Exposé sur la Spéléologie

Jean-Paul Couturier Issy, le 10 octobre 2002

EXPOSÉ SPÉLÉO

Matériel à apporter :

- 6 posters pédagogiques (FFS)

- Préservons le patrimoine

- L’eau souterraine en péril

- Protégeons nos cavernes

- Protégeons les concrétions

- Les chauves-souris

- Découvrons et protégeons le patrimoine souterrain

- Matériel spéléo avec casque et carbure + une petite corde

Avant la séance :

- les enfants ont regardé la cassette « C’est pas sorcier » sur les grottes. Le professeur a inscrit les questions.

Séance d’une heure :

Chaque rubrique dure maximum 5 minutes questions des enfants comprises. Quel que soit l’avancement de l’exposé, utiliser les 10 dernières minutes pour la démonstration du matériel.

Faire une progression du plus « ardu » vers le plus attrayant : écrire le plan au tableau (cela permet de renvoyer certaines questions des enfants au chapitre correspondant) :

Géologie -> formation du calcaire -> formation des cavernes / des concrétions -> activités scientifiques : hydrologie / protection environnement / animaux / préhistoire -> gouffres / grottes / rivières / actif / fossile -> exploration / découverte -> autres activités scientifiques : topographie / photos-films / plongée -> spéléologues -> équipement : revue du matériel, essai carbure.

Pour lancer une nouvelle idée, ne pas hésiter à poser la question aux enfants.

Les textes en italiques sont des annexes à faire au jugé (à priori ne pas faire)

Géologie : La terre – les temps géologiques

Si l'histoire de la terre durait		depuis un an	longueur sur tableau
	age réel	date - heure	échelle cm
Age de la terre	4000 millions d'année	1^er janvier - 00h 00' 00"	400
Apparition de la vie	2600 m.a	4 juin - 02h 40' 00"	260
Début primaire	570 m.a	15 nov. - 18h 24' 00"	57
Début secondaire	230 m.a	13 déc. - 08h 16' 00"	23
Début tertiaire	65 m.a	26 déc - 17h 28' 00"	6.5
Apparition de l'homme	10 m.a	30 déc - 20h 00' 00"	1.0
Début du quaternaire	2 ma	31 déc - 20h 00’ 00’’	0.2
Homo Sapiens	30000 ans	31 déc - 23h 56' 30"	0.003
Jésus-Christ	2000 ans	31 déc - 23h 59' 46"	0.000 3
Nous	30 ans	31 déc - 23h 59' 59"8	0.000 003

Formation du calcaire : (Qui peut dire ce qu’est du calcaire ? Y-en a t-il dans la classe ?)

Ce sont des « petits coquillages » (huîtres, moules, coques, oursins, coraux, certaines algues, etc) de cette époque qui se sont accumulés pendant très-très longtemps au fond de la mer au fur et à mesure qu’ils mourraient. Il y en a eu des quantités extraordinaires pour faire des épaisseurs de plusieurs kilomètres. C’était des animaux microscopiques Ils ont été comprimés par leur poids et cela a formé une roche, le calcaire. Cela s’est passé en même temps que les dinosaures.

Principalement au secondaire (entre 225ma et 65ma)

Ce sont des roches carbonatées car elles sont faites avec le calcium des animaux (os, carapaces et coquilles)

On y trouve beaucoup de fossiles (animaux ou végétaux plus gros dont on retrouve la forme dans la roche)

Montrer la carte des massifs karstiques en France (Karstologia n° 25)

Formation des cavernes

Les massifs calcaires sont donc à l’origine sous l’eau. Ils ont été soulevés, pliés, cassés avec les mouvements de la terre (dérive des continents, les tremblements de terre, volcans, etc). Ils ont donc formé certaines montagnes (citez des montagnes calcaires ? Causses, Jura, Vercors, Pyrénées, etc.)

