exutoires tronqués dans le Rocher de Saint-Michel. Celui-ci est découpé par l'érosion et le recul des parois. Il en est de même des Lames des Goudes et de la corniche assez aérienne du Pas de la Demi-Lune.

73- Abri du vallon des Tuves (Callelongue) : planchers stalagmitiques supérieurs "en tiroirs" superposés ; érosion du remplissage meuble.

74- Abri du Pas de la Galinette : bel exemple de faisceaux de calcite palissadique. Parois fendillées par la décompression. On y voit des fragments de planchers re-cimentés (voir supra, Photo 6).

75- Abri du Pas de la Mounine : voisin du précédent. Il présente de très beaux exemples de planchers fracturés par la décompression, avec de la calcite en faisceaux brisés et des lits de stalactites tombées et re-cimentées dans un plancher de calcite palissadique (voir supra, Photo 5).

76- Grotte de l'Olivier : Malvallon supérieur. Il s'agit d'un véritable exemple de galerie fossile colmatée par des argiles à septaria et des planchers spectaculaires affleurant à proximité dans le talweg. La Triple Arcade voisine est formée par des arches concrétionnées, témoins d'anciennes conduites exhumées par l'érosion.

77- Grotte des Queirons : grotte littorale dans les strates de l'Hauterivien. L'entrée est dissimulée par un gros éboulement. Petit lac en communication avec la mer.

78- Abris supérieurs de Podestat, grotte Mireille : galeries fossiles très hautes, au voisinage du Pas de la Lébre (415 m), montrant d'anciens planchers démantelés (Photo 11).

79- Grotte du Hibou, sous le Rocher de la Bougie, étudiée par R. MONTEAU et J.J. BLANC (travaux inédits), au côté sud du Plan de Coulon. Ce site est à protéger expressément. Il s'agit d'une conduite suspendue à laquelle on accède par une étroiture, recoupée elle aussi par le recul de l'escarpement. Elle montre plusieurs systèmes de concrétions dont un revêtement remarquable de stalactites excentriques (helictites – Photos 12). Cette cavité doit être protégée du vandalisme ainsi que d'une fréquentation excessive.

80- Haute grotte des Walkyries (Fig. 5), sous la falaise du Plan de Coulon. On peut y observer une séquence : argile rouge, planchers et concrétions massives de calcite blanche.

81- Abri de Cortiou : habitat et sépulture néolithique. Découverte d'un squelette à mâchoire anormale.

82- Galeries supérieures à la falaise blanche ouest du Cap Sormiou : section de galerie paragénétique en "trou de serrure" colmatée par des argiles rouges, bien visible de la mer. Escalade difficile.

83- Grotte du vallon de l'Oule : beau porche, conduite fossile assez large, obstruée de blocs cimentés par des silts concrétionnés rubéfiés. Cet ancien drain montre des parois et un remplissage extrêmement fracturé qui pose un problème. Ancienne désobstruction par l'équipe Garguilo.

84- Doline du Portalet d'En-Vau (plateau du Cadeiron) : doline circulaire bien visible en photographie aérienne. Un sondage effectué au travers de son remplissage par le BRGM est resté sur près de 20 m dans des formations résiduelles rouges d'âge indéterminé.

85- Doline du Puits de la Fontasse : doline à l'intersection de plusieurs failles, aux parois altérées. Elle a pu conserver des témoins d'une couverture de Crétacé supérieur et d'Aptien (observations inédites de R. MONTEAU et J. RICOUR).

86- Trou-souffleur du Martin Bouffo, cité par Mistral (Calendal) : grande diaclase ouverte sous l'isthme étroit séparant les deux calanques longues de Port-Pin et de Port-Miou. Les vagues de tempêtes s'engouffrent dans cette cavité et y développent des vibrations et des jets d'écume.

