Les dolines : Causes, types, formation et effets

Par défaut, la surface du sol est dure et peut supporter de très lourdes charges, y compris celles des camions, des bâtiments et bien plus encore. Cependant, il arrive que certaines surfaces ne soient pas stables, que ce soit pour des raisons naturelles ou humaines, et qu’elles s’enfoncent de plusieurs mètres dans le sol et avec elles, tout ce qui se trouvait à la surface, comme les maisons, les voitures et les routes. Ce sont les dolines et cet article va les décrire en détail.

Comme leur nom l’indique, les dolines impliquent un enfoncement du terrain, qui provoque des trous dans le sol. Ce sont des cavités ou des puits dans le sol qui se forment lorsque l’eau érode une couche rocheuse sous-jacente, ou si la roche est du calcaire, des lits de sel ou des roches carbonatées, qui peuvent se dissoudre naturellement sous l’effet des eaux souterraines qui y circulent.

Au fur et à mesure que la roche se dissout, des espaces et des cavernes se développent sous terre, rendant la surface sensible aux dolines. Les dolines sont très spectaculaires car la terre peut rester intacte pendant un certain temps jusqu’à ce que les espaces souterrains deviennent très grands. S’il n’y a pas assez de soutien pour la terre au-dessus des espaces, un effondrement soudain de la surface de la terre se produit, entraînant des dolines.

En fonction de l’emplacement, des dommages subis sous terre et de nombreux autres facteurs, une doline peut avoir une profondeur et une largeur d’environ un mètre et peut aller jusqu’à des centaines de pieds de profondeur et de largeur, voire plus. L’un des plus grands gouffres connus se trouve dans les montagnes calcaires de Nongle, dans la région de Guangxi Zhuang, dans le sud de la Chine. Le gouffre mesure 656 pieds de long, 328 pieds de large et 387 pieds de profondeur et lorsqu’on le mesure depuis le point d’accès sur la crête de la montagne, le gouffre est encore plus profond, à 1 476 pieds. Le gouffre le plus profond du monde se trouve à Chongqing, en Chine, et atteint 662 mètres de profondeur.

Il existe deux types de dolines. Le premier se forme lorsque le toit d’une grotte s’effondre et expose la caverne souterraine. Le second se forme lorsque l’eau dissout la roche sous le sol et crée un gouffre souterrain. Sans roche pour la soutenir, la couche de sol finit par s’effondrer et crée un trou à la surface.

En outre, les dolines peuvent résulter de causes naturelles et humaines. Les dolines d’origine humaine sont créées lorsqu’un développement urbain compromet l’intégrité structurelle de la roche sous-jacente. Les routes, les bâtiments et d’autres infrastructures peuvent provoquer l’accumulation d’eau dans certaines zones et emporter la couche de roche qui les soutient, ce qui entraîne des dolines.

Les différentes causes des dolines

1. L’eau

L’eau est responsable d’environ 90% de tous les dolines et voici comment :

a. L’altération : Si les roches sous la surface sont composées de matériaux qui se dissolvent dans l’eau, comme le calcaire et le gypse, l’eau dissout ces minéraux et ouvre des espaces dans la roche. Ce processus est connu sous le nom d’altération et donne lieu à des dolines. Au cours de centaines ou de milliers d’années, l’eau souterraine piégée sous la surface provoque des courants souterrains naturels qui dissolvent ces roches et forgent des gouffres sous le sol.

Le sommet du gouffre se rapproche progressivement de la surface et, finalement, la couche superficielle devient de plus en plus mince jusqu’à ce qu’elle devienne trop faible pour soutenir ce qui se trouve au-dessus d’elle et s’effondre. La péninsule du Yucatan au Mexique et les régions autour de la mer Morte sont souvent criblées de dolines car la couche rocheuse de la région se dissout facilement.

b. Si la roche ne se dissout pas dans l’eau : Cela se produit lorsque la roche sous la surface ne se dissout pas dans l’eau mais est plutôt constituée de grains suffisamment petits pour être emportés par les courants d’eau souterrains, ce qui entraîne des dolines. En 2010, à Guatemala City, par exemple, un immeuble de trois étages a disparu dans un gouffre, tuant 15 personnes, car la roche sous-jacente était principalement de la roche volcanique friable et faible, des cendres fines et d’autres débris qui avaient fait éruption d’un volcan.

