Une formation karstique est un phénomène géologique créé sur la surface terrestre par le drainage de l’eau dans le sol. Les formations karstiques les plus fréquentes sont les dolines, les grottes, les ponts naturels et les ruisseaux. C’est à Kras, en Slovénie, qu’ils sont étudiés en détail pour la première fois, d’où le terme « karst ». On trouve environ 1,2 km2 d’affleurements rocheux karstiques au Canada, et ce dans toutes les régions géologiques à l’exception du Bouclier canadien.

Description

Le relief karstique est une forme de paysage provoquée par l'eau qui s'infiltre dans la terre et qui circule de manière souterraine, provoquant une érosion chimique du substratum rocheux. C’est pourquoi la formation des reliefs karstiques est restreinte aux régions constituées de roches relativement solubles, surtout de calcaire. Environ 8 % de la surface du globe est constituée de karsts.

Procédés chimiques

Le calcaire est l’une des sortes de roches carbonatées, c’est-à-dire principalement constituée de minéraux carbonatés — dans le cas du calcaire, il s’agit habituellement de calcite ou d’aragonite. Les deux sont des formes de carbonate de calcium (CaCO3 ). Au fil du temps, il peut arriver que le calcaire soit dissout par l’acide carbonique (soit du dioxyde de carbone dissout dans de l’eau). L’acide carbonique se forme lorsque la pluie amasse du CO2 en passant à travers l’atmosphère. Il est possible qu’elle en amasse encore davantage dans le sol en atteignant la terre, ce qui la transforme en solution d’acide carbonique faible. Lorsque cette solution s’infiltre jusqu’au substratum de calcaire par des craques et des fissures, elle crée des ouvertures plus grandes. Après des milliers d’années, ce lent processus d’érosion crée sous la terre des systèmes de drainage et des grottes.

Lapiaz

Les reliefs karstiques les plus communs sont les petites cuvettes de dissolution, les cannelures et les rigoles, qui ensemble sont appelées des lapiaz. Les formes individuelles ont rarement plus de 10 m de longueur et de profondeur, mais, souvent, elles sont densément regroupées, ravinant de plus grandes surfaces appelées plateaux calcaires. Les plateaux calcaires sont surtout répandus dans l'île d'Anticosti, au Québec, dans la péninsule Bruce et dans l'île Manitoulin, en Ontario. De plus petites surfaces se trouvent à l'intérieur des limites d'Hamilton, de Montréal et d'Ottawa. À Winnipeg, une superficie d'environ 3500 km2 de pavage de dissolution est préservée sous les argiles du tardiglaciaire (voir Lac Agassiz) et forme un important réservoir d'eau industriel. On trouve également de spectaculaires pavages subarctiques dans le Carcajou Range à l’ouest de Norman Wells, dans les Territoires du Nord-Ouest. Plus au nord, il n’est pas rare de voir de la glace pénétrer dans les craques du substratum rocheux; celui-ci se fragmente pour former des champs de blocs étendus, sur la vaste surface de terrain de roches carbonatées dans l’Arctique canadien.

Doline

La doline constitue l'élément caractéristique du relief karstique. C'est une dépression dans la terre en forme de cuvette, d'entonnoir ou de cylindre qui dirige l'eau vers le sous-sol. Le fond de la doline peut être occupé par un étang permanent ou temporaire. La longueur ou le diamètre des dolines varie de 10 à 1000 m. La plupart des dolines sont formées par une solution chimique concentrée dans l'entonnoir ou par l'effondrement du plafond d'une caverne sous-jacente. Dans le Sud de la Saskatchewan, des cavités de dissolution dans les couches de sel se sont propagées à travers une épaisseur de 1000 m de roches insolubles sus-jacentes et ont formé des dolines peu profondes à la surface.