3 ) Trois grottes marines exceptionnelles

87L'étude de ces cavités a fourni des renseignements inédits, résultats des travaux sous-marins d'É. BONIFAY et J. COURTIN (1995). Ce sont la grotte Cosquer, la grotte de la Triperie et la grotte des Trémies.

a. Grotte Cosquer

88Cette grotte marine à peintures, gravures et foyers du Paléolithique supérieur, a connu deux périodes d'occupation au Gravettien (29000 BP à 26000 BP) et au Solutréen (20000 BP à 17000 BP), (J. CLOTTES et al., 1992 ; H. COSQUER, 1992). Le réseau de la grotte Cosquer est en relation avec une importante fracturation du massif calcaire au Cap Morgiou : N 020, N 030 et N 130 (J. COLLINA-GIRARD, 1995-a, 1995-b). Deux panneaux rocheux sont décalés par un cisaillement dextre à direction N 150, classique au massif des Calanques. On observe sur les parois des cisaillements conjugués formant des fractures de RIEDEL (fractures croisées) suivant deux directions essentielles : N 130, N 155 et N 050, N 060. La galerie d'accès, à ­37 m, est suivie par un long couloir parallèle au plan de cisaillement N 150, sur prés de 200 m, débouchant dans les salles à peintures (cloche de +26 m). La fresque des "petits chevaux" est très proche (quelques cm) du niveau actuel de la mer. D'autres peintures et gravures sont évidemment perdues à jamais, immergées dans les diverticules. Les œuvres visibles sont, en outre, authentifiées par une fine pellicule de calcite blanche ou orangée.

89Une étude détaillée de J. COLLINA-GIRARD (1995-a, 1995-b) montre une phase d'instabilité entre les deux périodes de fréquentation où la grotte semble avoir été abandonnée par les hommes préhistoriques, entre le Gravettien et le Solutréen. Parmi les figures peintes (chevaux et bisons), il est intéressant de voir un singulier bestiaire marin : phoques, pingouins et même une méduse.

b. Grotte de la Triperie

90Très voisin de la grotte Cosquer, le site de la Triperie (Photos 13), lui-aussi étudié par É. BONIFAY et J. COURTIN (1995), offre une grotte sous-marine présentant un énorme plancher stalagmitique, épais de plusieurs mètres. Ce dernier a été excavé par une phase d'érosion, ce qui a créé une "grotte dans la grotte".

91Cette nouvelle cavité est pourvue elle-même d'un remplissage formé d'un plancher stalagmitique de calcite blanche et de blocs effondrés, puis, par des grès et calcarénites marins (stade isotopique 5 ?), surmontés par une brèche ossifère, des argiles rouges elles-mêmes recouvertes par un système de nouveaux planchers de calcite blanche enserrant des limons gris à micromammifères.

92Le gros plancher inférieur doit correspondre à une période très ancienne (Tertiaire ou Pléistocène inférieur). La transgression holocène a noyé la cavité située dans une reculée karstique. Des stalactites, non érodées, ont été étudiées (J.J. BLANC, 2000). Elles montrent deux phases de croissance en situation émergée, puis un concrétionnement marin de calcite magnésienne suivi par un revêtement d'oxyde de manganèse.

93À la grotte sous-marine de Morgiou, assez proche de la Triperie et de la grotte Cosquer, É. BONIFAY et J. COURTIN (1995) ont retrouvé des témoins de calcarénites quaternaires, comme à la Triperie et au karst sous-marin du Veyron.

c. Grotte des Trémies

94Elle est située à la Pointe Cacaou, à la limite des communes de Marseille et de Cassis, sous d'anciennes carrières dans le calcaire urgonien. La grotte des Trémies est une large cavité ouverte dans un grand abri sous-roche, immergé de -16 m à -25 m. Elle présente une intéressante stratigraphie dégagée par les fouilles sous-marines et l'appui du navire de recherches archéologique Archéonaute (É. BONIFAY et J. COURTIN, 1995).

95Sous le porche (-12 à -16 m), des brèches rouges et des planchers stalagmitiques surmontent des brèches continentales très dures, alternant avec des planchers blancs, comme à la Triperie, qui recouvrent un lœss durci et un conglomérat marin coquillier, à madrépores, pouvant être rattaché au stade isotopique 5, plus chaud. Or cette formation, épaisse de plusieurs mètres, a livré des éclats de silex et des traces de foyers probablement moustériens (présence de rongeurs, reptiles, cervidés, proboscidiens, poissons). Une telle fouille sous-marine, unique au monde, a livré les vestiges préhistoriques les plus anciens du massif des Calanques.

96Cette série est recouverte par une blocaille cryoclastique würmienne, type Marseilleveyre, c'est à dire des éboulis continentaux recouverts par la séquence de l'Holocène. Cette dernière est représentée par des sables littoraux, à -24 m, avec des coquilles datées à 6000 BP (phase tempérée chaude). Les sables sont recouverts par une vase sableuse à coraux et débris bioclastiques. Pour accéder à cette coupe, il a été nécessaire de dégager les déblais de carrière sous les trémies.