c. L’eau de surface : Cette troisième situation n’a rien à voir avec les courants d’eau souterrains, mais concerne plutôt les mouvements d’eau en surface. Ils sont déclenchés par des pluies intenses ou des inondations et par l’éclatement ou la fuite prolongée d’une canalisation d’égouts ou d’eaux pluviales. Si ces courants sont trop forts, l’eau n’ira pas là où elle a l’habitude d’aller mais trouvera plutôt de nouveaux chemins.

Si l’eau se déplace sur une surface qui n’est pas suffisamment soutenue par le sous-sol, elle provoquera des dolines. De plus, l’eau peut se déposer à un endroit, ce qui rend la surface imperméable à l’eau, mais lorsqu’elle s’infiltre dans le sol, elle provoque des dolines.

d. Les changements météorologiques : Les dolines peuvent également résulter des changements saisonniers de la nappe phréatique, du gel et du dégel du sol et des précipitations extrêmes, notamment lorsque de fortes pluies succèdent à des sécheresses.

e. Changements dans le système hydrologique : Les changements soudains du système hydrologique, tels que l’ajout ou le retrait d’eau, peuvent rendre les systèmes temporairement instables et provoquer des dolines.

f. Modification des gradients des eaux souterraines : Si les gradients des eaux souterraines changent, principalement en raison du retrait ou de l’introduction d’eau dans ces systèmes, les matériaux meubles peuvent être évacués plus rapidement que d’habitude, provoquant des vides qui entraînent l’effondrement de la surface.

2. Les activités humaines

Certaines activités humaines entraînent une augmentation du nombre de dolines aujourd’hui. Par exemple, la Louisiane signale la formation de dolines à partir de mines abandonnées. En Floride, de nombreuses dolines sont le résultat de nombreux vides souterrains et de systèmes de drainage creusés dans les roches carbonatées de l’État. Si les couches de sol superposées s’effondrent dans ces vides, une doline est née. De même, les systèmes de drainage peuvent se rompre et drainer l’eau dans ces roches qui sont faibles face à de telles eaux. Le résultat sera une doline.

3. Les tremblements de terre induits

Les tremblements de terre sont un phénomène naturel qui peut provoquer des dolines, à condition qu’ils touchent des zones où la roche est fragile sous la surface. Cependant, il y a de plus en plus de tremblements de terre induits, qui sont le résultat d’activités industrielles et humaines, et qui provoquent également des dolines. L’exploitation minière négligente et la fracturation hydraulique peuvent avoir un impact sur une zone, en particulier sur sa stabilité ainsi que sur la qualité de l’eau, ce qui entraîne des tremblements de terre à l’origine d’une doline.

En août 2012, une doline massive s’est ouverte près de Bayou Corne, à 77 miles à l’ouest de la Nouvelle-Orléans, et a atteint une superficie de 34 acres en quatre ans. La doline a été attribuée à l’activité sismique et à la formation de bulles dans le bayou de Louisiane, causée par la Texas Brine Company qui a foré trop près du bord extérieur du dôme de sel.

Les dolines peuvent être naturelles ou artificielles. Les dolines naturelles sont dues à l’érosion ou aux eaux souterraines. Ils commencent à se développer longtemps avant qu’ils n’apparaissent réellement. Le sol sous nos pieds n’est pas une structure aussi solide que nous le pensons. Le sol est constitué de terre, ainsi que de nombreux rochers et minéraux. De l’eau s’infiltre continuellement entre la boue, les roches et les minéraux, et se dirige vers les réservoirs d’eau souterraine.

Ce faisant, l’eau érode lentement les roches et les minéraux. Parfois, le flux d’eau augmente jusqu’à un point où il emporte la structure souterraine de la terre. Et lorsque la structure devient trop faible pour soutenir la surface de la terre, elle s’effondre et ouvre une doline. C’est ainsi que se forment les dolines.