Souvent, les dolines se forment suivant une ligne ou en groupes. Certains karsts parsemés de plus de 500 dolines/km2 ressemblent à des terrains bombardés par des obus. Dans le Sud du Canada, il existe des milliers de dolines, depuis les terrains gypseux de l'ouest de Terre-Neuve aux terrains calcaires de l'île de Vancouver. Il en existe de grands et impressionnants exemples dans le Parc national Wood Buffalo, dans les monts Franklin et à l'ouest du Grand lac de l'Ours où les calcaires et les dolomies se sont effondrés dans des cavités se trouvant dans le gypse. Chaque année, il se produit des effondrements qui, en quelques secondes, font apparaître un trou. Dans certaines régions de Terre-Neuve et de la Nouvelle-Écosse, ces terrains gypseux constituent un risque pour l'aménagement d'habitations.

Vallées sèches et poljés

Parmi les reliefs karstiques de plus grande taille, on note les vallées sèches et les canyons, creusés par d'anciennes rivières qui coulent maintenant sous la terre, et les poljés qui sont d'importantes dolines à fond plat et aux parois escarpées. Le lac Medicine, dans le parc national Jasper, est un poljé de 6 km sur 1 à 2 km. La rivière Maligne s'y jette et l'inonde jusqu'à une profondeur de 25 m durant la saison de dégel estival. En hiver, le lac se réduit à de petits étangs occupant les dolines à la base du poljé. L'eau d'infiltration se déverse à 16 km au nord-ouest par une soixantaine de sources, dans le lit du canyon Maligne. Ces sources karstiques, dont le débit global peut dépasser 65 m3 d'eau par seconde, sont les plus importantes connues au Canada. De nombreuses autres sources connues peuvent atteindre un début global de 10 m3 d’eau par seconde.

Karst et la glaciation

La formation de karsts est plutôt rare au Canada si on la compare à celle de pays qui n'ont pas connu de glaciations répétées. Les glaciers ont érodé ou comblé une grande partie des karsts. Le karst de Nahanni, le plus bel exemple du Canada, est situé quelque part dans les monts Mackenzie, dans les Territoires du Nord-Ouest. Il a échappé à la glaciation au cours des quelques dernières centaines de milliers d'années. Des formes importantes de paysage karstique se sont développées sans interruption ou sans être détruites : des centaines de dolines d'une profondeur allant jusqu'à 150 m, des cannelures de dissolution géantes qui s'entrecroisent pour former un labyrinthe naturel, plusieurs poljés et des canyons secs. Certaines parties du karst sont à un stade avancé, avec des kopjés de roches résiduelles et des ponts naturels rarement observés dans les latitudes nordiques.

Un relief karstique dense composé de karren, de petites dolines et d’innombrables grottes s’est développé dans les grandes étendues calcaires couvertes de sapins Douglas du nord de l’île de Vancouver. Ces reliefs rendent dangereuses certaines pratiques forestières, tandis que la coupe à blanc pourrait endommager sérieusement le karst, en surface comme en profondeur.

Le karst alpin, constitué de champs de lapiaz géants (karren) et de dolines en puits situés au-delà de la limite forestière et se déversant dans des cavernes profondes, est bien développé dans certaines parties des Rocheuses et de l'île de Vancouver. On peut voir dans le col Crowsnest de nombreux exemples de reliefs karstiques alpins typiques; d’importantes sources émergent des cours d’eau actifs dans les grottes du sous-sol du col; des fragments de grottes reliques et drainées sont dispersées dans les hauteurs, au sommet des montagnes. Une partie de notre eau de source moderne pourrait avoir parcouru jusqu’à 70 km sous la terre. Le champ de glace Columbia, le plus grand des Rocheuses, est drainé en grande partie par des dolines persistant dans le calcaire sous-jacent. Les eaux s'écoulent dans de vastes cavernes à travers une montagne, puis émergent plus loin sous la forme de sources spectaculaires dans la vallée de la rivière Castleguard (en amont de la rivière Saskatchewan Nord). C’est l’un des plus importants exemples de karst sous-glaciaire moderne au monde.