97À cette liste, on peut ajouter le Ragage du Cancéou, ancien aven, dont la partie supérieure est recoupée par le recul du versant et la partie inférieure débouche dans une salle en relation avec la mer (renseignement communiqué par C. COULIER).

4 ) Les rivières souterraines (Port-Miou et le Bestouan)

98Il s'agit de cavités noyées parmi les plus importantes d'Europe. Creusées dans l'Urgonien, elles sont barrées, en profondeur, par les marnes de l'Hauterivien-Valanginien. Par ailleurs, l'aquifère demeure limité au"toit" par les formations de l'Aptien et notamment par les argiles du Gargasien plongeant vers le SE et le domaine marin. Cela peut constituer un exemple de "karst barré", où le point de sortie des eaux souterraines serait au contact des niveaux imperméables (un ouvrage en préparation, en collaboration avec R. MONTEAU et J. COLLINA-GIRARD, précisera cette hypothèse).

99Ces longues conduites, galeries généralement à larges sections, appartiennent au système de drainage issu de la régression du Messinien. Elles sont probablement contemporaines du creusement subaérien du canyon de la Cassidaigne. La transgression du Pliocène a noyé cette topographie, puis, au Quaternaire et à l'Holocène, les galeries et la partie inférieure des vallons des Calanques. On remarquera que ces immersions se sont réalisées sans érosion notable des parois de galeries ainsi que des concrétions, ce qui confirme la rapidité de la transgression. Aux époques préhistoriques, et notamment durant la dernière régression glaciaire, les hommes préhistoriques ont pu pénétrer dans ces cavités actives (Moustérien, Paléolithique supérieur).

a. La rivière souterraine de Port-Miou et l'historique de son étude

100On pense que cette célèbre exsurgence active était connue dans l'Antiquité. Elle serait notamment mentionnée par Pythéas et appelé "la bonne source". Sans nul doute, elle était connue des navigateurs côtiers et des pêcheurs depuis la nuit des temps.

101Le comte L.F. de MARSILLI, en 1725, la décrit dans son monumental ouvrage, Histoire physique de la mer, édité à Amsterdam. Or cet auteur aurait été le premier à repérer le canyon de la Cassidaigne (l'Abîme) et l'écueil voisin actuellement balisé après quelques naufrages. L.F. de MARSILLI pense à un fleuve souterrain prenant sa source à la chaîne de la Sainte-Baume, hypothèse pertinente, surtout formulée à cette époque, au vu de l'important débit observé contre une falaise, en rive droite de la Calanque de Port-Miou.

102Plusieurs siècles vont s'écouler avant un étrange poème d'Arthur Rimbaud : "la rivière de Cassis coule en des vaux ignorés…". Or il n'y a pas de rivière superficielle à Cassis où on ne connaît que les rivières souterraines de Port-Miou et du Bestouan. Comment A. RIMBAUD a-t-il eu connaissance de ce cours d'eau à moins d'avoir lu l'ouvrage de L.F. de MARSILLI dans une bibliothèque ? Celle de Charleroi où il séjournait ?

103Les premières recherches remontent à É.A MARTEL, dans les années 1905-1907, où le Maître explore deux avens communiquant avec la rivière, près du sentier conduisant à Port-Pin. Malheureusement, au cours de la période étudiée, très sèche, É.A. MARTEL et son équipe ne localisent aucune sortie d'eau, d'où un rapport négatif aux autorités (É.A MARTEL, 1907). Les scientifiques, et notamment des géographes aux noms pourtant célèbres, se tairont en chœur pendant des années.

104Deux décennies plus tard, E. FOURNIER, professeur de Géologie, a la chance de pouvoir observer une véritable crue au débouché d'une petite falaise, près des avens. É.A. MARTEL, prévenu, change d'avis (É.A. MARTEL, 1928), ce qui arrive dans toute recherche scientifique. Avant la Seconde guerre mondiale, des groupes spéléologiques explorent les gouffres du massif des Calanques, de Carpiagne, du Mussuguet et du Douard ; les chercheurs disposent maintenant de bonnes cartes au 1/20000. G. DENIZOT et de nombreux excursionnistes, ainsi que les Instructions Nautiques, confirment la présence d'une exsurgence, mais la rivière souterraine est quelquefois confondue avec la cavité du trou-souffleur du Martin-Bouffo.