L’homme est également responsable de la formation des dolines. Des activités telles que le forage, l’exploitation minière, la construction, la rupture de canalisations d’eau ou d’évacuation, un sol mal compacté après des travaux d’excavation ou même une circulation intense peuvent provoquer des dolines de petite ou grande taille. L’eau provenant d’une canalisation cassée peut pénétrer à travers la boue et les roches et éroder le sol sous-jacent, provoquant ainsi des dolines. Parfois, un poids lourd sur un sol meuble peut entraîner l’effondrement du sol et provoquer une doline. Les dolines peuvent également se former lorsque la surface du sol est modifiée.

Les zones dont le substratum rocheux est constitué de calcaire, de dépôts de sel ou de roches carbonatées sont les plus exposées à l’érosion et à la formation de tels trous. Ces roches ont tendance à s’éroder lorsque de l’eau acide les traverse. Lorsque l’eau de pluie traverse des débris végétaux en décomposition, elle a tendance à devenir plus acide.

Au fil des ans, les sédiments sus-jacents s’effondrent et une doline se forme. Parfois, les trous sont petits, mesurant quelques pieds de large et dix à quinze pieds de profondeur. D’autres peuvent avoir une largeur et une profondeur de plusieurs centaines de kilomètres. Cependant, ils peuvent tous être dangereux pour ceux qui s’y trouvent. Il existe trois grands types de dolines. Leur formation est déterminée par les mêmes processus géologiques, à quelques différences près.

Formation des dolines

La formation des dolines repose sur un processus de dissolution chimique impliquant des roches solubles en présence d’eau légèrement acide, comme celle de la pluie. En s’infiltrant dans les fractures et fissures des roches calcaires ou gypseuses, l’eau dissout progressivement la matière minérale, agrandissant peu à peu les cavités. Avec le temps, ces cavités souterraines s’élargissent et deviennent instables. Lorsque la structure de la roche ne peut plus supporter les sédiments en surface, un affaissement ou un effondrement soudain se produit, créant une dépression visible à la surface.

Les dolines se forment donc souvent dans des régions karstiques, où le calcaire prédomine et où l’action de l’eau souterraine est facilitée par les caractéristiques de la roche. Ce processus peut durer des siècles, ou se produire de manière spectaculaire en quelques heures, en fonction de la géologie locale et des conditions hydrologiques.

Types de dolines

Les trois principaux types de dolines que nous connaissons sont la solution, l’effondrement de la couverture et l’affaissement de la couverture.

1. Les dolines de solution

Les dolines de dissolution sont le plus souvent observées dans des zones où la couverture de sol est très fine en surface, exposant le substratum rocheux à une érosion continue par l’eau. Lorsque l’eau percole à travers la roche, elle emporte avec elle de petites parties de la roche. Au fur et à mesure que le substrat rocheux s’érode, les particules s’accumulent dans les espaces qu’il laisse.

Au bout d’un certain temps, une petite dépression se forme. C’est à cet endroit que se forme le trou. Le trou a généralement la forme d’un bol et peut être assez grand. Parfois, la roche-mère peut s’effondrer d’un seul coup pour former une telle doline de solution et d’autres fois, cela se produit au fil du temps.

2. La doline d’effondrement de la couverture

Le deuxième type de doline est connu sous le nom de doline d’effondrement de la couverture. Elles se produisent lorsque la roche-mère est recouverte d’une couche profonde de sol et de terre. Lorsque la roche commence à s’éroder, une fissure se forme dans les zones rocheuses qui l’entourent. Lorsque cela se produit, un certain nombre de points faibles commencent à se former dans les couches de sol et les strates situées au-dessus. Enfin, les points faibles se transforment en un grand trou dans la roche-mère qui ne peut plus supporter le poids au-dessus d’elle. L’effondrement de la couverture se produit généralement de manière soudaine et peut créer de grands trous en quelques minutes.

