La dynamique du carbone inorganique dans le continuum sol-épikarst-cavité du site de la Grotte de Lascaux (Dordogne, France) : apports des monitorings hydrogéochimique et microclimatique continus pour l’étude de l’aérologie et le développement d’une méthode de simulation des processus calco-carboniques aux parois

Depuis son invention en 1940 mais surtout consecutivement a sa fermeture au public en 1963, la conservation de la Grotte de Lascaux se base entre autres sur la comprehension de ses interactions avec le massif karstique environnant et notamment les processus siegeant dans l’epikarst et la zone de transmission superficielle. Ces travaux de these se sont donc attaches a comprendre la dynamique du CO2 dans le continuum sol-epikarst-cavite afin d’en evaluer les potentiels impacts sur la conservation des parois. Nous beneficions a Lascaux d’une fenetre d’observation sur les ecoulements provenant de l’epikarst sus-jacent dans le SAS 1 de la cavite, mais aussi d’une instrumentation consequente. Elle permet l’acquisition de nombreuses series de donnees temporelles des parametres microclimatiques ainsi que des teneurs en CO2 de l’air en differents points de la cavite ou encore du debit de l’emergence epikarstique depuis le debut des annees 2000.Une premiere partie de l’etude est consacree a la caracterisation de la dynamique du CO2 dans le contexte d’un epikarst sous couverture pedologique. A cette fin, une parcelle experimentale est instrumentee afin d’effectuer un suivi des parametres hydroclimatiques et des teneurs en CO2 a differentes profondeurs. Des periodes de recharge (accumulation) et de vidange (emanations vers l’atmosphere) du CO2 de l’epikarst superficiel sont demontrees tout comme la constitution d’un stock de CO2 peu variable dans l’epikarst subsuperficiel. La comprehension de ces differents mecanismes aboutit a un schema general de la dynamique du CO2 dans l’epikarst.Cette dynamique est etudiee dans la Grotte de Lascaux au cours d’une seconde partie a partir des series temporelles des parametres microclimatiques et des teneurs en CO2, mais aussi du signal isotopique en 13C. Il est alors demontre que les flux de CO2 entrant dans la cavite proviennent de trois origines distinctes : l’atmosphere (entree), l’epikarst superficiel (Galerie Mondmilch et Salles Ensablees) et le massif (eboulis du Puits du Sorcier). Parallelement, deux regimes aerologiques responsables de la repartition spatio-temporelle des teneurs en CO2 dans la cavite sont observes : stratification et thermoconvections. Ils sont les principaux responsables de la dynamique du CO2 dans la Grotte de Lascaux du fait des faibles echanges entre cette derniere et l’atmosphere comparativement a d’autres cavites karstiques de la region. Enfin, l’impact du dispositif du pompage de l’air sur l’aerologie et la dynamique du CO2 dans la Grotte de Lascaux est evalue. La comparaison de ces dynamiques avec et sans extraction de l’air de la cavite conduit a la creation de schemas conceptuels de la dynamique du CO2 dans la Grotte Lascaux.L’etude des conditions d’ecoulement dans l’epikarst de la Grotte de Lascaux, troisieme partie de ces travaux, a ete effectuee a partir d’un suivi en continu des debits, parametres physico-chimiques et de la fluorescence naturelle de l’eau. L’analyse des series temporelles de ces traceurs naturels conduit caracteriser de facon detaillee les conditions d’ecoulement et notamment l’importance de la teneur en eau de l’epikarst sur la taille zone d’alimentation et les types d’eau arrivant a l’exutoire. Parallelement, l’impact de ces conditions d’ecoulement sur les equilibres calco-carboniques des eaux arrivant dans la cavite est analyse.Enfin, les connaissances acquises sont appliquees pour determiner l’impact potentiel en continu des eaux (condensation et exfiltration) presentes aux parois ornees de la cavite. A cette fin, une methodologie d’estimation de la masse de calcite potentiellement precipitee par les eaux d’exfiltration et dissoute par les eaux de condensation basee sur des simulations hydrogeochimiques est developpee. Son application a la paroi gauche de la Salle de la Taureaux en contextes de pompage et naturel conduit a l’evaluation de l’impact potentiel du pompage mais aussi de l’aerologie de la cavite sur la conservation des parois.