105Après la Libération, les premières plongées et observations scientifiques commencent dès 1947. Un groupe de recherche scientifique se forme en liaison avec la Station Marine d'Endoume. La présence d'une "résurgence" est avérée, mais on ne dispose pas de renseignements précis concernant son débit (L. THIBAUX, 1956 ; G. CORROY et al., 1958). En 1956, des plongées, auxquelles participent H. TAZIEFF et M. GALERNE, remontent la galerie sur 180 m. Au cours d'une exploration, le professeur américain C. LIMBAUGT trouve la mort en 1960. Les plongées de l'Office français de recherches sous-marines confirment l'existence d'une galerie s'étendant sous le plateau calcaire et le vallon conduisant à Port-Pin.

106Dans les années 1960, les recherches hydrologiques se développent. On considère, en effet, que l'aquifère découvert sera très utile pour l'alimentation de Cassis, dont la population augmente rapidement.

107Un puits et une petite galerie artificiels, creusés à la suite d'une prospection électromagnétique (G. DUROZOY et H. PALOC, 1966), permettent d'atteindre une cloche d'air à 530 m de l'entrée.

108Un projet novateur, envisagé dès 1969, se réalise en plusieurs étapes (1972, 1973 et 1976) : construction d'un barrage souterrain, muni d'un déversoir au niveau de la cloche d'air, afin d'arrêter la progression des eaux marines s'enfonçant dans le karst et formant une couche salée s'opposant à une exploitation éventuelle. Le béton du barrage est coulé sur les formations meubles garnissant le fond de la galerie. En première hypothèse, il a été considéré que la nature de la roche calcaire fissurée n'a pas permis une étanchéité suffisante pour la création, en amont, d'une réserve d'eau potable ; mais d'autres explications possibles seront évoquées par la suite (voir infra).

109La présence de la cloche d'air accessible a permis d'établir une base de départ pour les explorations par tous les temps et d'entreprendre des mesures continues de température, salinité, niveau de l'eau et débit.

110La galerie noyée de Port-Miou est une grande conduite active de 20 m de diamètre, à ­11 m, jusqu'à -38 m, explorée jusqu'à 2350 m de l'entrée en 1992 (spéléonaute : M. DOUCHET). Au fond se trouve un grand puits vertical reconnu jusqu'à -178 m (X. MÉNISCUS, en 2008). Le réseau montre ainsi un dispositif ascendant. Il se continue vers le nord et le vallon de Gorge Longue.

111Sur le plan du fonctionnement hydrologique (B. BLAVOUX et al., 2004 ; L. POTIÉ et al., 2005 ; T. CAVALERA et al., 2006, 2010; T. CAVALERA, 2007 ; B. ARFIB et É. GILLI, 2010 ; J. COLLINA-GIRARD et B. ARFIB, 2010), outre la superposition habituelle eau douce - sureau salée, on observe des pénétrations marines d'ondes de marée et de seiches. La salinité des eaux dans le puits vertical est uniquement d'origine marine, comme le prouvent les analyses isotopiques. En conséquence, l'aquifère serait enrichi en eau de mer par des conduits profonds; en relation avec l'évolution du karst lors de la régression du Messinien. Aux abords des parois du canyon de la Cassidaigne, ces drains se seraient formés en fonction des niveaux de base locaux de cette période.

112Les débits mesurés à l'émergence sont importants, de 3 m³/s à des crues de 100 m³/s, avec un module de l'ordre de 7 m³/s (T. CAVALERA et al., 2006, 2009, 2010). La surface d'alimentation envisagée par L.F. de MARSILLI (1725) et E. FOURNIER (1897), zone aride (massifs du Mussuguet et du Douard, plaine d'Aubagne et poljés absorbants de Coulin et de Cuges), est insuffisante pour expliquer de tels débits. Cette surface a donc été étendue au sud du massif de la Sainte Baume (J. NICOD, 1983, 2009 ; C. COULIER, 1985) et même au delà (P. MARTIN, 1991).

113Malgré la salinité étendue dans le réseau, l'aquifère constitue une très importante ressource potentielle… si l'on arrive, dans le futur, à isoler les eaux douces des salées. Mais les explorations des avens verticaux (Quatre Trous, Gardiole, Logisson, Douard, Mussuguet, etc.) n'ont pas atteint le réseau noyé au travers des épais calcaires urgoniens des massifs de Puget, du Logisson et du Douard.