3. La doline d’affaissement de la couverture

Le dernier type de doline est connu sous le nom de doline d’affaissement de la couverture. Dans ce cas, le trou se forme sur une certaine période de temps. Le substratum rocheux est recouvert par des sols et des matériaux qui ne sont pas bien assemblés. Les zones dont le sol est composé en grande partie d’argile ou de sable sont souvent confrontées à l’apparition de ce type de trou. Une fois que la roche-mère commence à s’éroder, l’argile ou le sable commence à s’infiltrer par les fissures et s’installe dans les espaces laissés derrière. Au fil du temps, cela crée une cavité à la surface du sol et non sous celui-ci.

Catégories morphologiques des dolines

Les dolines se présentent sous diverses formes, qui dépendent de l’évolution et de la nature du sol dans lequel elles se forment :

• Dolines en cuvette et en entonnoir : Les plus communes, ces dolines possèdent des bords plus ou moins inclinés, créant une forme de cuvette ou d’entonnoir au fond arrondi.
• Dolines en chaudron et en soucoupe : Ces formes morphologiques plus larges et peu profondes évoquent un aspect de chaudron ou de soucoupe, offrant parfois un fond plat idéal pour l’accumulation d’eau et de sédiments.
• Méga-dolines et tiankengs : On trouve également des dolines massives comme les tiankengs en Chine, des formations de plusieurs centaines de mètres de diamètre, telles que le gouffre de Xiaozhai Tiankeng, atteignant plus de 660 mètres de profondeur.

Ces différentes morphologies offrent des indices précieux sur la géologie de la région et sur les processus d’érosion sous-jacents.

Comment se forment les dolines ?

1. L’effet de l’eau : Comme nous l’avons déjà mentionné, les eaux souterraines sont la raison principale de la formation des dolines. Ils se produisent souvent dans les « terrains karstiques », qui sont des zones où la roche-mère soluble, comme le calcaire ou le gypse, peut être dissoute dans l’eau. Certains trous se transforment en étangs lorsqu’ils sont remplis d’eau et, à tout moment, des dolines peuvent apparaître et engloutir d’énormes morceaux de terre avec tout ce qu’ils contiennent, y compris des routes, des maisons et même des êtres humains et des animaux.

2. Fissures naturelles : Ces fissures et petits vides sous la surface sont creusés par l’érosion de l’eau, avec seulement une couverture de sol ou de sédiments restant sur le dessus. Si le trou continue à s’étendre, la couverture ne peut plus supporter son propre poids et s’effondre, révélant la caverne sous-jacente.

3. De fortes pluies après une sécheresse : Après une sécheresse prolongée, la surface est assez exposée et perd de sa solidité. Si de fortes pluies s’ensuivent, elles provoquent une immense pression sur le sol, qui s’enfonce, créant des dolines

4. Les activités humaines : L’activité humaine peut également entraîner des dolines. Ces activités comprennent le forage de nouveaux puits d’eau, le prélèvement excessif d’eau souterraine, la création artificielle d’étangs d’eau de surface et même le détournement d’eau de surface d’une grande zone pour la concentrer en un seul point. D’autres activités telles que l’exploitation minière, la construction, le forage, le compactage inadéquat du sol après les excavations, les ruptures de conduites d’eau ou de drainage, et même la circulation intense peuvent provoquer des dolines.

Effets des dolines

Les effets d’une doline varient en fonction du lieu et de la manière dont elle s’est formée. Les dolines naturelles peuvent se former sur terre et dans l’océan. Lorsqu’elles se forment sur terre, elles peuvent modifier la topographie générale de la zone et détourner les flux d’eau souterrains. S’ils se forment soudainement dans des zones à forte densité de population, ils peuvent causer de nombreux dommages aux vies humaines et aux biens. Certains trous se forment en raison d’une fuite dans les collecteurs d’eaux pluviales et les réseaux d’égouts souterrains. Lorsqu’ils s’effondrent, les dégâts sont visibles sur plusieurs kilomètres en raison des réparations nécessaires.

Ils peuvent être dangereux pour les fondations du bâtiment. Les produits chimiques toxiques contenus dans le sol peuvent remonter et polluer les eaux souterraines. Les dolines sont fréquentes en Floride car l’État possède de nombreux vides souterrains et systèmes de drainage creusés dans les roches carbonatées.