Les Pyrénées se sont formées entre 50 et 30 millions d’années, les Alpes entre 20 et 5 m.a.

Le calcaire est une roche « exceptionnelle » : avec de l’eau et du gaz carbonique, cela fait un acide qui fait fondre très lentement la roche (image du sucre dans l’eau) à la vitesse (moyenne) de 1 cm pour 100 ans.

H₂O (eau) + CO₂ (gaz carbonique) -> H₂CO₃ (acide carbonique)

L’eau arrive à passer dans toutes les cassures et pliures de la roche et creuse ainsi petit à petit des fissures, des petits conduits, des galeries et des grandes salles.

Avec les variations de climat (glaciations qui enfoncent les massifs) et remplissent de glace des galeries, et cela creuse très vite les grottes (un peu comme un bulldozer) il y en a eu 4 périodes glaciaires pendant le quaternaire.

Une grotte met environ 20 à 50 000 ans et jusqu’à plusieurs millions d’années à se former.

H₂CO₃ (acide carbonique) + CaCO₃ (carbonate de calcium) -> Ca (HCO₃)₂ (bicarbonate de calcium, soluble)

Un massif calcaire qui a été travaillé, creusé par l’eau s’appelle un massif « karstique ». L’étude de ces massifs est la karstologie.

Formation des concrétions (Qui a déjà visité une grotte ? Qu’y voit-on ? )

L’eau en passant à travers les feuilles des arbres, les herbes, les mousses, la terre se charge avec beaucoup de gaz carbonique. Elle est donc très acide et elle peut alors se charger avec beaucoup de calcaire.

Elle fini par sortir de ses fissures microscopiques et elle arrive dans une grande galerie, avec plein de bon air (comparaison entre le bon air de la grotte et l’air « dans la terre » plein de fermentations, de pourritures et de petites bêtes). A ce moment, le gaz carbonique qui est dans l’eau veut revenir dans l’air. L’eau est donc moins acide. Elle contient trop de calcaire. Il se dépose donc immédiatement pour former … stalactites et stalagmites, draperies et gours, fleurs de gypses et perles des cavernes (poster)

Activités scientifiques : hydrologie / protection environnement / animaux / préhistoire

Parmi les activités de la spéléologie :

Histoire de la terre : L’étude des concrétions (carottes comme dans la glace) permet de connaître la météorologie et apporte beaucoup d’informations sur les conditions de vie (chaud/froid, sec/humide, couverture végétale, faune, micro-organismes, …) au moment de la formation de ces concrétions.

Hydrologie : Nous trouvons un nouveau gouffre, et au fond de ce gouffre nous tombons dans une galerie. L’eau arrive par la droite et s’en va par la gauche… D’où vient-elle ? Où va t-elle ? Les spéléologues étudient cela afin de mieux connaître les circulations d’eau. C’est très important pour l’alimentation en eau potable de certaines villes telles que Nîmes. Nous faisons des colorations car l’eau peut se perdre sous-terre à plusieurs dizaines de kilomètres de l’endroit où elle ressort. L’Hydrologie sert aussi beaucoup pour protéger l’environnement.

Protection de l’environnement : ne pas détruire toutes ses beautés, mais aussi détecter des pollutions visibles (décharges dans les gouffres) invisibles (animaux tombés ou jetés) et sournoises (infiltrations dans le sol : puits perdus, ruisseau pollué qui est absorbé par une perte, etc)

Les animaux : (À votre avis, y a t’il de la vie sous terre ?) Il y a une vie bien spécifique, comme sur terre, comme partout, des animaux arrivent à vivre. Ils sont fragiles et pas dangereux. Il faut les étudier (laboratoire du CNRS à Moulis)

Il y a 3 sortes d’animaux :

- ceux qui vivent toute leur vie sous-terre, ce sont des espèces d’araignées, de mille pattes, de petites crevettes, et même des poissons (le protée longtemps considéré comme un dragon). (les animaux troglobies)