114Pour les travaux en cours (B. ARFIB et collaborateurs, traçages, etc.), les lecteurs pourront consulter le site de KarstEAU (www.karsteau.fr).

b. La rivière souterraine du Bestouan (Cassis)

115L'exsurgence du Bestouan sourd à proximité immédiate du port de Cassis. Comme pour Port-Miou, le Bestouan est un long réseau immergé creusé dans les calcaires de l'Urgonien supérieur. La galerie est d'une plus petite section, de 10 m² à 20 m². Le tracé est assez complexe avec quelques étroitures et trémies ainsi que plusieurs cloches. La galerie est subhorizontale, sans puits, très longue ; elle a été explorée sur plus de 4 km en 1992 (profondeur maximale : -20 m). Le débit, non évalué faute de base actuelle d'appareillage, est néanmoins très inférieur à celui de Port-Miou. La direction générale est vers le nord, jusqu'à la verticale du lotissement du Mussuguet. Ici encore la dimension du réseau et l'absence de relais sont des obstacles à la poursuite des explorations. Ces dernières continuent ; le repérage exact de la galerie par des méthodes physiques (électromagnétisme, signaux radio, etc.) pourrait éventuellement permettre le creusement d'un puits d'accès vers l'amont du réseau.

5 ) Cavités des versants exposés au nord

116- Grotte de la Calanque du Mauvais Pas : petite galerie cutanée dans la falaise des calcaires valanginiens, à proximité de la faille de Samena.

117- Grotte du vallon de la Croix Noire ; à quelques mètres du tracé noir du versant nord de Marseilleveyre sous les escarpements de Béouveyre. Section d'une galerie exsurgente colmatée.

118- Grotte des Cristaux : à l'ouest du vallon des Aiguilles, sous une cuesta dominant Montredon. Abri sous roche et cheminée ascendante à la voûte.

119- Grotte de la Colonne : accès par l'étroite Corniche du Marin. Grand porche dans les calcaires inférieurs de l'Urgonien ; une grande concrétion.

120- Haute grotte du vallon des Aiguilles : accès par un éboulis, au versant oriental du vallon. Section de conduite forcée au flanc de Marseilleveyre, entièrement colmatée par des spéléothèmes, concrétions brisées, re-cimentées dans le remplissage (Photo 14).

121- Grotte Gombault (Fig. 6), à la base du vallon des Aiguilles (côté est), à proximité de l'aven du même nom. Cet abri présente une séquence de spéléothèmes remarquables : travertin à la base, complexe de la calcite bien développé avec deux phases de croissance, ravinement des masses de calcite, puis séquence des planchers stalagmitiques rubéfiés supérieurs. Cet abri, à la base de l'escarpement important du sommet de Marseilleveyre, a été le siège de sorties d'eau durant une longue période.

122- Grotte Roland : cavité bien connue dans le massif, creusée dans les calcaires compacts du Valanginien, à proximité des failles limitant, au sud, le Bassin de Marseille. Dans cette grotte, longue d'environ 125 m, on observe un profil de galerie exsurgente de type vauclusien. L'orifice s'ouvre au fond d'un petit couloir karstique. La cavité a été le siège des premières fouilles préhistoriques au monde effectuées par Jacques BOUCHER DE PERTHES. Après une descente, on accède à une salle de plus de 20 m de haut (Chapelle du Diable), montrant deux grandes stalagmites très abîmées. On peut continuer jusqu'à une petite salle très argileuse, la galerie du Trésor. Les excavations inconsidérées ont été creusées dans l'argile rouge à la recherche d'un trésor. Cette intéressante cavité a été très dégradée. Elle constitue un drain fossile ascendant de type vauclusien rassemblant une grande partie des eaux de Marseilleveyre.

123- Grottes du Cirque du Puits du Lierre : plusieurs grottes et abris s'ouvrent dans la barre à silex de l'Hauterivien (le Draioun, grotte de l'Argile). Ils renferment des foyers et des vestiges du Néolithique, Bronze, céramiques héllénistiques, à proximité du site antique de la Fontaine de Voire, lieu présumé de la fondation de Marseille (410 avant J.C. : légende de Gyptis et Protis).

124- Abri du Jas de Segond (col de Sormiou). Découverte par M. ESCALON DE FONTON (1971) du premier gisement à silex du Paléolithique supérieur (Solutréen) en Basse Provence.