Les dolines naturelles ne peuvent être évitées, car elles sont inévitables. Cependant, ceux qui sont causés par la négligence humaine peuvent être évités à temps. Des pratiques telles que l’entretien des systèmes souterrains et de la plomberie sont les meilleures pour s’assurer qu’un trou profond n’apparaisse pas soudainement au milieu d’une ville !

Effets écologiques et climatiques des dolines

Les dolines jouent un rôle essentiel dans la création de microclimats et de niches écologiques uniques. Grâce à la rétention d’eau dans leurs fonds argileux, elles peuvent maintenir des microclimats plus frais et humides, ce qui contraste avec le plateau calcaire aride environnant. Cette particularité favorise le développement d’une flore et d’une faune spécifiques, souvent absentes des paysages alentour. Par exemple, une étude menée en Hongrie a montré que les dolines abritaient une grande diversité d’espèces végétales, dont certaines rares ou menacées. En tant que « micro-refuges climatiques », ces dolines permettent à de nombreuses plantes vasculaires de prospérer malgré les conditions arides des plateaux.

Les dolines sont donc essentielles à la préservation de la biodiversité, en offrant des habitats propices à la conservation des espèces végétales et animales, et contribuent à la création de réseaux de corridors écologiques qui facilitent la migration des espèces à travers les paysages karstiques.

Où les dolines se produisent-elles ?

Les dolines peuvent se produire partout dans le monde si les conditions le permettent. Cependant, ils sont concentrés dans certaines zones et voici quelques-unes de ces zones avec des dolines notables :

1. Crveno Jerezo, Croatie : Il y a un gouffre de 530m avec des parois presque verticales.

2. Great Blue Hole à Belize : Il s’agit d’un trou parfaitement rond au milieu d’un atoll, d’une profondeur de 124 m.

3. Sima Humboldt, Bolivie : il s’agit d’un cratère de 314 m de profondeur, formé de grès extrêmement résistant.

4. Xiaozhai tiankeng, Chine : C’est de loin le plus profond gouffre connu à ce jour. Tiankeng est le terme local pour « fosse céleste », ou gouffre. Le gouffre de Xiaozhai mesure 662 m de profondeur et 626 m de largeur.

5. Bowling Green, Kentucky : en 2014, un gouffre de 40 pieds de large et de 20 pieds de profondeur s’est ouvert sous le sol de la zone Skydome du National Corvette Museum, entraînant l’immersion de huit Corvettes rares et uniques en leur genre. La valeur de ces véhicules a été estimée à plus d’un million de dollars. Les autres États américains sujets aux dolines sont la Floride, la Pennsylvanie, le Tennessee, le Texas, la Californie, le Missouri et l’Alabama.

6. Guatemala City, Guatemala : Le gouffre a avalé une usine de trois étages, tué 15 personnes et mesuré environ 60 pieds de large et 300 pieds de profondeur. Il a été déclenché par la tempête tropicale Agatha, mais c’est parce que la ville a été construite dans une région où les premières centaines de mètres du sol sont constitués de remblai de pierre ponce, un matériau déposé lors d’anciennes éruptions volcaniques.

Exemples de dolines remarquables dans le monde

Certaines dolines sont devenues des attractions naturelles en raison de leur taille et de leur importance écologique. Voici quelques exemples :

Xiaozhai Tiankeng, Chine : Considéré comme le plus grand gouffre karstique au monde, Xiaozhai Tiankeng mesure plus de 620 mètres de diamètre et 660 mètres de profondeur. Cette « fosse céleste » abrite une biodiversité impressionnante, dont plus de mille espèces d’animaux et de plantes.

Les cénotes de la péninsule du Yucatán, Mexique : Ces dolines inondées sont des formations d’effondrement remplies d’eau et revêtent une importance culturelle et spirituelle pour les Mayas. Elles sont aussi des réservoirs d’eau douce dans cette région karstique.