- ceux qui sont obligés d’y vivre par accident (un ruisseau les a emportés sous terre, ils sont tombés dans un gouffre. Ce sont des animaux tels que les scarabées, des araignées, des sangsues, etc. (les animaux trogloxènes)

- ceux qui viennent s’y cacher : le plus célèbre des animaux est la chauve-souris, le plus gros a disparu, c’est l’ours des cavernes et le plus dangereux, c’est l’homme des cavernes ! ;-) (les animaux troglophiles)

La préhistoire : (Quel est le nom d’une des cavernes découverte récemment ? ) Les spéléologues trouvent beaucoup de nouvelles grottes dans lesquelles l’homme a vécu. Il doit immédiatement déclarer la découverte à l’Etat. Grâce aux grottes, nous connaissons quelques informations sur la vie de nos ancêtres ! (voir sur l’échelle du temps)

Gouffres / grottes / rivières / actif / fossile (D’où vient l’eau qui sort de la montagne ? )

Le monde souterrain est donc composé de « vides terrifiants » :

- les grottes

- les gouffres

- réseau fossile ou actif (rivières souterraines)

Le réseau actif est celui par lequel l’eau coule aujourd’hui

Le réseau fossile est celui qui a été abandonné par l’eau car elle a réussi à s’infiltrer plus profondément.

Exploration / découverte

(Quels sont les lieux sur la terre qui n’a pas encore été exploré ? Certaines montagnes ? Certaines jungles ? Certains fonds marin ? Le pôle Nord ou le pôle Sud ? Peut-être mais c’est rare et de toute façon on sait ou c’est, il suffit d’y aller !)

Les grottes, c’est le dernier endroit qu’on ne connaît pas … parce qu’on ne sait même pas où elles sont !

Le spéléologue est donc d’abord un explorateur, un fouineur, un géographe. Sa passion c’est la découverte.

Comment trouve t-on des grottes ? : étudier les cartes géologique et géographique pour déterminer les zones ou les gouffres devraient se trouver alors qu’on en connaît pas ou aller dans une zone déjà bien connue. Etablir un camp pour séjourner plusieurs jours puis ratisser la zone mètre par mètre. Quand on trouve une petite faille, un petit trou, on essaie d’éclairer l’intérieur, on lance un caillou. (Comment mesure t’on la profondeur du gouffre ? X = ½ GT²=> 5 * secondes² = mètres). On doit très souvent agrandir le passage. Puis il faut « équiper », c’est à dire installer le matériel de descente. On fait alors de la « première ».

La grotte la plus profonde du monde se trouve dans le Caucase (en Georgie). Elle fait 1710 m de profondeur et la plus longue aux États-Unis (500 km).

Les premiers spéléologues ont commencé les exploration à la fin du XIXième siècle. Le français Edouard-Alferd Martel est considéré comme l’inventeur de la spéléologie en 1888. Il a écrit de nombreux livres scientifiques et a été membre de l’Académie des sciences.

Les autres célèbres spéléologues sont Norbert Casteret qui a écrit beaucoup de livres racontant ses milliers d’explorations (1895-1985)

Michel Siffre est très connu pour ses expériences scientifiques faite sur le sommeil. Il a vécu des expériences « hors du temps », sans montre, dans des grottes pour savoir comment le corps réagi, comment le sommeil se régule quand on n’a pas de montre, quand on ne peut pas se repérer avec le soleil.

Autres activités scientifiques : topographie / photos-films / plongée

Topographie :

(Comment se repérer dans une grotte ?) Il faut faire le plan des grottes qu’on découvre, pour que tout le monde puisse le savoir, pour pouvoir y revenir, pour pouvoir trouver de nouvelles galeries. Pour savoir en surface par où elle passe, …

On avance de point en point en tirant un fil de couture bien droit entre chaque point. On mesure l’angle du fil par rapport au Nord (boussole), on mesure l’angle du fil par rapport à la verticale (fil à plomb), et on mesure la longueur du fil (décamètre). Toutes ces mesures sont précieusement reportées dans un petit carnet. On fait aussi un croquis de la zone (plan et coupe).