125- Abri sous roche du vallon du Mestralet au NE du Mont Puget, sous les corniches de l'Urgonien.

6 ) L'Archipel de Riou

126Les îles recèlent plusieurs grottes intéressantes, sans compter les nombreuses cavités sous-marines reconnues par les plongeurs et dont on ignore le remplissage.

127Deux remarques:

1281 / Durant la dernière régression marine, les reliefs de cet archipel constituaient une chaîne supplémentaire au sud de Marseilleveyre, accessible par voie de terre, de 90000 BP jusqu'à l'époque du Bronze.

1292 / Le réseau des fractures croisées de Jarron et Jaïré, favorable à la formation des cavités, est accompagné de dolines de petites dimensions (Photo 15) et de grottes déblayées par l'érosion :

• Grotte des Morts (à Jaïré) : encore nommée "grotte des Chèvres". La cavité (Photo 16), sise sur une zone fracturée, montre une brèche, des limons rubéfiés et des planchers stalagmitiques. Postérieurement à cette érosion s'est établi un habitat et une sépulture néolithique. La découverte d'un grand squelette par les pécheurs avait fait penser à la sépulture d'un anglais ! Le gisement préhistorique a été totalement détruit par l'impact d'énormes tempêtes et par les bergers et les pécheurs.

• Grotte des Pilotes (Fig. 7), à l'ouest de Riou, près de la Pointe de Fontagne. La zone des écailles tectoniques de Fontagne (Urgonien, Valanginien et dolomies du Jurassique supérieur), montre quelques ouvertures de conduites fossiles entièrement colmatées par des brèches, des limons rouges et des argiles indurées. Dans ce complexe, un remplissage d'argile et de limons rouges varvés ont été déformés par des actions mécaniques d'origine néotectonique (R. MONTEAU, 1999 ; J.J. BLANC, 2000 – Photo 17). Ce site démonstratif n'est accessible que par la mer. À son voisinage, plusieurs failles ont démantelé une autre cavité, d'où la formation d'une brèche avec un rejeu possible d'accident.

7 ) Les grottes marines

130En plus des cavités sous-marines "vedettes" (Cosquer, la Triperie, les Trémies) et des deux rivières souterraines, il reste dans les archipels (Frioul, Riou), un certain nombre de grottes intéressantes :

a. Dans l'île de Jaïré

131- Grotte Arc-en-Ciel : plusieurs petites galeries, beaux jeux de lumière.

132- Grotte Chambris : tunnel de 70 m s'enfonçant sous l'île Jaïré. Cette galerie constituait un drain fossile suspendu avant d'être immergé lors de l'isolement de l'archipel.

133- Grotte Mystérieuse : petit canyon d'accès ; concrétions coralligènes aux parois (Photo 18). Un tunnel traverse l'éperon.

134- Lapiaz sous-marin de la Pierre de Briançon (Jarron), petites grottes, pitons et arche karstique (-25 m).

b. Dans l'île de Calseraigne

135- Calanque des Pouars : doline inondée par la mer à l'Holocène (Photo 19). Un petit tunnel karstique traverse le cap au nord de la doline (D. PIARROT et J.F. DEPONT, 1990).

136- Grotte Pérès : dédiée à notre Maître en Océanographie qui explora cette grotte et notamment le vaste porche tapissé de gorgones et de bryozoaires. Un petit puits communique avec l'extérieur. Cette grotte est une remarquable station biologique (tout comme celle de la Triperie ou celle des Trémies).

c. Perspectives

137Étudier et décrypter les grottes marines est un travail titanesque, difficile et souvent dangereux. Les fouilles sous-marines exigent de gros moyens. Les blocs et les concrétionnements représentent un obstacle. Employer des explosifs détruit les biotopes marins. Un navire de soutien bien équipé de sonars et de compresseurs est indispensable.

138Les grottes marines garderont longtemps encore leurs secrets.

VI-Conclusion

139Le karst des Calanques s'est développé dans l'épaisseur des calcaires compacts de l'Urgonien et du Valanginien, épais de plusieurs centaines de mètres.

140L'évolution de ce dernier montre un mécanisme polycyclique déroulé sur de larges périodes : Éocène, Oligocène Miocène et Plio-Quaternaire. Actuellement, un aquifère profond se traduit sous la forme de deux rivières souterraines (Port-Miou et le Bestouan) et quelques sources sous-marines (Sugiton). Il doit être étendu à un bassin d'alimentation de plus en plus vaste, englobant les massifs de Puget, Mussuguet, Douard, les poljés de Coulen et de Cuges, le SO de la Sainte Baume et, probablement, au delà.