Les blue holes, Bahamas : Les « trous bleus » sont des dolines sous-marines qui s’ouvrent sur des cavités profondes dans la roche calcaire. Leurs eaux apparaissent d’un bleu intense en raison de la profondeur et des micro-organismes spécifiques qui y vivent.

Ces dolines, en plus d’être spectaculaires, illustrent la diversité des formations karstiques dans le monde et l’importance de ces habitats pour la faune et la flore.

Une fuite d’eau peut-elle provoquer un gouffre ?

La réponse à cette question est un oui catégorique !

Les dolines se produisent lorsque l’eau érode le sol sous la surface de la terre. Le sol sous votre maison, par exemple, n’est pas entièrement solide. Il contient des poches d’air et d’eau, que l’on appelle communément la nappe phréatique. La stabilité du sol est assurée, même s’il y a ces vides sous la surface. Si de grandes quantités d’eau se déversent et déplacent la terre, cette stabilité n’est pas entièrement assurée.

S’il y a une fuite d’eau, l’excès d’eau peut contribuer à l’érosion du sol. Si elle déplace suffisamment de terre, le sol peut s’effondrer dans l’espace, ce qui entraîne un gouffre. Une section entière du sol peut s’effondrer soudainement, même si l’érosion s’est produite pendant un certain temps. C’est pourquoi la détection des fuites est essentielle pour prévenir les dolines, en particulier celles qui touchent les habitations.

Dans la plupart des cas, il faut une fuite très grave pour créer une doline, à moins que la situation de l’eau sous votre maison soit très inhabituelle. Néanmoins, il existe des signes avant-coureurs d’une doline imminente sur votre propriété avant qu’elle ne s’effondre. Pour savoir s’il y a une fuite dans votre maison qui pourrait un jour entraîner une doline, recherchez les signes suivants :

1. Fissures dans les fondations ;
2. Baisse de la pression d’eau dans la maison ;
3. La maison penche ;
4. Vous entendez l’eau couler surtout quand elle ne devrait pas ;
5. Des fissures dans l’allée et les trottoirs ;
6. Une facture d’eau plus élevée que d’habitude ;
7. Des zones de votre pelouse deviennent plus vertes ou plus brunes que d’habitude ;
8. Les portes ne ferment pas correctement

Menaces et risques associés aux dolines

Les dolines peuvent représenter des risques importants, en particulier dans les zones habitées. Les dolines d’effondrement, qui apparaissent soudainement, peuvent causer des dégâts matériels graves, comme en 2010 à Guatemala, où une doline géante a englouti un immeuble de trois étages. Les régions karstiques sont également vulnérables aux variations climatiques : de fortes pluies ou des épisodes de sécheresse prolongée peuvent accélérer la formation des dolines.

Les activités humaines, telles que l’urbanisation, l’agriculture intensive et l’exploitation des eaux souterraines, aggravent également les risques. Par exemple, le drainage excessif des eaux souterraines peut affaiblir les couches de calcaire, favorisant ainsi les effondrements. De plus, l’utilisation d’engrais et de pesticides dans les environnements karstiques peut contaminer les nappes phréatiques et dégrader la qualité de l’eau des dolines.

La surveillance des dolines est cruciale dans les zones à risques. Des techniques de cartographie et des analyses géophysiques permettent d’identifier les cavités potentielles et d’évaluer les dangers, mais ces mesures restent coûteuses. Les infrastructures dans les régions karstiques doivent être conçues en tenant compte de la stabilité du sol et des possibles formations de dolines pour réduire les risques.

Conclusion

Les dolines, bien que potentiellement dangereuses, sont des phénomènes naturels fascinants qui témoignent de la puissance de l’érosion et de la dissolution chimique dans les paysages karstiques. Elles jouent un rôle écologique crucial en abritant des écosystèmes uniques et des espèces rares. La compréhension de leur formation et de leurs impacts permet de mieux gérer les risques associés et de protéger les richesses écologiques qu’elles recèlent. Dans un contexte de changement climatique, les dolines deviendront probablement des refuges essentiels pour la biodiversité, justifiant leur préservation dans les stratégies de conservation écologique et d’aménagement du territoire.