Exercices de topographie :

- Une grotte s’ouvre à l’altitude de 1703m et la topographie indique que la grotte fait 817m de profondeur. A quelle altitude se trouve le fond de la grotte ? (1703 – 817 = 886m)

- L’eau qui entre dans cette même grotte ressort dans une source qui se trouve à 650 m d’altitude. Quelle est la profondeur maximum que les spéléologues peuvent encore trouver ? (886 – 650 = 236)

- Les mesures avec la boussole montrent que la grotte va presque toujours dans la direction « 270 degrés ». Comment s’appelle cette direction ? (l’Ouest)

- Une des mesures avec le fil à plomb indique « 90 degrés ». Comment s’appelle cette pente ? (horizontale)

Photos et films :

Pour montrer à tout le monde les beautés que nous rencontrons, nous faisons des photos et des films. C’est très compliqué car c’est le noir complet. Il faut donc beaucoup d’éclairage.

Plongée :

lorsque la galerie fait une espèce de U, l’eau rempli le fond et empêche les spéléologues de passer. (Ca s’appelle comment? Un siphon). Il faut alors plonger. On est dans le noir (eau boueuse), il ne faut pas se perdre, il ne faut pas avoir de panne sur son matériel. Tout le matériel est en double et c’est une activité très dangereuse différente de la plongée en mer. Mais c’est la meilleure solution pour explorer encore plus loin la grotte.

Secours :

Un spéléologue glisse sur un rocher et tombe par terre. Il a un bras cassé. Il faut l’amener à l’hôpital mais un hélicoptère, une ambulance ou les pompiers ne peuvent pas venir le chercher : ce sont les spéléologues eux-mêmes qui secourent leurs camarades. Il y a donc des médecins et des infirmiers qui font de la spéléologie. Les spéléologues peuvent agrandir les passages étroits pour faire passer le brancard, ils peuvent installer des systèmes de cordes très complexes pour la remonter dans les puits ou au-dessus des vides.

Spéléologues -> équipement : revue du matériel, essai carbure

- Comment s’habille t-on ? Sous-combinaison ou néoprène / combinaison / bottes

- Comment descend t-on ? Les poulies ne tournent pas. Ce sont les frottements de la corde sur le métal qui freinent

- Comment monte t-on ? Avec 3 bloqueurs, (main, ventre et pied) on fait un mouvement de brasse ou comme pour monter un escalier

- Combien de temps l’exploration d’une grotte dure ? en général de 5 à 15 heures

- Comment s’éclaire t-on ? Les spéléologues ont deux éclairages : électrique (dépannage + faisceau pour voir loin) et à gaz d’acétylène (réaction chimique avec de l’eau et du carbure de calcium) Montrer du carbure.

CaC₂ (carbure de calcium) + H₂O (eau) -> C₂H₂ (acétylène) + Ca(OH)₂ (chaut éteinte)

Fabrication du carbure calcium ? (chauffer à 1800°C un mélange de charbon et de chaux-vive. Cela fait une pâte qui durcit en se refroidissant. On casse ensuite les gros blocs pour faire des petits cailloux

CaO (chaut vive) + 3C (carbone pur - coke) -> CaC₂ (carbure de calcium) + CO (monoxyde de carbone)

La chaut vive étant elle-même du calcaire chauffé très fort :

CaCO3(calcaire) -> CaO (chaut vive) + CO₂ (gaz carbonique)

L’accident bête : NE JAMAIS ALLER DANS UNE GROTTE SANS AVOIR PLUSIEURS LAMPES et AVOIR PREVENU QUELQU’UN DU LIEU OU L’ON VA.