141On peut décrire les phases suivantes :

1421 / Éocène et Oligocène : La formation et le remplissage du Bassin de Marseille ont été contemporains de la création de grandes cavités tectonisées, parfois liées à l'hydrothermalisme, maintenant indiscernables et démantelées. Ce karst, dès l'Aquitanien (22 Ma) a été contemporain de l'ouverture de la Méditerranée et de la rotation du bloc corso-sarde.

1432 / Le paléokarst anté-messinien correspond à un climat chaud, oxydant et humide. Il sera marqué par la création de vastes galeries et de spéléothèmes épais et généralisés. Une partie de ces derniers sera décapée par l'érosion de la "surface fondamentale" miocène. Les réseaux anté-messiniens, à toutes les altitudes, sont établis en fonction d'une topographie et de drainages adaptés aux nouveaux rivages configurés par les étapes de la transgression.

1443 / Au Messinien, une brutale régression de la Méditerranée (-1500 m) correspond à une très forte érosion karstique ainsi qu'au creusement subaérien du Canyon de la Cassidaigne où débouchent les premiers exutoires des rivières souterraines de Port-Miou et du Bestouan. Des spéléothèmes ont été découverts à près de -200 m. Les actions de l'érosion ont découpé le canevas topographique ainsi que les cavités anté-messiniennes. Des manifestations tectoniques et, notamment, des failles littorales, les failles de Luminy, Sugiton, la Candelle, ont été réactivées, tandis que le domaine marin était affaissé par des failles en escalier ou une flexure. Ces mouvements se continuent jusqu'au Plio-Quaternaire, modifiant la situation des niveaux de base successifs.

1454 / La transgression pliocène envahira les canyons qui deviendront sous-marins, ainsi qu'une partie du karst, sans érosion notable des cavités. De nouvelles galeries colmatées par des concrétions et des limons rouges, parfois déformées, s'adapteront aux nouvelles conditions.

1465 / Au Quaternaire (Pléistocène), des éboulements importants et une reprise d'activité des failles littorales se manifesteront aux niveaux des nouveaux rivages et aux cavités adjacentes, à leurs remplissages. La topographie actuelle du massif des Calanques sera un héritage plio-quaternaire. Le glacis littoral sera successivement dénoyé ou immergé en fonction des oscillations glacio-eustatiques.

1476 / À l'Holocène, de 12000 BP à nos jours, la remontée du niveau se traduira par la formation des grottes marines actuelles (grottes Cosquer, la Triperie, les Trèmies), l'ennoyage des rivières souterraines de Port-Miou et du Bestouan et la formation des Calanques. La dernière régression liée à la phase glaciaire des stades isotopiques 4 et 2 verra l'apparition des premiers peuplements préhistoriques identifiés : Moustérien, Gravettien et Solutréen. L'ennoyage aboutissant à la création des archipels de Riou et du Frioul obligera les hommes du Néolithique a abandonner le glacis et les habitats des grottes littorales, jusqu'au Sub-Boréal et au Sub-Atlantique, tandis que se manifesteront d'autres éboulements plus localisés.

1487 / À l'époque antique (Sub-Atlantique, héllénistique puis romaine), le niveau marin dans les Calanques était assez voisin de l'actuel (-0,70 m, -0,35 m, -0,30 m), marqué par des encoches et plusieurs trottoirs d'algues successifs.

149Le massif des Calanques, par son évolution morphologique et tectonique, par ses grottes et leur spéléogenèse, leurs remplissages, a pu enregistrer, depuis le Tertiaire, une histoire géologique complexe ayant pour siège une partie de la Provence et de ses rivages.

Remerciements : L'auteur est heureux de remercier les réviseurs de ce travail pour leurs commentaires et leurs critiques ainsi que l'organisation du manuscrit ; citons J. NICOD, C. COULIER et C. MARTIN. Ma gratitude s'exerce aussi auprès de ceux qui m'ont accompagné sur le terrain, parfois difficile, ou en plongées et prospection détaillée du rivage : L. BLANC-VERNET, J. PÉRÈS, J. PICARD, G. GUIEU, D. GUIEU, É. BONIFAY, R MONTEAU et aux équipages de la Station Marine d'Endoume.