Comment se fait-il qu’il y ait des trous dans une matière aussi dure que le roc ? Pour répondre à cette question, je donne un petit indice : presque toutes les cavernes de la planète se forment dans un sol rocheux composé de roches calcaires, qu’on appelle un karst. Est-ce un hasard ? Bien sûr que non ! Les pierres et la roche se brisent et se fragmentent à cause de l’action combinée du soleil, du vent, de l’eau et du gel. L’ensemble de ces actions sur la pierre cause un frottement sur la pierre qui se nomme érosion et qui se produit à un rythme très lent. Toutefois, la pierre calcaire est particulière parce qu’en plus d’être affectée par l'érosion, elle réagit au contact de l’eau. L’eau (H20) et le gaz carbonique de l’air (CO2) forment un acide faible qui met en solution les carbonates contenus dans la roche calcaire. L'air contient une faible concentration de gaz carbonique, mais il peut atteindre des concentrations de 1 à 3% dans les sols, ce qui résulte en un acide plus concentré (acide carbonique H2CO3) capable de dissoudre de plus grandes quantités de calcaire. C’est ce qu’on appelle la dissolution du calcaire. La dissolution du calcaire est le principal mécanisme derrière la formation des cavernes. L’eau qui se mélange avec le gaz carbonique (CO2) forme de l’acide carbonique (H2CO3) qui dissout la pierre calcaire. Si une région donnée est riche en calcaire, cette réaction chimique est commune et on y trouvera de nombreuses cavernes, mais si la région n’est pas composée de calcaire, il n’y aura pas (ou très peu, voir plus bas) de cavernes. La dissolution du calcaire est semblable à ce qui se passe lorsqu’on met du sel dans l’eau, à la différence que la dissolution du sel dans l’eau est rapide (quelques secondes habituellement) tandis que celle du calcaire est extrêmement lente. Une roche de quelques centimètres peut prendre des dizaines de milliers d’années avant de se dissoudre. Souvent, on trouve dans ces régions riches en cavernes, des roches calcaires à la surface qui sont partiellement dissoutes (figure 2).
La dissolution du calcaire n’est cependant pas le seul phénomène qui crée des cavités dans la pierre. Dans des cas plus rares, des bactéries extrêmophiles vivent dans des cavernes et dégagent un gaz, le H2S (sulfure d’hydrogène) qui, transporté dans l’eau, pénètre dans les cavernes et touche les parois plus profondément dans la cavité. Ce mélange mène à la formation d’acide sulfurique (H2SO4), qui dissout la pierre calcaire des parois à un rythme beaucoup plus rapide que l’acide carbonique. Une des cavernes les plus spectaculaires de la planète, la caverne Lechuguilla, découverte en 1986 au Nouveau Mexique, a probablement été formée de cette façon. Les formations rocheuses de cette caverne sculptées par l’acide sulfurique sont tout simplement renversantes par leur beauté. On a aussi découvert que certaines bactéries se nourrissent des minéraux de soufre ou de manganèse contenus dans la pierre, et « mangent » directement la roche, ce qui crée des cavités, mais l’importance de ce phénomène est encore mal comprise.
Dans les régions volcaniques, se trouvent aussi des cavernes formées par l’écoulement de la lave. En refroidissant, les coulées de lave forment une croûte extérieure qui se solidifie au contact de l’air, formant un long couloir qui ressemble à un tunnel de métro. La lave chaude (et donc liquide) s’écoule dans ce tunnel pour se déverser plus loin, laissant un long tunnel vide derrière. Ces cavernes sont aussi appelées tunnels de lave (figure 3).
Enfin un autre mécanisme provoque aussi la formation de cavités dans la pierre. La croûte terrestre est une couche rocheuse formée de plaques qui glissent à la surface de notre planète. C’est ce qu’on appelle des plaques tectoniques. Quelquefois, ces plaques s’entrechoquent en se déplaçant, ce qui cause les tremblements de terre. Lors de ces mouvements, il est possible que ces plaques se chevauchent et comme ce chevauchement est imparfait, il résulte un vide entre les deux plaques de roche. Les cavernes formées de cette façon sont moins fréquentes et portent le nom de cavités tectoniques. Au Québec, la caverne Saint-Léonard, située en pleine ville de Montréal, a été formée de cette façon.
Auteur : Pierre Paquin
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